広温度・広酸素濃度範囲Na燃焼試験(II); 低酸素濃度雰囲気でのNaプール燃焼速度とNaエアロゾル放出速度

Sodium fire test at broad ranges of temperature and oxygen concentration (II); The sodium burning rate and aerosol release rate in Nitrogen atmosphere

川田 耕嗣*; 大野 修司  ; 森川 智*; 姫野 嘉昭

Kawada, Koji*; not registered; not registered; Himeno, Yoshiaki

(目的)高速増殖炉プラントの約3%の酸素を含む窒素雰囲気に於けるNaプール燃焼の燃焼速度(酸化速度)及びNaエアロゾル放出速度を決定し,従釆の解析手法で与えられる結果との比較検討を行う。(方法)雰囲気ガス容積約3m3を有する円筒型ステンレス密閉容器FRAT―1を用いてその底部に燃焼皿を置き,雰囲気酸素濃度3%,Naプール温度175400でNaを燃焼させ,雰囲気中の酸素消費速度から燃焼速度を,またNaプールから放出されて容器の床及び壁に沈着した全てのNaエアロゾル量からNaエアロゾル放出速度を算出した。(結果)Na燃焼速度は,Naプール温度に強く依存し,400付近から温度の低下と共に解析コードS0FIRE-M2による計算値から大きく離れて低下し,試験の最低温度である175では1桁以上小さな値を示した。データ解析から,このような傾向は燃焼がNaプール表面に対する酸素の自然対流物質伝達とNaプール表面での酸化反応に支配されるためで,高温では前者が,低温では後者が律速となるためであることが明らかになった。そこで,これらを考慮したデータ整理式を提案し,試験データと一致する良好な実験式を導出した。Naエアロゾル放出速度もNaプール温度に対する強い依存性を示し,温度の低下と共に低下する。ただ,その値は最大でもNa燃焼速度(実験値)の約10%である。また,Naエアロゾル放出速度は,Na燃焼速度に比例するとの仮定のもとに,先に導出した実験式と同様なNaプール温度依存性を有し,かつ各Naプール温度で最大の値を与える実験式を導出した。

[Purpose]A sodium pool fire test has been conducted in low oxygen containing nitrogen atmosphere to determine the sodium burning rate and aerosol release rate and compare them with calculated results by the SOFIRE-MII code. [Method]After installing a burning pan in a 3m test vessel, FRAT-1, the test vessel was filled with nitrogen gas includlng 3% in volume of oxygen gas. Then, the test was started by supplying a sodium (175400C) in the burning pan. The sodium burning rate was determined from the consumption rate of oxygen in the test vessel. The aerosol release rate was determined from total aerosol mass recovered. [Result](1)The sodium burning rate depends on the sodium pool temperature. As the result of a comparison of the experimental sodium burning rate values with the calculated ones by the SOFIRE-MII code, it was cleared that the former was lower than the latter in case of sodium pool temperature below 400 C and its differance was more than one order of magnitud at 175C. This reason is based on the fact that the burning rate is controlled by the masstransfer of oxygen at high pool temperature, while it is controlled by the reaction between oxygen and sodium at low pool temperature. In final, an empirical formula that agree with the experimental results was derived. (2)The aerosol release rate also depends on the sodium pool temperature. It is less than about 10% of the sodium burning rate. Assuming that the aerosol release rate is propotional to the sodium burning rate, an empirical formula which dependends on sodium pool temperature giving the maximum value at each sodium pool temperature was decided.