失敗百選 〜大阪大学のモノシランガス爆発〜

【概要】    大阪大学基礎工学部において、学生がプラズマCVD（化学蒸散） 装置で実験中、同装置にガスを供給するモノシラン容器内（図１）に爆発が生じ、 学生2名が死亡、5名が軽症を負うという事故が発生した。逆止弁（図２） のOリングの劣化による逆流で、モノシランガスと亜酸化窒素の混合ガスが爆発した。 この爆発で都市ガスおよび有機塩素系溶剤に引火し、火災が発生した。 【日時】    1992年10月2日 【発生場所】    大阪大学基礎工学部 【事象】    大阪大学基礎工学部において、学生がプラズマCVD装置で実験中、 同装置にガスを供給するモノシラン容器内で突然爆発が起こり、 同容器が破裂して爆風および飛翔物によって、学生2名が死亡、 5名が軽症を負うという事故が発生した。 【経過】     1992年10月2日午後4時頃、大阪大学基礎工学部において、 学生がプラズマCVD装置で実験中、学生が何らかの意図で行なったバルブ(図１のDV1) を閉操作したところ、同装置にガスを供給するモノシラン容器内で突然爆発が起こり、 同容器が破裂して爆風および飛翔物によって、実験装置から人間まで、 すべてが壁にたたきつけられていた。学生2名が死亡、5名が軽症を負うという事故であった。 また、この爆発で都市ガスおよび有機塩素系溶剤に引火し、火災が発生した。 【原因】    モノシラン容器内で爆発したものは、モノシラン（SiH4） と亜酸化窒素（N2O）の混合ガスである。図２に示す逆止弁CV3内のOリングが、 亜酸化窒素によって劣化して、逆止機能が不能になったため、亜酸化窒素が図３の逆止弁 （CV3）を逆流して、各ガス共通のパージライン（使用最後に窒素などの安定ガスを流して、 配管内に有毒ガスや可燃性ガスを残しておかないための配管）を経由して、 モノシラン容器に流入した。学生が何らかの意図で行なったバルブDV1 (図３) の閉操作によって、パージラインの混合ガスが圧縮されて発熱・着火し、 火炎が配管を経て容器内に逆流し、一気に容器内で爆発したと思われる。 爆発時の圧力は2,000〜3,000kgf/cm2と推定され、容器の熱溶断の安全弁が作動する前に、 爆発してしまった。 図3　ガス供給設備の配管系統図　[2] 【対処】    事故発生2ヶ月後、高圧ガス取扱法が改正され、 モノシランガスなどの特殊高圧ガスの消費者は、その量にかかわらず、 都道府県に届出の義務を課せられた。各大学で自主的に特殊ガスの検査が始まった。 【対策】 亜酸化窒素によるOリング劣化を防止するために、逆止弁（CV3） とボールバルブ（BV3）の位置を変更した。逆止弁がガスボンベに近い場合、 亜酸化窒素の圧力（50気圧）が窒素の圧力（数気圧）より高いので、 Oリング常に亜酸化窒素に曝されてしまい、劣化を助長する。金属接点を持ち、 劣化の恐れのないボールバルブをガスボンベに近接させて配置する。 パージラインの独立化。パージラインの共通化は、作業性容易化、 装置コストの低減になるが、本例のように、危険な混合ガスの生成の原因、 となることもある。 【総括】    逆止弁のOリングが劣化したため、亜酸化窒素が逆流し、 パージラインを通ってシランガスと混入し爆発した。このような大事故が発生する、 危険性を有するシステムを設計する時は、逆止弁のような安全装置が確実に作動するか、 劣化することがないかなどを、十分に確認することが必要である。さらに、 安全装置が誤作動しても、パージラインを別系統にしておくような、 絶対的な安全設計が不可欠である。当時、この事故は大学のずさんな管理が主因と、 産業界ではうわさされたが、産業界でも、共通パージラインを有するシステムも、 存在したようである。 【知識化】 モノシランガスは危険である。濃度が1%以上になると、 爆発する可能性を持つだけでなく、亜酸化窒素と混合すると、 常温では爆発しないが何かの引火でこのような大爆発を引き起こす。 材料の劣化が大きな事故につながる。劣化し難いか、または仮に劣化しても、 安全が確保できるシステムとすべきである。 共通パージラインのように、作業性の向上や装置コスト削減を図ったつもりが、 安全性の低下を招く場合がある。 致死的な事故発生の可能性がある場合は、絶対的な安全設計が不可欠である。 図１はもともと危険であり、たとえば、実験している最中に、 地震が起こって配管が弛んでガスが混合すると、摩擦火花などで本例のように、 容易に爆発してしまう。 ガス漏洩検知器は、万能ではない。ガス漏洩検知器（図１中央） を設置しているから安全と思っていたふしがある。 【背景】    1983年3月に施行された、通商産業省（現在の経済産業省）の 「テクノポリス構想」（高度技術工業集積地域開発促進法：先端技術産業の地方への導入・ 育成を目的に、学術研究機能、住機能を有機的に結合した新しい産業都市づくり構想） を契機に、半導体技術・メカトロニクスを中心に急激な外国からの技術導入が図られた。 半導体技術関係にはさまざまの化学物質を使うが、半導体製造に使用するシランガスは、 その代表的なものである。この自然発火性のシランガス事故として、 1983年10月の宮崎県清武町の半導体工場での漏洩シランによる火災事故、 1989年12月の東京小平市の工場半導体試作室でのモノシランガスの爆発、 1990年3月の群馬県高崎市の半導体工場でのモノシラン火災事故、 同年6月新潟県青梅町のシラン製造工場でのモノシラン漏洩火災事故など、 相次いで発生していた。 【引用文献】 北海道大学情報基盤センター：化学物質による汚染問題　www.hucc.hokudai.ac.jp 畑村洋太郎、小野耕三、中尾政之著：機械の創造学　丸善 畑村洋太郎編著　実際の設計研究会著：続々・実際の設計　日刊工業新聞社