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日本自治省消防厅消防研究所进行的特殊灾害的研究

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消防研究所的研究内容随时代的变化而变化,但建筑火灾的火灾现象、灭火技术和灭火器材的研究一直在进行。另外,地震灾害的研究和有关森林火灾的研究从昭和30年代后期和昭和40年代中期开始分别持续进行。

    特殊灾害范畴的石油火灾等危险物品灾害从40年代前期起持续地在研究。核辐射灾害、可燃性气体灾害、海上灾害和地下设施等灾害的研究,主要在社会影响大的事故发生时进行,在取得了一定的成效时就结束其研究。在这些特殊灾害中,最近持续10年以上研究的有危险物品灾害、核辐射灾害、可燃性气体灾害、隧道灾害和地下设施灾害。下面以这些灾害为中心,概要论述消防研究所关于特殊灾害的研究问题。

    1. 危险物品灾害

    消防研究所自创立起就进行关于危险物品的防灾技术方面的研究。昭和20年代进行赛璐珞的自燃、铅等的粉体爆炸和小容器中的可燃性液体燃烧的研究。昭和30年代后期开始,将燃烧容器的规模扩大到实际油罐规模,并从油罐火灾的基础研究发展到现在进行的应用研究。在这期间,还进行可燃性液体的可燃性气雾引起爆炸的研究。关于危险物品设施问题,为了解决因1974年发生的重油泄漏事故而提出的防灾上的种种问题,从昭和50年代开始研究油罐的不等下沉、油罐结构构件的腐蚀和强度等,进而还包括地震对策,一直持续到现在。作为危险物品的着火源对策,静电的防灾技术的研究从昭和30年代起断断续续地进行,直到现在。

    (1) 油罐火灾的研究

  从昭和30年代后期开始进行的油罐火灾方面的研究有:因火灾造成的液面下降速度(燃烧速度)、火灾向周围的辐射热、液面温度、沸溢、罐顶部分敞开时的燃烧特性、火焰内温度、气体组成、流向火焰的空气量、在油罐间的蔓延、防油堤火灾等。

     最近,因环境问题研究所内没有能进行大规模石油火灾试验。在1991—1999年间,研究所先后七次参加了国内外进行的大规模石油火灾试验,取得了辐射特性的资料,测定了各种数据,并以其资料为基础,进行了大规模油罐火灾的灭火活动时从火灾的辐射热保护消防队和周围设施的辐射模拟试验。

    (2) 可燃性气雾爆炸的研究

   昭和40年代后期,世界各国发生了造成伤亡惨重的可燃性液体的爆炸火灾。因此,从昭和50年代初期,研究所进行了有关火球的研究,这是在石油化工厂可燃性气雾大量泄漏时产生的破坏性爆炸,也称为可燃性气雾引起爆炸。该研究取得了相当好的成果。其规模和有关辐射热的实验公式在实施危险物品设施的危险评价时已在世界广泛使用。

    (3) 危险物设施的防灾研究

   昭和49年,三菱石油股份有限公司水岛炼油厂发生重油泄漏事故,为了解决油罐防灾上的种种问题,研究所从昭和50年代起开始研究油罐的不等下沉、油罐结构构件的腐蚀、强度等研究,直到现在。昭和50年代后期,开始进行油罐的耐震性相关问题和晃动的研究。进入平成年代,开始进行油罐的地震受害预测方面的研究,直到现在。

     最近,调查了兵库县南部地震造成的油罐本体受损状况,弄明了地震时的压曲强度、最易发生龟裂的侧板和底板的填角焊部的龟裂发生原理,就罐用钢材的腐蚀对策问题持续地作了研究。特别是兵库县南部地震对小型罐造成了巨大损害,为此,对准特定罐(容量500L~1000KL)作了在强度上提高其安全性的研究。但是,尚未进行更小型罐的安全性提高的研究,由于小型罐与普通市民的生活密切相关,一旦因地震而罐体受损,罐内液体流出,就很可能给市民带来很大影响。因此,研究所开始进行为提高小型罐安全性的研究。

    (4) 静电防灾技术的研究

   为防止因静电导致火灾爆炸事故的发生,从昭和30年代起,在静电发生现象的基础到应用方面,持续地进行了广范围的研究。昭和40年代~50年代,主要进行了伴随高压气雾和喷出的带电现象、配管内的流动带电、取样作业时的放电、罐内的电荷积蓄及缓和方面的研究。到了平成年代,持续作了可燃性液体的静电方面的研究。如:带电油的放电引起的着火,关于可燃性液体除电方面的基础研究,关于罐内部带电油的电荷减弱原理的研究等。现在正在开发研究带电中石油燃料的导电率测定方法。

     2.核辐射灾害(放射性物质的灾害)

    该研究所对放射性物质具有的特性,即放射能的危险性及其安全对策不进行研究,而是进行原子能设施发生的火灾所采取的对策的研究。

    昭和40年代主要弄明了处理放射性物质的设施的火灾危险性及谋求消防对策的研究,40年代后期起,进行了放射性输送容器遭遇火灾时的安全性评价方面的研究。

    最近,由于原子能设施多次发生重大事故,所以着手进行了相关的研究。

    (1) 与高速增殖反应堆的钠火灾事故有关的研究

    研究所派遣研究员去“关于钠燃烧的研讨会”等有关机构,就设施的安全及消防对策提出意见。为了确立这些设施的消防对策,开始对原子能设施中使用的钠的着火、燃烧特性及灭火进行研究,现在还继续进行这项研究。

    (2) 与沥青凝固处理设施发生的爆炸火灾事故有关的研究

    为了弄清沥青凝固处理设施发生的爆炸火灾事故的原因,研究所派研究员去设立在科技厅的“东海再处理设施沥青凝固处理设施中的火灾爆炸事故调查委员会”,查明其原因。

    为了防止同样事故的再次发生,开始详细研究安全灭火的条件。

    3.隧道及地下设施的灾害

    随着昭和30年代起高速公路网的发展,日本计划建设大型隧道。为此,研究所着手进行有关隧道火灾的研究。研究目的主要是隧道内的灭火设备、火灾探测系统等消防设备及与发生火灾时避难有关的初期火灾的对策,而长时间的隧道火灾燃烧特性相关的研究几乎没有进行。

    昭和54年东名高速公路日本坂隧道内发生了烧毁189台车辆的汽车火灾,以后又发生了隧道火灾事故,因此,长时间火灾时的隧道内的热环境成了一大问题。昭和63年,日本又决定开发地下利用技术,作为利用地下空间的具体计划,制订了开发深层地下隧道等大深度地下空间的利用开发计划。研究所正在实施这些地下空间的防火安全对策及增援消防活动的一系列研究。

    (1) 隧道火灾的研究

  长时间的隧道火灾会带来热环境问题,特别是运送放射性物质时问题更大。因此,从放射性物质的容器运送的安全性评价考虑,该所进行了隧道火灾的研究。在这项研究中,制作了隧道模型(长21m、高1.6m、宽1.5m,开口面积2m2),进行了火灾实验。研究结果表明,隧道内燃料的燃烧速度是敞开空间的3倍,隧道内的温度最高可达到1000℃,与敞开空间的火灾相比较,是一个非常严重的环境。

    在大深度地下设施的防灾研究上,研究所最先进行了国内长隧道的实际调查。调查后发现,许多长隧道在火灾时的烟气对策上采取了纵向流动换气方式。但在具体的运用上担心因送风而煽动火焰,尚未规定明确的指南。因此,研究所采用缩尺二十分之一的隧道模型,调查火灾附近的热的特性、烟气流动状况。结果表明,向隧道内送风,如果是一定程度的风速的话,和敞开空间的燃烧速度差不多,且连续稳定燃烧;如果风速减弱,火源正上方的顶棚温度将升高,通过辐射热量的返回,燃烧速度将猛烈增加。另外,还得到这样一个结果:顶棚温度能否降到440℃左右将是一个目标。

    另外,对烟气的流动特性,对火源的上风和下风进行了研究,弄明了阻止烟气逆向流动的风速等。通过一系列不同规模的实验,确认了上述结果可以适用于实际场合。

    (2) 地下设施火灾的研究

     在有关隧道状空间的火灾特性、烟气流动特性的研究要结束时,作为深层地下设施,日本正在建设深层地下车库,所以研究所决定开始研究深层地下车库的火灾。由于这种地下设施与地面设施不同,气密性高,近似于密闭空间,因此流入的空气受到限制,火灾发生时会产生大量浓烟,在场人员的避难以及救助、灭火等消防活动相当困难。为此,研究所进行了模型实验,弄明了火灾的燃烧特性和烟气流动特性。另外,这些设施的排烟设备是否正在工作,烟气流动状态有很大的不同,因此弄清了利用竖井的自然换气下和机械吸气式排烟下的烟气动态。

     为了确立地下设施火灾盛期的有效排烟技术,进行了实验,查明了加压排烟下的地下设施内热气流的温度分布和气流速度分布,并以此实验结果为基础,通过计算机模拟可以预测加压排烟下的防排烟效果,确立增援灭火活动的排烟技术。

    4.其他特殊灾害的研究

    关于其他特殊灾害的研究,主要在发生了社会影响大的事故时,划分期限进行研究,达到目的时就结束。过去进行的研究项目有可燃性气体灾害和海上灾害的研究。

    (1) 可燃性气体灾害的研究

    昭和40年代中期至后半期,日本连续发生石油联合企业爆炸火灾。这种火灾很多是起因于可燃性气体的泄漏扩散。因此,昭和40年代后半期至50年代,为了弄明可燃性气体的扩散状况,确立预防引燃爆炸的方法,进行了一系列的研究,提出了防灾对策。

    昭和57年10月,宫崎县一半导体集成电路制造厂发生硅烷泄漏引起的火灾。之后,又相继发生半导体制造厂的特殊材料气体的泄漏火灾。尖端技术有关的工厂没有研究过这种危险性大的气体燃烧特性以及灭火方法,在没有确立安全对策的情况下使用这种气体。因此,研究所决定研究硅烷等气体的灭火方法,并弄明了当时作为硅烷的灭火设备而配置的哈龙灭火剂对硅烷不仅没有灭火效能,反而有助燃性。

    有关查明气体爆炸事故的原因方面,昭和55年8月静冈市车站前地下街发生的可燃气体爆炸是一次酿成15人死亡(其中包括5名消防队员)的重大事故,为了查明其原因,研究所进行了调查研究。

     (2) 海上灾害的研究

    昭和37年11月京浜运河发生油船相撞事故,泄漏的汽油引起海面一片大火。研究所以此为契机,在所内建造了模型池,进行海面火灾的灭火方法的研究。

    昭和40年5月北海道室兰码头的油轮因冲撞码头导致大量原油漏出,造成海面火灾,之后又相继发生油轮火灾,研究所以此为契机,同爱嫒大学一起在幡浜市大岛海面进行大规模海上灭火试验。

    昭和42年3月英国海面上因触礁而损坏严重的一艘油轮,6万吨原油漏出海上,破坏了周围环境,研究所同运输省(交通部)一起在八丈岛海面进行大规模泄漏及海上火灾试验。以后,由于国内没有发生大的海上火灾事故,故尚未进行有关海上火灾的研究。

     结语

   消防研究所至今进行了关于特殊灾害的现象及软性对策方面的研究,今后还将研究开发特殊灾害用的消防器材。