測圧型圧力容器試験による圧力測定 と限界オ リフィス径の推定

島文 I ) mM l u l [ )

測圧型圧力容器試験による圧力測定 と限界オ リフィス径の推定

渡辺正俊事 ,松永猛裕叫,飯田光明+ + 石 川 昇 紬, 田中克 己 **

圧力脚定型の圧力専常飲鼓 と従来の破裂硬式の紬 とを比較するために. 成 虫坂が取 り付け られ る. tうな甜正整正力容早を共作 した｡ この執敦容等を実際の物頚に適用 した結果.* . )フ ィスが付いた場合の圧力串助および壊 畢坂 が付いた場合の圧力挙動を的ペることができた｡突 放 した屯田では破蕪軌 1専替内圧力が約6. 5 k gu dを超えた場合に壱畢す ることがわか った｡

また.破斜板が破裂する限界オ ー )フィス径は圧力を溺定することに 上って予甜できることがわ かった｡

1.

はじめに

圧力蓉善政故は高反応性物兜の加熱時の熱分解の鼓 しさを評価す る軸 で.現在.各位続開の危険性評価 システムの中に用いられているt l ｡

通常の圧力容辞釈放はオ

ィス板 と一定圧力で壊 れ る破裂板を取 り付けた耐圧容昏内に一定丑の鼓科を 入れ 底部 よ り加熱 して分解保見を起 こさせ.その時 に破裂板が破袈す るか どうかを桐べる｡評価方法は各 披閑に よ. ?て典な り.例えは. AJ ) R( ヨー PッJ {に おけ る道路輸送に関す る規制){･ は.

8E l のオ 1 )フィ スがあ り.同 じオ

ィス住で

回実験 し,少な くと も1回破斜板が破裂するような叔大のオ l )7ィス径を m単位で示す2 ) ｡ また.

年か ら施行 され る消防法 では.

E 血および

nのオ 1 )

ィス径で

回乗鼓 し, 破裂板が破裂 した回数を桐べ が ) ｡

こうした従来の圧力専皆妖輸法{･ は.どの くらいの 唖軌のオ 1 )

ィスが必要であるか.また.破裂板が本 当に所定の圧力{･ 破封 しているのかについては詳細に 検肘 されていない｡ また.伍耳板が破弟するか香かだ けで評伝 しているので.分解が どの程度敢 しいのかな どに関す る情報に乏 しい｡

筆者 らはこのため.圧力抑定型の圧力容器綿 容等 を拭作 し.い くつかの物耳に適用 した1 ㌧ その結果, 正力専辞内の温度変化および圧力変化を軸定すること ができ,熱分解時の圧力串肋をより評細に調べ ること

平成

年

月

日原稿受理 '日本パーオキサイ ド㈱郡山工場

〒

福島県郡山市谷血町

TELO

…通商産業省工薬技的院化学技術研究所安全化学部

〒

茨城県つ くは市

‑ I TEL0

ができた｡ しか しなが ら.妖作 した容執 ま従来の脅せ {･ 破裂板を取 り付ける位既に圧力束子を取 り付けるよ うに したため破斜板を取 り付けた突放が{･ きず.従来 法 との比較ができなか った｡本報告では.新たに破裂 板が取 り付け られた状態の圧力挙動を計甜で きるよう な筑故事早を釈作 し.従来法 と比較 した結果を示す｡

2.

実 最

湘 圧型 圧力専巷

Fig.1

に訳作 した耐圧型正力率等の綴略図を示す｡

この釈放専軌 土基本的には米国式の容等! ) ‑ C側面に従 来通 りオ l J

ィス坂が付けられ るはか.圧力セ ンサー と熟花村が取 り付けられ るように してある｡ このため.

従来の容等の容軌 12 3 5 c J程度l { ･ あ . ?たが, この容欝 の全容軌 12 5 2 c Jであった｡

昇温速度は消防法

柄 自己反応色物貧の妖故法3 ) に坤 じた｡すなわち.アル ミニウムカップにシ I )コ' / オイル

を入れ,加. Q した時,駄科専筆内の温度が

℃か ら

℃になるまでの間 {･ 平均昇温速度が

℃l i n i n. になるように屯免炉内の温度を調整 した｡

2.2

実数手tE l

安臥 ま以下に示す ような手塀で行った｡

l)突放を始め る

時間程度前か ら花見炉 ( 或持科学 者拭製作所㈱架.

を一定温度に 暖めてお く｡ この時,. Qを外に過が きない上うに 電気炉に

タを してお く｡

2)圧力容軌 こ測定す る圧力抵臥 こあ ったス トレイ ンゲージを取 り付ける｡

3)5.00g

の飲料をアル ミ. =ウムカップ( 宜鳥取作所 的鞍妖艶管用 I Tル ミキ ヤップ.

J Z Z D .厚

さ

. hz n )に秤 り取 る｡

4

)妖料の入 ったアル ミニウムカ ップを専韓内に入

‑348‑

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e lTe s t れ. ガス洞九を防 ( ･ ために専筆 と

フタの問に

E l)を濃著 した技.ち ょうね じで上蓋をかた く l JI /〆

( G‑4 0.材質5 0'S i )を入れ 破裂板の性 奄閉する｡

宵を粥べる契敦においてl ま破裂

1

050 ‑r l1 8 ここで.従来は破斜板の上に水を鶴 ることにな

ル ミュウム乳 径60 叫. 0.1 ｡

蛸 ) .そうi i ･ な っているが.今回の紬 ではこれを行わなかった｡

い場合にはスチ' /レス戟帝閉板( 59. 8

す.

呼 さ これは予備的な突放で就科内が300 ℃以上にh t ) 熊

K6gyb Kaya

加

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8

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T王Jne (nin.7 Fig･3 Time‑TemperatureProfileintheSa

mpleBotttlewhen theTemperattlreO

EF

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d IorPoller‡o

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Fig.

4

eElectricFtlrnaCe

されていても破裂板

付近は8 0℃程度であ り,この 程度ではアル ミ. =サムの強度

はあまり変わ らない こと.および水の効果について辞細

に調べ られて いないことによる｡

5)

容皆を稚気炉の上にのせて昇温 し,圧力および

工業㈱態,特級)および7 1 /ジカルポ t /ア ミド( 特称 ADCA.半井化学兼晶㈱製) である ｡BP Ol l右横過酸 化物で ラジカル開始剤 として広 く用い られている｡

D PTは

‑エ トF ,ソ化合物.AI BNおよびADCAはア ' /化合物でこのこの 3駄科は発泡剤 として用いられて いる｡

妖科は特に粒度や水分を内転 しないで.市政されて いる状感で乗放 した｡

3.

括黒と考察

3.1

測圧型圧力春着の昇温速度の性交

Fi g.3 に炉内温度を変えた時の シ ー )コ. /オイJ L ･ の 温度変化を示す｡炉内の温故計封は炉の中央で行 うと 容等の出 し入れの際に温度が急故に変化するため罷ま しくない｡ ここI Cは.ニタt 'ム線の付近{. 計抑 した｡

Fi g.4 に炉の横道回お よび担庇七 ' /サーの位牡を示 した.昇温速度は伝熱および放熱の関係{･ 一定にはな らず,痕初は速 く井凪できるが.2 0 0 ℃をこえると温 度上昇が鈍 くなるのがわかる｡消防法の規定{･ は4 0 0

℃まで加熱することになっているが.この容器{･ t il 時間以上加熱 しても 4 0 0 ℃にはならなか った｡ これは, おそらく用いた容皆が消防法規定のものより大 きいた めと考えられる｡ しか しながら.この結果から.消防 法奴定の専管を用いて も

℃まで加魚するには,か な り時間がかかると思われる｡

Fi g.5 に炉内温度 と井温避妊 との関係を示十｡

データはばらついているが.この屯田{･ 直線性がある として.昇温速度が

にするには炉内屯走を 7 7 0 ℃に設定すればよいことがわかった｡

3. 2 オリフィス伍を変えた時の圧 力 変化

オ t )

ィスの径を変えたときの圧力の変化を嗣乍る ために.各洪科について破平板の代わ りにステン←ス 板を付けオ

ス径を適当に変えた襲故を行った｡

Fi g.6 にBP OおよびADCAについて乗鼓 した括兼 を示す｡ BPO は比較的 きれいなE E力上昇を示 してお :

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り , 最大圧力はオl)フィス径が大きくfz:るにつれて低

る ｡ また . 圧力上昇速度もオl)7ィス径の増加に 従って下がっていることがわかる ｡ AD く な

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Fig.7 RelationshipbetweentheOrificeDiameterandtheMaxinum PreO汎 re(Pma

x)

しか しなが ら,Mk皿鉢動白砲妖艶6 ) や弾道

振子鼓敦 7 ) で注意深 く‑ 3t 負す ると D

T l l条

件に よ り火薬並の 危険性を示す｡熟爆発についてもその

危険性を見落 と さないためには,従来型の釈放法に加えて

圧力抑走の できる央験を行 う必要がある｡その手鋲と

してf i,乗 故老の危険防止のために密閉型の場合は少試料丘か

ら 臨々に飲料丑を大 きくし,その圧力挙動を観察す る方 法,また.オ l )フィス径を用いる半密閉下の場合は試

料丘を オ リフィス径を

一定に して大孔経のオ l )フィスより除々に 小さくしていき.その圧力挙動を観察 する方法などが

考えられる｡

3

破裂

破裂板破裂挙動の計測

板破裂挙動を調べ るために AI BN お よび DPT について限

界 オ リフィス径

付近で東験を行 った

^に

についてオ l J7ィス径

z E nで

回実験 したときの圧力波形を示す｡国からわかるよ うにこの突放で

は

回中

回破裂 しているが,ち . tう ど臨界点のた

め,圧力挙動が様々である

では圧力 上井が赦 しいため最初の分解で破裂 したもの

およ

び

は破裂に十分なほど圧力が上昇 しなか ったもので ある｡(

) )

および

はある程度破裂板が圧力に耐え た挨破

裂 した ものと考えらるが.なぜ,このように圧 力が維持 されたかについては不明である｡考えられる

原田 としては,試料か らの気体発生がオ りフィスか ら

.

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Fig.

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andtheMaximum PreSStJreRiseRa te + :DPT,Burst

○

;DPT.Notbtmt

▲ :

Burst

△ :

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まったホに よりオ t )フィスか

らの気体放出が抑制 され たためなどがあげられる｡

亦故防止のた

めの破斜板では.破封圧力と叔大由力 1 上井速度は柾輸的に次の

関係式が成 り立つ とされてい る8 [ ) 勅的破到圧 ｡

L[政大正力上昇速庇】+〔静的破 召圧力] ここ{･ . Eは定政である

に庇大圧力 と最 大圧力上井速度 との関係を示す｡実放 した範田{･ は上 武の ような瓜大正 力上昇速度 との関係は見られなかっ た｡ また.破到圧力はf fらつい

ているが.主に最大圧 力に依存 し.専野内圧力が

緋 .Skgu

c Jを相えた包含 に破到することがわ

3.4

圧力挙動と限界オリフィス在 との関係 った｡

従来型の圧力申告妖敦は,米国式では破裂板が破裂

する虎大のオ l くと Jフィス径.オランダ式では

回中少な も 1回破封す る最大オ . )7ィス珪により物質の熱 分解時の赦 しさを評価 している｡ ここ{･ l t

tぉ よ

について.限界オ l )

ィス任付

近で

国中 破裂板が破裂す る確率を求めた｡その結

果を

に併紀 した｡ この結果では米国式の評価法でもオ ダ式の評価法でも同 じで.

Tの限界オ リ

国式{･

は

GB のオ l J

ィスがあ り.多す ぎるとい うこ とが言われてきたが.各オ l Jフィスの轟は助苛に現れ て

い る｡ また.

つの物男 とも容浄内圧力が約

c J付近 となる点で隆罪点 となっていることがわか る｡ したが って.

g.7

の ようなプF Jヅ トを行えば 従来型の妖故結果

よ りも.より輯執 こ限界オ L J

ィス 径を決定できる｡

中川は先に圧力容筆内の圧力変化を脚定 し.限界オ I )

7ィス径 と圧力挙動 との関係を内べた穂先.限界オ

I)7

. Iス径は最大圧力上昇速度の平方根にはば比例す るとい う括曲を絡ていが ) ｡ しか し

これI l実放 した 屯田に限 られるもの と考えられ る｡なぜなら.破裂板 が破裂す るためには必ず破裂板を引 . ?戟 り.破掛 こ

至 らしめるだけの圧力が必賓で

あ り. どれほ ど速 く分解 しても圧力が充分に上昇 しな

ければ破封板は故殺 しな いためである｡ 4 . まと

め

本研究では圧力淋定型の圧力車券放散 と従来の破

袈 板式の釈放 とを比較す るため.破斜板が取 り付け られ る ような測定型圧力容皆を就作 した｡ この釈放容欝を 実際の物fr I こ適用 した結果,オ I Jフィスが付いた場

合 の圧力挙動および破裂板が付いた切合の圧力串肋を網 べる

ことができた｡実験 した範現では破劃軌 上客鞍内 圧力が約

k g

c Jを超えた場合に破裂す ることがわ か った｡ また.破裂板が破裂する限界

オ l )フィス任は 圧力を甜定することによって予耐できることがわかっ

た｡

1 )青田忠杜著.｢化学薬品の安全

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2)EconomicCommisdonforEtJrOPe.̀Ew o pcaz) AsreementconcemingthehternationaI

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4)

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葵.田村 昌三.書田忠堆

自己反応性物耳の熊分解の危 険性評

価妖敬一封 E E 型圧力容等就験の洪敬啓欝 と その性質

安全工学.

1

88)

dation80nthe

望 妄

,

は lE d ,

は

血 となる｡従来

型の妖故 {. 吋米

K6gY呑 Kay8ku.VoL51.No.5.1990 ‑353‑ transportoEdangerousgoods.TestsZLnd Criteda .lstEdition".United

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中J I l 畳

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｣ . 安全工学

安全工学.

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MeasurementofthePressureProfileattheBurstoftheFtupture DiskinthePressureVesselTesterandEstimationofthe

CriticaJOrificeDiarneter

byMasatoshiWATANABE+,TakdliroMATSUNAGA叫,MitsuikiIIDA…

NobonlISHIKAWA+〜andEatsum iTANAm …

TheUSPnSSWeVeSSdtesterwasrevisedinordertomeasuretheprew eproneat t

heburstoftherupturedisk.An dfourreactivedhemicalsweretestedtocomparethe presstweprofne

w it

s theresults,itwasshownthattherupturediskwasburstwhenthepressureinthevessel rosetoabout6.5kgucm 2.Thus,thecriticalorificediametercanbeestimatedbymeasuring t

hepresserprofneintheves

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('Kori押ma Factory,Nippon Peroxide

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MeasurementofthePressureProfileattheBurstoftheRupture DiskinthePressureVesselTesterandEstimationofthe

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byMasat(冶hiWATANABÈ,TakehiroMATSUNAGA'

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Koriyama,F血 shima963

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‑354‑ エ薬 火薬