石油化学プラント等の危険物施設には、ガス拡散・火災・爆発といった重大な災害リスクが潜んでいます。このうち「爆発」については、発生原因や状況によっていくつかの形態に分類されますが、弊社のプログラムはそのすべてを網羅し、形態ごとに最適なシミュレーションが可能です。
爆発シミュレーションにはさまざまな手法がありますが、弊社のプログラムは、最も実用的な方法として「石油コンビナートの防災アセスメント指針（以下、コンビ指針）」に基づく方法を主に採用しています。
なお、弊社のプログラムは主に屋外の開放空間を対象としており、屋内での爆発事象については、数値解析手法（CFD等）を用いてシミュレートいたします。
ブレビーと呼び、沸騰液膨張蒸気爆発や沸騰液体蒸気拡散爆発などと訳される。液体が急激に沸騰することによる爆発現象であり、容器の破損によって引き起こされる。
BLEVEなどで大気中に放出された可燃性蒸気が空中に浮いたまま急激に燃焼し、火球となって非常に大きな輻射熱をもたらす現象。
被害を与えるほどの爆圧を生じる、屋外で起きるガス雲の爆発。
爆圧を生じない爆発的燃焼。拡散した可燃性ガスが着火源に到達したときに、爆発下限界以上の濃度にある範囲が急激に燃焼する災害。
爆発シミュレーションを実施する際に注意すべき点として、例えば爆発は突然爆発するのではなく、その前に危険物が漏洩し、ガス拡散があり、場合によってはフラッシュファイアから防液堤火災が起こり、その後BLEVEが発生するなど一連の災害の流れがあるということです。
BLEVEによる圧力波は容器の空間容積が大きいほど大きくなりますが、BLEVE発生前に容器の圧力上昇により安全弁が噴出し、液の漏洩量も上昇し、空間容積が増々大きくなります。このような経時変化を計算してシミュレーションに反映させる必要があります。
弊社では漏洩・蒸発などの初期事象から、ガス拡散・火災・爆発までの一連の流れについて一貫した災害シミュレーションを実施し、全体としての影響度評価を行っています。
BLEVEに至る災害の流れ
コンビ指針に基づき、「Blodeの式」または「Crowlの式」により容器破裂前後の圧力の違いから放出エネルギーを計算し、TNT当量に基づいて圧力波の到達範囲を計算します。
容器の破裂による飛散物（飛散破片）の到達距離はBLEVE発生時の容器に残っていた貯蔵液体量のべき乗に比例し、AiChE (American Institute of Chemical Engineers) の簡易式で計算します。
なお、BLEVEはLPGなど可燃性液体にのみ起こるわけではなく、二酸化炭素の液体貯蔵容器の破裂などでも起こります。
コンビ指針に東日本大震災の時に起こった災害事例の詳細があるのでご参照ください。
海外での事故報告は多数あり、ここではそのうちの2事例を紹介します。
鉄道タンカー（CO2、231ton、90%full）、CO2圧力7barg、温度-15℃→線路切り替え地点で16km/hで走行中、安全弁から白煙、その後他の列車から15ｍ離れたところで爆発が起こった。破片は22個（全体の80%相当）に及び360ｍで2方向に吹き飛んだ。原因はタンクの脆弱性に因るものだった。
LPG球形タンク1,600m3ｘ4基、2,400m3ｘ2基、長さ13-32mｘ直径2-3.5mのBullets が合計48基、事故当時 合計11,000～12,000m3のLPGが貯蔵されていた。約500人死亡、約7,000人が負傷、周辺を含めてほぼ全滅という大きな事故であった。何らかの原因で漏れたLNGが3フィートの防液堤を超えて周囲に広がっていき、flare pitに達した時には約2mのvapor cloudになっていた。
AM5:45、そこで引火しFlash Fireが起こった。その時ガスが侵入していた複数の建屋は爆発した。Flash Fireから1分後、大爆発が起き、Fireballが発生し1～2基のBulletsが飛んだ。火災と破片の衝突により次々とBLEVEが発生し、LPG球形タンク1,600m3ｘ4基は完全に破壊、しかし2,400m3ｘ2基は脚が座屈した程度でほとんど無傷だった。12Bulletsは100m以上飛び、1基はなんと1,200mも飛んだ。元の位置にあったBulletsはたったの4基だった。約300m離れた住居地区は大きな被害を受け多くの死傷者をだした。球形タンクの破片は10～20個、一方Bulletsは二つに引き裂かれていた。
シミュレーションへの入力値と、算出された計算値をまとめたものです。
下表はコンビ指針等の各種文献に示されている「爆風圧の及ぼす影響」と、シミュレーションにより算出した「爆風圧の到達距離」を整理した一覧表です。
「マップに着色」欄の色は、別添の「爆風圧の影響範囲図」内の表示色と一致させています。
爆風圧の影響範囲をマップ上に図示したものです。影響範囲の色分けは、「爆風圧の及ぼす影響と到達距離」に示す着色範囲と一致させています。
BLEVEでは「破片の最大飛散距離」も合わせて図示します。
場所を指定して、その地点での爆風圧を求めることができます。（ここでは計算結果用フォームを示します。）
コンビ指針に基づき、ファイアボールの直径、中心高さ、継続時間及び周辺に及ぼす輻射強度を計算します。ファイアボールの大きさはガス量が大きいほど大きくなりますが、容器破裂時にフラッシュするガス量の3倍をファイアボール生成に貢献するガス量としています。
ファイアボールの直径、中心高さ、継続時間、ならびに輻射熱は次のいずれかの方法で計算します。
コンビ指針に東日本大震災の時に起こった災害事例の詳細があるのでご参照ください。海外での事故報告は多数あり、BLEVEで紹介したSan Juan Ixhuatepec, Mexico City, 1984/11/19での爆発もその一つとして挙げられます。ここではさらにもう1事例紹介します。
Refineryの中の球形タンクエリア（球形タンク3基、Bullets5基、縦型ドラム4基）で起こった事故。7人死亡、10人負傷、Refineryはほぼ全壊。
AM2:00
一つの球形タンクにイソブタンを注入中に、液面計の故障により上部から漏洩してしまった。その結果、不良溶接線箇所にクラックが入り漏洩した。火点は不明だが、Flash Fireが起こり、その後30~60秒後にその球形タンクが3つの大きな破片に破裂し、そのうちの一つは80m飛んだ。約800m3のイソブタンによるFireballが発生し、続いてすぐに5，6基のbulletsやドラムが破裂して様々な方向に飛散した。最も遠くまで飛んだものは約135mであった。
AM2:20
別の球形タンクが爆発してFireballが発生。球形タンクの上部が飛んで190m先にあるfire pumpとFire water tankを破壊した。他の破片は更にrefineryの装置を破壊した。その安全弁は500mも飛んでいた。この2基目の爆発が1基目よりも大きなダメージを与えている。その後もAM6:00まで小さな爆発が続いたが大きな爆圧は起こらなかった。
シミュレーションへの入力値と、算出された計算値をまとめたものです。
下表はコンビ指針等の各種文献に示されている「輻射熱の及ぼす影響」と、シミュレーションにより算出した「輻射熱の到達距離（ファイアボール中心からの水平距離）」を整理した一覧表です。
「マップ上に着色」欄の色は、別添の「輻射熱の影響範囲図」内の表示色と一致させています。
輻射熱の影響範囲をマップ上に図示したものです。影響範囲の色分けは、「輻射熱の及ぼす影響と到達距離」に示す着色範囲と一致させています。下図は3Dマップですが、2Dマップでも表現可能です。
指定した輻射強度に対応する到達距離（ファイアボール中心からの水平距離）を整理した表です。影響範囲図上の表示色も合わせて示します。
場所を指定して、その地点での受熱輻射強度を求めることができます。（ここでは計算結果用フォームを示します。）
VCEは、爆発によって押されたガス雲が狭い空間を通過することによって乱流が引き起こされて発生するものであり、開けた場所では一般的には起こる可能性は大きくありません。ただし、ものすごく大きなジェット噴流のケースでは発生する場合もあり得ます。
また、漏洩後どれくらいの時間が経ってから着火・爆発に至ったかによって影響範囲が全く異なるため、簡単ではありません。弊社のプログラムは「コンビ指針に基づいたTNT当価法」を採用しています。「高圧ガス保安法によるK値を使用した計算方法」に加えて、「フラッシュ率や物性から距離や圧力波を直接求める計算方法」でもシミュレーションできます。
コンビ指針に東日本大震災の時に起こった災害事例の詳細があるのでご参照ください。
海外での事故報告は多数あり、ここではそのうちの2事例を紹介します。
配管から漏洩、Cyclohexane 30ton（50％ガス、50%がミスト状）
30から90秒後に着火爆発、28人死亡、36人負傷、プラント全滅。漏洩源からの噴出ガス火災そのものによる乱流発生。TNT 相当15~45ton、圧力波5~10barg
液化天然ガスパイプラインからの漏洩→8kmほどガス雲が広がった→約800m離れたところに鉄道があり、お互いに反対側から来た列車が交差→ガス雲が撹拌し乱流域→列車から引火→二度に渡る爆発→それに続いて二方向にFlash Fireが発生。爆発点から半径4kmの木がなぎ倒された。死者645人。
シミュレーションへの入力値と、算出された計算値をまとめたものです。
下表はコンビ指針等の各種文献に示されている「爆風圧の及ぼす影響」と、シミュレーションにより算出した「爆風圧の到達距離」を整理した一覧表です。
「マップに着色」欄の色は、別添の「爆風圧の影響範囲図」内の表示色と一致させています。
爆風圧の影響範囲をマップ上に図示したものです。影響範囲の色分けは、「爆風圧の及ぼす影響と到達距離」に示す着色範囲と一致させています。
場所を指定して、その地点での爆風圧を求めることができます。（ここでは計算結果用フォームを示します。）
弊社のガス拡散プログラムにより爆発下限界以上の濃度（安全を見て通常は爆発下限界の50％濃度を基準とします）空間をシミュレートし、3D濃度マップによりフラッシュファイア発生範囲を示します。この空間内にいる人や財産は非常に大きなダメージを受ける可能性があります。フラッシュファイアは瞬時に終わり、漏洩源に火が戻り、ジェットファイアや防液堤火災に繋がっていくことになります。
海外での事故報告は多数あり、ここではそのうちの2事例を紹介します。
液化プロパン8インチ輸送ライン（1,200 psiG）に838cmの亀裂が入り漏洩し、蒸発によりガス雲が地形に沿って拡散。ガス雲が30.4ヘクタールに広がり、森、農家、高速道路を含む地域に広がった。引火して農家と車など火災により破壊され2人が死亡。高速では3人が90%の大やけどとなり、一人は後に死亡。漏洩箇所では120m高さの炎が吹き上げ続けた。
対向車を避けようとしたトレーラー（加圧液化プロパン）が横転、岩に激突によってタンクが破損し 8,800kgのプロパンが漏洩。右手は切り上がった岩の崖+森、左手は渓谷（約20m下）で60ｍ離れたところに民家があり、後続車両とドライバーは約80ｍ、他の後続車の人たちは135ｍ離れていた。ガス雲が60ｍ先の民家まで拡散した時、トラックから引火し直径120ｍのfire Ballのように燃焼。トラックドライバーは即死、後続車の人たちはガス雲の外だったが激しい火傷を負った。
爆発下限界（LEL）濃度の50％以上となる範囲を、フラッシュファイア発生範囲として図示したものです。AutoCADの三次元レイアウトやマップ上にフラッシュファイア発生範囲（下図の赤色範囲）を表示するので、建物などの危険範囲を高さ方向を含めて容易に判別可能です。
