JP2018197508A - ダイヤフラムポンプの運転方法および運転システム - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヤフラムの破損の予兆を検知できるダイヤフラムポンプの運転方法を提供する。【解決手段】ダイヤフラムポンプは、スラリーが吸引、送出される吸送室と、作動油が充填された油圧室と、吸送室と油圧室とを分離するダイヤフラムと、その往復動により油圧室内の油圧を昇降させダイヤフラムを往復動させるピストンと、吸送室の吸込側に接続された吸込側逆止弁と、吸送室の吐出側に接続された吐出側逆止弁とを備える。油圧室内の油圧が上昇する工程において、油圧の上昇が一時的に遅れる場合に、ダイヤフラムの破損の予兆があると判断する。油圧室内の油圧波形に基づいてダイヤフラムの破損の予兆を検知できる。【選択図】図１

Description

本発明は、ダイヤフラムポンプの運転方法および運転システムに関する。さらに詳しくは、スラリーを移送するのに用いられる油圧式ダイヤフラムポンプの運転方法および運転システムに関する。

ダイヤフラムポンプはダイヤフラムの往復動により吸送室の容積を周期的に変化させることで流体を移送するポンプである。吸送室の容積の増減量は常に一定であるので、流体の定量的な移送が可能である。そのため、ダイヤフラムポンプは流体の定量的な移送が要求される分野で用いられている。このような分野として、例えば連続的に化学反応処理を行なう化学工業分野、定量的な薬液注入が要求される水処理分野が挙げられる。

ケーシングの中で回転するインペラを有する渦巻きポンプに比べて、ダイヤフラムポンプは逆流が発生し難い構造である。そのため、ダイヤフラムポンプは自吸能力が高く、また吐出圧力が高い。このような特性から、ダイヤフラムポンプは粘度の高い液体や固形分濃度の高いスラリーを移送するのにも用いられる。

ダイヤフラムは樹脂製の膜であるため比較的破損しやすい。ダイヤフラムに孔が開いたり亀裂が入ったりすると、移送対象の流体が油圧室に入り込んでしまう。この状態のまま運転し続けると、ダイヤフラムポンプの内部構造が損傷する。特に、移送対象の流体が腐食性、摩耗性を有する場合には内部構造が損傷しやすい。

特許文献１には、ダイヤフラムが破損していることを検出する破損検出装置が開示されている。この破損検出装置はダイヤフラムが破損して初めてそれを検知できるものである。したがって、ダイヤフラムの破損を未然に防ぐことはできない。

特開２０１５−４０５１７号公報

本発明は上記事情に鑑み、ダイヤフラムの破損の予兆を検知できるダイヤフラムポンプの運転方法および運転システムを提供することを目的とする。
また、ダイヤフラムの破損の原因を解消できるダイヤフラムポンプの運転方法および運転システムを提供することを目的とする。

第１発明のダイヤフラムポンプの運転方法は、スラリーを移送するダイヤフラムポンプの運転方法であって、前記ダイヤフラムポンプは、前記スラリーが吸引、送出される吸送室と、作動油が充填された油圧室と、前記吸送室と前記油圧室とを分離するダイヤフラムと、その往復動により前記油圧室内の油圧を昇降させ、前記ダイヤフラムを往復動させるピストンと、前記吸送室の吸込側に接続された吸込側逆止弁と、前記吸送室の吐出側に接続された吐出側逆止弁と、を備え、前記油圧室内の油圧が上昇する工程において、油圧の上昇が一時的に遅れる場合に、前記ダイヤフラムの破損の予兆があると判断することを特徴とする。
第２発明のダイヤフラムポンプの運転方法は、第１発明において、前記ダイヤフラムの破損の予兆があると判断した場合に、前記吸込側逆止弁を水洗することを特徴とする。
第３発明のダイヤフラムポンプの運転方法は、第２発明において、前記ダイヤフラムポンプの吸込側から洗浄水を流して、前記吸込側逆止弁を水洗することを特徴とする。
第４発明のダイヤフラムポンプの運転方法は、第１、第２または第３発明において、前記ダイヤフラムポンプは同期して動作する複数の単位ポンプを備え、前記複数の単位ポンプのそれぞれは、前記吸送室と、前記油圧室と、前記ダイヤフラムと、前記ピストンと、前記吸込側逆止弁と、前記吐出側逆止弁とを備え、前記複数の単位ポンプのいずれかにおいて、前記油圧室内の油圧が上昇する工程において、油圧の上昇が一時的に遅れる場合に、前記ダイヤフラムの破損の予兆があると判断することを特徴とする。
第５発明のダイヤフラムポンプの運転方法は、第１発明において、前記ダイヤフラムの破損の予兆が現れる周期から水洗周期を定め、前記水洗周期ごとに前記吸込側逆止弁を水洗することを特徴とする。
第６発明のダイヤフラムポンプの運転方法は、第１、第２、第３、第４または第５発明において、前記ダイヤフラムポンプによりニッケルおよびコバルトを含む混合硫化物を含む前記スラリーをオートクレーブに移送することを特徴とする。
第７発明のダイヤフラムポンプの運転システムは、スラリーを移送するダイヤフラムポンプと、制御装置と、を備え、前記ダイヤフラムポンプは、前記スラリーが吸引、送出される吸送室と、作動油が充填された油圧室と、前記吸送室と前記油圧室とを分離するダイヤフラムと、その往復動により前記油圧室内の油圧を昇降させ、前記ダイヤフラムを往復動させるピストンと、前記吸送室の吸込側に接続された吸込側逆止弁と、前記吸送室の吐出側に接続された吐出側逆止弁と、前記油圧室内の油圧を測定する油圧計と、を備え、前記制御装置は前記油圧計の測定値が入力されており、前記制御装置は、前記油圧室内の油圧が上昇する工程において、油圧の上昇が一時的に遅れる場合に、前記ダイヤフラムの破損の予兆と判断することを特徴とする。
第８発明のダイヤフラムポンプの運転システムは、第７発明において、前記ダイヤフラムポンプの吸込側に接続され、洗浄水を供給する洗浄水配管と、前記洗浄水配管に設けられた自動開閉弁と、を備え、前記制御装置は、前記ダイヤフラムの破損の予兆があると判断した場合に、前記自動開閉弁を開き、前記吸込側逆止弁を水洗することを特徴とする。
第９発明のダイヤフラムポンプの運転システムは、第７または第８発明において、前記ダイヤフラムポンプは同期して動作する複数の単位ポンプを備え、前記複数の単位ポンプのそれぞれは、前記吸送室と、前記油圧室と、前記ダイヤフラムと、前記ピストンと、前記吸込側逆止弁と、前記吐出側逆止弁と、前記油圧計とを備え、前記制御装置は、前記複数の単位ポンプのいずれかにおいて、前記油圧室内の油圧が上昇する工程において、油圧の上昇が一時的に遅れる場合に、前記ダイヤフラムの破損の予兆があると判断することを特徴とする。
第１０発明のダイヤフラムポンプの運転システムは、第７発明において、前記制御装置は、前記ダイヤフラムの破損の予兆が現れる周期から定められた水洗周期ごとに前記吸込側逆止弁を水洗する操作を行なうことを特徴とする。
第１１発明のダイヤフラムポンプの運転システムは、第７、第８、第９または第１０発明において、前記スラリーはニッケルおよびコバルトを含む混合硫化物を含み、前記ダイヤフラムポンプの吐出側は配管を介してオートクレーブに接続されていることを特徴とする。

第１発明によれば、油圧室内の油圧波形に基づいてダイヤフラムの破損の予兆を検知できる。
第２発明によれば、吸込側逆止弁を水洗することでダイヤフラムの破損の原因を解消できる。
第３発明によれば、ダイヤフラムポンプの吸込側から洗浄水を流すだけであるので、吸込側逆止弁の水洗が容易である。
第４発明によれば、多連式のダイヤフラムポンプであってもダイヤフラムの破損の予兆を検知できる。
第５発明によれば、予め定められた水洗周期ごとに吸込側逆止弁を水洗することで、ダイヤフラムの破損を予防できる。
第６発明によれば、ダイヤフラムの破損の予兆を検知し、その原因を解消することで、ダイヤフラムポンプの故障を防止できる。その結果、ダイヤフラムポンプが用いられるプロセスの停止時間を短縮でき、また、ダイヤフラムポンプのメンテナンス費用を低減できる。
第７発明によれば、油圧室内の油圧波形に基づいてダイヤフラムの破損の予兆を検知できる。
第８発明によれば、吸込側逆止弁を水洗することでダイヤフラムの破損の原因を解消できる。
第９発明によれば、多連式のダイヤフラムポンプであってもダイヤフラムの破損の予兆を検知できる。
第１０発明によれば、予め定められた水洗周期ごとに吸込側逆止弁を水洗することで、ダイヤフラムの破損を予防できる。
第１１発明によれば、ダイヤフラムの破損の予兆を検知し、その原因を解消することで、ダイヤフラムポンプの故障を防止できる。その結果、ダイヤフラムポンプが用いられるプロセスの停止時間を短縮でき、また、ダイヤフラムポンプのメンテナンス費用を低減できる。

本発明の第１実施形態におけるダイヤフラムポンプの縦断面図である。 同ダイヤフラムポンプに用いられる逆止弁の縦断面図である。 ダイヤフラムポンプの動作を示す模式図である。（Ａ）図はダイヤフラムが往動終端位置に達したときの模式図である。（Ｂ）図はダイヤフラムが復動初期位置に達したときの模式図である。（Ｃ）図はダイヤフラムが復動終端位置に達したときの模式図である。（Ｄ）図はダイヤフラムが往動初期位置に達したときの模式図である。 正常時の油圧室内の油圧波形を示すグラフである。 （Ａ）図は異常時の油圧室内の油圧波形の一周期分を示すグラフである。（Ｂ）図は（Ａ）図のグラフにおける領域Ｒを拡大したグラフである。 異常時の油圧室内の油圧波形を示すグラフである。 本発明の第１実施形態における運転システムの説明図である。 本発明の第２実施形態における運転システムの説明図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係るダイヤフラムポンプの運転方法は、固体粒子を含むスラリーを移送するダイヤフラムポンプであれば、ダイヤフラムポンプの用途は特に限定されず適用できる。以下では、硫酸ニッケルを製造するプロセスにおいて、ニッケル・コバルト混合硫化物を含むスラリーをオートクレーブに移送するのに用いられるダイヤフラムポンプを例に説明する。

（硫酸ニッケル製造プロセス）
硫酸ニッケルの原料としてニッケルおよびコバルトを含む混合硫化物（ＭＳ：Mixed Sulfide）が用いられる。ニッケル・コバルト混合硫化物は低ニッケル品位のニッケル酸化鉱石を加圧酸浸出（ＨＰＡＬ：High Pressure Acid Leaching）し、加圧酸浸出液から鉄などの不純物を除去した後、ニッケルイオンおよびコバルトイオンを含む浸出液に硫化水素ガスを吹き込む湿式硫化反応などによって得られたものである。ニッケル・コバルト混合硫化物の主成分はＮｉＳ等の硫化物である。

レパルプ工程において、ニッケル・コバルト混合硫化物は水などによりレパルプされスラリーとなる。レパルプ工程では、固体粉末状のニッケル・コバルト混合硫化物をレパルプ槽に投入し、水とともに混合、撹拌してスラリーを製造する。

スラリーはオートクレーブに装入され加圧浸出に供される。図７に示すように、レパルプ工程で製造されたスラリーは始液槽１０１に一時的に貯留される。始液槽１０１は上流側配管１０２、ダイヤフラムポンプ１、および下流側配管１０３を介してオートクレーブ１０４に接続されている。ダイヤフラムポンプ１の吸込側は上流側配管１０２を介して始液槽１０１に接続されており、ダイヤフラムポンプ１の吐出側は下流側配管１０３を介してオートクレーブ１０４に接続されている。ダイヤフラムポンプ１の駆動により、始液槽１０１内のスラリーがオートクレーブ１０４に移送される。

加圧浸出工程では、オートクレーブ１０４によって混合硫化物に含まれるニッケルおよびコバルトが高圧空気により浸出される。例えば、オートクレーブ１０４に装入されるスラリーの固形分濃度は２００〜３００ｇ／Ｌ、流量は５０〜１００L／分である。オートクレーブ１０４内の温度は１５０〜２２０℃、圧力はゲージ圧で１．７〜２．３ＭＰａである。

オートクレーブ１０４からは硫酸ニッケルと硫酸コバルトとの混合水溶液である加圧浸出液が排出される。加圧浸出液は降圧、冷却された後に次工程に供給され、硫酸ニッケルの製造に用いられる。

（ダイヤフラムポンプ）
つぎに、ダイヤフラムポンプ１の構造を説明する。
なお、本実施形態のダイヤフラムポンプ１は作動油により駆動する油圧式ダイヤフラムポンプである。

図１に示すように、ダイヤフラムポンプ１はポンプ本体１０を備えている。ポンプ本体１０の前面（図１における左側）にはポンプカバー２０が締結されている。ポンプ本体１０とポンプカバー２０との間には円板形のダイヤフラム３０の外周縁部が締め込まれている。ダイヤフラム３０は柔軟性を有する膜であり、ポリテトラフルオロエチレン、ゴムなどの樹脂で形成されている。

ポンプ本体１０の内部には作動油が充填された油圧室１１が形成されている。油圧室１１はダイヤフラム作動室１１ａと、ピストン作動室１１ｂと、ダイヤフラム作動室１１ａとピストン作動室１１ｂとを接続する流路１１ｃとからなる。ポンプカバー２０の内部には移送対象の流体であるスラリーが吸引、送出される吸送室２１が形成されている。油圧室１１（ダイヤフラム作動室１１ａ）と吸送室２１とはダイヤフラム３０で分離されている。

ダイヤフラム３０はその中央部が一対のディスク３１、３２によって挟持されている。油圧室１１側のディスク３２にはガイドロッド３３が接続されている。ガイドロッド３３は軸孔３４に通されており、ダイヤフラム３０の表裏方向（図１における左右方向）に摺動可能となっている。

ガイドロッド３３には圧縮バネ３５が挿入されている。圧縮バネ３５の一端はガイドロッド３３の後端に形成されたフランジ３６に支持されており、他端はポンプ本体１０に形成されたショルダ３７に支持されている。圧縮バネ３５によりガイドロッド３３はディスク３１、３２を油圧室１１側に引き込む方向（図１における右方向）に付勢されている。これによりダイヤフラム３０は油圧室１１側に予負荷されている。

ポンプ本体１０の内部にはピストン４０が設けられている。ピストン４０は円柱形のピストンヘッド４１と、ピストンヘッド４１に接続されたピストンロッド４２とからなる。ピストンヘッド４１はピストン作動室１１ｂの側壁の一部を構成する円筒形のシリンダ部１２に挿入されており、シリンダ部１２の軸方向に沿って摺動可能となっている。ピストンヘッド４１の側面とシリンダ部１２の内壁とは液密にシールされている。

ピストン４０は図示しない駆動部の駆動により往復動する。例えば、駆動部は電動モータと、電動モータの駆動により回転するクランクシャフトと、クランクシャフトに接続されたコネクティングロッドとからなる。コネクティングロッドはピストンロッド４２に接続している。

ピストン４０が往復動することにより油圧室１１内の油圧が昇降する。より詳細には、ピストン４０が往動（図１における左側に移動）すると、ピストンヘッド４１が油圧室１１の内部に向かって移動し、油圧室１１内の油圧が上昇する。逆に、ピストン４０が復動（図１における右側に移動）すると、ピストンヘッド４１が油圧室１１の外部に向かって移動し、油圧室１１内の油圧が下降する。

油圧室１１内の油圧が昇降することにより、ダイヤフラム３０が往復動する。より詳細には、油圧室１１内の油圧が上昇すると、ダイヤフラム３０が往動（吸送室２１側に移動）する。逆に、油圧室１１内の油圧が下降すると、ダイヤフラム３０が復動（油圧室１１側に移動）する。このように、ピストン４０の往復動によりダイヤフラム３０が往復動する。

吸送室２１の吸込側は吸込流路２２を介して吸込側逆止弁２の二次側が接続されている。吸込側逆止弁２の一次側には吸引口を有する吸引口部材２３が接続されている。吸込側逆止弁２は吸引口から吸送室２１に向かう流体の流れを許容し、その逆の流れを防止する。

吸送室２１の吐出側は吐出流路２４を介して吐出側逆止弁３の一次側が接続されている。吐出側逆止弁３の二次側には吐出口を有する吐出口部材２５が接続されている。吐出側逆止弁３は吸送室２１から吐出口に向かう流体の流れを許容し、その逆の流れを防止する。

ダイヤフラム３０が復動すると吸送室２１の容積が増加し、吸引口から吸送室２１に移送対象の流体が吸引される。このとき、吸込側逆止弁２が開いて流体の流れを許容する。一方、吐出側逆止弁３は閉じている。なお、ダイヤフラム３０が復動し、移送対象の流体が吸送室２１に吸引される工程を吸引工程と称する。

ダイヤフラム３０が往動すると吸送室２１の容積が減少し、吸送室２１内の流体が吐出口から送出される。このとき、吐出側逆止弁３が開いて流体の流れを許容する。一方、吸込側逆止弁２は閉じている。なお、ダイヤフラム３０が往動し、移送対象の流体が吸送室２１から送出される工程を送出工程と称する。

このように、ダイヤフラム３０が往復動することにより吸送室２１の容積が増減し、これにより移送対象の流体が吸送室２１に吸引され、送出される。その結果、移送対象の流体がダイヤフラムポンプ１の吸引口（一次側）から吐出口（二次側）に向かって移送される。

ポンプ本体１０の内部には作動油を貯留する貯留室１３が形成されている。貯留室１３内の油圧は大気圧程度である。油圧室１１と貯留室１３とを接続する流路１４には圧力制御弁１５が設けられている。油圧室１１内の油圧が圧力制御弁１５の設定圧力より高くなると、圧力制御弁１５が開き油圧室１１内の余剰分の作動油が貯留室１３に逃げる。これにより、油圧室１１内に過大な油圧が発生することを抑制できる。

また、油圧室１１と貯留室１３とは図示しない別の流路で接続されており、その流路には図示しない補充弁が設けられている。油圧室１１内の油圧が補充弁の設定圧力（大気圧程度）より低くなると、補充弁が開き貯留室１３内の作動油が油圧室１１に補充される。これにより、油圧室１１内の作動油が漏れ損失により減少した場合に、不足分が補われる。

ポンプ本体１０には油圧室１１とポンプ本体１０の外部とを接続する細孔１６が形成されている。細孔１６のポンプ本体１０外部側の端部には油圧計１７が設けられている。油圧計１７により油圧室１１内の油圧を測定できる。

（逆止弁）
つぎに、吸込側逆止弁２および吐出側逆止弁３の構造を説明する。
なお、吸込側逆止弁２と吐出側逆止弁３とは同一構造であるので、吸込側逆止弁２を代表して説明する。また、以下では吸込側逆止弁２を単に逆止弁２と称する。

図２に示すように、逆止弁２はケーシング５０を備えている。ケーシング５０は内部に流体が流れるように円筒形に形成されている。ケーシング５０の内部には弁部６０が設けられている。弁部６０はケーシング５０の半径方向に張り出した円盤形の弁体６１と、弁体６１に設けられた弁棒６２とからなる。

ケーシング５０の内部には弁棒６２を摺動可能に支持する支持部材６３が設けられている。支持部材６３により弁部６０はその中心軸がケーシング５０の中心軸と一致するように支持されている。また、弁部６０はケーシング５０の中心軸に沿って摺動可能となっている。なお、支持部材６３はケーシング５０の内部における流体の流れを阻害しないように複数の孔を有している。

弁棒６２には圧縮バネ６４が挿入されている。圧縮バネ６４の一端は支持部材６３に支持されており、他端は弁棒６２の後端部に設けられたフランジ部６５に支持されている。圧縮バネ６４により弁部６０は一方向（図２における下方向）に付勢されている。

ケーシング５０の内壁の一部は半径方向内側に張り出している。この張り出し部分が弁体６１と当接する弁座５１である。圧縮バネ６４は弁体６１が弁座５１に当接するように弁部６０を付勢している。弁体６１が弁座５１に当接することでケーシング５０内の流路が閉じられる。

ケーシング５０の中心軸に沿って弁体６１および弁座５１が配置されている。弁座５１側（図２における下側）が逆止弁２の一次側である。弁体６１側（図２における上側）が逆止弁２の二次側である。逆止弁２は一次側から二次側に向かう流体の流れを許容し、その逆の流れを防止する。

以上に説明した逆止弁２はコーンバルブと称されるタイプのものである。ダイヤフラムポンプ１の吸込側逆止弁２および吐出側逆止弁３としてはコーンバルブのほか、ボール状の弁体を有するボール型の逆止弁を用いてもよい。

（多連式ダイヤフラムポンプ）
ところで、ダイヤフラムポンプ１はその構造上、流速が一定ではなく、脈動が発生する。また、吸送室２１の容積により一サイクル当たりに吐出される流体の量が制限される。しかも、ダイヤフラム３０の往復動の周期は機械的な上限がある。そのため、ダイヤフラムポンプ１は多量の流体の移送には不向きである。

脈動を緩和し、多量の流体の移送を可能にするために、複数の単位ポンプを連接した多連式ダイヤフラムポンプが考案されている。ここで、単位ポンプとはそれ単独でポンプとしての機能を有する構成を意味する。具体的には、単位ポンプは図１で示した構成であり、吸送室２１、油圧室１１、ダイヤフラム３０、ピストン４０、吸込側逆止弁２、吐出側逆止弁３、およびその他の部材を備える。

多連式ダイヤフラムポンプを構成する複数の単位ポンプは同期して動作する。具体的には、各単位ポンプのピストン４０を往復動させる駆動部が共通化している。駆動部を構成する複数のコネクティングロッドのそれぞれに各単位ポンプのピストンロッド４２が接続されている。そして複数の単位ポンプはダイヤフラム３０の往復動の位相が所定量ずつずれた状態で駆動される。例えば、３連式のダイヤフラムポンプの場合、３つの単位ポンプは位相が１２０度ずつずれた状態で駆動される。

図７に示すように、多連式ダイヤフラムポンプ１の場合、各単位ポンプの吸引口を並列に接続する吸込配管１０５が設けられる。また、各単位ポンプの吐出口を並列に接続する吐出配管１０６が設けられる。上流側配管１０２から供給された流体は吸込配管１０５で分岐され各単位ポンプに供給される。各単位ポンプから吐出された流体は吐出配管１０６で合流して下流側配管１０３に供給される。

なお、本実施形態の運転方法は、単位ポンプを１つのみ有する単式のダイヤフラムポンプにも適用できるし、複数の単位ポンプを有する多連式のダイヤフラムポンプにも適用できる。

（ダイヤフラムポンプの動作）
つぎに、ダイヤフラムポンプ１の動作とともに、油圧室１１内の油圧波形を説明する。
図３にダイヤフラム３０の位置と吸込側逆止弁２および吐出側逆止弁３の開閉状態とを模式的に示す。また、図４に油圧室１１内の油圧波形のグラフを示す。なお、図４のグラフにおいて横軸は時間、縦軸は油圧室１１内の油圧である。

図３（Ａ）に示すように、ダイヤフラム３０が往動の最終端に達した位置を往動終端位置と称する。このとき吸込側逆止弁２および吐出側逆止弁３の両方が閉じている。ダイヤフラム３０が往動終端位置に達したときの油圧室１１内の油圧は図４のグラフ中の点Ａに相当する。

図３（Ｂ）に示すように、ダイヤフラム３０が復動し始めた位置を復動初期位置と称する。このとき吸込側逆止弁２が閉状態から開状態に切り替わる。吐出側逆止弁３は閉じたままである。ダイヤフラム３０が復動初期位置に達したときの油圧室１１内の油圧は図４のグラフ中の点Ｂに相当する。点Ａから点Ｂにかけて油圧室１１内の油圧は短時間で下降する。点Ａから点Ｂまでの工程を油圧下降工程と称する。

図３（Ｃ）に示すように、ダイヤフラム３０が復動の最終端に達した位置を復動終端位置と称する。このとき吸込側逆止弁２が開状態から閉状態に切り替わる。吐出側逆止弁３は閉じたままである。ダイヤフラム３０が復動終端位置に達したときの油圧室１１内の油圧は図４のグラフ中の点Ｃに相当する。点Ｂから点Ｃにかけて油圧室１１内の油圧は低いまま、徐々に下降する。点Ｂから点Ｃまでの工程が移送対象の流体が吸送室２１に吸引される吸引工程である。

図３（Ｄ）に示すように、ダイヤフラム３０が往動し始めた位置を往動初期位置と称する。このとき吐出側逆止弁３が閉状態から開状態に切り替わる。吸込側逆止弁２は閉じたままである。ダイヤフラム３０が往動初期位置に達したときの油圧室１１内の油圧は図４のグラフ中の点Ｄに相当する。点Ｃから点Ｄにかけて油圧室１１内の油圧は短時間で上昇する。点Ｃから点Ｄまでの工程を油圧上昇工程と称する。

ダイヤフラム３０は再び図３（Ａ）に示す往動終端位置に達する。図４に示すように、点Ｄから次の点Ａにかけて油圧室１１内の油圧は高いまま、正弦波に近い緩やかな波形を描きながら徐々に上昇する。点Ｄから次の点Ａまでの工程が移送対象の流体が吸送室２１から送出される送出工程である。

（油圧波形）
本願発明者は油圧室１１内の油圧波形を分析したところ、つぎの知見を得た。
正常時における油圧室１１内の油圧は図４に示すような波形をとる。特に、油圧上昇工程（点Ｃ→点Ｄ）では油圧室１１内の油圧はスムーズに上昇する。

図５（Ａ）に示すように、油圧上昇工程（点Ｃ→点Ｄ）の初期において、油圧の上昇が一時的に遅れる場合がある。図５（Ｂ）のグラフは図５（Ａ）のグラフの領域Ｒを拡大したものである。図５（Ｂ）のグラフは図５（Ａ）のグラフに比べて時間軸（横軸）のスケールを拡大している。図５（Ｂ）のグラフから分かるように、油圧の上昇にわずかな遅延期間ＤＰが発生する。このとき、図５（Ａ）に示すように、送出工程（点Ｄ→点Ａ）における油圧の波形は、波の周期が短くなるなど、正常時に比べて乱れる。

図６のグラフは、遅延期間ＤＰがさらに長くなった場合の油圧波形を示す。このとき、送出工程（点Ｄ→点Ａ）における油圧波形は、正常時に比べてさらに乱れる。しかも、送出工程の初期において、油圧が異常に高くなるピーク油圧が発生する。

ピーク油圧が発生するとダイヤフラム３０に想定よりも高い圧力負荷がかかる。そのため、ピーク油圧が継続して発生するとダイヤフラム３０が破損する可能性がある。

本願発明者は油圧上昇の遅延期間ＤＰおよびピーク油圧が発生する原因をつぎのように推測している。
スラリーをダイヤフラムポンプ１で移送する場合、ダイヤフラム３０が復動終端位置に達して吸込側逆止弁２が開状態から閉状態に切り替わる際に、スラリーに含まれる固体粒子が吸込側逆止弁２の弁座５１と弁体６１との間に噛み込まれることがある。

この場合、吸込側逆止弁２は不完全に閉じられた状態となる。この状態のままダイヤフラム３０が往動すると、吸送室２１内の流体が吸込側逆止弁２の弁座５１と弁体６１との間の隙間を通って逆流する。これにより、油圧室１１内の油圧が上昇せず、遅延期間ＤＰが発生する。

弁座５１と弁体６１との間に噛み込まれた固体粒子が、逆流した流体により流されたり、弁座５１と弁体６１との間に働く圧力により細かく砕かれたりすると、吸込側逆止弁２が完全に閉じられる。それ以降は油圧室１１内の油圧が上昇する。

正常時はダイヤフラム３０が復動終端位置に達したときに吸込側逆止弁２が完全に閉じる。すなわち、ピストン４０が復動側の下死点にあり運動エネルギーがほぼゼロのときに吸込側逆止弁２が閉じる。そのため、吸込側逆止弁２が閉じることによる油圧室１１内の油圧の急激な上昇は発生しない。

これに対して、弁座５１と弁体６１との間に固体粒子が噛み込まれた場合、ダイヤフラム３０が復動終端位置よりも往動したときに吸込側逆止弁２が完全に閉じる。すなわち、ピストン４０が往動しており運動エネルギーが増加した段階で吸込側逆止弁２が閉じる。そのため、吸込側逆止弁２が閉じることにより油圧室１１内の油圧が急激に上昇する。このように、吸込側逆止弁２に閉じ遅れが生じ、これが、送出工程において油圧の波形が乱れる原因となり、遅延期間ＤＰが長い場合にはピーク油圧の原因となる。

以上の知見を踏まえて、本願発明者は、油圧室１１内の油圧波形を分析し、油圧上昇工程において油圧の上昇が一時的に遅れる場合に、ダイヤフラム３０の破損の予兆があると判断することを見出した。

また、吸込側逆止弁２を水洗して、弁座５１と弁体６１との間に噛み噛み込まれた固体粒子を除去することで、ダイヤフラム３０の破損の原因を解消することを見出した。

（運転システム）
つぎに、ダイヤフラムポンプ１の運転システム１００を説明する。
図７に示すように、運転システム１００は制御装置１１０を備えている。制御装置１１０はプロセスコンピュータや汎用コンピュータなどで構成されている。制御装置１１０とダイヤフラムポンプ１の油圧計１７とは通信線で接続されている。制御装置１１０には油圧計１７の測定値が入力されている。なお、ダイヤフラムポンプ１が多連式の場合には、ダイヤフラムポンプ１を構成する全ての単位ポンプに設けられた油圧計１７の測定値が制御装置１１０に入力される。

制御装置１１０は入力された油圧計１７の測定値に基づき、油圧波形を示すグラフを作成し、モニタ１１１に表示する機能を有する。作業員はモニタ１１１を見ることで、ダイヤフラムポンプ１の油圧室１１内の油圧波形を確認できる。

また、運転システム１００は洗浄水が貯留された洗浄水槽１２０を備えている。洗浄水槽１２０は洗浄水配管１２１を介して上流側配管１０２に接続されている。すなわち、洗浄水配管１２１はダイヤフラムポンプ１の吸込側に接続されている。洗浄水配管１２１を介して洗浄水をダイヤフラムポンプ１に供給できる。

洗浄水配管１２１および上流側配管１０２には、それぞれ自動開閉弁１２３、１２４が設けられている。自動開閉弁１２３を閉じて自動開閉弁１２４を開くことにより、始液槽１０１内のスラリーをダイヤフラムポンプ１に導くことができる。自動開閉弁１２３を開いて自動開閉弁１２４を閉じることにより、洗浄水槽１２０内の洗浄水をダイヤフラムポンプ１に導くことができる。

自動開閉弁１２３、１２４は操作装置１２５に通信線で接続されている。作業員が操作装置１２５を操作することで、自動開閉弁１２３、１２４を個別に開閉できる。

なお、モニタ１１１および操作装置１２５は、ダイヤフラムポンプ１から離れた遠隔地に設置してもよい。作業員がモニタ１１１を確認しながら操作装置１２５を操作できるよう構成することが好ましい。

（運転方法）
つぎに、ダイヤフラムポンプ１の運転方法を説明する。
通常運転時は自動開閉弁１２３を閉じて自動開閉弁１２４を開いた状態とする。ダイヤフラムポンプ１を駆動してスラリーをオートクレーブ１０４に移送する。この間、ダイヤフラムポンプ１の油圧室１１内の油圧が油圧計１７で測定される。油圧室１１内の油圧波形を示すグラフがモニタ１１１に表示される。

作業員はモニタ１１１に表示されたグラフを確認する。図４に示すグラフのように、油圧上昇工程において油圧がスムーズに上昇している場合は正常と判断する。一方、図５または図６に示すグラフのように、油圧上昇工程において正常時に比べて油圧の上昇が一時的に遅れる場合、すなわち遅延期間ＤＰが見られる場合に、ダイヤフラム３０の破損の予兆があると判断する。

なお、ダイヤフラムポンプ１が多連式の場合には、ダイヤフラムポンプ１を構成する全ての単位ポンプのいずれかにおいて、油圧上昇工程における遅延期間ＤＰが見られる場合に、ダイヤフラム３０の破損の予兆があると判断する。

このように、油圧室１１内の油圧波形に基づいてダイヤフラム３０の破損の予兆を検知できる。すなわち、ダイヤフラム３０が破損する前の予兆の段階でそれを検知できる。また、全ての単位ポンプの油圧を確認することで、多連式のダイヤフラムポンプ１であってもダイヤフラム３０の破損の予兆を検知できる。

作業員はダイヤフラム３０の破損の予兆があると判断した場合に、吸込側逆止弁２を水洗する。具体的にはつぎの手順で吸込側逆止弁２を水洗する。
まず、ダイヤフラムポンプ１の駆動を停止する。つぎに、自動開閉弁１２４を閉じて自動開閉弁１２３を開く。つぎにダイヤフラムポンプ１の駆動を開始する。これにより、ダイヤフラムポンプ１に洗浄水が流れる。ダイヤフラムポンプ１の吸込側から洗浄水を流すことで、吸込側逆止弁２が水洗される。

吸込側逆止弁２を水洗することで、弁座５１と弁体６１との間に噛み込まれた固体粒子を除去できる。これにより、ダイヤフラム３０の破損の原因を解消できる。しかも、ダイヤフラムポンプ１の吸込側から洗浄水を流すだけであるので、吸込側逆止弁２の水洗が容易である。

なお、モニタ１１１に表示された油圧波形から、油圧上昇工程における遅延期間ＤＰがなくなったことが確認できれば、吸込側逆止弁２に噛み込まれた固体粒子が除去されたと判断できる。油圧波形から水洗の完了を判断できるので、水洗時間を必要最小限にでき、スラリー移送の停止時間を短くできる。

吸込側逆止弁２を水洗した後は、再び通常運転に戻す。
まず、ダイヤフラムポンプ１の駆動を停止する。つぎに、自動開閉弁１２３を閉じて自動開閉弁１２４を開く。つぎにダイヤフラムポンプ１の駆動を開始する。これにより、ダイヤフラムポンプ１でスラリーをオートクレーブ１０４に移送する。

以上のように、ダイヤフラム３０の破損の予兆を検知し、その原因を解消することで、ダイヤフラムポンプ１の故障を防止できる。その結果、ダイヤフラムポンプ１が用いられる硫酸ニッケル製造プロセスの停止時間を短縮できる。また、ダイヤフラム３０の交換頻度を低減できるのでダイヤフラムポンプ１のメンテナンス費用を低減できる。

油圧室１１内の油圧波形に基づいたダイヤフラム３０の破損の予兆の検知を繰り返し行なうと、ダイヤフラム３０の破損の予兆が一定の周期で現れることがある。この場合、ダイヤフラム３０の破損の予兆が現れる周期から水洗周期を定め、水洗周期ごとに吸込側逆止弁２を水洗してもよい。ここで、水洗周期はダイヤフラム３０の破損の予兆が現れる周期と同程度またはそれより短い周期に設定される。

予め定められた水洗周期ごとに吸込側逆止弁２を水洗することで、ダイヤフラム３０の破損を予防できる。

〔第２実施形態〕
つぎに、本発明の第２実施形態に係るダイヤフラムポンプの運転システム２００を説明する。
図８に示すように、本実施形態の運転システム２００は第１実施形態の運転システム１００において自動開閉弁１２３、１２４が制御装置１１０と通信線で接続されたものである。その余の構成は第１実施形態と同様であるので、同一部材に同一符号を付して説明を省略する。

第１実施形態ではダイヤフラム３０の破損の予兆の判断を作業員が行なうが、本実施形態では制御装置１１０がこの判断を行なう。すなわち、制御装置１１０は、ダイヤフラムポンプ１の油圧計１７から入力された測定値に基づいて、油圧上昇工程において油圧の上昇が一時的に遅れる場合に、ダイヤフラム３０の破損の予兆があると判断する。

なお、ダイヤフラムポンプ１が多連式の場合には、制御装置１１０は、ダイヤフラムポンプ１を構成する全ての単位ポンプのいずれかにおいて、油圧上昇工程において油圧の上昇が一時的に遅れる場合に、ダイヤフラム３０の破損の予兆があると判断する。

また、制御装置１１０は、ダイヤフラム３０の破損の予兆があると判断した場合に、自動開閉弁１２４を閉じて自動開閉弁１２３を開き、吸込側逆止弁２を水洗する。吸込側逆止弁２を水洗することで、弁座５１と弁体６１との間に噛み込まれた固体粒子を除去できる。これにより、ダイヤフラム３０の破損の原因を解消できる。

以上のように、ダイヤフラム３０の破損の予兆の判断を制御装置１１０が行なうことで、作業員を介することなく吸込側逆止弁２の水洗作業を行なうことができる。

なお、ダイヤフラム３０の破損の予兆が現れる周期から水洗周期を定め、制御装置１１０が水洗周期ごとに吸込側逆止弁２を水洗する操作を行なうよう構成してもよい。

つぎに、実施例を説明する。
（実施例１）
図７に示す設備を用いてスラリーの移送を行った。オートクレーブ１０４に装入されるスラリーの固形分濃度は２００〜３００ｇ／Ｌ、流量は５０〜１００L／分である。オートクレーブ１０４内の温度は１５０〜２２０℃、圧力はゲージ圧で１．７〜２．３ＭＰａである。

第１実施形態と同様の手順で、ダイヤフラム３０の破損の予兆があると判断した場合に、吸込側逆止弁２の水洗を行った。約１年間の操業期間中にダイヤフラム３０が破損して取り替えた回数は４回であった。

（比較例１）
実施例１と同様の条件でスラリーの移送を行った。ただし、ダイヤフラム３０の破損の予兆の判断、および吸込側逆止弁２の水洗は行わなかった。約１年間の操業期間中にダイヤフラム３０が破損して取り替えた回数は４５回であった。

以上より、ダイヤフラム３０の破損の予兆を検知し、そのタイミングで吸引側逆止弁２の水洗を行なうことにより、ダイヤフラム３０の破損が抑制されることが確認された。

１ ダイヤフラムポンプ
１０ ポンプ本体
１１ 油圧室
１３ 貯留室
１７ 油圧計
２０ ポンプカバー
２１ 吸送室
３０ ダイヤフラム
４０ ピストン
２ 吸込側逆止弁
３ 吐出側逆止弁
５０ ケーシング
５１ 弁座
６０ 弁部
６１ 弁体
１００ 運転システム
１１０ 制御装置
１１１ モニタ
１２０ 洗浄水槽
１２１ 洗浄水配管
１２３ 自動開閉弁
１２４ 自動開閉弁
１２５ 操作装置

Claims (11)

1. スラリーを移送するダイヤフラムポンプの運転方法であって、
   前記ダイヤフラムポンプは、
   前記スラリーが吸引、送出される吸送室と、
   作動油が充填された油圧室と、
   前記吸送室と前記油圧室とを分離するダイヤフラムと、
   その往復動により前記油圧室内の油圧を昇降させ、前記ダイヤフラムを往復動させるピストンと、
   前記吸送室の吸込側に接続された吸込側逆止弁と、
   前記吸送室の吐出側に接続された吐出側逆止弁と、を備え、
   前記油圧室内の油圧が上昇する工程において、油圧の上昇が一時的に遅れる場合に、前記ダイヤフラムの破損の予兆があると判断する
   ことを特徴とするダイヤフラムポンプの運転方法。
2. 前記ダイヤフラムの破損の予兆があると判断した場合に、前記吸込側逆止弁を水洗する
   ことを特徴とする請求項１記載のダイヤフラムポンプの運転方法。
3. 前記ダイヤフラムポンプの吸込側から洗浄水を流して、前記吸込側逆止弁を水洗する
   ことを特徴とする請求項２記載のダイヤフラムポンプの運転方法。
4. 前記ダイヤフラムポンプは同期して動作する複数の単位ポンプを備え、
   前記複数の単位ポンプのそれぞれは、前記吸送室と、前記油圧室と、前記ダイヤフラムと、前記ピストンと、前記吸込側逆止弁と、前記吐出側逆止弁とを備え、
   前記複数の単位ポンプのいずれかにおいて、前記油圧室内の油圧が上昇する工程において、油圧の上昇が一時的に遅れる場合に、前記ダイヤフラムの破損の予兆があると判断する
   ことを特徴とする請求項１、２または３記載のダイヤフラムポンプの運転方法。
5. 前記ダイヤフラムの破損の予兆が現れる周期から水洗周期を定め、
   前記水洗周期ごとに前記吸込側逆止弁を水洗する
   ことを特徴とする請求項１記載のダイヤフラムポンプの運転方法。
6. 前記ダイヤフラムポンプによりニッケルおよびコバルトを含む混合硫化物を含む前記スラリーをオートクレーブに移送する
   ことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載のダイヤフラムポンプの運転方法。
7. スラリーを移送するダイヤフラムポンプと、
   制御装置と、を備え、
   前記ダイヤフラムポンプは、
   前記スラリーが吸引、送出される吸送室と、
   作動油が充填された油圧室と、
   前記吸送室と前記油圧室とを分離するダイヤフラムと、
   その往復動により前記油圧室内の油圧を昇降させ、前記ダイヤフラムを往復動させるピストンと、
   前記吸送室の吸込側に接続された吸込側逆止弁と、
   前記吸送室の吐出側に接続された吐出側逆止弁と、
   前記油圧室内の油圧を測定する油圧計と、を備え、
   前記制御装置は前記油圧計の測定値が入力されており、
   前記制御装置は、前記油圧室内の油圧が上昇する工程において、油圧の上昇が一時的に遅れる場合に、前記ダイヤフラムの破損の予兆と判断する
   ことを特徴とするダイヤフラムポンプの運転システム。
8. 前記ダイヤフラムポンプの吸込側に接続され、洗浄水を供給する洗浄水配管と、
   前記洗浄水配管に設けられた自動開閉弁と、を備え、
   前記制御装置は、前記ダイヤフラムの破損の予兆があると判断した場合に、前記自動開閉弁を開き、前記吸込側逆止弁を水洗する
   ことを特徴とする請求項７記載のダイヤフラムポンプの運転システム。
9. 前記ダイヤフラムポンプは同期して動作する複数の単位ポンプを備え、
   前記複数の単位ポンプのそれぞれは、前記吸送室と、前記油圧室と、前記ダイヤフラムと、前記ピストンと、前記吸込側逆止弁と、前記吐出側逆止弁と、前記油圧計とを備え、
   前記制御装置は、前記複数の単位ポンプのいずれかにおいて、前記油圧室内の油圧が上昇する工程において、油圧の上昇が一時的に遅れる場合に、前記ダイヤフラムの破損の予兆があると判断する
   ことを特徴とする請求項７または８記載のダイヤフラムポンプの運転システム。
10. 前記制御装置は、前記ダイヤフラムの破損の予兆が現れる周期から定められた水洗周期ごとに前記吸込側逆止弁を水洗する操作を行なう
    ことを特徴とする請求項７記載のダイヤフラムポンプの運転システム。
11. 前記スラリーはニッケルおよびコバルトを含む混合硫化物を含み、
    前記ダイヤフラムポンプの吐出側は配管を介してオートクレーブに接続されている
    ことを特徴とする請求項７、８、９または１０記載のダイヤフラムポンプの運転システム。

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