JP2011033173A - 配管の接合構造及び海水淡水化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内部に塩水が通る配管であっても、耐圧性を有すると共に、その接合部等に隙間腐食をはじめとする腐食が発生することを抑止することができる配管の接合構造を提供する。
【解決手段】内部に塩水が通る配管１の端部に形成されたフランジ２同士を、環状のガスケット３を介して接合した配管の接合構造であって、配管１のうち少なくとも一方の配管１が、少なくとも内面及びフランジ２面が樹脂４で被覆されたライニング管１ａであると共に、ガスケット３は、断面Ｕ字形で開口部が内周側を向いた圧縮弾性を有するゴム製の環状本体３ａと、環状本体３ａの外周側に固着された肉厚が薄い板状の補強外輪部３ｂとから構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、配管の内部に海水やその濃縮水などの塩水が流れる海水淡水化装置、或いは発電所復水器等における配管の接合部の構造と、その配管の接合部を有する海水淡水化装置、特に、内部に海水やその濃縮水などの塩水が流れる配管の端部に形成されたフランジ同士を、環状のガスケットを介して突き合わせて接合してなる配管の接合構造及び海水淡水化装置に関するものである。

従来から配管の内部に海水やその濃縮水などの塩水が流れる海水淡水化装置、或いは発電所復水器等の配管にあっては、内部に真水等の流体が流れる配管と比べて、Ｃｌ⁻イオンの影響で配管内に腐食が発生すること、特にノズルを含む配管の接合部に隙間腐食が発生することが頻繁にあり、その腐食の拡大による漏水が大きな問題となっていた。

その対策として、配管の材料として、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３１７Ｌ等の耐食性と十分な強度を兼ね備えたステンレス鋼が用いられることが多く、また、接合される配管の一方がノズルの場合は、腐食の発生を防止するために錆びることがない硬質塩化樹脂がノズルの材料として用いられることもごく一部であった。

配管の材料として耐食性を有するステンレス鋼を採用した場合は、配管の腐食抑止に一定の効果はあるものの、配管の内部に高濃度の塩水を流せば配管の内部に腐食が発生することがあり、特に配管の接合部における隙間腐食の発生は顕著であった。また、配管の材料として硬質塩化樹脂を採用した場合は、錆による腐食の発生の懸念はなくなるものの、樹脂配管は金属配管との接合が不十分であるため、変形、破損等による漏水の発生が懸念される。また、樹脂配管は、耐圧性が不十分であるため、耐圧性が要求される逆浸透膜を用いた海水淡水化装置には用いることができない。

以上の対策として、配管の端部にフランジを形成し、接合される配管の端部のフランジ同士を、ガスケットや乾式や湿式のシーリング材を介して接合することや、配管を内面が樹脂で被覆されたライニング管とすることがあった。

接合される配管の端部のフランジ同士を、ガスケットやシーリング材を介して接合する場合の一例として、特許文献１や特許文献２に記載のうず巻き形ガスケットと呼ばれるガスケットや、特許文献３記載のシーリング材を介して接合する技術が提案されている。

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載のうず巻き形ガスケットの本体は、断面がＶ字形の薄い金属製フィラー材と、フッ素樹脂や黒鉛、雲母等でなる薄いフープ材を、積層して形成されており、このうず巻き形ガスケットを採用した実際の現場では、錆の堆積によって、薄いフープ材が切れることがあり、その結果、隙間腐食が拡大して漏水が発生するという問題が実際に発生している。また、特許文献３に記載のシーリング材は、ゴム質基材や高分子物質をもとに形成されているだけで、その強度は十分ではなく、同様に錆の堆積による隙間腐食の拡大や振動の発生により、漏水が発生することが懸念され、その漏水の発生を確実に防止することはできない。

また、内面等が樹脂で被覆されたライニング管の一例として、例えば、特許文献４記載の被覆管が提案されており、その特許文献４には、管の内面を樹脂で密着被覆する方法も記載されている。

特開２００６−１２５６０８号公報 特開２００７−１２７１７８号公報 特開平９−１３００８号公報 特開平７−１８０７９３号公報

本発明は、上記従来の問題を解決せんとしてなされたもので、内部に塩水が通り塩水の圧力がかかる配管であっても、塩水の圧力に対して耐圧性を有すると共に、その接合部等に隙間腐食をはじめとする腐食が発生することを抑止することができ、配管の接合部等から漏水が発生することがなく、海水淡水化装置、発電所復水器等の配管の内部に塩水が流れる装置を長期間に亘り安定して使用することができる配管の接合構造、及びその配管の接合部を有する海水淡水化装置を提供することを課題とするものである。

請求項１記載の発明は、内部に塩水が通る配管の端部に形成されたフランジ同士を、環状のガスケットを介して突き合わせて接合してなる配管の接合構造であって、接合される前記配管のうち少なくとも一方の配管が、少なくともその内面及びフランジ面が樹脂で被覆されたライニング管であると共に、前記ガスケットは、断面Ｕ字形でその開口部が内周側を向いた圧縮弾性を有するゴム製の環状本体と、その環状本体の外周側に固着された、前記環状本体より肉厚が薄い板状の補強外輪部とから構成されていることを特徴とする配管の接合構造である。

請求項２記載の発明は、前記ガスケットの補強外輪部は、耐食性を有するステンレス鋼で形成されていることを特徴とする請求項１記載の配管の接合構造である。

請求項３記載の発明は、前記配管は、海水淡水化装置の供給水或いは濃縮水が通る部位を構成する配管であることを特徴とする請求項１または２記載の配管の接合構造である。

請求項４記載の発明は、逆浸透膜モジュールを用いた海水淡水化装置であって、請求項１乃至３のいずれかに記載の配管の接合構造を有することを特徴とする海水淡水化装置である。

本発明の請求項１記載の配管の接合構造によると、配管のうち少なくとも一方の配管が、その内面及びフランジ面が樹脂で被覆されたライニング管であると共に、接合部からの漏水を防止するガスケットが、圧縮弾性を有する肉厚が厚いゴム製の環状本体と補強外輪部で構成されているため、内部に塩水が通り塩水の圧力がかかる配管であっても、塩水の圧力に対して耐圧性を有すると共に、その接合部等に隙間腐食をはじめとする腐食が発生することを抑止することができ、その結果、配管の接合部等からの漏水が発生することがなく、海水淡水化装置、発電所復水器等の配管の内部に塩水が流れる装置を長期間に亘り安定して使用することができる。

本発明の請求項２記載の配管の接合構造によると、ガスケットの補強外輪部が、耐食性を有するステンレス鋼で形成されているので、配管の接合部に、補強外輪部の錆の発生を原因とする隙間腐食が発生することはない。

本発明の請求項３記載の配管の接合構造によると、高濃度の塩分を含む海水やその濃縮水が通る配管であっても、その腐食を原因とする漏水が発生することを防止することができる。

本発明の請求項４記載の海水淡水化装置によると、配管の接合部等に隙間腐食をはじめとする腐食が発生することを抑止することができ、その結果、配管の接合部等からの漏水が発生することを抑止することができ、長期間に亘り安定して使用することができる。

本発明の一実施形態の配管の接合構造を示す縦断面図である。 同実施形態の配管の接合構造に用いられるガスケットを示す平面図である。 図２に示すガスケットのＡ−Ａ線断面図である。 本発明の配管の接合構造が適用される海水淡水化装置を示す正面図である。 本発明の配管の接合構造が適用される海水淡水化装置を示す背面図である。 本発明の配管の接合構造が適用される海水淡水化装置を示す平面図である。 海水淡水化装置における逆浸透膜モジュールの取り付け状態を示す平面図である。 海水淡水化装置における逆浸透膜モジュールの取り付け状態を示す正面図である。 海水淡水化装置における逆浸透膜モジュールの取り付け状態を示す背面図である。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて更に詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態の配管の接合構造を、図２および図３は同実施形態の配管の接合構造に用いられるガスケットを夫々示す。また、図４〜図６は本発明の配管の接合構造が適用される一例の海水淡水化装置を示し、図７〜図９は海水淡水化装置の逆浸透膜モジュールの取り付け状態を示す。

図１に示すように本発明の配管の接合構造は、例えば、図４〜図６に示すような海水淡水化装置の内部に塩水が通る配管１，１の端部に形成されたフランジ２，２同士を、環状のガスケット３を介して突き合わせてボルト接合等で接合して構成される。尚、この図１に示す配管１の接合部は、例えば、図４の点線の○で囲んだＡの位置である。また、配管１は、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３１７Ｌ等の耐食性と十分な強度を兼ね備えたステンレス鋼等で形成されている。

図１に示す左右の配管１，１の端部は同一形状であり、その配管１の内面はナイロン、フッ素樹脂、ポリエチレン等の熱可塑性を有する樹脂４で被覆されている。このように、配管１の内面を樹脂４で被覆してライニング管１ａとするには、ナイロン、フッ素樹脂、ポリエチレン等の熱可塑性を有する樹脂チューブをその長さ方向に引き伸ばした状態で配管１内に挿通し、樹脂チューブの両端部を配管１の外表面に沿って折り返して、その樹脂チューブの両端部を接着剤等で固着し、引き伸ばしを緩めるという方法等で作製することが可能である。このような方法でライニング管１ａを作製すれば、樹脂チューブは確実に配管１の内面に密着し、配管１の内面を樹脂４で容易に被覆することができる。尚、配管１は内面に加えて外面も樹脂４で被覆されていても良い。

また、接合される左右の配管１，１のうち、内面が樹脂４で被覆されたライニング管１ａであるのは、図１に示すように、両方の配管１，１であることが水密性を確保して配管１の腐食の発生を減らすことができる意味で好ましいが、一方の配管１がライニング管１ａであれば作用効果を奏することができるので、少なくとも一方の配管１がライニング管１ａであれば良い。また、配管１の内面のほかフランジ２も樹脂４で被覆されており、配管１，１の接合部に隙間腐食が発生することを更に確実に抑止している。

尚、本明細書において説明する配管１とは、単なる管状の配管１のことだけを意味するのではなく、管状のノズル１ｂを含めて配管１として説明する。例えば、図７の点線の○で囲んだＢの位置における配管１を構成するノズル１ｂに、単なる管状の通常の配管１を接合する場合、腐食を発生する可能性がより高いノズル１ｂの側のみを、内面が樹脂４で被覆されたライニング管１ａとしても良い。また、ノズル１ｂの先端部は、配管１の接合部となるため、他の部位より腐食が発生する可能性が高くなる。従って、そのノズル１ｂの先端部のみをＹＵＳ２７０（２０Ｃｒ−１８Ｎｉ−６Ｍｏ−０．２Ｎｉ）等のスーパーオーステナイトステンレス鋼で形成しておけば、より確実に腐食の発生を抑止することができる。尚、図４〜図６に示す図面では、ノズル１ｂと通常の配管１の接合部のフランジ２は、図面の大きさに比べ微細な部位であるためその図示を略しているが、図７〜図９に示すようにフランジ２は存在する。

環状のガスケット３は、図２および図３に示すように、断面Ｕ字形で、その開口部が内周側（中心側）を向いた圧縮弾性を有するＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）等のゴム製の肉厚が厚い環状本体３ａと、その環状本体の外周側に固着された、環状本体３ａより肉厚が薄い板状の補強外輪部３ｂとから構成されている。尚、補強外輪部３ｂは、配管１と同一の材質、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３１７Ｌ等の耐食性と十分な強度を兼ね備えたステンレス鋼等で形成されていることが好ましい。

このガスケット３が、内部に塩水が通る配管１，１の端部に形成されたフランジ２，２同士で挟み込まれるようにして、図１に示す左右の配管１，１は接合されるが、ガスケット３はフランジ２，２同士で挟み込まれるため、圧縮弾性を有するゴム製の肉厚が厚い環状本体３ａは、その両側のフランジ２，２で圧縮され密封作用（水密作用）を発現する。一方、補強外輪部３ｂもフランジ２同士で挟み込まれるため、二次的な密封作用を発現するが、環状本体３ａが押し潰されることを防止するという主としてガスケット３の補強の役割をなす。断面Ｕ字形の環状本体３ａは、その両側の外表面が両側のフランジ２に押圧されることにより密封作用を発現するが、配管１内を流れる塩水が、配管１の接合部である両側のフランジ２，２の間に流れ込もうとすると、その水圧で断面Ｕ字形の環状本体３ａの開口部が拡開して、その両側の外表面が両側のフランジ２に更に強固な力で圧接し、両側のフランジ２，２の間に塩水が流れ込むことを確実に阻止する。

図１に示すように、配管１の端部にはフランジ２が形成されている。図１に示す実施形態では、フランジ２は、配管１と同じ材質でなり、配管１の端部に溶接した管状で断面が略Ｌ字状の部材で形成されており、そのフランジ２の外周側には接合孔２ａが穿設されている。図１に示す左右の配管１，１は、フランジ２の接合孔２ａより内周側の対向する端面でガスケット３を挟み込んだ状態で、接合孔２ａにボルト（図示せず）を通して螺合することで接合される。

以上説明したように、配管１，１のフランジ２，２同士はガスケット３を挟み込んだ状態で接合されるため、配管１の内部に通る塩水が、ガスケット３によって配管１の接合部に入り込むことを阻止され、塩水がその接合部で滞留することで隙間腐食を発生するという現象が発生することを確実に抑止することができる。

本発明の配管の接合構造は、例えば、図４〜図６に示す海水淡水化装置の、内部に塩水が通る配管１，１の夫々の端部に形成されたフランジ２，２同士を、環状のガスケット３を介して突き合わせてボルト接合等で接合することで構成されるが、次に、本発明の配管の接合構造が適用される海水淡水化装置の全体構成を、図４〜図６に基づいて詳細に説明する。尚、以下の説明では海水淡水化装置の構成について説明するが、本発明は、海水淡水化装置のほか、塩水を配管内に通す発電所復水器等の他の塩水を配管内に通す装置にも適用できることは勿論である。

海水淡水化装置は、中空糸型、スパイラル型等の逆浸透膜（ＲＯ）モジュール５により海水を淡水化する装置であって、略面対称になった左右二体のユニットから構成されている。また、逆浸透膜モジュール５は、一つの海水淡水化装置の中に数十本単位で数多く設けられている。海水淡水化装置は、この逆浸透膜モジュール５と、高圧ＲＯ供給水ヘッダ管６、高圧ＲＯ透過水ヘッダ管７、高圧ＲＯ濃縮水ヘッダ管８、高圧ＲＯ供給水マニホルド管９、高圧ＲＯ透過水マニホルド管１０、高圧ＲＯ濃縮水マニホルド管１１等の配管１を組み立てて構成されている。

海水淡水化装置の正面側には、左右一対の高圧ＲＯ供給水ヘッダ管６，６と左右一対の高圧ＲＯ透過水ヘッダ管７，７が夫々左右に、例えば１０ｍ以上の間隔を隔てて垂直に立設しており、また、その背面側には、左右一対の高圧ＲＯ透過水ヘッダ管７，７と左右一対の高圧ＲＯ濃縮水ヘッダ管８，８が夫々左右に、例えば１０ｍ以上の間隔を隔てて垂直に立設している。一本の高圧ＲＯ供給水ヘッダ管６と、二本の高圧ＲＯ透過水ヘッダ管７，７、および一本の高圧ＲＯ濃縮水ヘッダ管８は略直線状に並び、正面側から見るとこれらの配管１は重なり合うため、これら配管１の中で最も正面側に配置された最も大径の高圧ＲＯ供給水ヘッダ管６しか確認することができない。

海水淡水化装置の正面側の左右の高圧ＲＯ供給水ヘッダ管６，６の間には、上下に間隔を開けて水平に設けられた複数本（本実施形態では四本）の高圧ＲＯ供給水マニホルド管９，９…が架設されるようにして設けられている。また、海水淡水化装置の正面側、背面側ともに左右の高圧ＲＯ透過水ヘッダ管７，７の間には、正面側、背面側ともに、上下に間隔を開けて水平に設けられた複数本（本実施形態では三本）の高圧ＲＯ透過水マニホルド管１０，１０…が架設されるようにして設けられている。更には、海水淡水化装置の背面側の左右の高圧ＲＯ濃縮水ヘッダ管８，８の間には、上下に間隔を開けて水平に設けられた複数本（本実施形態では六本）の高圧ＲＯ濃縮水マニホルド管１１，１１…が架設されるようにして設けられている。

これら一直線状に並んだ、高圧ＲＯ供給水マニホルド管９，９、高圧ＲＯ透過水マニホルド管１０，１０、および高圧ＲＯ濃縮水マニホルド管１１，１１は、夫々５ｍ以上で、その総延長は１０ｍ以上と長尺であり、片持ちでの支持では安定しないため、左右二体のユニットの一直線状に並んだ配管１，１（各マニホルド管）は接合されている。これら高圧ＲＯ供給水マニホルド管９と高圧ＲＯ濃縮水マニホルド管１１の中には、海水やその濃縮水等の塩水が通るので、その接合部には本発明の配管の接合構造が適用される。

また、高圧ＲＯ供給水ヘッダ管６と高圧ＲＯ供給水マニホルド管９の接合部、高圧ＲＯ濃縮水ヘッダ管８と高圧ＲＯ濃縮水マニホルド管１１の接合部にも、内部に海水やその濃縮水等の塩水が通るので、本発明の配管の接合構造が適用される。

また、図７〜図９に示すように、逆浸透膜モジュール５には、供給水（海水）が供給される一本のノズル１ｂ、濃縮水（非透過水）が排水される一本のノズル１ｂ、透過水が排水される二本のノズル１ｂが夫々設けられており、これらのノズル１ｂが、高圧ＲＯ供給水マニホルド管９、高圧ＲＯ透過水マニホルド管１０、および高圧ＲＯ濃縮水マニホルド管１１に夫々小径の配管１を介して接合されて連通している。高圧ＲＯ供給水マニホルド管９と高圧ＲＯ濃縮水マニホルド管１１の中には、海水やその濃縮水等の塩水が通るので、その接合部にも本発明の配管の接合構造が適用される。

次に、以上説明した海水淡水化装置を用いて海水を淡水化する方法について説明する。

図４に示すように、海域から海水を取水し、ＭＦ膜ろ過装置等のろ過装置（図示せず）にて懸濁物質を除去した後、高圧ポンプ１２により供給水配管１３を介して高圧ＲＯ供給水ヘッダ管６に供給された海水は、分岐した複数本の高圧ＲＯ供給水マニホルド管９の中に入り、高圧ＲＯ供給水マニホルド管９から小径の配管１を通って逆浸透膜モジュール５の中に供給される。その供給された海水は、逆浸透膜モジュール５で逆浸透膜（分離膜）により塩分が除去された透過水と塩分を含む濃縮水に分離される。淡水化された透過水は透過水用のノズル１ｂから高圧ＲＯ透過水マニホルド管１０に流入し、更に、高圧ＲＯ透過水マニホルド管１０から高圧ＲＯ透過水ヘッダ管７へ達し、その高圧ＲＯ透過水ヘッダ管７から取り出された透過水は、飲料水等の用途に適宜利用される。一方、塩分を多く含んだ濃縮水は濃縮水用のノズル１ｂから高圧ＲＯ濃縮水マニホルド管１１に流入し、高圧ＲＯ濃縮水マニホルド管１１から高圧ＲＯ濃縮水ヘッダ管８へ達し、図５に示すように、高圧ＲＯ濃縮水ヘッダ管８から濃縮水配管１４を通り、排水或いは再利用される。

１…配管
１ａ…ライニング管
１ｂ…ノズル
２…フランジ
２ａ…接合孔
３…ガスケット
３ａ…環状本体
３ｂ…補強外輪部
４…樹脂
５…逆浸透膜モジュール
６…高圧ＲＯ供給水ヘッダ管
７…高圧ＲＯ透過水ヘッダ管
８…高圧ＲＯ濃縮水ヘッダ管
９…高圧ＲＯ供給水マニホルド管
１０…高圧ＲＯ透過水マニホルド管
１１…高圧ＲＯ濃縮水マニホルド管
１２…高圧ポンプ
１３…供給水配管
１４…濃縮水配管

Claims (4)

1. 内部に塩水が通る配管の端部に形成されたフランジ同士を、環状のガスケットを介して突き合わせて接合してなる配管の接合構造であって、
   接合される前記配管のうち少なくとも一方の配管が、少なくともその内面及びフランジ面が樹脂で被覆されたライニング管であると共に、
   前記ガスケットは、断面Ｕ字形でその開口部が内周側を向いた圧縮弾性を有するゴム製の環状本体と、その環状本体の外周側に固着された、前記環状本体より肉厚が薄い板状の補強外輪部とから構成されていることを特徴とする配管の接合構造。
2. 前記ガスケットの補強外輪部は、耐食性を有するステンレス鋼で形成されていることを特徴とする請求項１記載の配管の接合構造。
3. 前記配管は、海水淡水化装置の供給水或いは濃縮水が通る部位を構成する配管であることを特徴とする請求項１または２記載の配管の接合構造。
4. 逆浸透膜モジュールを用いた海水淡水化装置であって、請求項１乃至３のいずれかに記載の配管の接合構造を有することを特徴とする海水淡水化装置。

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