JP2020067165A - 耐腐食耐摩耗構造のノズルを有する加圧反応装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 内部流体による腐食や摩耗が生じにくい耐腐食耐摩耗構造のノズルを有する加圧反応装置を提供する。【解決手段】 母材１０ａ及び合わせ材１０ｂのクラッド鋼１０で形成された圧力容器本体１の円形開口部１ａから露出する母材１０ａとノズル４とを溶接するノズル接合工程と、耐腐食性の環状の主プレート１３をノズル４の圧力容器側端面を覆うように設置し、その内側周縁部をノズル４に内嵌した耐腐食性スリーブ１１に全周溶接すると共に、その外側周縁部を合わせ材１０ｂに全周隅肉溶接する主プレート溶接工程と、主プレート１３を取り囲むように耐腐食性の環状の保護プレート１７を設置し、その外側周縁部を該合わせ材１０ｂに全周隅肉溶接すると共に、その内側周縁部と主プレート１３の外側周縁部との間を全周肉盛溶接する保護プレート溶接工程とを有する。【選択図】 図３
Description
本発明は、耐腐食耐摩耗構造のノズルを有するオートクレーブ装置などの加圧反応装置及びその製造方法に関する。
リモナイト鉱等に代表される低品位ニッケル酸化鉱石からニッケル、コバルト等の有価金属を回収する湿式製錬法として、高温高圧下で硫酸を用いて酸浸出処理を行う高圧酸浸出法（ＨＰＡＬ： Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ａｃｉｄ Ｌｅａｃｈｉｎｇ）が知られている。この高圧酸浸出法を用いた湿式製錬では、前処理工程において上記の低品位ニッケル酸化鉱石を解砕分級して鉱石スラリーを調製した後、高温加圧酸浸出工程において該鉱石スラリーを硫酸と共にオートクレーブ装置に装入し、高圧水蒸気によって調整した所定の高温高圧条件下で該鉱石スラリーを撹拌しながら酸浸出処理する。
上記のオートクレーブ装置に代表される加圧反応装置では、上記のように極めて苛酷な摩耗性・腐食性環境で処理が行われるので、その圧力容器本体を構成する部材には、温度条件や内部で取り扱う流体の組成や濃度等を考慮して耐腐食耐摩耗性の材質が選択される。例えば上記の低品位ニッケル酸化鉱石の高温加圧酸浸出工程では、３〜４.５ＭＰａＧ程度、２２０〜２８０℃程度の高温高圧条件下でｐＨ０.１〜１.０程度の強酸性の浸出スラリーを取り扱うため、オートクレーブ装置の接液部の材質にはチタン又はその合金やステンレス鋼などの耐腐食材を用いるのが好ましい。
しかしながら、上記耐腐食材でオートクレーブ装置の圧力容器本体全体を製作するとコスト高になるため、比較的安価な炭素鋼等の鋼板からなる母材の表面に、チタン鋼やステンレス鋼などの耐腐食性金属からなる合わせ材を内張りしたチタンクラッド鋼やステンレスクラッド鋼などのクラッド鋼が用いられている。このような異種金属からなる２層構造のクラッド鋼は、例えば炭素鋼などの板状の母材の片面側に板状のチタン材などの合わせ材を重ね合せ、曝着や圧延することによって製造することができる。
ところで、圧力容器本体の材質にクラッド鋼を用いる場合は、容器内面を隙間なく耐腐食性金属で覆うため、例えば円筒状に湾曲させたクラッド鋼の湾曲方向の端面同士を相互に溶接することが必要になる。この場合、互いに異材となる母材と合わせ材とが溶接されると、その接合部分で溶接割れ等の問題が生じ得る。この問題を回避するため、クラッド鋼の溶接には、種々の方法が提案されている。例えば、真空ろう付け法や金属間化合物を生成しないようにインサート材を挿入する拡散接合法が提案されている。しかしながら、これらの方法は、高価な真空装置や貴金属のインサート材を用いるためコスト高になる。また、適用可能な溶接部位の大きさに制約があり、オートクレーブ装置などの大型構造物に対して溶接を行うのは困難であった。
オートクレーブ装置等の大型構造物にも適用できるクラッド鋼の溶接法として、例えば特許文献１には、クラッド鋼の端部同士を相互に溶接する技術が開示されている。この特許文献１の溶接法は、クラッド鋼板同士の突き合わせ部分において、耐腐食性金属層からなる合わせ材を除去し（カットバックとも称する）、この除去により露出した母材端部に開先を設けて該母材端部同士を溶接し、この溶接部分を覆うべく該合わせ材と同種の耐腐食性金属製のスペーサを上記カットバックした部分に嵌め込んでその周縁部を溶接し、必要に応じて更に該スペーサの上を耐腐食性金属製の当て板で覆って溶接するものである。
上記の特許文献１の技術を採用することにより、圧力容器内面の全ての接液部を耐腐食性金属にすることができるので、該圧力容器内部で取り扱われる酸性の腐食性流体が炭素鋼からなる母材に接触するのを防ぐことができる。しかしながら、この特許文献１の溶接法では、スペーサとクラッド鋼の合わせ材との溶接部か、当て板とクラッド鋼の合わせ材との隅肉溶接部によって、炭素鋼からなる母材への内部流体の侵入を防ぐものであるため、この溶接部が磨耗や腐食により大きく減肉すると、該溶接部に貫通孔が生じて内部流体が該貫通孔を経て母材に接触するおそれがある。
前述したように、母材と合わせ材とからなるクラッド鋼は基本的には母材側で機械的強度を担保し、合わせ材側で内部流体による腐食に対する耐性を担保するものであるため、母材側に内部流体が浸入すると、該母材の材料である炭素鋼は腐食性の内部流体に対する耐腐食性を有さないので短期間に腐食が進行し、内部流体の容器外部への漏洩などの深刻な事態が発生するおそれがある。
また、クラッド鋼で形成されている圧力容器本体とノズルとの接合部は、直交する板材同士を溶接する必要があるため溶接部の構造が複雑になるうえ、該溶接部は一般的に角部や凸部に位置するので内部流体の流れの影響を受けやすく、その結果、磨耗による減肉が生じやすかった。加えて上記ノズルの接合部には加熱冷却による膨張収縮時に応力が集中しやすく、上記溶接部の減肉により強度が不足している部位に割れが発生することがあった。この場合も、上記した磨耗や腐食により生じる溶接部の貫通孔と同様に、内部流体が当該割れから浸入して炭素鋼を腐食させることになる。
本発明はクラッド鋼で形成された圧力容器が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、クラッド鋼で形成された圧力容器とノズルとの接合部において内部流体による腐食や摩耗が生じにくい耐腐食耐摩耗構造のノズルを有する加圧反応装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る加圧反応装置の製造方法は、母材及び耐腐食性の合わせ材からなるクラッド鋼で形成された圧力容器本体の円形開口部に、該母材と同種金属からなるノズルをその端面が該容器本体のクラッド鋼の内面に一致するように嵌装した後、該円形開口部から露出する母材と該ノズルとの互いに対向する部位に予め設けた開先部を溶接して該母材とノズルとを接合するノズル接合工程と、該合わせ材と同種金属からなり該ノズルの内径と同じ内径を有し且つ該ノズルの肉厚よりも大きな幅を有する環状の主プレートを該ノズルの圧力容器側端面を覆うように設置し、その内側周縁部を該ノズルに内嵌した耐腐食性スリーブの一端部に全周に亘って溶接すると共に、その外側周縁部を全周に亘って該合わせ材に隅肉溶接する主プレート溶接工程と、該主プレートを取り囲むように該合わせ材と同種金属からなる環状の保護プレートを設置し、その外側周縁部を全周に亘って該合わせ材に隅肉溶接すると共に、その内側周縁部と該主プレートの外側周縁部との間を全周に亘って肉盛溶接する保護プレート溶接工程とを有することを特徴としている。
また、本発明に係る加圧反応装置は、内部が隔壁で複数の区画室に区画されていると共に、各区画室に撹拌機が設けられた圧力容器からなる加圧反応装置であって、該圧力容器は母材と耐食金属製の合わせ材とからなるクラッド鋼で形成されており、その接液部に位置するノズルは、内側に該耐食金属製のスリーブが内嵌された炭素鋼からなり、該ノズルの内径と同じ内径を有し且つ該ノズルの肉厚よりも大きな幅を有する該耐食金属製の環状の主プレートが、該ノズルの該圧力容器側端面を覆うように、その内側周縁部及び外側周縁部においてそれぞれ該スリーブ及び該合わせ材に全周に亘って溶接されており、該主プレートを取り囲むように該耐食金属製の環状の保護プレートが設けられており、該保護プレートはその外側周縁部は全周に亘って該合わせ材に隅肉溶接されていると共に、その内側周縁部と該主プレートの外側周縁部との間は全周に亘って肉盛り溶接されていることを特徴としている。
本発明によれば、クラッド鋼で形成された加圧反応装置の接液部に設けたノズルの接続部、特に溶接部の耐腐食性及び耐摩耗性を向上させることができる。
以下、本発明の加圧反応装置及びその製造方法の実施形態について詳細に説明する。先ず、本発明の実施形態に係る加圧反応装置について説明を行う。この本発明の実施形態の加圧反応装置は、被処理液を受け入れて撹拌しながら加圧条件下で反応処理を行うものであり、該撹拌用の撹拌機やマンホールのほか、気体吹き込み用配管、被処理液等の装入用配管、処理済み液の抜き出し配管等の各種配管の接続用ノズルが設けられている。以下の説明では、この加圧反応装置の一具体例として、図１に示すような高圧の飽和蒸気を吹き込んで高温高圧雰囲気下で原料スラリーに含まれる鉱石の酸浸出処理を行う耐熱耐圧反応容器であるオートクレーブ装置をとり挙げて具体的に説明する。
この図１に示すオートクレーブ装置は、円筒状部材をその中心軸を水平方向に向けて両端部に略半球状の鏡板を取り付けた形状の圧力容器１からなる。この圧力容器１はクラッド鋼で形成されており、内部で取り扱う流体に対して耐腐食耐摩耗性を有している。この圧力容器の内側は、上記中心軸に垂直な隔壁２によって複数の区画室３ａ、３ｂ、３ｃに区画されている。なお、図１では２枚の隔壁２によって上記中心軸方向に並ぶ３つの区画室３ａ〜３ｃに区画された例が示されているが、隔壁２の枚数はこれに限定されるものではない。
ＨＰＡＬプロセスの場合は、これら複数の区画室のうち最も上流側に位置する紙面左端の第１の区画室３ａに、低品位ニッケル酸化鉱石に水を加えて所定のスラリー濃度に調整され、必要に応じて予備加熱及び予備加圧された原料スラリーが、硫酸等の酸と共に装入される。装入された原料スラリーは、図示しない撹拌機によって撹拌され、更に高圧水蒸気が吹き込まれて高温高圧の条件下での酸浸出処理が施される。
この第１の区画室３ａで酸浸出処理された原料スラリーは、隔壁２の上端部をオーバーフローして隣接する下流側の第２の区画室３ｂに移送され、ここで同様に酸浸出処理が施される。以降、同様に隣接する下流側の区画室への移送及び酸浸出処理が順次行われ、最終的に最下流側に位置する紙面右端の区画室（図１では第３の区画室３ｃに該当する）において酸浸出処理された後、上方から垂下する図示しない抜出管により浸出液と浸出残渣とからなる処理後スラリーとして抜き出される。このようにして原料スラリー中の固形物に含まれる有価金属が段階的に高温加圧浸出される。なお、上記の原料スラリーとして低品位ニッケル酸化鉱石のスラリーを用いる場合は、上記有価金属としてニッケル及びコバルトが浸出される。
上記酸浸出処理時の温度条件としては２２０〜２８０℃程度が好ましく、２４０〜２７０℃程度がより好ましい。上記の温度範囲内で酸浸出処理を行うことにより、低品位ニッケル酸化鉱石に含まれる鉄をヘマタイトとして効率的に固定化することができる。また、上記酸浸出処理時の圧力条件としては、例えば３〜６ＭＰａＧ程度が好ましい。上記の酸浸出処理時の温度や圧力は、例えばオートクレーブ装置に吹き込む高圧水蒸気により制御することができる。
上記の温度が２２０℃未満では、上記酸浸出処理時に生ずる高温熱加水分解反応の速度が遅くなるため、酸浸出処理後の浸出液中に鉄が溶存状態で多量に残存し、この鉄の除去のための後工程の中和工程における負荷が高まるので、ニッケルとの分離が困難になる。逆にこの温度が２８０℃を超えると、上記の高温熱加水分解反応自体は促進されるものの、圧力容器１内の腐食環境がより厳しくなるので耐腐食のための機器コストが高くなるうえ、昇温のための高圧水蒸気のコストも高くなるため好ましくない。
上記酸浸出処理時に添加する硫酸は、例えば、濃度９８質量％の硫酸を乾燥鉱石１トン当たり２００〜２５０ｋｇ程度添加するのが好ましい。この添加量が乾燥鉱石１トン当たり２５０ｋｇを超えても効果が向上することはほとんどなく、かえって硫酸の消費コストが上昇するので好ましくない、また、余剰の硫酸が増大するので後工程の中和工程における中和剤使用量が多くなるので好ましくない。この硫酸の添加により、浸出液のｐＨを０.１〜１.０程度に調整するのが好ましく、これにより生成したヘマタイトを含む浸出残渣を、後段のろ過工程において分離除去するためのろ過性が向上する。
上記のように、ＨＰＡＬプロセスでは、酸性度が高く且つ高温高圧の条件下で原料スラリーを撹拌しながら酸浸出処理するため、オートクレーブ装置の圧力容器本体の材質は、例えば炭素鋼からなる母材の表面に合わせ材としてチタン材を重ね合せて圧延することで作製されるチタンクラッド鋼で形成されるのが好ましい。このようなチタンクラッド鋼としては、例えばチタン材の厚み９.５ｍｍ、炭素鋼の厚み１２６ｍｍのものを好適に用いることができる。このチタンクラッド鋼の母材としては、例えばＡＳＴＭ規格のＡＳＴＭ Ａ５１６Ｍ−Ｇｒ４８５（ＪＩＳ規格：ＳＧＶ４８０）等の炭素鋼を好適に用いることができる。一方、上記チタンクラッド鋼の合わせ材であるチタン材としては、鉄等の不純物が０.３５質量％以下の純チタンを用いてもよいし、チタンと他の金属との合金を用いてもよいが、ＡＳＴＭ規格のＡＳＴＭ ＳＢ−２６５ Ｇｒ１７（ＪＩＳ規格：ＴＰ−２４０ＰｄＨ）が好ましい。
次に、上記のチタンクラッド鋼からなる圧力容器本体の接液部に設けられている炭素鋼で本体が形成された耐腐食耐摩耗構造のノズル及びその溶接による取り付け方法について説明する。なお、本発明においては、「ノズル」とは、流体の供給や抜き出し用のノズル、サンプリング用ノズル、センサー取付用ノズル等の一般的なノズルのほか、作業員の出入り用の内径６００ｍｍ以上のマンホールや内径１００〜２００ｍｍ程度のハンドホールも含むものとする。
上記の圧力容器本体の各種のノズルのうち、オートクレーブの液面レベル（この高さは上記隔壁２の高さとほぼ一致する）よりも下方の接液部に位置するノズルは、図２に示すような構造を有している。すなわち、この図２に示すノズルは、内側に好適には上記合わせ材と同種の耐食金属製のスリーブ１１が内嵌された炭素鋼からなる円筒状部材１２からなる。この円筒状部材１２は、その端面が圧力容器本体１のクラッド鋼１０の内面に一致するように、該圧力容器本体１の円形開口部１ａに嵌装されており、該円形開口部１ａから露出する母材１０ａと該円筒状部材１２との互いに対向する部位が全周に亘って溶接により接合されている。円筒状部材１２は、この溶接により圧力容器本体１に接合されている側とは反対側の端部がフランジ構造１２ａになっている。
この円筒状部材１２の圧力容器本体１側の端面と、該円筒状部材１２と該圧力容器本体１の母材１０ａとの溶接部とを覆ってこれら部位を圧力容器本体１内の内部流体から隔離するため、耐食金属製の好適には上記合わせ材と同種金属の環状の主プレート１３が設けられている。図３を参照しながら具体的に説明すると、この主プレート１３は、その内径が円筒状部材１２の内径と同じであり、その幅が該円筒状部材１２の肉厚よりも大きな環状の板材で形成されており、よって該主プレート１３の外周部は、圧力容器本体１を構成するクラッド鋼１０の合わせ材１０ｂに重複している。
そして、該主プレート１３の内側周縁部が上記スリーブ１１の圧力容器本体側の端部に全周に亘って溶接されており、外側周縁部が上記合わせ材１０ｂに全周に亘って隅肉溶接されている。なお、圧力容器本体１の母材１０ａと該円筒状部材１２との溶接部のうち、圧力容器本体１の内側の溶接部１４を覆うように、環状のスペーサ１５を該開口部１ａの内側に嵌装してもよい。この環状のスペーサ１５の肉厚は、好適には該合わせ材１０ｂの肉厚と同じかわずかに薄いのが好ましい。環状のスペーサ１５の材質には特に限定はないが、伝熱性を高めるため銅で形成するのが好ましい。
上記主プレート１３において圧力容器本体１の内側に対向する面に、更に該主プレート１３の内径と同じ内径を有し、主プレート１３よりは幅の狭い補助プレート１６を設け、その内側周縁部及び外側周縁部をそれぞれ全周に亘って上記スリーブ１１の圧力容器本体側端部及び主プレート１３に溶接してもよい。これにより、主プレート１３とスリーブ１１との互いの溶接部の割れや摩耗等により圧力容器本体１内の内部流体が炭素鋼製の母材１０ａや円筒状部材１２側に侵入して腐食させる問題をより確実に防ぐことができる。
本発明の実施形態においては、上記の主プレート１３を取り囲むように、耐食金属製の好適には上記合わせ材１０ｂと同種金属の環状の保護プレート１７が該合わせ材１０ｂに当接するようにして設けられている。この保護プレート１７は、その外側周縁部が全周に亘って該合わせ材１０ｂに隅肉溶接されており、その内側周縁部と上記主プレート１３の外側周縁部との間が全周に亘って肉盛り溶接されている。これにより、圧力容器本体１を構成するクラッド鋼１０の合わせ材１０ｂと主プレート１３との互いの溶接部の割れや摩耗等により、該圧力容器本体１内の内部流体が炭素鋼製の母材１０ａや円筒状部材１２側に侵入して腐食させる問題をより確実に防ぐことができる。
上記の保護プレート１７は、その幅が５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。この幅が５０ｍｍ未満では、上記主プレート１３の外側周縁部の隅肉溶接が熱影響を受けるので好ましくない。逆に、この保護プレート１７の幅が１００ｍｍより広いと、施工性が悪くなるうえ、昇温時の熱応力が大きくなりすぎるおそれがあるので好ましくない。なお、ノズルのサイズが呼び径１５０Ａ（６インチ径）程度を超える場合は、上記主プレート１３、補助プレート１６、及び保護プレート１７の形状を圧力容器本体１の内側の円筒形状に合わせて全体的に湾曲した形状にするのが好ましい。
次に、上記した構造のノズルの取り付け方法について説明する。このノズル取り付け方法は、圧力容器本体１の円形開口部１ａにノズル４を嵌装してその円筒状部材１２を圧力容器本体１に溶接するノズル接合工程と、該ノズル４の圧力容器側端面を覆うように環状の主プレート１３を設置して溶接する主プレート溶接工程と、該主プレート１３を取り囲むように環状の保護プレート１７を設置して溶接する保護プレート溶接工程とからなる。
具体的に説明すると、先ず、ノズル接合工程において、母材１０ａ及び耐腐食性の合わせ材１０ｂからなるクラッド鋼１０で形成された圧力容器本体１の円形開口部１ａに、該母材１０ａと同種金属からなるノズル４の円筒状部材１２をその端面が該圧力容器本体１のクラッド鋼１０の内面に一致するように嵌装した後、該円形開口部１ａから露出する母材１０ａと該円筒状部材１２との互いに対向する部位に予め設けた開先部において全周に亘って溶接して該母材１０ａとノズル４の円筒状部材１２とを接合する。
次に、主プレート溶接工程において、必要に応じて上記ノズル接合工程で溶接した溶接部のうち圧力容器本体１の内側に露出する部分を覆うように銅製の環状のスペーサ１５を該円形開口部１ａの内側に嵌装した後、該合わせ材１０ｂと同種金属からなり該円筒状部材１２の内径と同じ内径を有し且つ該円筒状部材１２の肉厚よりも大きな幅を有する環状の主プレート１３を該円筒状部材１２の圧力容器側端面及び該スペーサ１５を覆うように設置し、その内側周縁部を該円筒状部材１２に内嵌した耐腐食性スリーブ１１の一端部に全周に亘って溶接すると共に、その外側周縁部を全周に亘って該合わせ材１０ｂに隅肉溶接する。
最後に、保護プレート溶接工程において、該主プレート１３を取り囲むように該合わせ材１０ｂと同種金属からなる環状の保護プレート１７を設置し、その外側周縁部を全周に亘って該合わせ材１０ｂに隅肉溶接すると共に、その内側周縁部と該主プレート１３の外側周縁部との間を全周に亘って肉盛溶接する。これにより、クラッド鋼で形成された圧力容器とノズルとの接合部において内部流体による腐食や摩耗が生じにくい耐腐食耐摩耗構造のノズルを有する加圧反応装置を作製することができる。なお、保護プレート１７の肉厚は主プレート１３の肉厚とほぼ同じか該主プレート１３よりも数ｍｍ程度厚いのが好ましい。また、保護プレート１７の内側周縁部は、主プレート１３の外側周縁部と合わせ材１０ｂとの隅肉溶接から１０〜２５ｍｍ程度、好ましくは１５ｍｍ程度を超えて離間しないように主プレート１３の外側周縁部に隣接させるのが好ましい。
以上、本発明の加圧反応装置及びその製造方法の実施形態についてオートクレーブ装置をとり挙げて説明したが、本発明は上記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例や代替例が可能である。すなわち本発明の権利は特許請求の範囲及びその均等の範囲に及ぶものである。次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
[実施例]
図１に示すような炭素鋼からなる母材とチタン製合わせ材とからなるクラッド鋼で形成されたオートクレーブ装置の圧力容器本体１の接液部のマンホールに図２及び図３に示すようなチタンプレート製の主プレート１３及び保護プレート１７を取り付けて、高温高圧酸浸出処理を行い、該マンホールの摩耗及び腐食状態を確認した。具体的には、内径８００ｍｍのマンホールを構成する円筒状部材１２の圧力容器本体１側の端面を覆うように、内径８００ｍｍ、外径１３７０ｍｍ、肉厚９ｍｍの環状で且つ該圧力容器本体１の内面に沿って湾曲させた主プレート１３を取り付け、その内側周縁部及び外側周縁部をスリーブ１１の端部及び上記クラッド鋼の合わせ材１０ｂにそれぞれ全周に亘って溶接した。
図１に示すような炭素鋼からなる母材とチタン製合わせ材とからなるクラッド鋼で形成されたオートクレーブ装置の圧力容器本体１の接液部のマンホールに図２及び図３に示すようなチタンプレート製の主プレート１３及び保護プレート１７を取り付けて、高温高圧酸浸出処理を行い、該マンホールの摩耗及び腐食状態を確認した。具体的には、内径８００ｍｍのマンホールを構成する円筒状部材１２の圧力容器本体１側の端面を覆うように、内径８００ｍｍ、外径１３７０ｍｍ、肉厚９ｍｍの環状で且つ該圧力容器本体１の内面に沿って湾曲させた主プレート１３を取り付け、その内側周縁部及び外側周縁部をスリーブ１１の端部及び上記クラッド鋼の合わせ材１０ｂにそれぞれ全周に亘って溶接した。
この主プレート１３を外周側から取り囲むように、内径１４００ｍｍ、幅５０ｍｍ、肉厚１０ｍｍの環状で且つ該圧力容器本体１の内面に沿って全体的に湾曲させたチタン製の保護プレート１７を取り付け、その外側周縁部を全周に亘って主プレート１３に隅肉溶接すると共に、その内側周縁部と合わせ材１０ｂに隅肉溶接されている主プレート１３の外側周縁部との間を全周に亘って肉盛溶接した。この時、肉盛溶接の肉厚は保護プレート１７の肉厚以上になるようにした。上記の溶接後は各溶接部を、目視検査及び浸透探傷検査により問題がないことを確認した。なお、浸透探傷検査とは、被検査物の表面欠陥に浸透剤を浸透させて、微細な欠陥全拡大して探傷する方法である。
約２５０℃の運転温度、４,５００ｋＰａの運転圧力で、ｐＨ１以下の酸性スラリーを内部流体として処理して３ヶ月間運転した後、開放点検して目視により磨耗の状況を確認した。その結果、上記のマンホール周りは、保護プレート１７の外側周縁部の隅肉溶接部に幅１.０ｍｍ以下の若干の減肉が見られたが、内側周縁部の肉盛溶接部にはなんら変化が見られなかった。なお、施工後及び３ヶ月運転後の写真をそれぞれ図４及び図５に示す。
比較のため、保護プレート１７を取り付けなかった以外は上記実施例と同様にして６ヶ月間運転した。その結果、図６に示すように主プレート１３の外側周縁部及びその隅肉溶接部が大きく減肉しており、特に外側周縁部及びその隅肉溶接部のうち圧力容器本体１の内面側が元の位置から幅方向に２０ｍｍ減肉し、溶接部ではクラックやピンホールが生じていた。その理由としては、主プレート１３の外側周縁部や内側周縁部の溶接部では段差が生じているので、図７の白矢印に示すように、この段差部で内部流体の直線的な流れが阻害され、これにより生じた磨耗が腐食に加わって、Ａ、Ｂ、Ｃの順に減肉が進行したと考えられる。
上記の結果から、腐食性や摩耗性を有する流体を取り扱う加圧反応装置の接液部に設けるノズルは、該ノズルの該圧力容器側端面を覆うように溶接されている環状の主プレートを取り囲むように環状の保護プレートを設けて、その外側周縁部を全周隅肉溶接すると共に、その内側周縁部と主プレートの外側周縁部との間を全周肉盛溶接することによって、該ノズル周りの磨耗や腐食を効果的に防止できることがわかる。
１ 圧力容器本体
１ａ 円形開口部
２ 隔壁
３ａ、３ｂ、３ｃ 区画室
４ ノズル
１０ クラッド鋼
１０ａ 母材
１０ｂ 合わせ材
１１ スリーブ
１２ 円筒状部材
１２ａ フランジ構造
１３ 主プレート
１４ 溶接部
１５ スペーサ
１６ 補助プレート
１７ 保護プレート
１ａ 円形開口部
２ 隔壁
３ａ、３ｂ、３ｃ 区画室
４ ノズル
１０ クラッド鋼
１０ａ 母材
１０ｂ 合わせ材
１１ スリーブ
１２ 円筒状部材
１２ａ フランジ構造
１３ 主プレート
１４ 溶接部
１５ スペーサ
１６ 補助プレート
１７ 保護プレート
Claims (6)
- 母材及び耐腐食性の合わせ材からなるクラッド鋼で形成された圧力容器本体の円形開口部に、該母材と同種金属からなるノズルをその端面が該容器本体のクラッド鋼の内面に一致するように嵌装した後、該円形開口部から露出する母材と該ノズルとの互いに対向する部位に予め設けた開先部を溶接して該母材とノズルとを接合するノズル接合工程と、該合わせ材と同種金属からなり該ノズルの内径と同じ内径を有し且つ該ノズルの肉厚よりも大きな幅を有する環状の主プレートを該ノズルの圧力容器側端面を覆うように設置し、その内側周縁部を該ノズルに内嵌した耐腐食性スリーブの一端部に全周に亘って溶接すると共に、その外側周縁部を全周に亘って該合わせ材に隅肉溶接する主プレート溶接工程と、該主プレートを取り囲むように該合わせ材と同種金属からなる環状の保護プレートを設置し、その外側周縁部を全周に亘って該合わせ材に隅肉溶接すると共に、その内側周縁部と該主プレートの外側周縁部との間を全周に亘って肉盛溶接する保護プレート溶接工程とを有することを特徴とする加圧反応装置の製造方法。
- 前記主プレート溶接工程では、前記ノズル接合工程で溶接した溶接部のうち前記圧力容器本体の内側に露出する部分を覆うように環状のスペーサを前記円形開口部の内側に嵌装した後、該スペーサを前記ノズルの圧力容器側端面と共に前記主プレートで覆うことを特徴とする、請求項１に記載の加圧反応装置の製造方法。
- 前記耐腐食性の合わせ材がチタン又はその合金からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の加圧反応装置の製造方法。
- 前記保護プレートの幅が５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の加圧反応装置の製造方法。
- 前記加圧反応装置は内部が隔壁で複数の区画室に区画されていると共に各区画室に撹拌機が設けられたオートクレーブ装置であり、加熱及び加圧された鉱石スラリーを硫酸と共に最も上流側の区画室に装入し、順次下流側の区画室に隔壁をオーバーフローさせて該鉱石スラリーを移送することで浸出処理を進行させるものであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の加圧反応装置の製造方法。
- 内部が隔壁で複数の区画室に区画されていると共に、各区画室に撹拌機が設けられた圧力容器からなる加圧反応装置であって、
該圧力容器は母材と耐食金属製の合わせ材とからなるクラッド鋼で形成されており、その接液部に位置するノズルは、内側に該耐食金属製のスリーブが内嵌された炭素鋼からなり、該ノズルの内径と同じ内径を有し且つ該ノズルの肉厚よりも大きな幅を有する該耐食金属製の環状の主プレートが、該ノズルの該圧力容器側端面を覆うように、その内側周縁部及び外側周縁部においてそれぞれ該スリーブ及び該合わせ材に全周に亘って溶接されており、該主プレートを取り囲むように該耐食金属製の環状の保護プレートが設けられており、該保護プレートはその外側周縁部は全周に亘って該合わせ材に隅肉溶接されていると共に、その内側周縁部と該主プレートの外側周縁部との間は全周に亘って肉盛り溶接されていることを特徴とする加圧反応装置。
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| JPH05185237A (ja) * | 1991-12-11 | 1993-07-27 | Nippon Steel Corp | チタンクラッド鋼板の端部溶接方法 |
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPS60129499A (ja) * | 1983-12-16 | 1985-07-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 圧力容器の溶接方法 |
| JPH05185237A (ja) * | 1991-12-11 | 1993-07-27 | Nippon Steel Corp | チタンクラッド鋼板の端部溶接方法 |
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