大規模アンモニア配管（長距離／都市域）安全設計とリスク受容

山崎行政書士事務所
10月8日
読了時間: 7分

――漏えい拡散・着氷・サージ・コミッショニングを“設計指針”に落とし込む――

要旨（Executive Summary）

長距離・都市域アンモニア（NH₃）配管の設計では、毒性主体の重大ハザード（吸入曝露）に、低温・着氷（断熱膨張／フラッシング）、液圧サージ（過渡圧）、コミッショニング時の移行リスクが重なる。本稿は、規制・規格（輸送配管、安全基準、濃度指標）を踏まえ、（A）漏えい拡散、（B）着氷・低温脆性、（C）サージ／水撃、（D）コミッショニングの4領域を設計要件・検証手順・運用SOPに翻訳する。都市域では個別リスク（IR）/社会的リスク（F‑N）の受容基準を明示し、ALARPの観点から隔離弁・検知・拡散対策・避難を一体最適化することが肝要である。

0. 設計の“土俵”づくり（境界条件と受容基準）

ハザード指標

毒性エンドポイント：AEGL‑2（一般公衆の重大な健康影響回避）を拡散モデルの判定値に採用（10–60 minで概ね200 ppm級）。初動はERG初期隔離・防護距離も併用。
労働衛生：TWA 25 ppm／STEL 35 ppm、IDLH 300 ppm等を屋内施設・作業設計の基準に。
可燃性：LFL約15 vol%–UFL約28 vol%。都市域では毒性が一次支配、可燃性は二次。

リスク受容（例）

個別リスク（IR）：生活域境界で10⁻⁶/年を基本線、既設ルートはALARPで追加低減を評価。
社会的リスク（F‑N）：国・地域ガイドに合わせスロープ–1線等を参照し、大人数被害の抑制策（自動退避・警報）を織り込む。

規制・規格の前提

危険液体（アンモニア含む）配管に関するパイプライン安全基準、圧縮ガス・貯蔵基準、アンモニア取扱規格、**冷媒系（IIAR）**等を参照し、設計・運用・緊急対応を体系化する。

A. 漏えい拡散（Dense Gas）設計指針

A‑1. シナリオ設計

小孔噴流（加圧液→フラッシュ）：高速噴流＋一部雨落（rain‑out）。
全断（full‑bore）：液ヘッド消尽後の二相流→気化。
低所滞留：地形・都市峡谷で重気性が顕在化。
付帯設備：フランジ・計量・減圧器周りの微小連続漏えい。

A‑2. モデリング要件

近源：チョーク判定・フラッシング・液滴エントレインメント。
遠域：**重気性拡散（HEGADAS/HGSYSTEM/PHAST系）**を標準、地形・建物を反映。
判定濃度：AEGL‑2を避難・遮断・広報トリガに採用。
検証：実配管の風況・地被・過去イベントで同化し、**年次（≦15 ヶ月）**で再評価。

A‑3. 工学対策

ルーティング：人口密度・地形（低地・風下）・学校病院等の感受性施設を回避。橋梁渡りはドレン・防液設置。
隔離弁（RMV）：都市域・河川横断・HCAに遠隔／自動遮断弁、閉止時間目標と誤作動率をKPI化。
検知・広報：沿線固定NH₃検知＋気象計、PSAP直通＋住民自動通知、方位別退避導線の事前設計。
吸収・拡散抑制：水カーテン／スクラバの配備、縁切堤・側溝でプール拡大を抑制。

B. 着氷・低温脆性（J‑T冷却／フラッシング）設計指針

B‑1. 物理現象

加圧液の噴出・膨張で急冷（–33 °C以下）、配管・弁・支持に着氷・霜付負荷。
局所低温により炭素鋼の靭性低下、計装・アクチュエータの固着、凍結による遮断不全が生じ得る。

B‑2. 設計要件

材料・靭性：想定最低金属温度（MMT）を放出時温度で設定（–40 °C級を一つの目安）。主要部位は低温衝撃試験で確認。
断熱・トレース：都市域地上部は保温＋ヒートトレース、屋外弁箱はドレン・排水を確保。
着氷荷重：バルブ・配管支持に氷荷重を加味し、作動妨害しないクリアランスを確保。
除氷SOP：温水・蒸気での融解手順、機械的こじり禁止を明文化。

C. サージ（液圧過渡）設計指針

C‑1. リスク源

急閉弁・ポンプトリップ・非常遮断、積荷／受入の切替で水撃（Joukowsky）が発生。NH₃は気液相転化を伴い二相サージが顕在化しやすい。

C‑2. 解析・対策

過渡解析：弁閉止プロファイル、ポンプ慣性、配管弾性、二相音速を含むサージ解析を必須化。
対策メニュー：
1. 閉止時間の最小化ではなく“最適化”（段閉・S字プロファイル）、
2. サージリリーフ弁／アキュムレータ／サージタンク、
3. VSDポンプのランプ制御、
4. 高点ベント・低点ドレンの適所配置、
5. 配管拘束・支持の座屈・座上げ対策。
検証：コミッショニング前にHIL試験または現地小過渡試験でモデル同定。

D. コミッショニング（前後）安全指針

D‑1. 事前

耐圧／気密：原則水圧試験→完全乾燥（露点≤−40 °C）、酸素・水分管理。
不活性化：導入前にN₂パージ（酸素数％→ppm級まで）、受入タンク含め一体管理。
受入切替：空気／N₂→NH₃のミキシング時の発熱・圧力上昇を考慮し、漸増制御を徹底。

D‑2. 初期運転・再立上げ

微小漏えい検査：臭気・検知器・石鹸水・カメラで段階確認。
サージ“当て込み”：低流量で弁・ポンプ操作の過渡応答を計測し、モデル係数を補正。
緊急遮断演習：PSAP通報→住民通知→避難→収束までの一連を時間計測。

E. 都市域での設計仕様票（抜粋テンプレ）

ルート選定：人口密度・地形・重要施設回避、**高 consequence エリア（HCA）**洗い出し。
隔離・遮断：遠隔/自動遮断弁の区間長・閉止時間・冗長電源。
検知・広報：沿線固定検知（低／高アラーム閾値）、気象計、自動広報の通信冗長。
拡散モデル：重気性対応、AEGL‑2で年次更新（≦15 ヶ月）。
着氷・低温：MMT設定、保温・トレース仕様、氷荷重の支持設計。
サージ制御：過渡解析報告、閉止カーブ、サージ保護機器、KPI（最大過渡圧／設計圧）。
コミッショニング：乾燥・露点、N₂パージ手順、立上げプロファイル、緊急演習計画。
リスク受容：IR 10⁻⁶/年相当のコンタ規制、F‑N評価、ALARPの追加措置。

F. 運用KPI（監査に強い指標）

拡散：モデル更新間隔（≦15 ヶ月）、AEGL‑2超過予測面積の年次推移、異常時の初動時間。
着氷：MMTマージン、着氷起因の機器不稼働ゼロ、除氷対応時間。
サージ：最大過渡圧/設計圧、遮断弁閉止プロファイル遵守率、サージリリーフ作動件数。
コミッショニング：露点合格率、酸素濃度合格率、初期運転無故障時間、緊急演習の全行程時間。

G. 現場の“勘所”（うまくいく作法）

毒性で設計し、可燃性で上書きする：都市域はまずAEGL‑2を満たす隔離・広報・退避動線、そのうえで着火源管理。
“最速遮断”より“最適遮断”：サージを見越した段閉とサージ保護で全体最適。
着氷は“構造×運用”の複合対策：MMT＋保温・トレース＋除氷SOP。
モデルは回すほど賢くなる：気象・地物・検知ログを年次同化し、HCA・避難を更新。

H. ドラスティック提言（即効で効く五手）

提言①｜“2段遮断”の標準化：近接弁（即時）＋区間弁（段閉）でAEGL‑2面積最小×サージ低減を両立。
提言②｜“固定検知×PSAP直通”：沿線検知→PSAPと住民一斉通知を自動連鎖（30–180 秒級）。
提言③｜“MMT監視”：極低温イベント時に金属温度を直接監視し、低温脆性超過前に運転降格。
提言④｜“年次拡散CI/CD”：ソフト・地物更新・事故学習を自動差分再計算→HCA・避難計画即時反映。
提言⑤｜“立上げプロトコルの公表”：コミュニティへ立上げ時の臭気・広報フローを事前周知し、社会的リスクを能動的に低減。

結論（Conclusions）

都市域・長距離アンモニア配管の安全は、重気性拡散（AEGL‑2）、着氷・低温脆性（MMT）、サージ過渡、コミッショニング移行の四点で決まる。隔離・検知・拡散・退避をALARPで束ね、“最適遮断×サージ保護”と“MMTを守る構造・運用”を徹底すれば、個別・社会的リスクの受容基準を満たしつつ、実装性とコストのバランスが取れる。鍵は、年次のモデル更新と演習、KPIの可視化、そしてコミュニティ連携である。