Evaluation method of the pipe wear due to large particle slurry transport

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26820383
• Research Institution: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• Principal Investigator: 高野 慧 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (90636820)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: スラリー / 配管 / 摩耗 / 大粒径

Outline of Annual Research Achievements

日本の排他的経済水域には海底熱水鉱床等の鉱物資源が賦存していることが知られており、日本は鉱物資源の供給国となれる可能性がある。しかしながら、海底熱水鉱床の開発は他国でも事業化された前例がないため、事業化には技術的な課題が多く残されている。海底熱水鉱床の開発において、鉱物資源を移送する際、海水と鉱石（最大で50mm程度の大粒径）が混合されたスラリー状で移送することが想定されており、内部流に関する評価技術は不可欠である。そのような背景をふまえて、本研究ではスラリー移送による揚鉱管の摩耗に着目し、スラリー移送による揚鉱管の摩耗量を推定する手法の構築を試みた。揚鉱管の摩耗量は海底熱水鉱床を開発するためのシステムの設計や運用条件の決定において、重要な要素である。
平成28年度は模擬鉱石を用いたスラリー循環式の配管摩耗試験を実施し、鉛直な配管の摩耗量を重量減少量と板厚減少量の面から評価した。また、当該試験で計測した流量のデータを整理し、流速と配管摩耗量の関係を確認するとともに、高速度カメラを用いて模擬鉱石の移送状態を撮影し、模擬鉱石の管壁への衝突情報を取得した。
過年度には、落下衝撃試験を実施し、大粒径粒子が衝突する場合の摩耗量を評価するためのモデルを構築した。当該モデル式から得られる粒子の衝突速度と摩耗量の関係を前述の流速と摩耗量の関係と比較した。
そして、構築した摩耗モデルと粒子の管壁への衝突情報を組み合わせることによって、配管摩耗量を推定し、前述のスラリー循環式の摩耗試験の結果と比較した。粒子の管壁への衝突情報については、スラリー流を表現したCFD計算や、循環式摩耗試験時に高速度カメラを用いて撮影した画像から得られる衝突情報などを参考に定めた。