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たつぞうかむら
5 years ago
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1 2.3 高濃度オゾン利用基準の研究策定省エネルギー型廃水処理技術開発 ( 事後評価 ) 分科会資料高濃度オゾンガスの安全性の研究産業技術総合研究所爆発安全研究センター P. 1 研究の目的目標目的 ) 高濃度オゾンの実用化において課題となる安全性を解明オゾンは以下の式に示すように分解による発熱が大きい不安定な物質であり温度圧力変動や機械的熱的電気的衝撃などにより急激な爆発を生じることが指摘されているなお爆発とは圧力の急激な発生と爆音の発生を伴う現象を意味する O 3 3/2 O 2 - H = kj/mol (2.97 kj/g) 目標 ) オゾンの爆発性に関する基礎的特性オゾンの生成や利用における爆発危険性を調べ高濃度オゾンガスの安全な取り扱いに資するデータの集積を行う材料適合性爆発誘起要因放電エネルギー不純物混入の影響事業原簿 P.41 P. 2

2 材料の耐オゾン性 ( 金属材料 ) オゾンによる材料の腐食性はオゾンの使用条件 ( 水溶液であるかガスであるか濃度温度共存物等 ) に影響されるここでは金属ガラス合成樹脂等に関して耐オゾン性を検討した金属の場合金白金は耐性がある 100 vol% オゾンに常温常圧で暴露させた場合ステンレス鋼 (SUS316) アルミニウムは耐性がありニッケル銅真鍮は表面は酸化されるものの変質劣化なく使用できる ( 銀は変質劣化する ) 一方で銅ニッケル錫はかなり耐食性があるがアルミニウム亜鉛真鍮は腐食されるとの報告もあるまた SUS316は 4.5 vol% オゾンガス ( 曝露 1 週間 ) と20 ppmオゾン水 ( 曝露 2~10 日間 ) により劣化することも報告されているまた金属酸化物を表面につくるとこれによって材料のオゾン耐食性を増しオゾンの貯蔵に適することもある事業原簿 P.41 P. 3 材料の耐オゾン性 ( 金属材料以外 ) 有機材料ではテフロン無機材料では石英ガラスおよび無アルカリガラスがオゾン耐食性を有する一方バイトンゴムおよびニトリルゴムは変質劣化するシリコンエチレン - プロピレンフッ化シリコンクロロフルオロカーボン (CFC) フルオロカーボン (HFC) 等は耐性がありネオプレンは若干耐性が劣るアルミナ - シリカ系セラミックスは 4.5 vol% オゾンガスにより腐食しないが 20 ppm オゾン水により Al と Si 原子が幾分溶出することが報じられているこれらをもとに実験においては1 回の実験を短時間で終えることを勘案し実験装置として SUS316 テフロン石英ガラスシリコン等の素材を使用することとした事業原簿 P.41 P. 4

3 オゾンの分解に関する要因オゾンの分解性はオゾンの濃度によって異なりまた温度圧力変動や機械的熱的電気的な衝撃振動などを加えると急激な爆発を発生するのでこれらの条件がオゾンの分解に及ぼす影響を知ることが重要となるこのほかオゾンを生成する際の酸素の純度不純物の種類混入する有機化合物の量などもオゾンの爆発性に大きく影響する高濃度オゾンの利用を検討する場合オゾナイザーによるオゾンの発生からオゾンを濃縮放出するプロセスまでの安全性を考えなければならないこのため 10 vol.% 程度 ~50 vol.% 程度以上の濃度範囲のオゾンガスを対象として分解性を検討することが必要になるオゾンの分解性についてはこれまでに幾つかの報告があるものの実験条件の詳細 ( 圧力温度爆発誘起エネルギーの大きさ等 ) が不明であるケースやデータの異なる報告がありオゾンの分解性について正確で確実な情報が必要である事業原簿 P.41 P. 5 オゾンの爆発性の評価オゾンの爆発を引き起こす誘因としてその特性を把握し易く再現性の大きなものその起源の生成が容易であるもの等を用いると実験解析が容易となるこの観点をもとに放電は物性解析が比較的容易で再現性も優れていることから本研究では爆発誘起要因として放電を用いたオゾン濃度と放電特性が如何に爆発に関係するかに注目して検討を行った従来の研究より概ね10 vol% 程度以下であれば爆発する可能性が非常に低いことが解明されており一般に10vol% 以下の濃度での利用が広く行われているそれ以上の高濃度のオゾンに関しては爆発性を検討した例が多くはなく詳細については不明な点があるのでできる限り高い濃度のオゾンについて爆発性のデータを収集する必要がある本研究においてはオゾンを濃縮することにより高濃度のオゾンを発生させその爆発性を検討した事業原簿 P.41 P. 6

4 高濃度オゾンの生成約 10 vol% 程度で発生するオゾンを濃縮する方法として吸着剤に吸収させて濃縮する方法低温でいったん液化して濃縮する方法溶媒を使って溶解させて濃縮する方法などがある本研究においては比較的少量で高濃度のオゾンを安全に取り出すことができるシリカゲルを用いたオゾン吸着法を採用した吸着法により酸素中約 10vol% のオゾンを原料として (1) 吸着工程 (2) 濃縮工程 (3) 脱着工程の3ステップを経ることにより所定の濃度のオゾンを生成することができた事業原簿 P.41 P. 7 高濃度オゾン製造システム PI Catalyst unit for ozone decomposition Vent TI Vacuum pump Commercial ozone generator Ozone storage vessel % Oxygen Ozone adsorption column Dry ice bath 事業原簿 P.41 P. 8

5 オゾン爆発実験システム >80%-ozone storage vessel PI Catalyst unit for ozone decomposition Vacuum pump Vent Explosion chamber Oscilloscope %-oxygen cylinder Measurement unit for trigger energy PC 事業原簿 P.41 P. 9 オゾン爆発における濃度と圧力の関係 Total pressure [torr] Explosion Explosion No explosion Ozone concentration [vol%] 事業原簿 P.41 P. 10

6 オゾン爆発における最小起爆エネルギー Minimum trigger energy (mj) Ozone concentration (vol.%) Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 18, 465(2005) 発表事業原簿 P.41 P. 11 最小起爆エネルギーのオゾン分圧依存 Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 18, 465(2005) 発表事業原簿 P.41 P. 12

7 放電電極先端角度と起爆エネルギーの関係 Minimum trigger energy (mj) /20 Total pressure : 200torr No explosion at 14.3vol.% Explosion at 14.3vol.% No explosion at 12.4vol.% Explosion at 12.4vol.% Tip angle (degree) Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 18, 465(2005) 発表事業原簿 P.41 P. 13 放電持続時間と起爆エネルギーの関係 Ignition energy (mj) Explosion No explosion 6 4 No Explosion at 14.3 vol.% 2 Explosion at 14.3 vol.% Spark duration (µs) Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 18, 465(2005) 発表事業原簿 P.41 P. 14

8 窒素ガスがオゾンの起爆エネルギーに及ぼす影響 Minimum trigger energy (mj) Ozone concentration: 14.7vol% (in Ooxygen) 2 +N 2 ) Total pressure: 200Torr No explosion Explosion N 2 concentration (vol%) 事業原簿 P.41 P. 15 炭酸ガスがオゾンの起爆エネルギーに及ぼす影響 Minimum trigger energy (mj) Ozone concentration: 14.7vol% (in Ooxygen) 2 +CO 2 ) Total pressure: 200Torr No explosion Explosion CO 2 concentration (vol%) 事業原簿 P.41 P. 16

9 水素ガスとメタンガスがオゾンの起爆エネルギーに及ぼす影響混入物なし 60 mj 混入物混入物濃度 (vol%) H 2 25 mj 8 mj 1 mj CH 圧力 200Torr オゾン濃度 14.7vol%( 酸素中 ) 事業原簿 P.41 P. 17 まとめオゾンの爆発に関する要因を調べ爆発実験を行った結果次の点が明らかとなった (1) 不動態化処理を行ったステンレス鋼テフロン石英ガラスシリコン等の素材はオゾン耐食性がある (2) 交流高圧放電による着火では大気圧下酸素中のオゾン濃度約 10-11vol% が爆発限界でそれより高濃度になると爆発する圧力が低下すると爆発限界が上昇し爆発しにくくなる圧力 10Torr では爆発限界濃度は約 80vol% である (3) 低圧でオゾン濃度が低い場合は起爆に大きなエネルギーを要するつまり低圧低濃度ほど安全性は高い (4) 不純物の混入により混合ガスの爆発性が高くなる窒素二酸化炭素のような不活性ガスが混入しても混入量の増加とともに徐々に最小起爆エネルギーが低下する水素メタンが混入すると起爆エネルギーは著しく低下するエチレンベンゼンが混入すると放電の前に自然発火する事業原簿 P.42 P. 18

10 2.3 高濃度オゾン利用基準の研究策定省エネルギー型廃水処理技術開発 ( 事後評価 ) 分科会資料オゾン利用の安全性評価と利用規準の研究 ( 財 ) 造水促進センター高濃度オゾン利用研究専門委員会委員長杉光英俊事務局小池壯一郎 1 研究の背景世界的にオゾン利用の安全規準なし不安定で使用時に製造設備の管理不可欠 2001 年高濃度オゾン利用研究開始従来 20g/m 3 200g/m 3 材質劣化漏洩監視管理事業原簿 P43 2

11 目的オゾン利用設備普及オゾンの用途拡大高濃度オゾンの利用リスクの増大爆発漏洩被曝環境破壊リスクの削減知識の普及最低限守るべきことは何かオゾン利用に関する安全管理規準作成普及事業原簿 P43 3 調査研究のフローチャートオゾンはどこでどの様に使われているかリスクはどこにあるかリスクの大きさはどの程度かリスク管理はどうあるべきか国内の例海外の例知見の集約規準に盛り込むべき内容理解しやすい記述方法法律との適合性オゾン利用に関する安全管理規準作成検証実態と離れていないか遵守するのに難はないか啓蒙普及講習会の開催英文作成標準化 ( 将来 ) 事業原簿 P43 4

12 安全管理基準目次 1 章総論 ( 目的適用性質緊急措置 ) 2 章設備製造に係わる者が遵守すべき規準 3 章販売設置に係わる者が遵守すべき規準 4 章使用者が遵守すべき規準 5 章チェックリスト例付録関連資料事業原簿 P43 5 第 1 章総論 1.1 目的この規準はオゾンを適切かつ安全な使用に資することを目的とする 1.2 適用オゾン発生設備オゾン反応設備排オゾン分解設備およびこれら設備の一部または全部から構成されたオゾン処理設備の製造販売流通および使用に係わる者に適用される事業原簿 P43 6

13 第 1 章総論適用範囲設備の製造に係わる者設備の販売流通に係わる者設備の使用に係わる者事業原簿 P43 7 第 2 章設備の製造に係わる者が遵守すべき規準 2.1 オゾン発生設備 2.2 オゾン反応設備 2.3 排オゾン分解設備事業原簿 P43 8

14 オゾン処理設備の構成例電源装置原料気体供給装置ブロアまたはコンプレッサ冷却装置除湿装置オゾン発生装置排気ブロア缶体冷却装置オゾン発生設備オゾン反応設備排オゾン分解設備 9 第 2 章 1 オゾン発生設備規格認定製造能力に応じた規格原料気体供給装置原料乾燥度オゾン発生装置最高発生濃度 10vol%( 爆発安全限界 ) 電源装置手動緊急停止可能地震対策 10

15 構造材料石英ガラス配管材料バイトンテフロンコート要定期点検第 2 章 2.2 オゾン反応設備オゾン漏洩の防止 ( 負圧吸引等 ) 設計留意点 ( 逆流防止等 ) 表示標識 ( 流体種類方向装置名 ) 材料の選択 ( 濃度別の例示 ) 11 第 2 章 2.2 (4) 材質 A 材質耐オゾン性材料評価高濃度低濃度極低濃度 >100 >50 >1000 <200 <10 g/m 3 g/m 3 ppm ppm ppm SUS316L 要定期点検 1 SUS316 要定期点検 1 SUS304 要定期点検要定期点検アルミ ( アルマイト処理 ) 要定期点検要定期点検アルミテフロン要定期点検コンクリート要定期点検要定期点検 SUS316 要定期点検 SUS304 要定期点検テフロン要定期点検硬質塩ビ (VP 管 ) シリコン内面テフロンコートシリコン要定期点検ウレタンナイロンバイトン要定期点検 1 溶接部は処理 ( 酸洗い電解研磨等 ) が必要備考平成 15 年度省エネルギー型廃水処理技術開発報告書 (NEDO) 12

16 パッキン材料シリコンスポンジ Oリンバイトンテフロンコート要定期点検グ配管継手塩ビ継手 ( 接着 ) 第 2 章 2.2 (4) 材質 B 材質耐オゾン性材料評価高濃度低濃度極低濃度 >100 >50 >1000 <200 <10 g/m 3 g/m 3 ppm ppm ppm テフロン要定期点検軟質テフロン要定期点検バイトンゴム要定期点検シリコンゴム要定期点検塩ビゴムエチレンプロピレンゴムクロロプレンゴムニトリルゴムポリウレタンフォームテフロンバイトン要定期点検 SUS くい込みねじ込み ( テフロンシール ) 溶接フランジ継手要定期点検 1 1 溶接部は処理 ( 酸洗い電解研磨等 ) が必要備考平成 15 年度省エネルギー型廃水処理技術開発報告書 (NEDO) 13 第 2 章 2.3 排オゾン分解設備排出オゾン濃度 0.4ppm 以下 ( 曝露濃度は0.1ppm 以下 ) 流通を停止時の措置窒素酸化物の除去 14

17 第 3 章販売設置に係わる者が遵守すべき規準 3.1 輸入業者の責任 3.2 説明責任と安全指導安全マニュアルの交付 3.3 漏洩監視手段の設置設置の上引き渡すこと 3.4 連絡体制問題発生時の連絡先 15 第 4 章使用者が遵守すべき規準 4.1 安全管理者 4.2 安全管理者の役割 4.3 許容濃度の厳守 4.4 保護具の設置 4.5 消火器の設置 4.6 表示標識 4.7 監視および記録 4.8 安全対策 4.9 オゾン漏洩時の措置 16

18 第 4 章 4.2 安全管理者 1 装置機器の取り扱い説明書の整備 2 設備の運転管理マニュアルの整備 3 作業者の安全教育 4 点検記録簿の整備 5 緊急時の措置連絡体制の整備 6 事故報告他安全管理上必要な事項 17 第 5 章チェックリスト機器設備に応じた保守管理計画を定めておく日常および定期の点検項目についてのチェックリストを作成し記録を保管 18

19 今後の方向基準制定規格化 JIS 日本オゾン協会を中心に作業中国際標準化 ISO 国際競争力強化のための世界戦略国の施策としての取り組が不可欠 19

1

酸素などの断熱圧縮と摩擦熱による高圧ガス事故の注意事項について高圧ガス保安協会 1. 目的高圧ガス事故 ( 喪失盗難を除く災害 ) の統計と解析の結果高圧ガス事故の 90% が漏えい事象であり 8% が漏えいの先行なしの爆発火災破裂破損事象 ( 以下爆発火災事象などという ) である 1) なかでも酸素支燃性ガスの場合に主にバルブを急に開く操作 ( 以下急開き操作という )