Pressure rise analysis when hydrogen leak from a cracked pipe in the cryogenic hydrogen system in J-PARC

J-PARC低温水素システムにおける水死漏洩時の圧力上昇解析

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

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

J-PARCにおける実験施設の1つとして、1MW陽子ビームによる核破砕中性子源の建設を行っている。この施設では、核破砕際反応によって発生した高速中性子を1.5MPa, 20Kの極低温水素で減速させる極低温水素循環システムの設計を進めている。本システムの異常事象として、モデレータ配管に発生した亀裂からの水素漏洩事象を生じた場合、水素を安全、かつ、迅速に放出しなければならない。そこで、水素漏洩時の水素層、及び、真空層の圧力・温度上昇を模擬できる解析コードを開発し、本システムに必要な安全装置の検討を行った。水素層には32Aの安全弁,真空層には、吹き出し口径37.1mm以上の破裂板が必要であることが解析によりわかった。

As one of the main experimental facilities in J-PARC, an intense spallation neutron source (JSNS) driven by proton beam power of 1 MW is constructed. In JSNS, cryogenic hydrogen at supercritical pressure is selected as a moderator. The total nuclear heating at the moderators is estimated to be 3.7 kW. A cryogenic hydrogen system to cool the moderators has been designed. As the most severe off-normal event for cryogenic hydrogen system, it is considered that the cryogenic hydrogen leaks when the pipe is cracked. In such a case, the hydrogen must be discharged safely as soon as possible. An analytical code that simulated the pressure change during hydrogen leak was developed. The pressure rise analysis for various sized cracks was performed, and then the required size of safety equipment was determined. It was found from the analysis that a safety valve of -42.7 mm and a rupture disk with the diameter of 37.1 mm can discharge hydrogen safely.