WO2016194710A1 - 配管 - Google Patents

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pipe
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material layer
piping
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良治 永元
総一郎 牟田
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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    • F16L57/00—Protection of pipes or objects of similar shape against external or internal damage or wear
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L58/00—Protection of pipes or pipe fittings against corrosion or incrustation
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B23/00—Obtaining nickel or cobalt
    • C22B23/04—Obtaining nickel or cobalt by wet processes
    • C22B23/0407—Leaching processes
    • C22B23/0415—Leaching processes with acids or salt solutions except ammonium salts solutions
    • C22B23/043—Sulfurated acids or salts thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L23/00—Flanged joints
    • F16L23/02—Flanged joints the flanges being connected by members tensioned axially
    • F16L23/024—Flanged joints the flanges being connected by members tensioned axially characterised by how the flanges are joined to, or form an extension of, the pipes

Definitions

  • the present invention relates to piping, and more particularly to a piping for sending a slurry and steam containing the slurry.
  • HPAL High Pressure Acid Leach
  • the nickel oxide ore was first classified and obtained by classification.
  • a nickel oxide ore having a predetermined size is repulped into an ore slurry (hereinafter, also simply referred to as “slurry”), and the slurry is heated and pressurized stepwise and transferred to an autoclave.
  • an acid such as sulfuric acid is added, and nickel or the like is leached from the nickel oxide ore slurry.
  • the leached slurry is cooled and stepped down in stages and sent to the next step.
  • the process of raising the temperature and increasing the pressure of the slurry as described above is a process using high-temperature waste steam generated in the HPAL process.
  • the slurry to be treated is charged into a pressure vessel (hereinafter referred to as “heater tank”) by a centrifugal pump, heated by the steam blown into the heater tank, and transferred to the next heater tank.
  • the temperature is raised to a desired temperature.
  • the outer diameter of the suction pipe of the centrifugal pump is larger than the outer diameter of the discharge pipe. Therefore, in order to arrange the centrifugal pumps of the same type in series, pipes having different pipe diameters at one end and pipe diameters at the other end, so-called different diameter pipes, are used for connection between the centrifugal pumps to be connected in series.
  • waste steam from a decompression tank provided in the next step of the autoclave is used, and the slurry is made acidic by acid such as sulfuric acid contained in the waste steam. Therefore, there is a problem that not only wear due to transfer of the slurry at high pressure but also corrosion due to transfer of the high temperature and acidic slurry proceeds.
  • waste steam used in the process of raising the temperature and increasing the pressure of the slurry is sent from the decompression tank to the heater tank using piping, but the waste steam that has passed through the autoclave is used.
  • Acid steam or steam containing an acidic slurry is used. Therefore, similar to the problem that occurs when the slurry is transferred, the piping from the decompression tank to the heater tank is rapidly worn or corroded when the steam is sent.
  • piping is also used when transferring acidic slurry to a treatment tank for cooling and lowering the temperature of the slurry that is provided next to the autoclave.
  • the piping is also subject to wear and corrosion. Progress is fast.
  • a method of attaching a plate tension (sometimes referred to as a “sacrificial plate”) to the wear part of the pipe, a method of attaching a buffer material to increase the shock resistance, or A method of attaching the wear resistant material by overlay welding or thermal spraying is used.
  • a plate tension sometimes referred to as a “sacrificial plate”
  • a buffer material to increase the shock resistance
  • a method of attaching the wear resistant material by overlay welding or thermal spraying is used.
  • the method of attaching the sacrificial plate to the pipe is a method of attaching a sacrificial plate having the same material and thickness as the pipe to a specific location in the pipe by welding. Since the pipe for transferring the acidic slurry under high temperature and high pressure needs to have corrosion resistance, an expensive material such as titanium is used for the sacrificial plate. Therefore, although this method is easy as construction, the cost becomes high. In addition, materials such as titanium have corrosion resistance but are not wear-resistant, so even if the plate thickness is increased to extend the service life, they will be consumed in several months, requiring re-repair or replacement. End up. For this reason, the method of attaching the sacrificial plate has a limited effect, and its implementation is accompanied by an increase in work cost.
  • the buffer material a rubber material is mainly represented.
  • the temperature of the slurry is raised to about 100 ° C. to 200 ° C., so that a buffer material made of a rubber-based material having no heat resistance is sent to the slurry or steam containing the slurry. It is difficult to apply to other pipes.
  • Patent Document 1 is provided with a structure for collecting powder particles with respect to the bent portion for the purpose of suppressing wear at the bent portions of the pipe for transferring the powder particles, and the piping itself is protected by the accumulated powder particles.
  • a wear-resistant structure is disclosed.
  • a turbulent flow or the like is generated in the structure portion, which causes a problem of promoting wear.
  • the present invention has been proposed in view of such circumstances, and when transferring slurry or steam containing slurry, it effectively suppresses wear and corrosion and effectively prevents leakage of the slurry and steam.
  • An object is to provide a piping that can be used.
  • the present inventors have made extensive studies to solve the above-described problems. As a result, it is formed into a tubular shape by a three-layer structure of a base material layer having corrosion resistance, a lining material layer having wear resistance, and a filler layer for filling a gap between the base material layer and the lining material layer. It has been found that the use of such a pipe can effectively suppress the wear and corrosion when transferring slurry and steam containing the slurry, and the present invention has been completed. That is, the present invention provides the following.
  • (1) 1st invention of this invention is piping for sending the slurry or the vapor
  • the base material layer which has the corrosion resistance which comprises an outer layer, and the abrasion resistance which comprises an inner layer
  • the pipe is characterized in that it is formed in a tubular shape with a three-layer structure of a lining material layer having a filler layer for filling a gap between the base material layer and the lining material layer.
  • the second invention of the present invention is a pipe characterized in that, in the first invention, the pipes are different diameter pipes having different outer diameters on the upstream side and the downstream side.
  • a third invention of the present invention is the pipe according to the first or second invention, wherein the material constituting the filler layer is mortar.
  • a fourth invention of the present invention is the piping according to any one of the first to third inventions, wherein the material constituting the lining material layer is ceramics.
  • a fifth invention of the present invention is the piping according to any one of the first to fourth inventions, wherein the material constituting the lining material layer is a ceramic containing silicon carbide.
  • a sixth invention of the present invention is used in any one of the first to fifth inventions in a plant for performing a hydrometallurgical treatment for leaching and recovering nickel from nickel oxide ore by high pressure acid leaching. It is the piping characterized by being made.
  • stub ends are provided at both ends of the pipe, and a flange is provided on the back side of the stub end. It is the piping characterized by having.
  • the pipe according to the present invention it is possible to effectively suppress the abrasion and corrosion when transferring the slurry or the steam containing the slurry, and effectively prevent the slurry and the steam from leaking.
  • maintenance can be easily performed, and the life of piping can be extended.
  • the piping which concerns on this Embodiment is piping for sending the slurry or the vapor
  • This pipe can be used, for example, in a plant in an HPAL process in which nickel is leached with sulfuric acid or the like at high temperature and high pressure from a slurry of nickel oxide ore. More specifically, the nickel oxide ore slurry can be used as a transfer pipe for raising the temperature and raising the pressure stepwise and transferring it to the autoclave. This pipe contains not only the slurry but also the slurry. Steam is also transferred.
  • the HPAL process in the hydrometallurgy of nickel oxide ore means that an acid such as sulfuric acid is added to an ore slurry containing nickel oxide ore as a raw material and is pressurized under a high temperature condition of about 220 ° C. to 280 ° C. It refers to a process of obtaining a leaching slurry containing a leaching solution obtained by stirring the slurry and leaching a valuable metal such as nickel and a leaching residue.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of plant equipment in the HPAL process.
  • the slurry to be treated is introduced into the first heater tank 51 shown in the plant equipment 100 of FIG. 1, and the slurry is connected to the first heater tank 51.
  • the temperature is raised and the pressure is increased stepwise via a plurality of centrifugal pumps 52, 53, and 54, and then transferred to a second heater tank 55 that is a heater tank provided next.
  • a pipe 60 for transferring the slurry is provided, and the slurry whose temperature is increased and raised stepwise by the centrifugal pumps 52, 53, and 54 is sequentially sent through the pipe 60. It is done.
  • the transfer control of the slurry between the heater tanks is performed by opening and closing the automatic valves 56 and 57.
  • the distal pump is used to increase the discharge pressure and transfer the slurry at a high pressure, so that wear occurs depending on how the slurry flows.
  • the temperature rise and pressure-increasing treatment of the slurry is performed using waste steam generated by the leaching treatment with an acid such as sulfuric acid in the HPAL process, the pipe 60 is also corroded by the acid.
  • the present embodiment is characterized in that, for example, in the plant equipment of the HPAL process, a pipe having corrosion resistance and wear resistance is used as a pipe for transferring slurry or steam containing the slurry. .
  • a pipe having corrosion resistance and wear resistance is used as a pipe for transferring slurry or steam containing the slurry.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the piping according to the present embodiment.
  • the pipe 10 is formed in a tubular shape by a cylindrical base material 11.
  • the pipe 10 includes a cylindrical base material 11, a lining material 12 having an outer diameter smaller than the inner diameter of the base material 11, and a filler 13 that fills a gap between the base material 11 and the lining material 12. Composed.
  • the pipe 10 has, in its cross section, a layer made of a base material 11 (hereinafter referred to as “base material layer 11 s”) and a layer made of a lining material 12 (hereinafter referred to as “lining material layer 12 s”). And a layer made of the filler 13 filling the base material layer and the lining material layer (hereinafter referred to as “filler layer 13s”), and this three-layer structure 20 is integrated. And is formed into a tubular shape.
  • the three-layer structure 20 is also expressed as “base material layer 11 s / filler layer 13 s / lining material layer 12 s”, but this is directed from the outside (outer layer) to the inside (inner layer) in the pipe 10. This means that the base material layer 11s, the filler layer 13s, and the lining material layer 12s have a layered structure.
  • the base material 11 consists of cylindrical materials, and comprises the base material of the piping 10 which is a tubular structure.
  • the base material 11 is made of a material having corrosion resistance, and preferably made of stainless steel, nickel or a nickel alloy, titanium or a titanium alloy, cobalt or a cobalt alloy, or the like.
  • stainless steel is an inexpensive material, and it can obtain corrosion resistance at a relatively low cost and effectively. Further, nickel or nickel alloy, titanium or titanium alloy, cobalt or cobalt alloy can obtain higher corrosion resistance.
  • the pipe 10 when the pipe 10 is a pipe having a different outer diameter on the upstream side and the downstream side to which the slurry is transferred, that is, a so-called different diameter pipe, the portion where the outer diameter changes (FIG.
  • the base material 11 may be made of a substantially conical material.
  • the thickness of the base material 11, that is, the thickness of the base material layer 11 s when viewed in cross section, is not particularly limited as long as the corrosion resistance can be effectively exhibited, but may be, for example, about 5 mm to 15 mm.
  • the thickness of the base material 11 depends on the size of the pipe 10, for example, the total length or the pipe diameter, it is preferable to appropriately adjust according to the size.
  • the lining material 12 is made of a cylindrical material like the base material 11 and has an outer diameter smaller than the inner diameter of the base material 11 and is arranged inside the base material 11.
  • This lining material 12 constitutes a lining material layer 12s when viewed in cross section, that is, a three-layer structure 20 of a base material layer 11s / filling material layer 13s / lining material layer 12s constituting the tubular shape of the pipe 10.
  • the lining material 12 is composed of a substantially conical material in the same manner as the base material 11 in the portion where the outer diameter changes (portion indicated by “P” in FIG. 2). To do.
  • the lining material 12 is made of a material having wear resistance, and preferably made of ceramics. As described above, the lining material 12 is located on the innermost side of the pipe 10 and is in contact with the slurry passing through the pipe 10 and the steam containing the slurry, and the lining material 12 has wear resistance. By forming with a material, abrasion of the piping 10 at the time of transfer of a slurry etc. can be prevented effectively.
  • ceramics have a heat-resistant temperature of 1000 ° C. or higher and excellent wear resistance. Wear resistance can be effectively imparted by forming the lining material 12 preferably with ceramics. Moreover, it is more preferable that the ceramic contains silicon carbide. According to the ceramic containing silicon carbide, not only abrasion resistance but also acid resistance and corrosion resistance can be imparted to the lining material 12.
  • the thickness of the lining material 12, that is, the thickness of the lining material layer 12 s when viewed in cross section is not particularly limited as long as the wear resistance can be effectively exhibited, and can be, for example, about 4 mm to 10 mm. Note that the thickness of the lining material layer 12 also depends on the size of the pipe 10 such as the overall length and the pipe diameter, and also depends on the thickness of the base material 11, and therefore depends on the size. It is preferable to adjust appropriately.
  • Filler Filler 13 is for filling the gap between base material 11 and lining material 12 and bonding them, and is positioned between base material layer 11s and lining material layer 12s when viewed in cross section.
  • the filler layer 13s which is an intermediate layer, is configured.
  • the filler 13 is composed of, for example, cement or a material containing cement. More specifically, it can be configured using mortar. Mortar is particularly preferable because it is easy to obtain and can be easily applied when filling the gap between the base material 11 and the lining material 12.
  • the thickness of the filler 13, that is, the thickness of the filler layer 13 s when viewed in cross section is not particularly limited as long as the gap between the base material 11 and the lining material 12 can be effectively filled. For example, about 2 mm to 8 mm It can be. Note that the thickness of the filler layer 13 also depends on the size of the pipe 10 such as the total length and the pipe diameter, and also depends on the thickness of the base material 11 and the lining material 12. It is preferable to adjust appropriately according to the size.
  • the pipe 10 includes the base material layer 11s formed of the base material 11 constituting the outer layer and having the corrosion resistance, and the lining material 12 constituting the inner layer and having the wear resistance.
  • the lining material layer 12s is formed in a tubular shape by a three-layer structure of a filler material layer 13s made of a filler material 13 that fills a gap between the base material 11 and the lining material 12.
  • the pipe 10 is made of, for example, a base material layer 11s made of stainless steel having a thickness of 8 mm, a lining material layer 12s made of ceramics having a thickness of 7 mm, and a stainless steel having a thickness of 5 mm, for example. It is formed in a tubular shape by a three-layer structure with a filler layer 13s made of mortar.
  • the pipe 10 formed into a tubular shape with such a three-layer structure it is possible to effectively suppress wear and corrosion when transferring slurry or steam containing the slurry, and effectively prevent leakage of the slurry and steam. can do. Further, even when the wear progresses with the transfer of the slurry and the lining material 12 is partially lost, the base material 11 can be prevented from being worn out immediately because the filler 13 exists outside the lining material 12. it can. Furthermore, even if the filler 13 is partially lost due to wear, the base material 11 is made of a material having corrosion resistance, so that it can be prevented that a hole or the like is immediately opened. .
  • the pipe 10 having such a configuration, it is only necessary to periodically replace the lining material 12 constituting the inner layer during maintenance, so that repair costs can be suppressed and the life of the pipe is prolonged. be able to.
  • Piping shape and other configurations >> Although it does not specifically limit as the piping 10 which concerns on this Embodiment, As shown to the cross-sectional schematic diagram of FIG. 2, the piping from which an outer diameter differs in the upstream and downstream which a slurry is transferred, what is called a different diameter piping. can do.
  • the different-diameter pipe has a portion (a portion indicated by “P” in FIG. 2) whose outer diameter changes.
  • the pipe 10 is formed in a tubular shape by a three-layer structure of “base material layer 11s / filling material layer 13s / lining material layer 12s”.
  • base material layer 11s / filling material layer 13s / lining material layer 12s the pipe 10 is formed in a tubular shape by a three-layer structure of “base material layer 11s / filling material layer 13s / lining material layer 12s”.
  • the stub ends 31A and 31B can be provided at both ends of the upstream side and the downstream side where the slurry is transferred. And it is preferable to provide flange 32A, 32B in the back side of stub end 31A, 31B provided in both ends. Further, in the pipe 10, stub ends 31A and 31B and stoppers 33A and 33B are provided at both ends thereof, and flanges 32A and 32B are provided between the stub ends 31A and 31B and the stoppers 33A and 33B. Good.
  • the piping is easy to disassemble and assemble.
  • the stub ends 31A and 31B are provided at both ends, and the flanges 32A and 32B are provided on the back side of the stub ends 31A and 31B, so that the flanges 32A and 32B are loose with respect to the pipe 10. It can be in a state, that is, a state where it can be freely rotated.

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Abstract

スラリー又はスラリーを含む蒸気を移送するに際して、摩耗や腐食を効果的に抑制し、そのスラリーや蒸気の漏れを効果的に防止することができる配管を提供する。　本発明に係る配管１０は、スラリー、又はスラリーを含む蒸気を送るための配管であって、外層を構成する耐腐食性を有する母材層１１ｓと、内層を構成する耐摩耗性を有するライニング材層１２ｓと、母材層１１ｓとライニング材層１２ｓとの隙間を埋めるための充填材層１３ｓとの３層構造により管状に形成されている。

Description

配管
　本発明は、配管に関するものであり、より詳しくは、スラリー及びそのスラリーを含む蒸気を送るための配管に関する。
　高圧酸浸出（ＨＰＡＬ：Ｈｉｇｈ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ａｃｉｄ　Ｌｅａｃｈ、以下、「ＨＰＡＬ」とよぶ）を用いた低ニッケル品位のニッケル酸化鉱石の製錬では、先ず、そのニッケル酸化鉱石を分級し、分級して得られた所定の大きさのニッケル酸化鉱石をレパルプして鉱石スラリー（以下、単に「スラリー」ともいう）とし、このスラリーを段階的に昇温、昇圧して、オートクレーブに移送する。次に、オートクレーブでは、硫酸等の酸が添加されて、ニッケル酸化鉱石のスラリーからニッケル等を浸出させる。浸出後のスラリーは、段階的に降温、降圧されて、次の工程へ送られる。
　このＨＰＡＬによるプロセスにおいて、上述したようなスラリーを昇温、昇圧する処理は、ＨＰＡＬプロセス内で発生する高温の廃蒸気を利用した処理である。処理対象のスラリーは、遠心ポンプで圧力容器（以下、「ヒータータンク」という）内に投入され、そのヒータータンク内に吹き込まれた蒸気によって昇温されて、次のヒータータンクに移送される。このような昇温を段階的に行うことによって所望する温度まで昇温させている。
　ヒータータンクで段階的にスラリーを昇温するに際しては、ヒータータンク間の圧力差が大きいことから、遠心ポンプを直列に配置して、吐出圧力を上昇させることによってスラリーを移送する方法が採られている。
　一般的に、その遠心ポンプの吸込配管の外径は、吐出配管の外径より大きい仕様となる。そのため、同型の遠心ポンプを直列に配置するためには、直列させる遠心ポンプ間の接続に、一端の管径と他端の管径とが異なる配管、いわゆる異径配管が用いられる。
　ところが、その異径配管により接続された箇所では、高圧で移送されるスラリーによって摩耗が生じやすく、またスラリーの流れ方によっては著しい局部摩耗が進行するという問題がある。
　さらに、ＨＡＰＬプロセスにおける昇温、昇圧する処理では、オートクレーブの次の工程に設けられている減圧タンクからの廃蒸気を利用しており、その廃蒸気に含まれる硫酸等の酸によってスラリーが酸性となっていることから、スラリーを高圧で移送することによる摩耗だけでなく、高温で且つ酸性のスラリーが移送されることによる腐食も進行するという問題がある。
　このような摩耗や腐食が生じると、最終的にはその異径配管に孔が開き、高温で且つ高圧の酸性スラリーが噴き出してしまう。したがって、高温高圧の酸性スラリーを移送するにあたっては、異径配管における摩耗や腐食を効果的に防止する必要がある。
　また、スラリーを昇温、昇圧させる処理で使用される廃蒸気は、配管を使って減圧タンクからヒータータンクに送られるが、その廃蒸気はオートクレーブを通ったものが使用されるため、高温高圧の酸性の蒸気、あるいは酸性のスラリーを含む蒸気である。したがって、上述したスラリーの移送時に生じる問題と同様に、蒸気を送るに際しても、減圧タンクからヒータータンクまでの配管は摩耗や腐食の進行がはやい。
　さらに、オートクレーブの次に設けられる、スラリーに対して降温、降圧する処理のための処理槽に酸性スラリーを移送する際にも配管が使用されており、その配管においても同様に、摩耗や腐食の進行がはやい。
　これらのようなことから、耐摩耗性や耐腐食性に優れた配管が求められている。
　ここで、配管の耐摩耗性を高めるには、配管の摩耗箇所に板張り（「犠牲板」と呼ぶこともある）を取り付ける方法や、耐衝撃性を高めるために緩衝材を貼り付ける方法、あるいは耐摩耗材料を肉盛溶接や溶射により取り付ける方法等が用いられる。しかしながら、これらの方法には、次のような問題点がある。
　（犠牲板を取り付ける場合の問題点）
　配管に犠牲板を取り付ける方法は、配管と同じ材質で厚みを持つ犠牲板を配管内の特定の箇所に溶接で取り付ける方法である。高温高圧下において酸性スラリーを移送する配管には、耐腐食性が必要であるため、その犠牲板にはチタン等の高価な材料を使用している。したがって、この方法は、施工としては容易であるがコストが高くなってしまう。また、チタン等の材料は、耐腐食性はあるものの耐摩耗性がないため、寿命を延ばすべく板厚を増加しても数ヶ月で消耗してしまい、再補修もしくは取替が必要となってしまう。このことから、犠牲板を取り付ける方法は、得られる効果が限定的であり、しかもその実施には作業コストの上昇を伴う。
　（緩衝材を貼り付ける場合の問題点）
　緩衝材としては、主にゴム系材料に代表される。ところが、ＨＰＡＬプロセスにおけるスラリーを昇温する処理では、そのスラリーを１００℃～２００℃程度まで昇温するため、耐熱性を持たないゴム系材料からなる緩衝材をスラリーやスラリーを含む蒸気を送るための配管へ適用することは困難である。
　（耐摩耗材料を取り付ける場合の問題点）
　流体摩耗に対する耐摩耗材料に関しては、硬化肉盛や高分子ポリエチレンに見られるように多くの材料が使用されているが、これらの一般的な耐摩耗材料は、常温下の使用に限定されることや酸性雰囲気では脆弱である。そのため、高温高圧下の酸性スラリーを移送する条件に合致するものとしては、セラミック等の限定された材料となる。セラミックが使われた配管としてはセラミックライニング鋼管が多く使用されているが、このセラミックライニング鋼管は、セラミックの耐摩耗性に主眼を置いているため、配管の母材となる部分には炭素鋼を用いている。このように、セラミックライニング鋼管においても、母材として炭素鋼を使用しているため、ライニングであるセラミックに亀裂等の欠陥が生じた場合には、酸性スラリーが耐腐食性に乏しい炭素鋼を短時間で腐食してしまい、その結果として配管に孔が開いてしまう。
　例えば、特許文献１には、粉粒体を移送する配管の曲がり部における摩耗抑制を目的として、その曲がり部に対して粉粒体を溜める構造を備え、溜まった粉粒体によって配管自身を保護する耐摩耗構造が開示されている。しかしながら、このような方法を、スラリーをはじめとする液体又はスラリーを含む蒸気を移送させるための配管に適用した場合、その構造部分において乱流等が発生し、摩耗を促進させる問題が発生する。また、スラリーやスラリーを含む蒸気が衝突した後の跳ね返りの予測も不可能である。したがって、スラリーやスラリーを含む蒸気を移送させる配管には有効に適用することができない。
特開２００１－５０４７４号公報
　本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、スラリー又はスラリーを含む蒸気を移送するに際して、摩耗や腐食を効果的に抑制し、そのスラリーや蒸気の漏れを効果的に防止することができる配管を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた。その結果、耐腐食性を有する母材層と、耐摩耗性を有するライニング材層と、母材層とライニング材層との隙間を埋めるための充填材層との３層構造により管状に形成された配管とすることにより、スラリーやスラリーを含む蒸気を移送する際の摩耗や腐食を効果的に抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下のものを提供する。
　（１）本発明の第１の発明は、スラリー、又はスラリーを含む蒸気を送るための配管であって、外層を構成する耐腐食性を有する母材層と、内層を構成する耐摩耗性を有するライニング材層と、該母材層と該ライニング材層との隙間を埋めるための充填材層との３層構造により管状に形成されていることを特徴とする配管である。
　（２）本発明の第２の発明は、第１の発明において、上流側と下流側とで外径が異なる異径配管であることを特徴とする配管である。
　（３）本発明の第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記充填材層を構成する材料は、モルタルであることを特徴とする配管である。
　（４）本発明の第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明において、前記ライニング材層を構成する材料は、セラミックスであることを特徴とする配管である。
　（５）本発明の第５の発明は、第１乃至第４のいずれかの発明において、前記ライニング材層を構成する材料は、炭化珪素を含むセラミックスであることを特徴とする配管である。
　（６）本発明の第６の発明は、第１乃至第５のいずれかの発明において、高圧酸浸出によりニッケル酸化鉱石からニッケルを浸出させて回収する湿式製錬処理を行うためのプラントで使用されることを特徴とする配管である。
　（７）本発明の第７の発明は、第１乃至第６のいずれかの発明において、当該配管の両末端にスタブエンドが設けられており、該スタブエンドの背面側にフランジが設けられていることを特徴とする配管である。
　本発明に係る配管によれば、スラリー又はスラリーを含む蒸気を移送するに際しての摩耗や腐食を効果的に抑制し、そのスラリーや蒸気の漏れを効果的に防止することができる。また、メンテナンスも容易に行うことができ、配管の寿命を長くすることができる。
配管を備えたプラント設備の構成の一例を示す概略図である。 配管の構成の一例を示す断面図である。
　以下、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。
　≪１．配管を備えた設備について≫
　本実施の形態に係る配管は、スラリー、又はスラリーを含む蒸気を送るための配管である。この配管は、例えば、ニッケル酸化鉱石のスラリーに対して高温、高圧下で硫酸等によりニッケルを浸出させるＨＰＡＬプロセスにおけるプラントに用いることができる。より具体的には、ニッケル酸化鉱石のスラリーを段階的に昇温、昇圧して、オートクレーブに移送するための移送配管として用いることができ、この配管においては、スラリーのみならず、そのスラリーを含む蒸気も移送される。
　なお、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬におけるＨＰＡＬプロセスとは、原料であるニッケル酸化鉱石を含む鉱石スラリーに硫酸等の酸を添加して、２２０℃～２８０℃程度の高い温度条件下で加圧しながらスラリーを攪拌し、ニッケル等の有価金属を浸出させた浸出液と、浸出残渣とを含む浸出スラリーを得るプロセスをいう。
　図１は、ＨＰＡＬプロセスにおけるプラント設備の構成の一例を示した概略図である。ＨＰＡＬプロセスにおけるスラリーに対する昇温、昇圧処理では、図１のプラント設備１００に示す、第１のヒータータンク５１に処理対象のスラリーが投入され、そのスラリーは、第１のヒータータンク５１に接続された複数の遠心ポンプ５２，５３，５４を介して段階的に昇温、昇圧され、次に設けられたヒータータンクである第２のヒータータンク５５に移送される。隣り合う遠心ポンプ間においては、スラリーを移送するための配管６０が設けられており、その配管６０内を、遠心ポンプ５２，５３，５４により段階的に昇温、昇圧されたスラリーが順次に送られる。
　なお、図１のプラント設備１００では、２つのヒータータンク間において３つの遠心ポンプ５２，５３，５４を設けた場合を例として示しているが、遠心ポンプの設置数としてはこれに限られない。また、プラント設備１００では、３つの遠心ポンプと３つの配管６０を直列に接続させた系列を２つ設けた場合を例として示しているが、このような２系統（ａ系統、ｂ系統）に限られるものではなく、１系統であっても、３系統以上であってもよい。また、プラント設備１００において、ヒータータンク間のスラリーの移送制御は、自動弁５６，５７の開閉により行われる。
　ここで、このようなＨＰＡＬプロセスにて用いられる配管６０においては、遠位ポンプを利用し、吐出圧力を高めて高圧でスラリーを移送するため、スラリーの流れ方により摩耗が生じる。また、ＨＰＡＬプロセスにおける硫酸等の酸による浸出処理で生じた廃蒸気を利用してスラリーに対する昇温、昇圧処理を行っているため、配管６０においては、その酸による腐食も進行する。
　本実施の形態においては、このような例えばＨＰＡＬプロセスのプラント設備において、スラリー又はスラリーを含む蒸気を移送するための配管として、耐腐食性及び耐摩耗性を備えた配管を用いることを特徴としている。以下では、その配管の具体的な構成について詳細に説明する。
　≪２．配管の構成について≫
　図２は、本実施の形態に係る配管の構成の一例を示した断面図である。図２に示すように、配管１０は、円筒形の母材１１によって管状に形成されている。そして、この配管１０は、円筒形の母材１１と、その母材１１の内径よりも小さい外径を有するライニング材１２と、母材１１とライニング材１２との隙間を埋める充填材１３とから構成される。
　この配管１０は、図２に示すように、その断面において、母材１１からなる層（以下、「母材層１１ｓ」という）と、ライニング材１２からなる層（以下、「ライニング材層１２ｓ」という）と、母材層とライニング材層とを充填する充填材１３からなる層（以下、「充填材層１３ｓ」という）との３層構造２０となっており、この３層構造２０が一体となって管状に形成されていることを特徴とする。
　なお、以下では、この３層構造２０を、「母材層１１ｓ／充填材層１３ｓ／ライニング材層１２ｓ」とも表現するが、これは配管１０において、外側（外層）から内側（内層）に向かって順に、母材層１１ｓ、充填材層１３ｓ、ライニング材層１２ｓにより層構造となっていることを意味する。
　（１）母材
　母材１１は、円筒形の材料からなり、管状構造である配管１０の母体を構成する。母材１１は、耐腐食性を有する材料から構成され、好ましくは、ステンレス、ニッケル又はニッケル合金、チタン又はチタン合金、コバルト又はコバルト合金等から構成される。
　具体的に、ステンレスは、安価な材料であり、比較的安価に且つ効果的に耐腐食性を得ることができる。また、ニッケル又はニッケル合金、チタン又はチタン合金、コバルト又はコバルト合金は、より高い耐腐食性を得ることができる。
　なお、例えば図２に示すように、配管１０を、スラリーが移送される上流側と下流側とで外径の異なる配管、いわゆる異径配管とする場合、その外径が変化する部分（図２中の「Ｐ」で示す部分）においては、概円錐形の材料により母材１１を構成すればよい。
　母材１１の肉厚、すなわち断面視したときの母材層１１ｓの厚みとしては、耐腐食性を有効に発揮させることができれば特に限定されないが、例えば、５ｍｍ～１５ｍｍ程度とすることができる。なお、母材１１の肉厚は、当該配管１０の大きさ、例えば全長や配管径に依存するものであるため、それらの大きさに応じて適宜調整することが好ましい。
　（２）ライニング材
　ライニング材１２は、母材１１と同様に円筒形の材料からなり、母材１１の内径よりも小さい外径を有して母材１１の内側に配置される。このライニング材１２は、断面視したときのライニング材層１２ｓを構成するものであり、つまり、配管１０の管状を構成する母材層１１ｓ／充填材層１３ｓ／ライニング材層１２ｓの３層構造２０において、最も内側に位置する内層となるものである。
　なお、配管１０を異径配管とする場合、その外径が変化する部分（図２中の「Ｐ」で示す部分）では、母材１１と同様に概円錐形の材料によりライニング材１２を構成する。
　ライニング材１２は、耐摩耗性を有する材料から構成され、好ましくは、セラミックスから構成される。上述したように、ライニング材１２は、配管１０の最も内側に位置し、当該配管１０内を通過するスラリーやスラリーを含む蒸気と接するものであり、このようなライニング材１２を耐摩耗性を有する材料により形成することで、スラリー等の移送時における配管１０の摩耗を効果的に防ぐことができる。
　具体的に、セラミックスは、耐熱温度が１０００℃以上であり、また耐摩耗性に優れている。ライニング材１２を好ましくはセラミックスにより構成することによって、効果的に耐摩耗性を付与することができる。また、セラミックスとしては、炭化珪素を含むものであることがより好ましい。炭化珪素を含むセラミックスによれば、ライニング材１２に対して、耐摩耗性のみならず、耐酸性や耐腐食性も付与することができる。
　ライニング材１２の肉厚、すなわち断面視したときのライニング材層１２ｓの厚みとしては、耐摩耗性を有効に発揮させることができれば特に限定されないが、例えば、４ｍｍ～１０ｍｍ程度とすることができる。なお、ライニング材層１２の肉厚についても、全長や配管径等の当該配管１０の大きさに依存し、また母材１１の肉厚にも依存するものであるため、それらの大きさに応じて適宜調整することが好ましい。
　（３）充填材
　充填材１３は、母材１１とライニング材１２との隙間を埋めて接着させるためのものであり、断面視したときの母材層１１ｓとライニング材層１２ｓとの間に位置する中間層である充填材層１３ｓを構成する。
　充填材１３は、例えばセメントやセメントを含む材料に構成される。より具体的には、モルタルを用いて構成することができる。モルタルは、入手が容易であり、また母材１１とライニング材１２との隙間を埋めるに際しての施工が容易であって特に好ましい。
　充填材１３の肉厚、すなわち断面視したときの充填材層１３ｓの厚みとしては、母材１１とライニング材１２との隙間を有効に埋めることができれば特に限定されないが、例えば、２ｍｍ～８ｍｍ程度とすることができる。なお、充填材層１３の肉厚についても、全長や配管径等の当該配管１０の大きさに依存し、また母材１１やライニング材１２の肉厚にも依存するものであるため、それらの大きさに応じて適宜調整することが好ましい。
　以上のように、本実施の形態に係る配管１０においては、外層を構成し耐腐食性を有する母材１１からなる母材層１１ｓと、内層を構成し耐摩耗性を有するライニング材１２からなるライニング材層１２ｓと、母材１１とライニング材１２との隙間を埋める充填材１３からなる充填材層１３ｓとの３層構造により管状に形成されている。一例として、配管１０は、例えば肉厚８ｍｍのステンレスからなる母材層１１ｓと、例えば肉厚７ｍｍのセラミックスからなるライニング材層１２ｓと、そのステンレスとセラミックスとを接着させるための例えば肉厚５ｍｍのモルタルからなる充填材層１３ｓとの３層構造により管状に形成されている。
　このような３層構造により管状に形成された配管１０によれば、スラリー又はスラリーを含む蒸気を移送するに際しての摩耗や腐食を効果的に抑制し、そのスラリーや蒸気の漏れを効果的に防止することができる。また、スラリーの移送に伴い摩耗が進行してライニング材１２が部分的に無くなった場合でも、その外側には充填材１３が存在するため、すぐに母材１１が摩耗されることを防ぐことができる。さらに、その充填材１３までもが摩耗により部分的に無くなったとしても、母材１１は耐腐食性を有する材料により構成されているため、すぐに孔等が開いてしまうことを防ぐことができる。
　さらに、このような構成の配管１０によれば、メンテナンスに際しても、定期的に内層を構成するライニング材１２のみを交換すればよく、補修費用を抑えることができ、また配管の寿命を長期化させることができる。
　≪３．配管の形状、及びその他の構成について≫
　本実施の形態に係る配管１０としては、特に限定されないが、図２の断面模式図に示すように、スラリーが移送される上流側と下流側とで外径の異なる配管、いわゆる異径配管とすることができる。異径配管は、その外径が変化する部分（図２中の「Ｐ」で示す部分）を有している。
　ここで、異径配管を介して高圧でスラリーを移送させる場合、特に外径が変化する部分Ｐにおいて、上流側（図２の断面模式図において左側）から流れてきたスラリーの乱流が生じやすくなる。このような乱流が生じると、その部分において局部的な摩耗が進行しやすくなり、一連で円筒形状である配管に比べて摩耗や腐食による配管劣化がはやくなる。
　この点においても、本実施の形態に係る配管１０によれば、上述したように、「母材層１１ｓ／充填材層１３ｓ／ライニング材層１２ｓ」の３層構造により管状に形成されていることにより、局部的な摩耗や腐食も効果的に抑えることができ、配管劣化によるスラリーやスラリーを含む蒸気の漏れ等を防止することができる。このように、本実施の形態に係る配管１０によれば、異径配管として好適に用いることができる。
　また、本実施の形態に係る配管１０においては、スラリーが移送される上流側及び下流側の両端部にスタブエンド３１Ａ，３１Ｂを設けることができる。そして、両端部に設けたスタブエンド３１Ａ，３１Ｂの背面側に、フランジ３２Ａ，３２Ｂを設けるようにすることが好ましい。また、配管１０においては、その両端部に、スタブエンド３１Ａ，３１Ｂとストッパー３３Ａ，３３Ｂとを設け、そのスタブエンド３１Ａ，３１Ｂとストッパー３３Ａ，３３Ｂとの間に、フランジ３２Ａ，３２Ｂを設けてもよい。
　配管に対する腐食性や摩耗性の高いスラリーを移送するための配管においては、整備のために、分解作業を行ったり、組み立て作業を行ったりする頻度が多い。そのため、その配管としては、分解や組み立ての作業が容易であることが好ましくなる。この点において、その両端部にスタブエンド３１Ａ，３１Ｂを設け、スタブエンド３１Ａ，３１Ｂの背面側にフランジ３２Ａ，３２Ｂを設けるようにすることで、そのフランジ３２Ａ，３２Ｂを配管１０に対してルーズな状態、すなわち、自由に回転させることができる状態にすることができる。このように配管１０に対してルーズなフランジ３２Ａ，３２Ｂを設けて、そのフランジ３２Ａ，３２Ｂが自由に回転できるようにすることで、配管１０の分解や組み立て作業を容易に行うことができるようになる。
　１０，６０　　配管
　１１　　母材
　１１ｓ　　母材層
　１２　　ライニング材
　１２ｓ　　ライニング材層
　１３　　充填材
　１３ｓ　　充填材層
　２０　　３層構造
　３１Ａ，３１Ｂ　　スタブエンド
　３２Ａ，３２Ｂ　　フランジ
　３３Ａ，３３Ｂ　　ストッパー
　１００　　プラント設備
　５１　　第１のヒータータンク
　５２，５３，５４　　遠心ポンプ
　５５　　第２のヒータータンク
　５６，５７　　自動弁

Claims (7)

  1. 　スラリー、又はスラリーを含む蒸気を送るための配管であって、
    　外層を構成する耐腐食性を有する母材層と、内層を構成する耐摩耗性を有するライニング材層と、該母材層と該ライニング材層との隙間を埋めるための充填材層との３層構造により管状に形成されている
    　ことを特徴とする配管。
  2. 　上流側と下流側とで外径が異なる異径配管である
    　ことを特徴とする請求項１に記載の配管。
  3. 　前記充填材層を構成する材料は、モルタルである
    　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の配管。
  4. 　前記ライニング材層を構成する材料は、セラミックスである
    　ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の配管。
  5. 　前記ライニング材層を構成する材料は、炭化珪素を含むセラミックスである
    　ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の配管。
  6. 　高圧酸浸出によりニッケル酸化鉱石からニッケルを浸出させて回収する湿式製錬処理を行うためのプラントで使用される
    　ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の配管。
  7. 　当該配管の両末端にスタブエンドが設けられており、該スタブエンドの背面側にフランジが設けられている
    　ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の配管。
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