大粒径粒子のスラリー移送による管内摩耗量評価手法構築に関する研究

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26820383
• Research Institution: National Maritime Research Institute
• Principal Investigator: 高野 慧 国立研究開発法人 海上技術安全研究所, その他部局等, 研究員 (90636820)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 海底熱水鉱床 / 揚鉱管 / 摩耗 / スラリー流 / 大粒径粒子

Outline of Annual Research Achievements

日本の排他的経済水域には海底熱水鉱床やコバルトリッチクラストのような鉱物資源が賦存することが知られており、本研究では海底熱水鉱床の開発に着目した。海底熱水鉱床を生産するためのシステムを検討する上での重要な技術の1つに揚鉱管の摩耗量評価に関する技術が挙げられる。熱水鉱床から鉱物を海上まで移送する場合は数十mm程度の大粒径粒子を移送することが想定されている。
本研究では、揚鉱管の摩耗量の推定方法の構築に取り組んでおり、今年度はスラリー流を表現する数値計算を実施した。計算条件として流速は3～5m/s程度、濃度は5～10%の間で変化させて数パターンの計算を実施した。配管姿勢は鉛直管を想定して計算を実施した。
また、計算における粒子径は前年度に実施した落下衝撃試験で用いた鉱石サイズを基準に決定した。落下衝撃試験では、非球形の粒子を模擬鉱石として用いたが、計算上では球形粒子で計算を行った。DEMによる計算では計算負荷がかなり大きく、計算時間が長時間となってしまうため、実用的な利用が難しかったので、粒子を質点と仮定して計算を実施した。
計算結果から、粒子が管壁へ衝突する際の衝突速度、衝突角度、衝突頻度といった衝突情報を取得し、前年度に実施した落下衝撃試験から定めた摩耗モデルと組合せて摩耗量の算出を行った。今年度の研究を通して、落下衝撃試験により構築した摩耗モデルとスラリー流を表現した数値計算結果を組合せた摩耗量推定の一連の手順を確立した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

概ね申請書に記載した研究計画どおりに進めることができているため。

Strategy for Future Research Activity

推進方策は申請書に記載した方法を予定しており、以下のとおりである。
落下衝撃試験結果から定めた摩耗モデルとスラリー移送を表現する数値計算結果を組合せた摩耗量推定手法の妥当性を検証するために、模擬鉱石を用いたスラリー循環による管内摩耗試験を実施する。この試験結果と摩耗量推定結果を比較し、推定手法の妥当性を検証する。
用いる模擬鉱石は落下衝撃試験で用いた模擬鉱石と同じものを用いることとし、流速や濃度等の試験条件は計算条件を目標値として試験を実施する。
循環による模擬鉱石の劣化の影響をなるべく少なくするため、模擬鉱石は定期的に交換しながら試験を実施する。
また試験装置の一部に透明管を組込み、高速度カメラで模擬鉱石の配管への衝突情報の取得を試みる。この結果も摩耗量推定手法の検証に役立てる予定である。

Causes of Carryover

当所想定していた費用より安価に調達できたため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

スラリー循環式の配管摩耗試験の資機材の調達に使用する。