近年、自動車の燃料電池などで注目されるようになった水素。化学プラントでも頻繁に使われる重要な元素ですが、その性質の理解と安全な取り扱いはエンジニアにとって欠かせません。特に機械系エンジニアにとっては、水素特有の危険性を正しく把握し、現場で適切に対応することが求められます。
本記事では、水素の基本的な性質から化学プラントでの危険性、そして安全な取り扱いのポイントまでをわかりやすく解説します。
機械系のエンジニアが実務で知っておいた方が良い知識に限定して解説します。
危険
水素について化学プラントのエンジニアが最初に知っておきたいことは、危険ということ。
安全安定な運転をするために、特に認識しておきたいことです。
いろいろな薬液を使っていて、何が危険か分からない。全部危険なんでしょ？
って言われがちですが、工場内で危険度のランク分けはされています。
この中でも水素は高いランクに位置づけされているはずです。
燃焼範囲が非常に広い(4～75%)
静電気で着火する
危険物乙四でも化学の知識として登場する話です。
燃焼範囲が広いということは、燃えやすいと言い換えても良いです。
工場での運転上の取り扱いで気を付けるだけでなく、工事でも気を使います。
外部に漏れが起きないように、気密試験・窒素ブローを特に強化しておこなうのが、水素のラインです。
透過しやすい
水素は透過しやすいという性質を持っています。
最小の原子
粘度が小さい
拡散しやすい
原子番号1番ならでは、でしょう。
最小の原子で透過しやすいという性質は、装置を設計する点でも問題になります。
水素を使うラインは一般に圧力が通常よりも高く、水素自身が透過しやすいために、配管のガスケットは渦巻ガスケットなどの強力なものを使います。
配管フランジ面が平行になっていて、ガスケットが片締めにならないように、配管施工としても気を使わないといけません。
軸封はダブルメカニカルシールなどシール性が高いものを要求されます。
気密試験でも使用圧力や通常の試験圧力よりも、かなりの余裕を持った圧力で試験するでしょう。
溶接面の検査もPT検査やRT検査など厳重に行う場合もあります。
操作ラインは自動化をしておき、バルブの開閉などはその信号をDCSに取り込みインターロックを組む。
これだけ万全の態勢でも、運転する前は緊張します。
この緊張感を持てるようになれれば、機械系エンジニアとしては一定のレベルに到達したといっても良いでしょう。
仕事中で「水素」という単語を聞くと、いつもとは違うという感覚を持つことは大事です。
かつ、通常の対応と通常とは違う対応の差がどこにあるのか、社内基準などを良く確認しておくこともとても大事です。
反応しやすい
水素は反応しやすいという性質があります。
この辺りは化学的な話なので、機械系エンジニアとしては参考程度に留めていても良いでしょう。
金属と反応する
有機化合物と反応する（水素添加反応として使われる。）
還元性が強い
私もこの辺りは詳しくありません。
反応しやすいという性質があるから、危険であっても化学反応として重宝されている。
その程度の理解です。
高圧のガスとして使う
水素は通常はガスとして取り扱います。
反応を効果的に行うために、高圧のガスとして扱うことも多いです。
圧力が高く・ガスである、ということは化学プラントではとても危険なことです。
高圧ガスという資格があるくらいですからね。
さらに透過しやすく・反応もしやすい、と何となく危険な要素が満載の気がしませんか。
参考
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最後に
水素は非常に有用で将来性のあるエネルギー源ですが、その危険性も非常に高い元素です。化学プラントで安全に取り扱うためには、その燃焼範囲の広さ、透過性の高さ、そして静電気着火のリスクを正しく理解し、厳重な設備設計と運転管理を行うことが必要です。
機械系エンジニアとしては、水素に対する特別な警戒心を持ちつつ、社内基準に従って安全な運転に努めることが求められます。
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