4. 調査研究
4.1 MCPVT圧力容器試験の研究−1
社団法人 日本海事検定協会
理化学分析センター
4.1.1 緒 言
平成7年に開催された、国連危険物輸送専門家委員会において、外部加熱による危険性評価のための圧力容器試験の国連統一試験方法の策定に関し、その基本原則についての日本提案が採択された。
国連勧告において自己反応性物質等に対し規程されている圧力容器試験は、物質の外部からの過熱による分解の激しさを調べるためのものであり、バーナー加熱式のオランダ式圧力容器試験、ケーネン試験及びアメリカ式圧力容器試験等がある。今年度調査研究テーマは、前記、日本提案試験方法であるオリフィス非使用型「MCPVT(Modified ClosedPressure Vessel Test)圧力容器試験」である。当該試験方法は、従来の部分加熱試験方法とは異なり、密閉下での電気加熱装置を用いた均一加熱による物質の分解に伴う圧力上昇挙動を計測することにより、加熱危険性を再現性よく検証し、物質自身の持つ基本的特性を評価する試験方法であり、その妥当性は高く評価されている。
化学品の分類基準の統一を目指すためには、物質本来の危険性を評価し取り扱い形態ごとに判定基準のみを策定するべきであり、試験結果に高い再現性を持つと言われる密閉式圧力容器試験の実務的調査研究を行うことが重要なテーマとなった。
なお、本調査研究報告は後述の「MCPVT圧力容器試験の研究−2」と一対のものであり同等のテーマを異なる事業所にて、連携しながら視点を変えて研究したものであり、記述には重複部分も多いが、単独に読む時でも理解しやすいように重複記載を行ったのでご理解をいただきたい。
4.1.2 調査研究課題の概要
4.1.2.1 目的
現在、国連においてはこの日本提案のオリフィス非使用型MCPVT圧力容器試験(以下「MCPVT」)についてのラウンドロビン試験が予定されているが、日本国内においては消防研究所など数試験室が試行機を保持している程度であり、ラウンドロビン試験の円滑な実施が危ぶまれている。
国内における当該試験の実施体制を整え、日本提案の優位性をデータで示すためにも最低2試験室以上での当該試験方法による調査研究とデータの収集が必要となり、以下に記するテーマを目的として「MCPVT圧力容器試験の研究」を実施することとなった。
(1) 国連ラウンドロビン試験に対応できる機器設備の設置と改良及び試験手順の検討と習熟。
(2) 試験結果に影響を及ぼす要因の検討と国内クロスチェック試験の実施
(3) 従来試験方法との相関の検討
(4) 標準試験条件及び評価基準の検討
(5) 大きな加熱速度を得るための小型圧力試験容器採用の検討
4.1.2.2 従来試験方法の問題点
国連勧告試験マニュアル、セクション25、テストシリーズE、には密閉下容器加熱試験として以下の3種類の試験方法が記載されている。
(1) オランダ式圧カ容器試験
[1] バーナー加熱であり加熱の均一性及び安定性に欠け、再現性がない。
[2] オリフィスの目詰まりによる測定トラブルが想定される。
[3] オリフィス使用による相対評価試験である。
(2) アメリカ式圧力容器試験
[1] 昇温速度が遅く、測定時間が長い。
[2] PVT決定のため多数の測定回数が必要。
[3] オリフィス使用による相対評価試験である。
(3) ケーネン試験(開放式高速加熱型)
[1] バーナー加熱であり加熱の均一性及び安定性に欠け、再現性がない。
[2] 判定基準が定性的であり再現性に欠ける。
[3] オリフィス使用による相対評価試験である。
[4] 一回ごとの容器破壊試験である。
4.1.2.3 MCPVT標準試験要件の概要
MCPVTは、外部からの加熱により密閉条件下で反応性物質が分解した時、どのような危険性があるかを判定する試験であり、圧力発生挙動に影響を及ぼす因子として、
[1] 昇温速度
[2] 試料量
[3] 圧力容器サイズ
がある。当該機器は電気加熱による均一性と再現性の担保、加熱分解反応に影響しない石英製容器を使用する等により外部条件を固定し、物質の分解に伴う圧力上昇挙動を計測する仕様となっている。また、試験実施上の観点から、小型の試験装置、試料容器の使用が望ましい。
なお、危険物輸送国連対応委員会「圧力容器部会」において検討された試験条件は下記の通りである。
[1] 昇温速度 :2.0、5.0、10.0、15.0℃/分
[2] 試料量 :0.5、1.0、1.5、2.0g
[3] 圧力容器サイズ:6.8ml
このなかで、消防研究所は、加熱速度10℃/分、試料量1.0g、圧力容器サイズ6mlを標準条件として採用している。
当危険性評価部会においても、初期標準試験条件として消防研究所のデータを採用することとし、機器・装置の仕様を決定した。
4.1.2.4 圧力容器試験の評価基準概要
圧力容器試験による物質の加熱分解による圧力上昇挙動を評価する因子として、最大到達圧カ(Pmax)、圧力上昇速度(dP/dt)、が適当と考えられ、これを選択することとした。