高圧ガス製造保安責任者 乙種機械 保安管理技術 練習問題 第39問: 可燃性ガスだけで満たされた容器 (内部の絶対圧力 0.1 MPa) を、窒素による加圧置換で置換する。窒素を入れて絶対圧力 0.5 MPa まで加圧し、容器内が

答えは「0.8 vol%」です。温度が一定の理想気体では、容器内のガスの量は絶対圧力に比例します。

1 回目の加圧で、絶対圧力 0.1 MPa 分の可燃性ガスに窒素が加わって 0.5 MPa になるので、可燃性ガスの割合は 0.1 ÷ 0.5 = 1/5 になります。均一に混ざった後に放出しても割合は変わらないので、1 回の操作ごとに濃度は 1/5 になります。

3 回くり返すと 1/5 × 1/5 × 1/5 = 1/125 = 0.008、つまり 0.8 vol% です。「20 vol%」は 1 回分の 1/5 で止めた値、「4 vol%」は 2 回分の 1/25 の値です。

「0.46 vol%」は、0.5 MPa をゲージ圧力と取り違えて絶対圧力 0.6 MPa とし、1/6 を 3 回掛けた 1/216 の値です。「40 vol%」は、1 回ごとに 20 vol% ずつ減ると考えて 100 − 3 × 20 とした誤りです。

実際の置換では混ざり方が均一とは限らないので、置換の後にガス検知器で濃度を測り、基準を下回ったことを確かめてから次の作業に移ります。この条件で 3 回の加圧置換を行った後の可燃性ガスの濃度は約 0.8 vol% です。