危険物第四類の引火性液体について、情報をまとめました。
引火性液体の知識は非常に大事で、化学プラント設備の設計や保全をするためには必須の知識です。
もちろん、運転では基本中の基本とも言えます。
危険物の特性・怖さを知ることで、安全に運転や保全をすることの難しさが初めて分かるでしょう。
化学プラントで勤務する人が安全意識がとても高い、という背景を知れるかもしれません、
目に見えないからこそ、危険
一般的性質
危険物第四類の一般的性質について紹介します。
引火性
引火性は危険物第四類の大きな特徴ですね。
引火点・燃焼範囲や蒸気圧・最小着火エネルギーが関係するキーワードです。
引火性液体である危険物第四類はいくつかのランク分けがされていますが、これは引火点でほぼ決まるといって良いです。
引火点が低い方が危険度が高いです。
液比重が1より軽い
危険物第四類の液体は基本的に水より軽いです。
液比重が1より軽いです。
バッチ系化学プラントで反応器内で反応をさせると、水層と油層に分かれることが普通です。
ここで分液操作が発生しますが、目的物をどこに移送するかの判断に使います。
目的物が油層なら、下層部の水層は廃棄です。
中間層は油層側に戻す操作をしないといけませんね。
他には、油分離槽も油層の比重が水より軽い性質を利用しています。
アナログですけど、だからこそ効果大です。
ガス比重が1より重い
危険物第四類のガスは空気より重いです。
ガス比重が1より重いです。
液比重は1より軽いですが、ガス比重は1より重い。
間違えそうですよね。
この特徴があるからこそ、危険物屋外タンク貯蔵所の防油堤や貯めますが機能します。
可燃性ガス検知器を油分離槽や貯めます周りに設置するのもこれが理由です。
燃焼ガスを煙突から放流して、どこまで拡散するかシミュレーションするときにもこの性質を利用しますね。
今では、専用のシミュレーションソフトを使うので、機械エンジニアが使うチャンスはないでしょう。
電気を通さない
危険物第四類は電気を通しません。
だからこそ、静電気が溜まるわけです。
基本的すぎて見落としそうになりますよね。
設備や配管のボンディングを気にするあまり、危険物第四類が電気を通さないという当たり前の事実に気が付かない人が、結構います。
計器を扱う人なら、分液操作で導電率計を使うことに気が付くかもしれませんね。
水層は導電率を持ち、油層は導電率がないために、導電率計で検知できる仕組みです。
一般的な火災予防方法
一般的な火災予防方法について紹介します。
みだりに蒸気を発生させない
引火性液体から蒸気を発生させないことは、対策の1つです。
火災予防の基本ですね。
引火点は温度に依存して、温度が高い方が引火点が高いですね。
運転のために、温度を上げるのは仕方がありません。
それ以外の場合は、高温となることを避けます。
火気の近くに保管しない直射日光になるべく当てないなど、リスクを下げることは可能ですね。
密栓をして冷暗所に保管
引火性液体は密栓をして冷暗所に保管します。
密栓をしていると、引火性蒸気は拡散しませんからね。
ドラム缶などに保管することをイメージ知れば良いでしょう。
化学プラントの設備では、窒素シールも密栓に近い発想です。
屋外の高所に排気
引火性液体の蒸気は屋外の高所に排気します。
これは引火性液体の蒸気が空気より重たいからです。
排気してから地上に到達するまでの間に、風で拡散する効果を狙っています。
危険物製造所の最終除害装置から高所に向かって煙突のように配管が立っているのは、拡散効果を狙っているからですね。
拡散することで、燃焼範囲から外れるでしょう。
危険物製造所内の壁で囲われたエリアなどで、引火性蒸気が滞留しないように換気を求められることも、同じ発想です。
換気扇を付けたり3面以上は囲わない、という対策が現実的です。
防爆器具を使う
危険物第四類を扱う工場では、防爆器具を使います。
静電気着火を起こしますからね。
モーターは防爆の電動機であり、安全増防爆や耐圧防爆とします。
静電気を除去する
危険物第四類を取り扱う工場では、静電気を除去しないといけません。
建屋そのものを地中でアースを採ったり、金属設備を建屋と接続するだけでなく
適切なボンディングも施工しないといけません。
設備面の対策だけでなく、人の対策として静電靴も重要ですね。
そこまで対策を取っておきながら、床面に電気を通さない塗装をしていたりしますけどね・・・。
分類と引火点の関係
危険物第四類と引火点は密接な関係があります。
引火点はその幅が非常に広いので、数段階に区分します。
その分類と、化学プラントでの取り扱い方を紹介します。
特殊引火物 -20℃以下
特殊引火物は引火点が-20℃以下のものです。
他に発火点が100℃以下、沸点が40℃以下などの条件が付きます。
引火点が-20℃以下なので、普通の環境では常に静電気対策を考えないといけません。
特殊な物質だけが該当するので、化学プラントでも扱う機会は少ないです。
それだけ危険なもの、という理解はしておいた方が良さそうです。
第一石油類 21℃未満
第一石油類は引火点が21℃未満のものです。一石とも言います。
化学プラントでは二石と大して扱いは変わりません。
常温で引火点を持ち、冬場でも引火点を持つ可能性があり、対策が取りにくいです。
身近に扱うガソリン、アセトンも一石です。
実は一石に該当して危険だということは認識しておいた方がいいでしょう。
アルコール類
アルコール類はアルコール基(OH)が付いた炭化水素のことです。
消防法としては炭素数3までの飽和1価アルコールが対象です。
といっても機械エンジニアとしては難しいですね。
メタノール・エタノール・プロパノールの3つです。
メタノールは化学プラントの反応で使うこともあれば、設備洗浄でも使います。
エタノールは簡単に言うとお酒ですね。
一般にアルコール度数60℃以上になれば、引火点を持ちます。
第二石油類 70℃未満
第二石油類は引火点が21℃以上70℃未満のものです。二石とも言います。
化学プラントで扱う多数の危険物が該当します。
常温で引火点を持つので、工場内で静電気対策は必須です。
二石は引火点以下の低温で扱って、安全対策を取りやすいです。
二石までは十分なケアが必要で、三石はハードルが下がります。
この感覚は、機械エンジニアとしても大事。
一般的には灯油・軽油などが二石に該当します。
他にはキシレンやブタノールなど、反応や溶媒に使う物質も二石です。
第三石油類 200℃未満
第三石油類は引火点が70℃以上200℃未満のものです。三石とも言います。
化学プラントとしては安心して取り扱う危険物という感覚です。
引火点70℃ということは、常温では引火点を持たないという意味。
静電気対策を過剰に考えなくても使用できるという点で、水などと似た感覚を持つことができます。
一般的には重油が三石に該当します。
他にも三石に該当する危険物は一定数量あります。
化学プラントの機械エンジニアとしても、三石の危険物を扱う設備に対して一定の間隔は持っておきたいですね。
第四石油類 250℃未満
第四石油類は引火点が200℃以上250℃未満のものです。四石とも言います。
化学プラントとしてはマシン油を知っていれば十分です。
化学プラントの機械設備であるモーターに使う潤滑油ですね。
工場内では製造部などの危険物を取り扱う部署で管理することが一般的でしょう。
更油作業を製造部の人が行うか、メンテナンスマンが行うかの差は会社によって変わるでしょう。
マシン油は立派な危険物第四類であり、管理も必要です。
一石
一石は引火点21℃以下の物質で、実際にはかなり危険です。
一石にガソリンが該当するから安心する人もいれば、ガソリンの取扱を慎重にしようと思う人もいるでしょう。
ガソリン
ガソリンは自動車に使う身近にあふれたものですよね。
その割に、性質は意外と知りません。
- 特臭がある
- 比重が0.7程度
- 燃焼範囲は1.4～7.6vol%
- 引火点-40℃以下
- 水には溶けない
- 電気を通さない
- ゴム。油脂を溶かす
危険物乙四の一般的な性質をかなり包含していることが分かるでしょう。
ガソリンに特徴的な性質は「特臭」と「引火点-40℃」
引火点-40℃以下という物質は驚くほど少ないです。
北海道でガソリンを扱っても引火する恐れがあり、静電気対策は必須です。
引火点が低すぎるので、漏れた時に検知するためにも臭いをつけています。
ベンゼン
ベンゼンも同じように性質を見てみましょう。
- 特臭がある
- 比重は0.88
- 燃焼範囲は1.3～7.1vol%
- 引火点-20℃
- 水には溶けないが有機溶媒に溶ける。
- 有機物を良く溶かす
- 有毒である
ベンゼンは危険物乙四としてはあまり語ることはありません。
ガソリンの劣化版と考えればいいです。
一方、化学プラントでベンゼンを取り扱う場合は。「毒性」をきにしないといけませんね。
バッチ系化学プラントではほとんど使いませんが＾＾
トルエン
トルエンも同じように性質を見てみましょう。
- 比重は0.87
- 燃焼範囲は1.2～7.1vol%
- 引火点5℃
- 水には溶けないが有機溶媒に溶ける。
- 毒性がある
トルエンはベンゼンの劣化版です。
毒性を持っているので、近年は化学プラントでも使用機会は減っています。
何気なく使っている工場もあると思いますが、時代は変わっていっていますよ。
アセトン
アセトンも同じように性質を見てみましょう。
- 比重は0.79
- 燃焼範囲は2.2～13.0vol%
- 引火点-20℃
- 水にも有機溶媒にも溶ける
アセトンの最大の特徴は、水にも有機溶媒にも溶けるということ。
親水性の溶媒とも言います。
これは化学プラントで大活躍。
設備洗浄にも使えますが、工場内の一般的な油汚れを落とす場合にも使います。
塗装が衣服に付いた場合などですね。
アルコール類
アルコールといえばお酒ですよね。
身近に感じる人も多いでしょう。
その割に実は危険で、知らない性質もあるでしょう。
危険物乙四の範囲内でアルコール類の性質を紹介します。
メタノール
メタノールの性質を確認しましょう、
- 刺激臭がある
- 比重は0.79
- 燃焼範囲は6～36vol%
- 引火点11℃
- 水にも有機溶媒に溶ける。
- 有機物を良く溶かす
- 自動車の燃料として使う
- 毒性がある
メタノールはアルコール類の基本ともいうべき、シンプルな構造をしています。
危険物乙四としては燃焼範囲がやや広いことと、一石と同じく引火点が低いことが特徴です。
化学プラントとしては、「水にも有機溶媒にも溶ける」という特徴をフル活用して、設備洗浄にも使います。
自動車の燃料としても使いますね。
エタノールがお酒なので、メタノールも飲めるのでは？と思ったら大間違いですからね！！！
燃焼しても炎の色が淡く見えにくいということも特徴です。燃えても気が付かないというのは怖いです。
エタノール
エタノールの性質を確認しましょう、
- 刺激臭がある
- 比重は0.79
- 燃焼範囲は3.3～19vol%
- 引火点13℃
- 水にも有機溶媒に溶ける。
- 酒類の主成分
エタノールはお酒としてあまりにも有名。
アルコール度数が60度を越えると燃えます。
60度以上のお酒の液面近くに火を近づけると、燃えますよ。
燃焼範囲はメタノールよりやや小さいですが、比重や引火点はほぼエタノールと同じ。
ヒドロキシル基（-OH）を持つから水にも有機溶媒にも溶けます。
溶ける度合いはエタノールの方が小さいです。
エタノールはメタノールよりCH基の数が多く、CH基は水には溶けません。
水に溶けないCH基が多い方が、水に溶けないという感覚です。
1-プロパノール、2-プロパノール
プロパノールはメタノール・エタノールと同じくアルコール類です。
プロパノールはエタノールやメタノールとほぼ同じ感覚です。
プロパノールはCH基の数が違います。
- メタノール CHが1つ
- エタノール CHが2つ
- プロパノール CHが3つ
CH基の数が多いため、水に溶ける度合いはやや小さいです。
燃焼範囲もやや狭いです。
二石
二石で有名なのは灯油や軽油ですね。
ガソリンと並んで身近な物質
引火点21度～70度未満なので、日常の環境でも使う環境によっては引火する恐れもある怖い物質です。
灯油・軽油
灯油・軽油の性質を確認しましょう、
- 比重は0.8～0.85
- 燃焼範囲は1～6vol%
- 引火点40～45℃
- 水に溶けない。
- 油脂を溶かす
- 灯油はストーブの燃料。
- ガソリンと混合すると燃えやすくなる。
これこそ危険物乙四という典型的な物質ですね。
灯油は引火点40℃以上なので、冬に取り扱っている限りは基本的には安全です。
ディーゼル油である軽油は夏の室外で、45℃を越える可能性がある場所はありますのでやや危険ですね。
空気の温度ではなくて鉄の配管とか車のボンネットなどは直射日光を浴びれば45℃は越えますからね・・・。
キシレン
キシレンの性質を確認しましょう、
- 比重は0.86～0.88
- 燃焼範囲は1～6vol%
- 引火点27～33℃
- 水に溶けない。
- 化学プラントの溶媒として多用
キシレンも典型的な乙四の物質。
第二石こそが乙四の平均と解釈しても良いでしょう。
キシレンはバッチ系化学プラントでは多用している溶媒です。
トルエンは以前はよく使っていましたが、今ではキシレンを良く使っています。
いわゆる「標準」として認知しても良いでしょう。
酢酸
酢酸の性質を確認しましょう、
- 比重は1.05
- 燃焼範囲は4～19.9vol%
- 引火点41℃
- 17℃以下で凝固する
- 水・エタノールに溶ける
- 弱酸性
- 薄めると食酢
酢酸も酢として身近な物質ですね。
でも実は燃える危険物。
意外でしょうか。
水溶性の危険物なので危険と思わないかもしれませんね。
それはお酒の原料であるエタノールと同じでしょう。
危険物乙4の平均から見て違うのは、
- 比重が1より重たい
- 17℃で凝固する
という2点でしょう。
比重は水溶性だから意識することは少ないですが、凝固は多少厄介です。
冬場では凝固しますので、取り扱う時は対策が必要。
食酢は水で薄めているから、凝固点は当然もっと低いですよ。
三石
三石というと、化学プラントではとりあえず安全圏として考えて良い物質です。
その代わり、二石までにはなかった癖のある特徴があります。
重油
重油の性質を確認しましょう。
- 比重は0.9～1.0
- 引火点60～150℃
- 水に溶けない。
- 原油の常圧蒸留で得られる
- 動粘度によりA重油・B重油・C重油に分かれる
- 不純物として硫黄を含む
重油は石油化学・ペトロケミカルの話と思うかもしれませんね。
事実、バッチケミカルでは重油を原料等で扱うことはありません。
古いボイラーなどでは重油を原料としているケースがあります。
最近は都市ガス・LNGが主流になっています。
というのも重油は不純物を含み、大気や設備を汚染しますからね・・・。
この硫黄は各種原料の不純物に混じっても、悪影響があります。
何でこの原料に硫黄が入っている？
っていうトラブルがあったときに、もともと重油を扱っていたドラムに原料を投入したから、ということもありました。
重油は原油の常圧蒸留で得られます。
蒸留ではガソリン・灯油・軽油なども同時に得られ、塔底部分から得られるものが重油やアスファルトです。
バッチ系化学プラントでは不純物として扱われるものですね。
ニトロベンゼン
ニトロベンゼンの性質を確認しましょう。
- 比重は1.2
- 引火点88℃
- 燃焼範囲1.8～40vol%
- 水に溶けにくい。
- エタノールなどには溶ける。
- 第五類の性状を有する。
ニトロベンゼンは引火点を持つので危険物第四類の側面がありますが、
第五類の側面もあります。
ニトロ基が付いたニトロ化合物だからです。
第三石だから加熱しない限り燃えなくて安心、と思ったら大間違い。
第五類の性質を持つので、第四類よりも慎重に扱わないといけません。
エチレングリコール
エチレングリコールの性質を確認しましょう。
- 比重は1.1
- 引火点111℃
- 水に溶ける
エチレングリコールも第三石です。
これは典型的な第三石と考えても良いでしょう。
一般に冷凍機のブラインとしても使われます。
バッチ系化学プラントではほとんど使わないですけどね。
というのも、引火点111℃なので熱を受けすぎると、万が一燃える可能性があるからですね。
な異音が120℃程度の液をエチレングリコールブラインで冷やそうとして、111℃を越えてしまった。
こうなると怖いです。
引火点111℃に絶対にならない環境を担保できるのであれば、ブラインとしてエチレングリコールを使用することは十分可能です。
そうではない危険な場所では、エチレングリコールを避けるという意味ですね。
四石
危険物第四石は、化学プラントの運転や生産管理レベルでは全く意識しません。
しかし、化学プラントでも一部の場所では使用して、管理されています。
四石だから三石よりも安心できる分類ですが、性質は理解しておきましょう。
形状・性質
第四石の性質を確認しましょう。
個別の性質を議論はせずに一般論として紹介します。
- 水よりも軽い
- 水に溶けない
- 粘度が高い
- 引火点が高く、揮発性がない
引火点を持つが常温では引火せず、水よりも軽い油という点が特徴です。
いったん燃え出すと非常に高温になり、水系の消火薬剤を使ってもすぐに蒸発するので
消火が困難になるケースがあります。
ここだけは注意が必要。
潤滑油
第4石の典型例は潤滑油です。
潤滑油と言っても種類はさまざま。
引火点と潤滑油の関係を見てみましょう。
| 冷凍機油 | 150～250℃ |
| マシン油 | 80～340℃ |
| タービン油 | 200～270℃ |
| ギア油 | 170～310℃ |
引火点200℃未満の物質は当然ながら、第三石です。要チェックです。
マシン油が引火点はやや低いですが、それでも80℃。
潤滑油を使う環境としては合格範囲です。
しかし注意は必要。
ポンプ類で潤滑油としてマシン油を使っていて、夏場にオイルの温度が60～70℃くらいまでは到達している可能性があるからです。
運転中の機械設備の温度は、環境温度より+20～40℃くらい上昇しているからです。
夏場の気温35℃で+40℃として考えると、引火点ギリギリですね。
引火点を持ち、酸素が充満している環境なので、爆発性雰囲気を形成する恐れはありますが、
オイルボックス内では着火源が存在しないので、燃える可能性は少ないでしょう。
使用している潤滑油の性状は一度はチェックした方がいいですよ。
可塑剤
第四石には潤滑油の他に可塑剤が該当します。
可塑剤とは添加剤とも言います。
プラスチックやゴムなどに添加して可塑性を与えるものです。
バッチ系化学プラントではお目に掛かる機会は基本的にないでしょう。
参考
危険粒四類の知識は化学プラントで務める人にとってはとても重要です。
自主学習向けに色々な書籍がありますが、どれでもほぼ問題ないでしょう。
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危険物取扱者の資格は化学プラントの技術者の共通知識です。
最後に
危険物第四類の性質について解説しました。
引火点・比重・帯電性などの一般的な性質と一石・アルコール類・二石・三石・四石について解説しました。
機電系エンジニアとして知っておくべき大事な知識です。
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