Numerical analysis for the emergency discharge of the hydrogen loop of JSNS

JSNS極低温水素ループの緊急水素放出に関する数値解析

長谷川 勝一   ; 加藤 崇; 麻生 智一 ; 牛島 勇*; 達本 衡輝; 大都 起一*; 池田 裕二郎

Hasegawa, Shoichi; Kato, Takashi; Aso, Tomokazu; Ushijima, Isamu*; Tatsumoto, Hideki; Otsu, Kiichi*; Ikeda, Yujiro

JSNSではモデレーターとして超臨界圧水素を採用しており、現在このための水素循環システム並びに輸送配管の設計を行っている。想定外事象が発生した場合には安全性の観点より速やかに水素を外部放出する必要がある。このため緊急時には水素輸送配管の真空断熱層内にヘリウムガスを注入,入熱を行い放出時間の短縮を行う方法を検討している。この際の放出水素の圧力変動と放出速度の数値解析を行った。水素放出中、水素放出配管内の圧力上昇は設計圧力である0.1MPa以下である必要がある。この条件を満たすためには真空層内に注入するヘリウムの圧力を0.04MPaに保つ必要がある。このときの水素放出速度は放出開始150秒後に最大で0.047Kg/sに達する。5分後には系内水素の90%の放出が完了する。この評価によって安全な水素の緊急放出方法の確立が行われた。

In JSNS, the hydrogen of super critical state is adopted as moderators. Therefore the cryogenic hydrogen system is prepared, which consists of hydrogen circulating unit and transfer lines to moderators. The hydrogen system will immediately discharge hydrogen when an off-normal event occurs. In case of emergency, helium gas will be inputted to an insulation vacuum of the transfer line in order to enhance the heat transfer and the hydrogen discharge time should be shortened. Then, it is impotant to estimate the behaviour of pressure and velocity of discharging hydrogen in the emergency. During hydrogen discharge, the pressure rise in the discharge piping should be kept below the design pressure of 0.1 MPa. The result of analysis shows that the pressure of helium gas injection is suitable less than 0.04Mpa, and that the maximum hydrogen discharge flow is evaluated to be 0.047 kg/s after around 150 seconds. After five minutes with this condition, the hydrogen of around 90% in the moderator piping is discharged. Safety hydrogen release in the case of emergency can be established.