コラム:衝撃・安全
原子力・エンジニアリング第1部 阿部 淳
[2020/12/22]
テレビやYouTubeで「衝撃映像」特集のような番組を見る機会がありますが、化学工場の貯蔵タンクやタンクローリーに火災が生じて、大爆発とともに空中に大きな火の球が生じる衝撃的な映像をご覧になったことがあるかと思います。火災だけでなく、爆発による破片の飛散、爆風の伝播などによって、周囲には甚大な被害が生じます。これはBLEVE(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)と呼ばれる現象が原因とも考えられています。Wikipediaによると「ブレビー」または「ブリーブ」と読み、日本語では「沸騰液膨張蒸気爆発」や「沸騰液体蒸気拡散爆発」と訳されるようです。このBLEVE現象だと考えられる大爆発事故はこれまで世界の至るところで発生しており、この現象のメカニズム解明と防止対策が長年研究されています。
この物理現象は非常に複雑なプロセスでまだ完全に解明されていないのですが、例えば以下のようなシナリオが考えられます。
これがBLEVE現象の1つのシナリオ例です。なお、細かい話ですが、文献によっては、1. と2. だけでBLEVE現象とする場合と、3. までを含めてBLEVE現象とする場合があるようです。
さて、このBLEVEによる爆発現象を数値解析で再現することは至難の業です。タンクなどの構造物の変形・破壊、液化ガスの状態変化、液化ガスまたは上記の流動・拡散、混合ガスの燃焼、など、どの過渡現象を切り取ってみても簡単に計算できるようなものではありません。さらにこれらが互いにほぼ同時並行で進行しますので現時点では不可能に近いでしょう。海外では試験的にBLEVEによる爆発を発生されて、様々な試験データを取得し、さらに数値解析による再現に向けて努力を重ねているようです。
しかし、「実際の現象の再現」ではなく、「爆発威力が最大となる条件でのBLEVE現象の再現」であれば、我々の手持ちの解析ソフトウェアによってBLEVEで生じる爆発威力を評価することが可能になってきます。その場合、例えば以下のような仮定を設定します。
このa.~d. の仮定が起こる可能性は確率的には極めて小さく、現実的には起こるはずがないと笑われるかもしれません。しかし、このような仮定を設定して、爆発威力が最も大きくなる最悪の条件での計算であれば、現在手持ちの解析手法で計算することが可能になってきます。この時の爆発威力を数値解析である程度把握しておき、技術的かつ予算的に可能な範囲で不測の事態に備えるということは、決して無駄な検討ではないと思います。
冒頭で述べた通りBLEVEに関する動画はYouTubeなどで視聴することができます(「BLEVE」で検索)。動画を見てからこの記事を読んでいただければより理解が深まるかと思います。