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1 参考資料 5 災害事象の影響度の評価手法

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3 1. 火災による放射熱 1.1 タンク火災の放射熱タンク火災 ( 全面火災 ) の場合には 円筒形の火炎を想定した以下のモデルを基に 火災による輻射熱の計算を行う 火炎の半径はタンク半径と同じとし 火炎高さはタンク半径の3 倍を想定する E =φrf tan n m m ( A n) tan n 1 n AB A( n 1) 1 tan B( n 1) n ( n 1) ( n 1) ただし m=h/r n=l/r A=(1+n) +m B=(1-n) +m E : 輻射熱 [kcal/m hr] R f : 燃料の放射発散度 [kcal/m hr] φ : 形態係数 [-]( 火炎の形状と火炎との相対位置によって決る ) R : 火炎の半径 [m] H : 火炎の高さ [m]( 経験的に通常 R の3 倍と仮定する ) L : 火炎の中心と受熱面との距離 [m] R 3R 図 1-1 火炎モデルのイメージ 資 -1

4 表 1-1 可燃性液体カフジ原油ガソリン ナフサ灯油軽油重油ベンゼン n-ヘキサンメタノールエタノール LNG( メタン ) エチレンプロパンプロピレン n-ブタン 主な可燃性液体の放射発散度放射発散度 ( ) (5 1 3 ) ( ) ( ) ( 1 3 ) ( ) ( ) ( ) (1 1 3 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 注 ) 単位は J/m s 括弧内は kcal/m h 出典 : 石油コンビナートの防災アセスメント指針 ( 消防庁特殊災害室 ) 資 -

5 図 1- 放射発散度と容器 ( 火災面 ) 直径の関係 図 1-3 容器 ( 火災面 ) と放射発散度の低減率 出典 : 石油コンビナートの防災アセスメント指針 ( 消防庁特殊災害室 ) 資 -3

6 1. 流出火災の放射熱 (1) 流出速度の計算 a. 容器からの流出図 6-1 に示すような状況を想定して ベルヌーイの定理により液体の流出速度を計算する ただし 開口部の面積 aは容器の断面積に比べて非常に小さく 流出している間液面の高さhは変化しないと仮定する 図のような流線の液面と破断面にベルヌーイの定理を適用すると gh p v p したがって 流出速度 v [m/s] は v gh ( p p ) p a : 開口部面積 [m ] h : 液面高さ [m] ρ ρ : 液密度 [kg/m 3 ] p : 液面にかかる圧力 [Pa] h p v : 大気圧 [Pa] : 流出速度 [m/s] a g : 重力加速度 [9.8m/s ] p v 図 1-4 容器からの流出の概念図 資 -4

7 単位時間の流出量 q [ m3 /s] は これに開口部面積 a を掛けて次のようになる q=a gh ( p-p) ( 式 1-1) 実際には これに縮流の影響などを含んだ流出係数 c を掛けて q=ca gh ( p-p) ( 式 1-) となる ( 通常は c=.5 として計算される ) 常圧貯蔵のタンクのように p=p の ときには この式は次のようになる q=ca gh ( 式 1-3) b. パイプラインからの流出パイプラインの中の一様な流れの速度をu[m/s] 圧力をp [Pa] とする パイプラインの途中に開口部ができた場合 図 1-5 に示すような流線にベルヌーイの定理を適用する 管内の高さの差を無視すると u p v = p ( 式 1-4) したがって 流出速度 v[m/s] は v u ( p ) p ( 式 1-5) u, p ρ v, p a a : 開口部面積 [m ] ρ : 液密度 [kg/m 3 ] u : 管内の流速 [m/s] p : 管内の圧力 [Pa] p v : 大気圧 [Pa] : 流出速度 [m/s] g : 重力加速度 [9.8m/s ] 図 1-5 パイプラインからの流出の概念図 資 -5

8 開口部面積を a 容器からの流出の場合と同様に流出係数を c とすると 単位時間 の流出量 q [ m3 /s] は qca u ( p ) p ( 式 1-6) となり p p とすると v u となり 次のようになる q cau ( 式 1-7) () 火災面積の計算 流出した可燃性液体が拡がって直後に着火した場合の火災面積は S [m ] は 次式 で表される S=q/V ( 式 1-8) ただし q は ( 式 1-) や ( 式 1-6) などにより計算される液体の単位時間の流出 量 [ m3 /s] である また V は可燃性液体の燃焼速度 ( 液面降下速度 ) [m/s] であり 液体によって固有の値をとる 主な可燃性液体の値を表 1- に示す 表 1- 主要な可燃性液体の燃焼速度 ( 液面下降速度 m/s) 可燃性液体燃焼速度可燃性液体燃焼速度 カフジ原油 メタノール ガソリン ナフサ エタノール 灯油 LNG( メタン ) 軽油 エチレン 重油 プロパン ベンゼン プロピレン n- ヘキサン n- ブタン 資 -6

9 (3) 放射熱の計算流出火災の場合 底面がこの火災面積 S と等しい円となるような円筒形の火災 ( 高さは底面半径の 3 倍 ) を想定して 放射熱の影響範囲を推定する また 石油タンクにおいて流出油が仕切提全域に拡がった後に着火して全面火災となるような場合を想定して放射熱を計算するときには 仕切提の面積と等しい面積の円を底面とした円筒形の火災 あるいは仕切提 ( 長方形として ) を底面とした直方体の火災を想定するのが一般的である 資 -7

10 . 可燃性ガスの火災 爆発 (1) 液化ガスの蒸発沸点以上の温度で圧力をかけて液化したガスが漏洩して瞬間的に気化する現象をフラッシュと呼び 気化する液量と漏洩した液量の比をフラッシュ率と呼ぶ フラッシュ率は 液化ガスの種類と流出前の温度により決まり 流出前の温度が高くなるほど大きくなる いくつかの種類の液化ガスについてフラッシュ率を表 -1 に示す なお 少量の漏洩の場合は全量気化すると考えてよい 表 -1 液化ガスのフラッシュ率 液化ガス種類貯蔵 取扱温度フラッシュ率 プロパンプロピレンブタンエチレンアンモニア 資 -8

11 () 爆発による爆風圧 高圧ガス保安法のコンビナート等保安規則で規定されている TNT 等価法では 爆 風圧の大きさをタンク中心からの距離の関数として表現している R = λ 3 (WTNT ) 1/3 ( 式 -1) WTNT = (WG f ) (QG / Q γ ) φ γ ( 式 -) R : 爆心からの距離 [m] λ : 換算距離 [m/kg 1/3 ] WTNT : 爆発の爆風実被害と同等の被害を与えるTNT 等価重量 [kg] WG QG QT : 可燃性ガスの流出量 [kg] : 可燃性ガスの燃焼熱 [J/kg] :TNTの燃焼熱(= )[J/kg] f : 可燃性ガスの気化率 ( フラッシュ率 ) φ : 爆発係数 γ :TNT 収率 (TNTの爆発への放出率)(=.64) 1 高圧ガス保安法 コンビナート等保安規則では f (QG / Q γ ) φ γ を K 値 と して表すため 評価式は以下のように表すことができる R =.4 λ(k WG ) 1/3 ( 式 -3) また 同法では既存施設に対しては λ=1.( 爆風圧 11,76Pa,.1kgf/cm ) 新 設施設に対しては λ=14.4( 爆風圧 9,8Pa,.1kgf/cm ) を限界強度として保安距離 を確保することとなっている R =.48(K WG ) 1/3 ( 既存施設 ) ( 式 -4) R =.576(K WG ) 1/3 ( 新設施設 ) ( 式 -5) 1 TNT 収率は 通常の爆発で.3~1% 激しい爆発で 4~1% である 石油コンビナートの防災アセスメント指針のデータ ( 表 A.5) を参考とする 資 -9

12 図 -1 TNT の爆風のピーク圧とスケール化距離の関係 出典 : 安全工学協会編 安全工学講座 爆発 海文堂出版 資 -1

13 (3) 拡散による可燃性ガス濃度可燃性ガスが漏洩し大気中に拡散した場合の着火 燃焼範囲を推定するためには 任意の地点の拡散濃度を計算する必要がある 拡散濃度を計算するためのモデルはいくつか提案されているが 現在我国での災害想定や防災アセスメントなどで最もよく使われている坂上の拡散式を用いることにする この式は3 次元の任意の地点のガス濃度を計算することができるが ガスの種類 ( 密度等 ) は考慮されていない 坂上の式には ガスの発生源が点状のものと面状のものがあり ガスの発生時間も連続的なものと瞬間的なものなどがある 点源の式は小さな開口部からガスが漏洩するような場合に適用され 面源の式は液化ガスが防液提に溜まって蒸発するような場合に適用される 実際には 小さな開口部から漏洩するような場合を想定し連続点源の式を用いることが多い 防液提に溜まって蒸発するような場合でも 防液提から遠いところでは点源の式を用いても差し支えない 連続点源の拡散式は 次のように表される C xyz A q Q u A x+e Bq x+e B B A B e e I A B A - - hx - - AX B X hz B -1-1 ( 式 -6) C xyz Q u h : 任意の地点 (x,y,z) におけるガス濃度 ( 体積比率 ) ただし x は水平 風下方向 y は水平風横方向 z は鉛直方向にとった座標である : 拡散ガス量 [ m3 /S] : 風速 [m/s] : ガス発生源の高さ [m] で (,,h) が発生源 ( 点源 ) の座標となる q A, q B, ψ A, ψ B I である ( 表 -) : 気象条件 発生源の高さにより決まる拡散パラメータ : 次の虚数単位第 1 種ベッセル関数 液化ガスが小さな開口部から漏洩したような場合には ( 式 1-) や ( 式 1-6) で 計算された量のガス q [ m3 /s] が常温 大気圧において全量気化するとして次式によ り拡散ガス量 Q [ m3 /s] を計算し これを ( 式 -6) に代入してガス濃度を計算する 資 -11

14 R qt Q Mp ( 式 -7) R : 気体定数 [8.314J/mol K] ρ : ガス液密度 [ kg / m3 ] M : ガス 1mol の重量 [ kg ] T p : 気温 [K] : 大気圧 [Pa] 表 - 拡散パラメータの値 大気安定度 h [m] ψa qa ψb qb 安定 中立 やや不安定 不安定 *) 加圧により液化されているガス容器の液相部が破損した場合 急減圧により液体 気体の 相流となって 流出するのが一般的である しかし 開口部の大きさなどの不確定要素が大きく 液相で流出した後に気化するとして流出量を計算する 同じ大きさの開口部を想定した場合 相流出よりも液相流出の方が流出量は多くなり 安全サイドの評価といえる 資 -1

15 可燃性ガスが気体で取り扱われている場合には 流出量は流速に応じて次式により 計算する < 流速が音速以下の場合 > w=548 C a p M Z T p -1 p r p - p r r ( 式 -8) < 流速が音速を超える場合 > w=387 C a p M Z T 1 r 1 r-1 ( 式 -9) w : 流出量 [ kg /h] c : 流出係数 a : 開口部面積 [cm ] p : 処理圧力 [kgf/cm ] p : 大気圧 [kgf/cm ] T : 処理温度 [K] M : ガスの分子量 Z : ガスの圧縮係数 γ : ガスの比熱比 流速は 圧力比 P/P が次式の限界圧力比以下になると音速となる p = p γ1 r r-1 ( 式 -1) ガスが気体で流出するとき 拡散濃度を推定するための別の方法として V.D.Long の式に噴出ガスの圧力を考慮した次式を用いることもある 概念図は図 - に示すと おりである 資 -13

16 半径方向への距離噴出方向距離 x 加圧容器C C xr dm =5.1 x M x 1 p p 1 br exp- x ( 式 -11) C xr : 噴出口から噴出方向距離 x 半径方向距離 rの点でのガス濃度 C : ガスの初濃度 ( 通常は 1.) d : 噴出口の直径 M x :(x ) 点でのガスと空気の混合気の平均分子量 M p p b : 噴出ガスの分子量 : 処理圧力 : 大気圧 : 噴出流の濃度の広がり幅を表す係数 (=9.3) 破口 噴出流 x r r 図 - ガスの気体噴出の概念図 資 -14

17 3. 毒性ガスの拡散 毒性ガスが漏洩した場合 大気中に拡散して人体に影響を与える恐れがある 毒性 ガスの拡散濃度については 可燃性ガスの場合と全く同様に計算することができる 4. 毒劇物液体の蒸発 拡散 ここで毒劇物液体とは 常温 常圧で液体の毒性物質をいう 常温の揮発性液体が 流出してプール状に溜まったときの蒸発速度は次式で与えられる w=.33(p/p )ρuml(υum). ( 式 9-1) w : 蒸発速度 [g/s] p : 液面の温度に相当する飽和蒸気圧 [mmhg] p : 大気圧 [mmhg] ρ : ガスの蒸気密度 [g/cm 3 ] u : 風速 [cm/s] m : 風方向の容器 ( プール ) の長さ [cm] l : 風に直角方向の容器 ( プール ) の長さ [cm] υ : 空気の粘性抵抗 [.154 cm ] 拡散したしきの濃度は坂下の面源の式により計算することができる 発生源から遠 いところでは点源の ( 式 -6) を用いてもよい 資 -15