このマップは配置図ではなく、危険を探す順序である
一貫製鉄所において、一酸化炭素（CO）は偶然生じる副次的な汚染物質だけではない。コークス製造では、石炭を空気なしで加熱すると発生するコークス炉ガスの成分として存在し、高炉ではコークスと熱風の反応によって生成され、鉄鉱石から酸素を奪う還元ガスとして働く。プロセス内では有用な燃料だが、設備外へ漏れ出すと、色や臭いでは気づきにくい急性中毒の危険となる。
したがって、COマップを作る際、設備名の上に点をいくつか打つ方法から始めてはならない。プロセスの通常の流れ、圧力境界、漏えいの可能性がある接続部、異常放出経路、人が滞在・移動する場所を一枚に重ねる必要がある。本稿のマップは、特定の製鉄所の実際の配置や検知器位置を示すものではない。実際の検知器マップは、必ず当該事業所のプロセス安全資料、配管計装図、換気・気象データ、作業動線、事故・警報履歴、現場リスクアセスメントに基づき、有資格者が作成・検証しなければならない。
プロセス別のCO経路を一目で把握する
概念上の流れは、次のように読むことができる。
コークス区域は、石炭装入、炭化室、上昇管とグースネック、集ガス本管、副産物回収設備、精製ガス配管、燃料使用先へと続く。
高炉区域は、炉頂装入部、炉体内部の反応、炉頂ガス取出し管、集じん・洗浄設備、ガスホルダーと本管、熱風炉およびその他の燃料使用先へと続く。
どちらの流れでも、扉、ふた、バルブ、フランジ、伸縮継手、ドレン、水封、計器接続部、パージ・ベント、ブリーダーからプロセスガスが作業環境へ漏れ出す可能性がある。
配管に沿って遠くまで移動したガスは、発生設備から離れたボイラー、加熱炉、熱風炉、混合ガスステーションでも新たな漏えい点や不完全燃焼点を生む。
放出されたCOの実際のばく露地点は、発生源だけでは決まらない。風向、温度、圧力、建物の隙間、屋根、プラットフォーム、ピット、地下通路、人の滞在時間が合わせて決定する。
米国環境保護庁のコークス製造プロセス解説は、炭化中に生じた揮発性物質が上昇管とグースネックを経て集ガス本管へ移動し、冷却、タール除去、アンモニア・軽油留分の回収、脱硫を経た精製コークス炉ガスが燃料として使われる流れを示している。同庁の鉄鋼生産プロセス解説は、高炉上部から回収したCO含有ガスを集じん・洗浄した後、熱風炉や他のプロセスの燃料として使用する経路を示している。この二つの経路を最初に描かなければ、発生源以外の危険も見落としてしまう。
コークス工程で表示すべき区域
装入部と炉団上部
石炭を装入すると、炭化初期のガス発生量と圧力変動が大きくなる。装入口のふた、上昇管キャップ、グースネック、ダンパー、集ガス本管接続部が詰まったり密封不良になったりすると、COを含む原ガスが炉団上部へ漏れ出す可能性がある。米国労働安全衛生局のコークス炉排出基準は、装入前にグースネック、スタンドパイプ、キャップ、装入口を点検し、ガス通路と吸引系統を維持するよう求めている。これは、目に見える煙だけでなく、ガスが集ガス本管へ安定して抜ける経路の健全性が重要であることを意味する。
マップでは、炉団上部全体を一つの点ではなく、線状の危険区域として示す。各炉の装入口、上昇管列、集ガス本管とクロスオーバー管、圧力調整部、点検通路を区分し、装入、脱炭素除去、ふたの開放などの作業シナリオを別レイヤーにする。上部は高いという理由だけで、常に安全とも常に危険とも限らない。高温の原ガスの上昇、風による横移動、隣接構造物が生む渦流が同時に起こり得る。
プッシャー側・コークス側・炉扉
炉扉と扉枠、小扉、亀裂は、炭化期間中に繰り返し漏えいが生じ得る地点である。扉の開放とコークス押出し時にはプロセス状態が急変し、作業者や移動設備が近くまで接近する。マップではプッシャー側とコークス側を別々に示し、扉の保守・清掃・密封作業、押出機とガイド車の運転室、待機位置、歩行通路を関連づける。
赤熱コークスの押出し・搬送・消火区域でも、燃焼状態と換気によってCOが発生し得る。ただし、消火塔だけを見て炉団の原ガス漏えいリスクを代わりに判断してはならない。装入、炭化中の漏えい、押出し、湿式または乾式消火では、発生原因と時間パターンがそれぞれ異なるため、個別に警報履歴と作業ばく露を評価する必要がある。
副産物回収・精製系統
集ガス本管の先には、第1冷却器、排ガス機、タール除去器、アンモニア回収、軽油留分回収、硫化水素除去など、複数の密閉設備が続く。この区域の危険は、炉から遠いという理由で小さくなるわけではない。ガスは圧縮・移送され、バルブとポンプ、凝縮液ドレン、サンプリングポイント、マンホール、水封を繰り返し通過するためである。
保守のために開放する容器と配管、詰まり除去作業、隔離後にパージする区間、排ガス機前後の圧力境界は、別々の作業シナリオとして示す。コークス炉ガスには、COのほかに水素、メタン、硫化水素、さまざまな蒸気が混在する可能性がある。したがって、COセンサー一つで可燃性・毒性・酸素欠乏の危険をすべて説明できると想定してはならない。必要なマルチガスの組合せとセンサー干渉は、実際のガス組成と作業条件に基づいて決める。
精製ガス本管と燃料使用先
精製ガスは、ガスホルダーや分配本管を経て、炉の加熱、ボイラー、加熱炉、混合ガス系統へ送られる場合がある。このとき、マップをコークス工場の境界で終わらせてはならない。ホルダーシール、圧縮機、調整弁、混合ステーション、低所ドレン、凝縮水ポート、建物貫通部、バーナートレイン、排気口まで、ガスのライフサイクル全体を追跡する。
通常は密閉されているガスと燃焼後の排ガスを異なる色で示せば、漏えい検知と燃焼状態監視の混同を防げる。
高炉工程で表示すべき区域
炉頂装入部と圧力境界
高炉内部では、コークスが熱風と反応してCOを生成し、そのガスが装入物の間を上昇して酸化鉄を還元する。COを含む炉頂ガスは上部の取出し管から回収される。したがって、炉頂の装入装置、ベルまたはベルレス・トップ、均圧管、旋回シュート周辺、点検開口部、シールが最初のマップ区域となる。
装入時の圧力変動、シール摩耗、詰まり、点検のための開放は、通常の回収流れを変える可能性がある。米国国立労働安全衛生研究所による過去の高炉健康ハザード評価には、高炉ガスのCO濃度が非常に高くなり得ることが記録されている。この数値は特定の過去の事業所における調査値であり、現在の現場にそのまま適用する基準ではないが、原ガスの小さな漏えいでも重大なばく露につながり得ることは明らかである。
取出し管・集じん・洗浄区域
炉頂ガスは、取出し管とダウンカマーを通り、ダストキャッチャーまたはサイクロン、湿式スクラバー、電気集じん機などの精製設備へ移動する。マップには、各容器の入口・出口、遮断弁、フランジ、伸縮継手、圧力計とサンプリングポイント、ドレン、スラッジ・水処理接続部を示す。ガス洗浄区域では、水があるからCOも除去されると想定してはならない。洗浄の主目的が除じんであれば、精製後も燃料価値のあるCO含有ガスが流れ続ける。
水封とドレンは、ガス系統と液体系統の境界である。液面低下、詰まり、誤ったバルブ操作、保守開放は、ガスがピットや排水系統へ移動する経路を生む可能性がある。そのため、地上の配管だけでなく、地下ピット、トレンチ、バルブ室、ポンプ室、排水接続部まで確認する。
ブリーダー・ベント・パージ地点
ブリーダーは圧力を安全に放出するための設備であり、周辺に人がいても安全な排出口という意味ではない。英国安全衛生庁の高炉爆発調査報告書は、高炉上部のブリーダーと圧力制御が重大事故分析における重要な境界であることを示している。マップには、ブリーダーと緊急ベントの放出方向、作動条件、遠隔・現場アクセス路、隣接するプラットフォームと吸気口を合わせて表示する必要がある。
立上げ、休風、再稼働、停止、圧力異常、窒素または蒸気によるパージは、通常操業とは異なるガスの移動を生む。これらの状態は、通常運転マップの小さな注記にするよりも、別のシナリオマップとして管理する。放出が予想される場合は、立入管理、風向確認、遠隔監視、通信、避難基準を連動させなければならない。
ガスホルダー・本管・熱風炉
精製された高炉ガスは、ホルダーと大口径本管を通り、熱風炉や他の燃料使用先へ移動する。危険地点は、ホルダーシール、本管バルブと伸縮継手、ドリップポット、凝縮水排出、混合ガス設備、熱風炉バーナー、燃焼室、煙突、建物貫通部である。高炉から遠い場所の警報でも、プロセスと無関係な誤警報と決めつけず、接続されたガス網を逆にたどる必要がある。
熱風炉の切替えと燃料切替えでは、バルブシーケンス、パージ、火炎確認、連動状態が重要である。固定式検知器は、機械的健全性、安全計装、燃焼制御の代わりにはならない。検知信号は、遮断、換気、警報、立入管理など、事前に定めた対応と結びついて初めて意味を持つ。
出銑場と炉体周辺
出銑口、ランナー、タップホール作業区域、炉体周辺では、高温作業、粉じん、溶融物の危険にCOばく露の可能性が重なる。炉体や冷却系統の異常、出銑作業、隣接ガス配管の漏えいを区別してシナリオ化する。作業者が短時間しか滞在しない下部空間も除外しない。風速が低く構造物に囲まれた場所、階段下、ケーブルトンネル、運転室の外気取入口は、局所滞留地点や流入経路になり得る。
風向と高さをマップへ反映する方法
米国NIOSHのCO化学物質ガイドは、COの相対ガス密度を空気に対して約0.97としている。空気に非常に近い値であるため、センサーを必ず天井側か床側の一方だけに置くという規則は適切ではない。実際の拡散は、放出ガスの温度と速度、周囲の風速、換気、構造物の渦流、開口部、圧力差に大きく左右される。
高温の炉頂ガスや原コークス炉ガスは、当初は熱浮力で上昇する可能性がある。しかし、冷却された精製ガスが水平方向へ噴出したり、風に押さえられたりすると、プラットフォームや建物の間に沿って移動し得る。屋根下、キャノピー、制御室の吸気口などの高所と、ピット、トレンチ、地下室など換気の悪い低所をどちらも調査すべき理由である。一つの高さではなく、予想放出形状と人の呼吸高さを基準に採取地点を定める。
マップには季節ごとの卓越風向だけでなく、リアルタイム風向計、建物による局所的な逆流、無風条件、設備換気の方向も示す。避難集合場所が想定放出源と同じ風下にならないよう、シナリオごとに検討する。作業前には、その時点の風向と予想ガス経路を説明し、状況が変わればアクセス路と避難路も変更できなければならない。
固定式検知器と携帯型検知器を組み合わせて設計する
固定式検知器の役割
固定式検知器は、連続監視と早期警報に適している。優先候補は、繰り返し漏えいが起こり得る接続部、集ガス本管・幹線本管の圧力境界、ガス精製室、ホルダーと混合ステーション、バーナー区域、半密閉プラットフォーム、運転室・電気室の外気取入口、人が頻繁に通る通路である。ただし、設備直近のセンサー一つだけで区域全体を代表することはできない。風や障害物によってガスがセンサーを迂回する可能性があるため、シナリオごとの到達経路を確認する。
英国安全衛生庁のガス検知器の選定・使用ガイドは、固定式検知器を連続監視と漏えい早期警報に、携帯型検知器を密閉空間の事前確認、漏えい追跡、危険作業の警報に用いるという違いを説明している。固定式センサーの位置は、警報目的、予想漏えい、換気、保守アクセスを合わせて考慮し、設置後は実ガスまたは模擬試験によってガスがセンサーへ到達することを確認する。
警報値は、本稿の一般的な数値をそのまま転用しない。韓国内の法令、社内ばく露基準、センサー範囲と応答時間、緊急措置の考え方を検討して、警報、警戒、連動を定める。電源喪失、通信障害、センサー故障、レンジオーバーも制御室で識別できなければならない。定期校正、バンプテスト、吸引式配管の遅延時間、フィルター汚染、交差感度を保守計画に含める。
携帯型・個人用検知器の役割
携帯型検知器は、固定式センサーの間を移動する人の実際の呼吸域に追随する。NIOSHの職場におけるCO予防ガイドは、COが存在する可能性のある区域での定期測定と個人用警報器の使用を推奨している。巡回、試料採取、バルブ操作、詰まり除去、漏えい追跡、保守前後、警報確認のために接近する作業者には、個人用検知器が必要な場合がある。
密閉空間は、進入前に外部から複数の高さと深さで測定し、進入中も連続監視する。一度安全な値が出たことは、その後も安全である保証にはならない。隔離、ロックアウト・タグアウト、ブラインド、パージ、換気、進入許可、監視人、救助計画を合わせて整備する必要がある。高濃度の可能性がある場所へ、一般作業者が検知器だけを持って漏えい源を探しに入ってはならない。
個人用機器は勤務開始前に機能を確認し、メーカー手順に従って校正する。コークスガス中の水素など他の成分がCO電気化学センサーに影響する可能性、高温・湿気・粉じん、酸素不足時の性能を検討する。作業者が警報の意味、直ちに離脱する方向、報告先、再進入禁止条件を理解して初めて、機器は実際の保護手段となる。
現場マップを完成させる六つの段階
最新のプロセスフロー図と配管計装図で、CO含有ガスの生成、回収、精製、貯蔵、混合、燃焼、放出経路を最後まで追跡する。
通常運転とは別に、装入、押出し、出銑、切替え、立上げ、停止、休風、パージ、ブリーダー作動、保守の各シナリオを作成する。
扉、キャップ、シール、バルブ、フランジ、伸縮継手、ドレン、水封、サンプリングポイント、仮設ホースなどの漏えい境界を現場で確認する。
作業者の滞在地点、巡回路、運転室、吸気口、高所プラットフォーム、ピット、地下通路、避難路、集合場所を重ねて、ばく露の可能性を評価する。
風向・風速、熱浮力、換気、構造物の渦流、季節変化を適用して固定式検知器の候補と携帯型測定計画を定め、到達試験を行う。
警報時に、自動・手動遮断、換気、放送、立入管理、避難、救助、再稼働承認までの責任と時間を検証する。
最後の確認質問は単純である。ガスはどこで生じ、どこへ流れ、どの境界から出る可能性があり、そのとき風と構造物はどこへ運び、誰が最初にばく露し、どの検知器がいつ知らせ、警報後に何が自動または手動で起きるのか、そのすべてに答えられなければならない。答えられない欄は、センサー一台ではなく追加調査の対象である。
マップより重要な運用原則
CO警報が発生したら、作業者は症状を確かめるためにその場にとどまらず、所定経路で直ちに離脱して制御室へ知らせる。現場手順とリアルタイムの風向に従って、横風側または風上側の安全区域へ移動し、訓練を受けていない人による単独救助や再進入を禁止する。高濃度または濃度不明の環境への接近は、適切な呼吸用保護具と救助体制を備えた訓練要員の業務である。
優れたCOマップは、センサー配置図ではなく、生きたプロセス安全文書である。設備変更、配管バイパス、燃料変更、建物増築、換気変更、警報の繰返し、漏えい事故、作業動線変更の後には、マップを再検討する。実際の検知器配置は、事業所別のリスクアセスメントと現場試験なしに確定できない。概念図は問いの漏れを防いでくれるが、現場の圧力、ガス組成、気象、構造、人を代わりに測定してくれるものではない。