JPH09653A

JPH09653A - ナトリウム火炎の消火方法

Info

Publication number: JPH09653A
Application number: JP15738995A
Authority: JP
Inventors: Kiyomitsu Nemoto; 清光根本; Naohisa Watabiki; 直久綿引; Hiromi Tokoi; 博見床井; Katsuo Kawasaki; 勝男川崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1995-06-23
Publication date: 1997-01-07

Abstract

(57)【要約】【構成】ＦＢＲプラント及びＦＢＲに関する試験装置の
機器や配管などから高温のＮａが漏洩して火災が起った
ときに、Ｎａ及びＮａと空気中の酸素や湿分などと反応
して生成するＮａ₂Ｏ，Ｎａ₂Ｏ₂及びＮａＯＨなどと反
応して安定化合物４を作って鎮火するＮａ消火剤，消火
方法及び消火装置。【効果】化学的に安定なＮａ₂ＳｉＯ₃を生成し、酸素の
供給を抑制して鎮火することができる。また、Ｎａ燃焼
の際に発生する多量のエアロゾルをも安定化合物として
捕集でき、環境汚染の防止ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はナトリウム火炎の消火方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＦＢＲやＦＢＲの各種の試験装置などで
用いられる金属ナトリウムは、非常に活性で種々の成分
元素と簡単に反応するために通常は閉止系ループ状の装
置、または、自由液面が存在する機器，タンク容器など
の場合は、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスで覆って
空気や湿分を遮断して用いられている。

【０００３】例えば、ＦＢＲや試験装置などでは、Ｎａ
が温度１２０〜６００℃で用いられており、この高温の
Ｎａが、万一、配管、または、機器などから漏洩する
と、化１，化２及び化３のように、急激に酸化反応が生
じる。過渡的には黒色の過酸化ナトリウム（Ｎａ₂Ｏ₂）
と白色の酸化ナトリウム(Ｎａ₂Ｏ）が混在して生成し、
この不安定な過酸化ナトリウムの発火によって火災が発
生するものと考えられる。また、Ｎａの発火温度は、３
００℃前後であるが、燃焼炎は、ほぼ５００〜７００℃
まで上昇する。

【０００４】

【化１】２Ｎａ＋１／２Ｏ₂＝Ｎａ₂Ｏ …（化１）

【０００５】

【化２】Ｎａ₂Ｏ＋１／２Ｏ₂＝Ｎａ₂Ｏ₂…（化２）

【０００６】

【化３】２Ｎａ＋Ｏ₂＝Ｎａ₂Ｏ₂…（化３）なお、Ｎａの燃焼が始り、燃焼部にＮａ₂Ｏ及びＮａ₂
Ｏ₂などの酸化ナトリウムが一旦生成すると、この生成
物はポーラスなため、Ｎａの表面張力やＮａ火炎による
煙突効果などにより、Ｎａが生成物表面に供給されて燃
焼するので、膨潤して、あたかも溶岩が盛り上がった形
態になる。このため燃焼表面には、ほぼ数cmの凹凸部が
発生する。

【０００７】Ｎａ火災における火炎の長さは、たかだか
２〜３cmで比較的短かく、また、石油類の火災と比較す
ると燃焼速度(〜０.１mm²／sec）は約１桁小さい。この
ように火災の拡がりは遅いが、刺激性の強い白煙の発生
量が多いので火災を過大に評価して混乱したり、煙によ
る窒息事故などには十分に注意が必要である。このＮａ
の燃焼によって発生する煙のほとんどは、Ｎａ₂Ｏ形の
エアロゾルとして飛散する。

【０００８】図３にＮａの着火限界における酸素濃度と
Ｎａ温度の関係を示す。同図からわかるように、Ｎａ温
度が約２００℃以上の着火温度限界曲線の右上部側で
は、ほぼ酸素濃度５％以上で燃焼が起こり、逆に着火曲
線の下側では酸化のみで空気中でも火災にならない領域
と考えられている。

【０００９】しかし、実際には固体のＮａでも雰囲気中
の湿度によっては、その水分とＮａが化４のように、反
応して水素ガス(Ｈ₂）を生成し、発火することがしばし
ば経験されている。

【００１０】

【化４】Ｎａ＋Ｈ₂Ｏ＝ＮａＯＨ＋１／２Ｈ₂…（化４）一般にＮａ取扱施設でのＮａ火災に対しては、主に重炭
酸ナトリウム(NaHCO₃)や乾燥砂を用いて消火するのが良
いとされ、また、現在の消防法でも、重炭酸ナトリウ
ム，乾燥砂及び膨張ひる石などが適用消火剤として規定
されている。

【００１１】以下に、これまでに市販されているＮａ消
火剤の種類とその得失を述べる。

【００１２】（１）消火剤Ａ塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を主成分とした粉末消火剤
であり、半融してクラストを生成して窒息消火するもの
である。３００℃以上で有効であるが３００℃以下の低
温側ではクラストが割れて再燃するため、完全消化は難
しい。また、Ｃｌによる腐食などが問題となる。

【００１３】（２）消火剤Ｂ無水炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）を主成分とした粉末
消火剤であり、消化剤Ａより鎮火性に優れ、後処理も容
易である。しかし、窒息効果が期待できるのみで低温側
で有効であるが、３００℃以上の高温側では完全消化は
難しい。また、少量のＮａ火災でも多量の消火剤を必要
とする。

【００１４】（３）消火剤Ｃ重炭酸ナトリウム(ＮａＨＣＯ₃）を主成分とした粉末消
火剤であるが、消化剤ＡやＢより消火力が劣る。また、
分解して水を生成するので、二次反応が問題となる。

【００１５】（４）乾燥砂少量のＮａ火災に対しては、多量の乾燥砂は熱容量が大
きいので有効である。しかし、密度が大きく融解Ｎａ中
に沈んでしまうため、防Ｎａ堤や漏洩Ｎａの受け容器か
らＮａがこぼれてしまうことや、密閉被覆が難しいた
め、窒息しにくく、Ｎａ温度が低下しにくいなどの問題
がある。また、乾燥砂に含有する湿分や結晶水と反応し
て一時的に温度上昇して、反応が激しくなることがある
ので注意が必要である。

【００１６】（５）その他米，英国などの諸外国では、プール火災の消火剤として
黒鉛粉末系のペレット（１８０〜２５０℃で約１００倍
に膨張）を用いており、Ｎａの他、Ｌｉ火災にも適用で
きるとしているが、窒息効果が期待できるのみである。

【００１７】以上のように、これらの消火剤は熱容量の
大きな物質を用い、これにより火炎部を覆って窒息，降
温して消火する方法である。したがって、Ｎａ火災の拡
がりが大きい場合やＮａ受け容器内のＮａ量が多いとき
は完全消火が難しく、また、できるだけ早く降温し、Ｎ
ａを凝固したい場合でも熱容量の大きな物性の相反する
消火剤を用いるため降温しにくく、再燃すること及び刺
激性の強いエアロゾルを伴った白煙の放出を抑制できな
いこと並びに鎮火に手間がかかるなどの問題がある。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従来技術は、Ｎａ火災
の特徴を十分に把握して開発されたものではない。すな
わち、融解したＮａが燃焼するので消火剤により被覆す
る、いわゆる、窒息効果のみであり、一時的に空気を遮
断しても温度が低下してＮａが固化しなければ、被覆に
亀裂が入り再燃すること及び消火には大量の消化剤を必
要とするので、これらを解決する必要がある。

【００１９】本発明の目的は、Ｎａ消火剤として安価で
入手しやすいシリカ(ＳｉＯ₂）の微粉末のみ、または、
これにＮａ₂ＣＯ₃を適宜混合したものに、Ａｇ₂ＣＯ₃，
ＺｎＣＯ₃，ＰｂＣＯ₃及びＭｇＣＯ₃のうち１種類、ま
たは２種類以上を、ほぼ数％〜４０％を添加した消火剤
を火炎部を覆うようにして用い、Ｎａ接液面においてＮ
ａと反応して安定化合物を生成させ、また、エアロゾル
や白煙の発生を抑制して、簡単に消火できるＮａ消火
剤，消火方法及びその装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はＮａ消火剤として微粉末のＳｉＯ₂を単
独、ＳｉＯ₂とＮａ₂ＣＯ₃を１：１または、２：１の割
合で混合したものにＡｇ₂ＣＯ₃，ＺｎＣＯ₃，ＰｂＣＯ₃
及びＭｇＣＯ₃などの炭酸塩の１種類、または複数種類
を、ほぼ数％〜４０％を添加した消火剤を用いる。消火
時にはこれらの消火剤で火炎部を覆い、Ｎａ接液面にお
いてＮａと消火剤を反応させ化学的に安定な物質を生成
させ、化学的に安定な層を作って鎮火させる。さらにＮ
ａ液面への空気の接触を完全に遮断し、窒息消火させ
る。また、発生したエアロゾルを炭酸塩の熱分解によっ
て生成するＣＯ₂ガスと反応させてＮａ₂ＣＯ₃として捕
集する。

【００２１】

【作用】本発明のＮａ消火剤は、微粉末のＳｉＯ₂単
独、ＳｉＯ₂とＮａ₂ＣＯ₃を１：１または、２：１に混
合したものをＮａの燃焼部を覆うようにして用いる。こ
れらがＮａと反応して化学的に安定なＮａ₂ＳｉＯ₃を生
成して、消化剤と溶融ナトリウムの接液部にＮａ₂Ｓｉ
Ｏ₃の安定層ができて鎮火する。また、これが火災部全
体を覆うことにより、完全に窒息消火ができる。

【００２２】なお、Ｎａ燃焼表面に凹凸ができるため、
これを完全に被覆するためには、さらさらしたＳｉＯ₂
のみより、これにＮａ₂ＣＯ₃を添加してＳｉＯ₂とよく
混合し、ＳｉＯ₂表面にＮａ₂ＣＯ₃を付着させることに
よって、火災の凸部を消火剤で被覆しやすくし、さらに
窒息効果を向上させる。

【００２３】この他、Ｎａの燃焼の際には白煙として刺
激臭の強い多量のエアロゾルが発生する。このエアロゾ
ルのほとんどはＮａ₂Ｏとして飛散するが、Ａｇ₂Ｃ
Ｏ₃，ＺｎＣＯ₃，ＰｂＣＯ₃及びＭｇＣＯ₃などの炭酸
塩の１種類、または複数種類を添加した消火剤を用いる
ことにより、熱分解して生成するＣＯ₂と反応して、エ
アロゾルを安定化合物（Ｎａ₂ＣＯ₃）として捕集でき、
環境汚染を防止でき、また、熱分解した一方のＺｎＯ，
Ａｇ₂Ｏ，ＰｂＯ及びＭｇＯなどは、金属ナトリウムに
還元されたのち、Ｎａと合金となるため、Ｎａの活性度
を低下させる相乗効果も期待できるなどのメリットがあ
る。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００２５】まず、万一、Ｎａ漏洩が発生したならば、
基本的な処置としてＮａと反応しやすい物質を隔離する
ことはもちろんのこと、一般火災と同様に初期消火が重
要である。したがって、ＦＢＲやＮａ試験装置などの配
管やタンク容器からＮａが洩れ出したら、あわてず、十
分に状況を把握してから、鋼製の受皿などを用いて、こ
れにＮａを受入れ、液体Ｎａの広がりを抑えて火災の拡
大防止を図ったのち、消火作業を実施することが肝要で
ある。

【００２６】これまでの知見から、一般的にはＮａ配管
等がギロチン破断のような大事故が起こり、多量のナト
リウムが瞬時に漏洩することはほとんどないと考えて良
く、また、ＦＢＲやＮａ試験装置はトラブルが発生する
と、Ｎａ貯蔵タンクに系内のＮａを緊急ドレンするシス
テムとなっているので多量のＮａが一度に空気中に漏洩
することはないと考えてよい。

【００２７】万一、このような重大事故が発生した場合
は、直ちに消火活動を実施するのは難しいから、まず、
人体の防護と類焼を防止し、十分時間をかけて検討した
のち対策を講じてよいので本発明の範囲からは除外する
ものとする。

【００２８】したがって、本発明では、Ｎａが数十リッ
トル以下、または、小リークによる火災に適用するもの
として以下に記述する。

【００２９】表１に、従来品の市販消化剤及び本提案の
消化剤の物性を比較して示した。

【００３０】

【表１】

【００３１】同表よりわかるように、本発明の消化剤で
あるＳｉＯ₂１５０〜２００メッシュのみかけの密度
は、ほぼ、０.４５で液体ナトリウムの密度(０.８〜
０.９５)の約１／２と小さい。このため、Ｎａ火災の火
炎部の液体ナトリウム中に沈降することなく、火炎部を
覆って簡単に密封し、窒息することができる。

【００３２】なお、上述のように本提案の消火剤のみか
けの密度は小さく、ほとんど沈降しないが、液体ナトリ
ウム中に入り込むものと考えられる。これは液面近くの
ナトリウムとの接触の機会が多くなるので、反応層の生
成を促進するため、ある程度の拡散や沈降は鎮火には好
ましい現象である。

【００３３】また、さらに消火剤に、Ａｇ₂ＣＯ₃，Ｚｎ
ＣＯ₃，ＰｂＣＯ₃及びＭｇＣＯ₃などの炭酸塩の１種
類、または複数種類を、ほぼ数％〜４０％を添加する
と、これらの炭酸塩はＮａの燃焼熱によって熱分解（分
解温度：２００〜３５０℃）を起し、ＣＯ₂ガスを生成
するため、これによる窒息効果が期待できること及びＮ
ａの燃焼による多量の刺激臭の強い白煙（主成分はＮａ
₂Ｏのエアロゾル）と反応して安定化合物（Ｎａ₂Ｃ
Ｏ₃）として捕集できるため、環境汚染を防止できる。
添加剤のうち、ＰｂＣＯ₃を用いた場合を例に、以下に
詳述する。ＰｂＣＯ₃は３１５℃で化５のように、熱分
解してＣＯ₂ガスを生成する。このＣＯ₂は白煙として放
出する刺激性の強いＮａ₂Ｏ，Ｎａ₂Ｏ₂などと反応し
て、化６のように安定で無害なＮａ₂ＣＯ₃として捕集で
きる。また、熱分解した一方のＰｂＯは金属ナトリウム
に還元されて金属鉛となつたのち、ＮａとＮａ₁₅Ｐ
ｂ₄，Ｎａ₅Ｐｂ，Ｎａ₄Ｐｂなどの金属間化合物を作る
ため、金属ナトリウムの活性度を低下する相乗効果が期
待できる。因みに、ＰｂはＮａ中に２５０℃で約４０ｗ
ｔ％が溶解するが、これを多量に添加すると消火剤の全
密度を大きくするので、ほぼ１０％以下が望ましい。

【００３４】

【化５】ＰｂＣＯ₃→ＰｂＯ＋ＣＯ₂…（化５）

【００３５】

【化６】Ｎａ₂Ｏ＋ＣＯ₂＝Ｎａ₂ＣＯ₃…（化６）図１は実験装置の配管等よりＮａが漏洩し、これを鋼製
の受皿に捕集して消火を実施する場合の一例を示す概略
図である。１は鋼製のＮａ受け容器、２は受け容器に捕
集した漏洩Ｎａ、３は消化剤、３′は捕集Ｎａ上に噴霧
被覆した消化剤、４は消化剤とＮａの反応生成物、５は
消化剤噴霧用のフレキシブルチューブ、６はＮａ受け容
器運搬用の台車及び１４は電磁弁である。

【００３６】例えば、配管の一部からＮａの漏洩を検
出、または、発見したならば図１のように、予め乾燥保
管してある金属製のＮａ受け容器を台車に乗せてＮａの
漏洩ケ所に運び、これにＮａを捕集する。次いで、この
捕集Ｎａ量、または、火炎の広がりによってシャベル，
小型消火器、または、圧送フレキシブルチューブ等を用
いてＮａ表面、または、火炎部を消化剤で覆って密封す
る。

【００３７】このときＮａと消化剤の接触面部において
化７のように化学的に安定なメタけい酸ナトリウム（ｍ
−けい酸ナトリウム：Ｎａ₂ＳｉＯ₃）を生成し、化学的
安定層ができるため燃焼が停止し、さらに酸素の供給が
遮断されて完全に鎮火する。

【００３８】

【化７】２Ｎａ＋ＳｉＯ₂＋１／２Ｏ₂＝Ｎａ₂ＳｉＯ₃…（化７）図２は原子炉プラント、または、Ｎａ取扱施設における
自動、または、半自動の消化装置を示す。３は消化剤、
５はフレキシブルチューブ、１０は消化剤ホッパ、１１
は貯蔵してある消化剤を乾燥するためのヒータ、１２は
系の脱気及びホッパ内の消化剤を真空乾燥するための真
空ポンプ、１３はホッパ内の脱気及び消化剤を圧送する
ための加圧ガス用導管、１４−１〜１４ー４は電磁弁、
１５はガスボンベ用減圧弁、１６は消化剤を圧送するた
めの加圧用不活性ガスボンベ、１７はＮａ取扱施設、ま
たは試験装置、１８はＮａ漏洩検出器、１９は信号線、
２０はリレー、２１は手動で消火装置を作動させる場合
のスイッチ、２２はストップ弁、２３は消化剤の補給口
及び２４はＮａ漏洩を知らせるためのブザーである。

【００３９】以上の構成において、Ｎａ取扱施設、また
は試験装置１７等において、Ｎａの漏洩が発生した場合
は、Ｎａ漏洩検出器１８で検出すると共に、ブザー２４
が吹鳴してＮａの漏洩を知らせる。検出器の信号はリレ
ー２０を介して電磁弁１４−４が開となり、ホッパ内が
加圧されると同時に電磁弁１４−２が開いてフレキシブ
ルチューブ５から消化剤３が噴霧されて消火するように
なっている。

【００４０】火炎部を消火剤で数cm厚みに覆ったら、手
動に切り替えスイッチ２１により一旦消火剤の噴霧を停
止する。前述したように、消火剤をＮａ火炎部に数cm厚
みに被覆するとＮａ火災は鎮火するが、火炎部を消火剤
で完全に覆うことができたか否か、または再燃しないか
を確認し、火炎部の露出があったり、または再燃した場
合は、フレキシブルチューブを移動させ、手動スイッチ
で消火剤を噴霧して完全に消火する。

【００４１】なお、消火剤の噴霧量については、予め量
決めしておき、タイマなどによって電磁弁を閉止するこ
と、または光電管などを用いて噴霧レベルを検出するこ
とによって全自動で消火することも可能である。

【００４２】また、これらのＮａ消火剤，消火方法及び
その装置は、ＦＢＲ関連の施設，装置のみならず、金属
ナトリウムを利用する種々の製品，試験装置など、あら
ゆるものに適用可能である。

【００４３】以上の説明のように、Ｎａ消火剤として安
価で入手しやすいシリカ（ＳｉＯ₂)の微粉末のみ、また
は、これに炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）を適宜混合し
たものに、ＡｇＣＯ₃，ＺｎＣＯ₃，ＰｂＣＯ₃及びＭｇ
ＣＯ₃の１種類、または複数種類を、ほぼ数％〜４０％
添加し、良く混合したものを火炎部を覆うようにして用
いることにより、Ｎａ接液面でＮａと反応して安定化合
物を生成して、化学的に安定な層を形成することにより
火災を鎮火させ、また、エアロゾルや白煙を安定化合物
として捕集し、その発生，放出を抑制して環境汚染を防
止できる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、微粉末のＳｉＯ₂単
独、ＳｉＯ₂とＮａ₂ＣＯ₃を１：１、または、２：１に
混合したものに、ＡｇＣＯ₃，ＺｎＣＯ₃，ＰｂＣＯ₃及
びＭｇＣＯ₃の１種類、または複数種類を、数％〜４０
％添加し、良く混合したものをＮａの燃焼部を覆うよう
にして用いると、これがＮａと反応して化学的に安定な
Ｎａ₂ＳｉＯ₃を生成して、消火剤と溶融ナトリウムの接
液部にＮａ₂ＳｉＯ₃の安定層ができること及びこれが火
災部全体を覆い酸素の供給を抑止することによって完全
に窒息消火ができる。

【００４５】また、Ｎａの燃焼の際に白煙として刺激臭
の強い多量のエアロゾルが発生する。このエアロゾルの
ほとんどはＮａ₂Ｏとして飛散するが、本発明の消火剤
を用いることによって、炭酸塩が熱分解を起してＣＯ₂
ガスを生成し、これとエアロゾルとが反応して安定で無
害な化合物として捕集できるので環境の汚染防止ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す漏洩ナトリウムの捕集
と消火例の断面図。

【図２】本発明の一実施例を示す漏洩ナトリウムの自動
消火装置の断面図。

【図３】溶融ナトリウムの発火限界と酸素量の関係を示
す説明図。

【符号の説明】

１…Ｎａ受け容器、２…Ｎａ、３，３′…消火剤、４…
反応生成物、５…フレキシブルチューブ、６…台車、１
４…電磁弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川崎勝男茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配管、または、機器などから高温のナトリ
ウムが漏洩して、ナトリウム火災が発生する際に、空気
中に漏出した液体ナトリウム及びナトリウムと空気中の
成分と反応して生成する酸化ナトリウム，過酸化ナトリ
ウム，水酸化ナトリウムなどと安定で無害な化合物を生
成して鎮火することを特徴とするナトリウム火炎の消火
方法。
【請求項２】請求項１において、本消化剤は、ナトリウ
ムよりみかけの密度の小さいシリカの微粉末を用いるこ
とにより溶融ナトリウム中に沈降することなく、ナトリ
ウムとの接液界面で消化剤とナトリウムが反応して、安
定で無害なケイ酸ナトリウムを生成して、火炎部を被
覆，密閉して鎮火するナトリウム火炎の消火方法。
【請求項３】請求項１において、シリカを１５０〜２０
０メッシュの微粉末とし、シリカ単独、または、これに
炭酸ナトリウムを良く混合してシリカ表面に付着させ、
火炎部の凹凸の発生した燃焼部表面を被覆しやすくした
ものを消火剤の自動噴霧装置、または手動式小型噴霧型
の消火器を用いてＮａ火災を鎮火するナトリウム火炎の
消火装置。
【請求項４】請求項１において、ナトリウム火災の火炎
部にシリカ微粉末単独、または、シリカに対して、炭酸
ナトリウムの割合で混合したものを火炎部表面層数cm厚
みのナトリウム量に対して、ほぼ、２〜４倍量をナトリ
ウムの露出箇所のないように全体を覆い、火炎部を密
閉，窒息させてナトリウム火災を鎮火させるナトリウム
火炎の消火方法。
【請求項５】請求項１の前記ナトリウム消火剤に、Ａｇ
₂ＣＯ₃，ＺｎＣＯ₃，ＰｂＣＯ₃及びＭｇＣＯ₃などの炭
酸塩の１種類、またはこれらの複数種を、ほぼ数％〜４
０％を添加，混合しておくことによって、これらがＮａ
の燃焼熱で熱分解を起こしてＣＯ₂ガスを生成し、この
ＣＯ₂ガスによる窒息効果があること及び発生するＮａ
煙、すなわち、ナトリウムエアロゾルと反応して、安定
で無害なＮａ₂ＣＯ₃として捕集することにより、環境汚
染を防止し、また、熱分解した一方のＺｎＯ，Ａｇ
₂Ｏ，ＰｂＯ及びＭｇＯなどはＮａに還元されたのち、
金属ナトリウムと合金となるナトリウム火炎の消火方
法。
【請求項６】請求項１において、ＦＢＲ、または、大実
験室等のナトリウムプラントからのナトリウム漏洩を検
出して、この信号により消火剤を貯蔵，乾燥できる消火
剤ホッパよりフレキシブルチューブ等を用いて消火剤を
自動圧送噴霧して、ナトリウム火災を鎮火するナトリウ
ム火炎の消去方法。