Determination of assumptions for neutralization techniques and protection of metallic sodium residues in rescue operation conditions

• Autorzy: Rogala Milena , Węsierski Tomasz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.1457

Warianty tytułu

PL

Opracowanie założeń technik neutralizacji oraz zabezpieczenia resztek metalicznego sodu w warunkach działań ratowniczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents results of investigation on the safety of sodium neutralization processes using water and alcohol-water mixtures. The tests used methanol, ethanol, 2-propanol and ethylene glycol as liquids completely miscible with water. The probability of explosion and ignition was established for small sodium samples and the influence of the presence of free space in the container on the probability of explosion. The temperature increase for the tested alcohol-water mixtures was examined and the safety parameters of neutralization processes were determined. It was shown that the most promising neutralization parameters from among the tested substances were recorded by solutions containing 90% of 2-propanol and possibly also ethanol, which allowed the safe neutralization of 20 grams of sodium metal per litre of the mixture. The way in which the density of the liquid influences the risk of ignition during the sodium neutralisation process was identified. It has been proven that ethylene glycol is of little use in the neutralization process despite its relatively high ignition temperature. The research also showed that directly covering pieces of metallic sodium with a dry mineral sorbent to protect it from absorbing moisture does not improve the safety level of the protected sample intended for transport from the scene of the incident.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące bezpieczeństwa prowadzenia procesów neutralizacji sodu z wykorzystaniem wody oraz mieszanin alkoholi z wodą. W badaniach wykorzystano metanol, etanol, 2-propanol oraz glikol etylenowy jako ciecze całkowicie mieszalne z wodą. Określono prawdopodobieństwo wybuchu oraz zapłonu dla małych próbek sodu oraz wpływ obecności wolnej przestrzeni pojemnika na prawdopodobieństwo wybuchu. Zbadano przyrost temperatury dla badanych mieszanin alkoholowo-wodnych oraz określono parametry bezpieczeństwa prowadzenia procesów neutralizacji. Wykazano, że najbardziej obiecujące parametry neutralizacyjne wśród badanych substancji wykazywały roztwory zawierające 90% 2-propanolu oraz względnie etanolu, pozwalające przeliczeniowo na bezpieczną neutralizacje 20 gramów sodu w litrze mieszaniny. Określono, w jaki sposób gęstość cieczy wpływa na ryzyko zapłonu podczas procesu neutralizacji sodu. Udowodniono małą przydatność glikolu etylenowego w procesie neutralizacji mimo relatywnie wysokiej temperatury zapłonu. W ramach badań wykazano także, iż bezpośrednie zasypanie kawałków metalicznego sodu suchym sorbentem mineralnym w celu zabezpieczenia jego przed pochłanianiem wilgoci nie podnosi poziomu bezpieczeństwa zabezpieczonej próbki przeznaczonej do transportu z miejsca zdarzenia.

Słowa kluczowe

EN

sodium neutralisation; sodium ignition; sodium explosion; sodium accidents; sodium reaction with alcohols

PL

neutralizacja sodu; zapłon sodu; wybuch sodu; wypadki z udziałem sodu; reakcja sodu z alkoholami

• Wydawca: Szkoła Główna Służby Pożarniczej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe SGSP / Szkoła Główna Służby Pożarniczej
• Rocznik: 2023
• Tom: Nr 88 (tom 1)
• Strony: 175--194
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rogala Milena

• student of Fire University

• https://orcid.org/0009-0002-1908-4489

autor

Węsierski Tomasz

• Fire University

• https://orcid.org/0000-0002-9849-6539

Bibliografia

• 1. Carnevali, S., Proust, C., Soucille, M., (2013). Unsteady aspects of sodium–water–air reaction. Chem. Eng. Research and Design, 91(4), 633–639.
• 2. Cowen, H.C., Vickers, H., (1958). The oxidation of sodium – A review of process. FRCD/P, 105.
• 3. Daudin K., Beauchamp F., Proust C., (2017). Phenomenological study of the pre mixing step of sodium-water explosive interaction. Exp. Thermal and Fluid Sci., 91:1–8.
• 4. David, L., Milanovic, M., Herve, P., Bailly, Y., Ramel, D., Beauchamp, F., Allou, A., (2020). Spectroscopic, pressure and temperature measurements of the reactant mixing process in sodium-water reaction. Nuclear Eng. And Design, 364, 110638.
• 5. David, L., Beauchamp, F., Allou, A., Daudin, K., Saurel, R., (2019). A small scale experiment and a simplified model to investigate the runaway of sodium-water reaction, Int. J. Heat and Mass Transfer, 144, 118542.
• 6. Fufaro, D., Saurel, R., David, L., Beauchamp, F., (2020). Towards sodium combustion modelling with liquid water. J. Comput. Physics., 403, 109060.
• 7. Gracie, J.D, Droher, J.J., (1960). A Study of Sodium Fires. NAA.SR.4383.
• 8. IAEA report (2007). Radioactive Sodium Waste Treatment and Conditioning Review of Main Aspects, Austria.KG PSP (2018). Information about accident in Wegrzyce in November 2018 (SWD-ST report).
• 9. Malet, J.C., (1996). Ignition and combustion of sodium – fire consequences – extinguishment and prevention, International Atomic Energy Agency, International Working Group on Fast Reactors, Vienna (Austria), 13–37, 1996.
• 10. Minges, J., Cherdron, W., Schiitz, W., (1997). Short Report of an Accident during Sodium Cleanup with Ethyl Carbitol in a Storage Tank of a Research Facility. Forschungszentrum Karlsruhe Institut fur Reaktorsicherheit, Karlsruhe, Germany, XA0055288, to be presented at IAEA Technical Commitee Meeting on Sodium Removal and Disposal from LMFBRs in Normal Operation and in the Framework of Decommissioning, Aix-en- Provence, France, Nov. 1997.
• 11. Routley, J.G., (1993). Sodium Explosion Critically Burns Firefighters Newton, Massachusetts. Federal Emergency Management Agency, U.S. Fire Administration, Emmitsburg.
• 12. US Department of Energy, (2000). Multiple injury accident resulting from the sodiumpotassium explosion in building 9201-5 at the Y-12 plant, DoE Office of Oversight Environment Safety and Health Report, Washington, DC.