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静電気による引火、爆発

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静電気による爆発の条件
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工場での静電気による引火、爆発防止対策

静電気による爆発、引火件数

日本国内の静電気関連火災件数(1991年~2010年)

⇒消防庁 火災年報より

年間 100の静電気火災が発生している。

静電気による爆発、引火件数

静電気による爆発、引火件数

電気による爆発、引火工程別発生件数

厚生労働省の災害調査資料(19892004)に基づく分析

粉体摩擦に関連した火災が約50%発生。

工程別 静電気による引火、爆発件数

工程別 静電気による引火、爆発件数

静電気による爆発の条件

燃焼の三要素が同時に満たされたときに爆発が発生し、怪我、死に至る。

静電気による爆発の条件

静電気による爆発の条件

粉体の静電気による引火条件

プラスチックス樹脂、穀物および金属等の可燃性粉体が粉じん爆発を起こした例はたくさんあります。この粉じん爆発が発生する条件は、粉体の粒径が100μm程度以下でかつ粉じんの濃度が数10(g/ m3)程度以上になることです。粉じんの着火に必要な最低のエネルギーこれを、最小着火エネルギーといいます)は、およそ20(mJ)程度ですので、かなり大きく帯電しないと静電気放電で着火することはありません。

しかし、最近では、粒径がμまたは以下(サブミクロンともいいます)の

粉体がたくさん製造されており、中には最小着火エネルギーが(mJ)あるいは1(mJ)以下のものもありますので、このような場合には、可燃性ガス・蒸気と同様の注意が必要です。主な粉体の最小着火エネルギーを次の表に示します。

粉体の最小着火エネルギー

粉体の最小着火エネルギー

主な可燃物質の爆発範囲と最小着火エネルギー

粉体名称 最小着火エネルギー(mJ) 爆発下限濃度(g/m3)
ナイロン 20 30
エポキシ樹脂 20
フラン樹脂 10 25
ポリエチレン 10 20
ポリスチレン 40 15
ポリプロピレン 25 20
小麦 40 40
小麦でんぷん 25 25
砂糖 30 35
硫黄 15 35
マグネシウム 20 20
アルミ二ウム 10 30
チタン 10 45
ケイ素 80 100

サイロでの放電メカニズム:

一般にプラスチックス樹脂、殻物類の粉じんが爆発するに必要な最小着火エネルギーは20mJ程度です。このような比較的大きなエネルギーを放出する静電気がサイロで発生する機構として図に示すように次の四つが挙げられます。

雷状放電

帯電した粉じんがサイロの空間で自ら形成した電界によって空気が絶縁破壊を起こし、粉じん中を稲妻のように放電が走るものです。雷状放電の発生には、少なくとも直径3m、容積80m3の空間に帯電粉じん雲が形成される必要があるといわれています。

沿面放電

サイロの内壁がガラス等の絶縁物で薄く覆われていると、静電気が蓄積しやがて絶縁破壊とともに非常に大きな放電が絶縁物の表面に発生します。

絶縁層にピンホールという小さな穴があれば、この放電が起こった証拠と考えられます。

コーン放電

比較的粒径が大きく、かつ、絶縁性の高い粉体が、帯電して急速にサイロに供給されると、円錐状に堆積した表面で大きな放電が発生します。この現象は、比較的小さな容器でも観測されます。

火花放電

サイロの内部にボルト、ナット等の金属製物体が絶縁状態で存在すると、静電誘導によって帯電し付近の接地体との間で火花放電が発生します。

サイロ内の静電気放電

サイロ内の静電気放電

清掃,洗浄時の帯電防止

有機溶剤タンクの洗浄、清掃時は帯電対策として長柄ブラシの対策、溶剤の導電化、作業方法などの対策を実施します。

毛の材質はプラスチックスのタイプ以外を使用します(一般に、プラスチックスタイプは絶縁性てあり静電気が発生しやすい)。

また、長柄部分は木製を使用し、デッキとの接続に使用されている金具は絶縁金属となり誘導帯電を受けるので、金属金具の無いものを選ぶことです(木製ネジなど)。

同様に、デッキ部、長柄部を金属製にするならば、これらを確実に接地しなければなりません。次に、溶剤は帯電性が小さく、かつ、できるだけ引火点が高い溶剤を使用することです。

適切な溶剤がないとき、トルエンなどに帯電防止剤を数ppm添加して導電化する方法があります。また、作業方法は溶剤を仕込んだ後、静置(2~3分)してから洗浄し、できるだけ軽くこするようにします。なお、さらなる安全対策としては、タンク内に窒素ガスなどの不活性ガスを封入してします。

清掃,洗浄時の帯電防止

清掃,洗浄時の帯電防止

金属容器の帯電

金属容器の帯電によって火災などが発生する危険の程度は、可燃性液体・溶剤の種類、金属容器の大きさ(静電容量であらわす)によって異なります。

いま金属容器の大きさを18リットル石油缶、溶剤の種類を炭化水素系の有機溶剤 (例えば、メタノール)とすると、危険な帯電電圧は、おおよそ5kV (キロボルト)になります。一般に、金属容器が大きくなるほど、静電容量が大きくなるので、例えば、200リットルのドラム缶の場合の危険な帯電電圧は、2kv前後になります。

ただし、安全管理の上では、前記の石油缶、ドラム缶の危険な帯電電圧は事業所ごとに安全率を見込んで決めることが良い。なお、可燃性液体、溶剤などを充填するときの金属容器の帯電電圧、v(kv)は、静電電圧計、表面電圧計などで簡単に測定できます。

金属容器の帯電

金属容器の帯電

ホースの静電気対策

静電気放電による災害を防止するための第一は絶縁性のプラスチックスホースを使用しないことです。現在、カーボンブラック、導線性繊維を混入した導電性のホースが市販されていますのでこれに交換するとよいでしよう。

やむをえずプラスチックスホースを使用するのであれば、プラスチックスホースの外表面に機械的耐久性のある金属線を数cm (2~2.5cm)のピッチでらせん状に巻き付け、これを確実に接地することが必要です。これは、導線性ホースと同じ帯電防止効果があるわけではありませんが、帯電物体の近くに遮蔽用の接地金属を置くと、遮蔽効果によって帯電電位の低下及び放電に関与する面積・体積が減少し、着火に結びつくような放電が防止されます。

ただし、これを使用するとき、万一接地がはずれるようなことがあると、むしろ大きな静電気放電が発生し、災害対策が逆効果になります。また、らせん状に巻き付けた金属線がとぐろを巻いたり、つづら折りになったり、プラスチックスホースの操作などによって断線しないように、使用基準によって接地します。

ホースの静電気対策事例

ホースの静電気対策事例

フレキシブルコンテナの静電対策

フレキシブルコンテナから粉体を排出する際に粉体の種類や状態によっては高いレベルの静電気が発生します。

これによって、作業者が電撃を受けたり、反応容器内の可燃性ガス蒸気に着火し爆発事故を起こした例があります。このような事故を防止するために、帯電防止加工をしたフレキシブルコンテナを使用してください。なお、帯電防止加工品は、接地によって静電気を大地へ逃がすという方法を採用しているので作業中は、必ず接地をしてください。もし、接地をしないと、放電時のエネルギーが一般のフレキシブルコンテナよりも大きくなり、かえって危険となる場合もありますので注意が必要です。

フレキシブルコンテナの静電対策

フレキシブルコンテナの静電対策

静電気と酸素濃度

可燃物が燃焼するためには助燃剤として酸素が不可欠です。逆に言えば、酸素濃度を低下させれば着火源の存在する場所でも可燃性物質の爆発が防止でき、安全に取

り扱うことができます酸素濃度を下げるためには窒素や二酸化炭素のような不活性ガスを供給する設備が必要です。目標とする酸素濃度は、取り扱う物質によって異なります。具体的な値は、表を参考にしてください。

【可燃性物質の種類と管理酸素濃度指標】

危険性区分 爆発限界酸素濃度(%) 管理酸素濃度指標 可燃性物質の例
1 0 0 分解爆発性物質

(エチレンオキシド、シラン)

2 0-4 <1 Si – H結合をもつシラン誘導体
3 4-8 <2.5 水素,一酸化炭素,二硫化炭素,硫化水素,アセチレン,水素,一酸化炭素等を多量に含む混合ガス
4 8-12 <5 大多数の有機化合物,有機粉じん
5 >12 <8 アンモニア,一部のハロゲン化

有機化合物

静電気による爆発、引火事故事例のは下記の記事に掲載されています。

関連記事:静電気による爆発、引火事故事例

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