B-2-4 爆発・粉じん爆発・自然発火の基礎
爆発とは
爆発とは、急激な体積膨張を伴う現象で、通常は熱、光、音などを放出します。可燃性の物質が急激に燃焼し、周囲の空気を急激に膨張させることで発生します。爆発は、密閉された空間で起こりやすく、開放された空間でも、燃焼速度が極めて速い場合には発生します。爆発の威力は、発生するガスの量と膨張速度によって決まります。
爆発のメカニズム
爆発のメカニズムは、基本的に燃焼の三要素（可燃物、酸素、点火源）が揃うことで始まります。可燃性物質が空気中で一定の濃度範囲（燃焼範囲）にあるとき、点火源によって着火されると燃焼が始まります。この燃焼が非常に速い速度で進行すると、急激な圧力上昇が発生し、爆発となります。
粉じん爆発
粉じん爆発は、可燃性の粉末が空気中に浮遊している状態で、点火源によって着火されることで発生する爆発です。穀物粉、石炭粉、金属粉など、微細な粉末状の物質は表面積が非常に大きく、燃焼速度が速いため、爆発しやすい性質を持っています。
粉じん爆発の発生条件
粉じん爆発が発生するためには、以下の条件が揃う必要があります。
- 可燃性の粉じんの存在： 爆発性の粉末が一定量以上存在すること。
- 粉じんの浮遊： 粉じんが空気中に一定濃度で浮遊していること。
- 酸素の存在： 空気中の酸素濃度が一定以上であること（通常は空気中の酸素で十分）。
- 点火源の存在： 静電気、火花、高温物体などが点火源となる。
- 密閉空間または半密閉空間： 爆発による圧力上昇が逃げにくい空間であること。
自然発火
自然発火とは、外部からの点火源なしに、物質自体が徐々に発熱し、最終的に発火点に達して燃焼する現象です。これは、物質が空気中の酸素と反応する際に発生する熱（酸化熱）が、放熱よりも大きい場合に起こります。
自然発火しやすい物質
- 植物油: 不飽和脂肪酸を多く含む植物油（亜麻仁油など）は、空気中の酸素と反応しやすく、自然発火しやすい。
- 石炭: 低品位炭（亜炭、褐炭など）は、水分を含みやすく、水分蒸発の際に熱を奪うよりも酸化熱の方が大きいため、自然発火しやすい。
- 堆肥: 微生物の活動によって発熱し、自然発火することがある。
自然発火の防止
- 換気を良くする: 酸化熱を放散させる。
- 保管量を減らす: 蓄積される熱量を減らす。
- 温度管理: 周囲温度を下げる。
- 酸化防止剤の使用: 酸化反応を抑制する。
爆発、粉じん爆発、自然発火の違い
| 区分 | 発生原因 | 発生条件 | 特徴 |
|---|---|---|---|
| 爆発 | 可燃性物質の急激な燃焼 | 燃焼の三要素＋急激な燃焼速度 | 衝撃波を伴う、密閉空間で起こりやすい |
| 粉じん爆発 | 可燃性粉じんの急激な燃焼 | 可燃性粉じんの浮遊＋燃焼の三要素＋密閉または半密閉空間 | 非常に激しい爆発となることがある、連鎖的に爆発が起こりやすい |
| 自然発火 | 物質自体の酸化反応による発熱 | 物質の酸化熱が放熱よりも大きいこと | 外部からの点火源が不要、徐々に温度が上昇し発火に至る |
このページの要点
- 爆発は、可燃性物質の急激な燃焼による体積膨張である。
- 粉じん爆発は、可燃性の粉じんが空気中に浮遊した状態で起こる爆発である。
- 自然発火は、外部からの点火源なしに、物質自体が徐々に発熱して発火する現象である。
- それぞれの現象には、特有の発生条件と防止対策がある。