故障したギアボックスを外して弁棒を回すと、なぜバルブが分解したのか：ExxonMobil の製油所のアルキレーション装置にある手動ギア式プラグバルブ約 500 台のうち 15 台は、ブラケットを固定する縦の 4 本のボルトが耐圧部のトップキャップも締めていた

その日に外したのは、どの 4 本だったか

その日の午後、アルキレーション装置の操作員 2 人はイソブタン設備の保全の準備をしていて、予備のポンプを運転に入れるため、予備ポンプの入口（吸込み側）にあるプラグバルブ（plug valve）を開ける必要がありました。 このバルブは 90 度回すと全閉から全開になります。普段あまり操作しないものは、ハンドルでギアボックス（gearbox、ギアオペレータとも呼ばれます）を介して弁棒を回し、ギアボックスはブラケットでバルブにボルト留めされています。 操作員がハンドルを回すと、ハンドルは回るのにバルブは動きませんでした。ギアボックスが壊れていたのです。

操作員はギアボックスを丸ごと外し、パイプレンチで弁棒を直接回そうとしました。外したのは、ギアボックスのブラケットと弁本体をつなぐ縦の 4 本のボルトです。ところがこのバルブの設計では、同じ 4 本が耐圧部のトップキャップも弁本体に締め付けていました。 ブラケットの側面には横向きのボルトが 2 本あり、これはギアボックスをブラケットに留めているだけなので、こちらを外せばトップキャップに触れずにギアボックスを外せます。その日、この 2 本は外されませんでした。

表の「縦」「横」は公報の呼び方をそのまま使っており、地面と平行な配管にバルブが付いている場合を基準にしています。公報は、バルブが垂直に付いている場合は呼び方を入れ替えるよう注記しています。ボルトの向きだけでは、それが何を締めているかは判断できません。

1 人がパイプレンチで弁棒を回し、もう 1 人がそばで見ていました。トップキャップを締めるボルトはもうなく、弁棒を回すとバルブは緩んでばらばらになりました。配管内のイソブタンの供給圧力は約 20 psig（当サイトの換算で約 1.4 bar、ゲージ圧）、温度は約 45 °F（約 7 °C）で、 噴き出したイソブタンは白い可燃性の蒸気雲になりました。ExxonMobil の推定で漏洩量は約 2,000 lb（当サイトの換算で約 910 kg）です。監視カメラの映像から、約 70 ft（約 21 m）離れた通電中の溶接機が着火源だった可能性が高く、漏洩から 30 秒以内に燃え上がりました。 ExxonMobil の従業員 1 人と協力会社の作業者 3 人が蒸気雲から逃げ切れず、全員が III 度の熱傷を負いました。4 人とも製油所が定める難燃性の作業服を着ていました。着火から約 25 分後、緊急対応要員が漏洩を遮断し、火を消し止めています。

約 500 台のプラグバルブのうちの 15 台

なぜその 4 本が二つの役割を持っていたのでしょうか。公報 §3.2.2 の説明では、1984 年以前のこの型のバルブにはギアボックス専用の取付け点がなく、トップキャップの締結箇所しかなかったため、ブラケットはトップキャップのボルトを借りて取り付けられていました。 CSB は、設計者はブラケットをトップキャップに留めたうえで、ブラケットにギアボックス用の接続点を別に設け、ギアボックスを外すときにバルブまで分解しないようにしたのだろう、と推測しています。設計者から見れば、これは筋の通った設計だった可能性が高いとも書いています。しかし、故障したギアボックスを外したい操作員から見ると、ブラケットはギアボックスの一部に見えました。

バルブメーカーの Durco（Flowserve のブランド）は 1984 年に設計を変えました。弁本体のフランジに取付け穴を 4 つ追加し、ブラケットは耐圧部ではないその位置に留めるようにして、トップキャップのボルトはトップキャップだけを締めるようになりました。 公報によれば、新しい設計のバルブなら、ギアボックスをブラケットごと外しても、その作業で耐圧部品が緩んで漏洩することはありません。

Baton Rouge 製油所のアルキレーション装置には、手動ギアボックス付きのプラグバルブが約 500 台あり、そのうち 15 台が旧設計で、約 3% にあたります。残りの約 97% は新しい設計でした。 言い換えると、同じ装置、同じ種類のバルブ、同じ「ギアボックスを外す」作業でも、約 485 台（当サイトの計算）の新型ではブラケットのボルトを外してもトップキャップは緩まず、15 台の旧型でだけ、共用の縦のボルト 4 本を外すと耐圧のトップキャップが緩むことになります。

Flowserve のプラグバルブの取扱説明書には、実は警告が書かれています。「WARNING: Do not loosen or remove top cap fasteners [bolts] … when removing a[] [gearbox] or accessory. Remove the operator [gearbox] by unfastening it from the bracket.」 （ギアボックスや付属品を外すときは、トップキャップのボルトを緩めたり外したりしないこと。ギアボックスはブラケットから外すこと。）公報は、この警告が製油所の作業者に伝えられていなかったと指摘しています。

API 599 の条文に適合していても、事故は起きた

この事故でいちばん誤解されやすいのは、CSB によれば、事故バルブのギアボックスの取付け方が公報の引用する規格の条文を満たしていた点です。公報は米国石油協会の API 599〈Metal Plug Valves〉（2013 年第 7 版）§5.7.8 を引用しています。 アクチュエータやギアオペレータを取り付けられるバルブは、「shall be capable of doing so without removal of any [pressure-retaining] parts」、つまりアクチュエータやギアオペレータを、耐圧部品を一つも外さずに取り付けられなければならない、という規定です。

CSB の判断では、事故バルブはこの規定を満たしていました。横の 2 本を外すだけで、トップキャップに触れずにギアボックスを外せたからです。当サイトの読み方では、この条文が確保しているのは「耐圧部品に触れない道があること」で、このバルブには確かにそれがありました。 その道が作業する人にとって見分けやすいことまでは、求めていません。

そこで CSB は問題を設計に置きました。旧設計は API 599 を満たしているものの、新設計への更新は管理策の階層（hierarchy of controls）の上位にあり、「would have likely prevented the incident」（事故を防げた可能性が高い）としています。 公報は API の人間工学（ヒューマンファクター）の指針から、設計は「making it easy for people to do things right and hard for them to do things wrong」、つまり正しくやるのは簡単に、間違えるのは難しくすべきだという一文を引いています。 CSB は §3.2.2 で、設備設計の不備がこの事故の重要な要因だったと結論づけました。手順書と教育は管理策の階層では下位ですが、それでも重要だと公報は述べています。

残りの 97% の新型が、縦のボルトを外す習慣を強めた可能性

操作員の話に戻ります。公報によると、彼は自分が外すべきだと考えたボルトを外しました（which he believed to be the correct bolts to remove）。§3.2.2 によると、多数を占める新設計のバルブでも、ブラケットとバルブをつなぐボルトは縦向きで、ギアボックスとハンドルを外すときには普通それを外します。CSB は、新設計のボルトの位置も、彼が耐圧ボルトを外したことに影響した可能性がある（may have also contributed）としています。 ある操作員は新型バルブの外し方を CSB にこう説明しています。「I would only have to pull those [vertical] bolts right there and the whole thing would come off」（そこの縦のボルトを抜けば、全部外れる）。 別の操作員はバルブの写真を見ながら、横でも縦でもどちらを外してもよく、特に好ましいやり方はないと答えました。

この習慣がなぜ正されなかったのかは、仮定の数字で見るとわかりやすくなります。仮に、操作員が出会う故障バルブが約 500 台の中から等確率に（新型の割合 0.97）、毎回独立に選ばれるとすると、10 回続けて新型に当たる確率は約 74%（0.97 の 10 乗、当サイトの計算）です。 同じやり方で何度作業しても問題が起きないことはありえます。当サイトの読み方では、以前に問題がなかったことは元のやり方への信頼を強めるかもしれませんが、安全の証明にはなりません。公報に記録された経験は、この例が示す問題と重なります。操作員は以前にもやって問題はなかったと話し、経験のある同僚がギアボックスを外すのを見て覚えた「learned habit」だと説明しています。 （この確率は仕組みを示すためのもので、実際の故障の分布や作業回数は公報に書かれておらず、事故の確率の推定にも、操作員の実際の経験の推定にも使えません。）

ギアボックスの故障自体は珍しくありませんでした。製油所の記録はハンドルとギアボックスを「for convenience in operating a valve」（バルブ操作の便宜のため）と位置づけ、操作員はハンドルの空回りを「chronic」（慢性的）な問題と表現しています。壊れたギアボックスは修理せずに交換していました。 CSB と一緒に装置の写真を見ていた操作員は、その場で、ギアボックスが外されたプラグバルブをほかに 3 台指さしています。

研修資料には耐圧ボルトについての基本的な知識がありましたが、CSB が指摘したのは、ギアボックスの取外しに特化した手順と教育がなかったことです。ExxonMobil の「Manual Valve Basics」という研修は 150 枚を超えるスライドで 9 種類の手動弁を扱い、153 枚中 24 枚目には、ボンネットと弁本体の間のボルトは耐圧部品だと書かれていました。 それでも、CSB が確認した教育記録にはプラグバルブのギアボックスの外し方を教えたものは一つもなく、手順書もありませんでした。そばで見ていた同僚も危険に気づきませんでした。 公報の脚注 59 は Flowserve の見解として、バルブを分解する前には流体と圧力を抜かなければならないことを引き、さらに、適切な教育を受けた操作員なら、バルブを分解して耐圧の境界を開ける前に隔離、排出、減圧が必要だと知っているはずだ、と書いています。

CSB の提言と、ExxonMobil の事故後の対応

公報 §5 は、手動ギア式プラグバルブを使う化学工場と製油所に向けて 6 項目の指針を示しています。要約すると次のとおりです。

1. バルブを調査し、ギアボックスのブラケットが耐圧部に取り付けられているプラグバルブ（公報は susceptible valves と呼びます）を特定する。
2. それらのバルブについて危険源分析とリスク評価を行い、管理策の階層に沿って対策を決める。
3. 新設計への更新を検討し、ブラケットをバルブのフランジに取り付ける。またはほかの方法でこの危険に対処する。
4. 将来更新する予定のバルブには、それまでの暫定的な危険管理計画を作る。
5. 作業者がギアボックスを安全に外せるよう、手順書と教育を用意する。
6. この検討をギアオペレータ以外にも広げ、耐圧部に取り付けられている可能性のあるモーターやアクチュエータも評価することを検討する。

ExxonMobil が CSB に伝えた事故後の対応は次のとおりです。アルキレーション装置を調査し、ブラケットが耐圧部に取り付けられたバルブを 15 台特定しました。その 15 台は、新設計に交換するか、ブラケットを撤去して弁棒に手動レバーを付けるかのどちらかで、特定したバルブはすべて対応済みです。 改修までの間は、ブラケットのボルトが耐圧部も締めていることを知らせる警告表示をそれらのバルブに掲示しました。ほかの ExxonMobil の製油所には、ギアボックスのブラケットが耐圧部に付いているプラグバルブと、ギアオペレータのブラケット以外で耐圧部に取り付けられている部品の両方を調査するよう求めました。

締結部の側から見ると、当サイトはこれらの対応を二つに分けて読みます。「ブラケットのボルトが耐圧部も締めている」ことを見えるようにするか、ブラケットを耐圧部に留めないようにするか、です。

締結部の側から持ち帰れる四つのこと

以下は当サイトの読み方で、CSB が締結部の利用者向けに示した提言ではありません。

1. ボルトの役割は継手が決め、部品だけを見てもわからない。新旧どちらのバルブでもブラケットのボルトは縦向きですが、新型ではブラケットを留めるだけ、旧型では同時に耐圧の境界の一部です。部品名が「ボルト」だとわかっても、外したときにどの部材に影響するかはわかりません。同じ考え方はねじかボルトか：違いは継手にあって、部品にはありませんでも扱っています。
2. 1 組のボルトが二つの継手に属するときは、結果が重いほうの継手がそのボルトの扱いを決める。これは当サイトの推論です。この事例では、ブラケットは操作用のギアボックスを留める部品で、トップキャップは耐圧の境界でした。公報は、ブラケットがギアボックスの一部に見え、ブラケットを外すと耐圧部に影響することがわかりにくかったと指摘しています。ExxonMobil が事故後に掲げた警告表示が知らせていたのは、まさにブラケットのボルトが耐圧部も締めていることでした。
3. 「安全な外し方がある」ことと「安全な外し方が見分けやすい」ことは別の話。公報が引用する API 599 §5.7.8 が扱うのは前者で、事故バルブはそれを満たしていました。CSB は、ブラケットを外す必要がないことが操作員にわかりにくかったと指摘し、設備設計の不備を重要な要因としています。当サイトはそこから、外し方の見分けやすさも設計の一部として考えるべきだと読みます。公報は、ブラケットを耐圧部品に留めない設計への変更を管理策の階層の上位に置き、手順書と教育は下位としています。当サイトは警告表示も注意を促す種類の対策と見ています。これらの効果を公報は評価しておらず、当サイトにも判断できません。
4. 既存の設備に付属品を追加したり交換したりするときは、取付けボルトがほかに何を締めているかを先に確かめる。CSB の指針はモーターやアクチュエータまで検討を広げるよう勧め、ExxonMobil もほかの製油所に、耐圧部に取り付けられたほかの部品の調査を求めました。当サイトとしては、付属品を足したり替えたりするときに、既存のボルトが何を締めているかを確かめ直すことを勧めます。変更前に何を確かめ直すかはねじを変える前に、何を検証し直すことになるかを確かめるを参照してください。

この公報から言えないこと

これは CSB の安全公報（Safety Bulletin）で、完全な調査報告書より短く、設計、手順、教育、組織文化に重点があります。ボルトの寸法、強度区分、締付けトルクは書かれていないため、本ページはボルト自体の強さには触れません。 事故はボルトの破断ではなく、ボルトが外されたことによるものです。弁棒を回したときにバルブがどのように緩んで分解したかについて、公報は脚注で Flowserve の一文（弁上部にかかった力と耐圧ボルトの取外し）を引くだけで、詳しい力学的な分析はなく、本ページも推測しません。 約 500 台、15 台、約 97% という比率は Baton Rouge 製油所のアルキレーション装置だけのもので、業界全体には広げられません。ほかのメーカーのプラグバルブに同じ旧設計があるかどうかも、公報には書かれていません。 API 599 の条文は公報からの引用で、当サイトは規格の原文を読んでおらず、現行版も確認していません。警告表示や手順書が実際にどれだけリスクを下げるかも、公報は評価していません。 CSB は取締機関ではなく、公報は事故原因と安全管理の不備を分析していますが、個人の法的責任は判断していません。本ページも公報から責任の所在を推定しません。最後に、「10 回続けて新型に当たる確率」は当サイトが仮定に基づいて計算した説明用の数字で、事故のデータではありません。

この記事は六つの手順のどれか一つには収まりません。手順をまたいで出てくるか、組み付けたあとに出てくる話です。ここに行き着く判断がどこで下されているかはねじの決め方にまとめてあります。

よくある質問

プラグバルブのギアボックスが壊れ、外してパイプレンチで回したいとき、どのボルトを外せばよいですか？

バルブの設計を確かめる必要があり、習慣で決めてはいけません。CSB が調べた ExxonMobil の事故バルブでは、縦の 4 本のボルトがギアボックスのブラケットと耐圧部のトップキャップを同時に締めていて、公報の図 3 によれば、この構成ではギアボックスとブラケットの間にある横の 2 本だけを外せば、トップキャップのボルトに触れずにギアボックスを外せました（縦と横は、地面と平行な配管にバルブが付いている場合の呼び方です）。実際の作業は、設備の設計、メーカーの文書、現場で承認された手順に従ってください。Flowserve の取扱説明書は、ギアボックスや付属品を外すときにトップキャップのボルトを緩めたり外したりしないよう警告しています。Flowserve は、バルブを分解する前に流体と圧力を抜かなければならないとも述べています。

工場のプラグバルブが、ブラケットをトップキャップに留める旧設計かどうかはどうやって見分けますか？

CSB の公報は、まずバルブを調査し、ギアボックスのブラケットが耐圧部に取り付けられているプラグバルブを特定してから危険源分析を行うよう勧めています。事故バルブのメーカー Durco の例では、1984 年に改良された設計は弁本体のフランジに専用の取付け穴が 4 つあり、ブラケットはフランジに留まります。旧設計にはその取付け点がなく、ブラケットはトップキャップのボルトを借りていました。ExxonMobil は事故後、アルキレーション装置の手動ギア式プラグバルブ約 500 台から 15 台を特定しました。

事故バルブは API 599 に適合していましたか？

公報は、公報が引用する API 599（2013 年第 7 版）§5.7.8 に適合していたとしています。この条文は、ギアオペレータを取り付けられるバルブは耐圧部品を外さずに取り付けられることを求めています。CSB は、事故バルブが横の 2 本を外すだけでギアボックスを外せたことも指摘しています。CSB が問題にしたのは、その安全な外し方が見分けにくかったこと、そして同じ装置の約 97% を占める新型バルブでは縦のブラケットボルトを外すのがよくある外し方だったことです。

ExxonMobil は事故後、これらのバルブをどうしましたか？

ExxonMobil が CSB に伝え、公報 §6 に記された対応によると、アルキレーション装置でブラケットが耐圧部に付いたバルブを 15 台特定し、それぞれ新設計に交換するか、ブラケットを撤去して手動レバーを付けました。改修までの間は警告表示を掲示しています。ほかの ExxonMobil の製油所にも、同じ種類のバルブと、耐圧部に取り付けられたそのほかの部品の調査を求めました。

参考資料

• U.S. Chemical Safety Board（2017）—— Key Lessons from the ExxonMobil Baton Rouge Refinery Isobutane Release and Fire、Safety Bulletin No. 2016-02-I-LA
• CSB 調査ページ：ExxonMobil Baton Rouge Refinery Chemical Release and Fire
• ねじかボルトか：違いは継手にあって、部品にはありません
• ねじを変える前に、何を検証し直すことになるかを確かめる
• 割れた「ステンレス」のバルブボルト：クロム 9%、マンガン 16%、仕様欄は Not available

CSB の安全公報は全文を当サイトで読んでいます。事故日と公報の公表日（2017 年 9 月 18 日）は CSB の調査ページによります。API 599 §5.7.8 と Flowserve の取扱説明書の警告文は公報からの引用で、当サイトは原文を読んでいません。20 psig、45 °F、2,000 lb、70 ft のメートル法換算は当サイトの計算です。「10 回続けて新型に当たる確率は約 74%」は、ランダムかつ独立という仮定のもとで当サイトが計算した説明用の数字で、公報のデータではありません。「締結部の側から持ち帰れる四つのこと」は当サイトの読み方で、CSB の提言ではありません。