JP2004169618A - 蒸気タービンの乾燥保管方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気タービン本体の防錆効果が高く、しかも、運用の容易な蒸気タービンの乾燥保管方法および装置を提供することにある。
【解決手段】蒸気タービンは、蒸気導入部から導入された蒸気によって駆動される中圧タービン８と、この中圧タービンを駆動した蒸気によって駆動される低圧タービン１０と有する。空気抽出装置１２は、蒸気導入部に接続され、空気乾燥機２７が蒸気排出部に接続される。空気抽出装置１２により蒸気導入部から空気を吸引し、空気乾燥機２７によって乾燥された外気を蒸気排気部側から吸入し、最初に低圧タービン１０に乾燥した空気を供給して、蒸気タービンを乾燥保管する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、停止させた蒸気タービンの保管方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電プラントが長時間にわたり運転を停止する場合、錆びなどの発生を防止しながら運転開始に備えることを一般に「プラントの保管」と称している。発電プラントのボイラおよびプレボイラである高圧給水加熱器，脱気器，低圧給水加熱器，給水ポンプ，復水ポンプ，さらにこれらの機器をつなぐ配管等の保管方法に関しては、一般に、１）満水保管方法，２）蒸気シール方法，３）窒素シール方法，４）自然乾燥保管方法が知られている。実際には、停止期間と機器使用材質により、上記１），２），３），４）を適宜組合せて行われている。
【０００３】
一方、タービン本体に関しては、自然乾燥保管を行っているのが一般である。
保管方法としては、窒素シール法の方が防錆効果が高いが、タービングランド部から窒素ガスが漏洩するため、窒素シールは採用されていない。しかし、自然乾燥保管の場合、蒸気タービン内の湿度は大気条件に左右され、高湿度の場合、タービン内部にて結露が生じる可能性が高く、タービン本体が腐食ピット生成により亀裂進展する恐れがある。
【０００４】
そこで、従来は、例えば、特許第３１８４０１６号明細書に記載のように、タービンサイクル設備を４ブロックに区分し、それぞれのブロックに乾燥空気を送り乾燥保管することが知られている。
【０００５】
なお、特許第１６４５４８３号明細書に記載のようなタービンサイクル設備の冷却方法も知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３１８４０１６号明細書
【特許文献２】
特許第１６４５４８３号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許第３１８４０１６号明細書記載の保管方法は、プレボイラ関係も含めた保管方法であるため、保管の対象範囲は広くなりすぎ、蒸気タービン本体の防錆が必ずしも十分に期待できないという問題があった。また、対象範囲が広すぎるため、運転員の運転操作の負担が大きいと言う問題もあった。すなわち、蒸気タービンの長期停止は、２年に１度程度のようにそれほど頻繁には行われないため、各バルブの開閉操作等は自動化されておらず、運転員がマニュアル等に従って、順次バルブの開閉操作を行う必要があり、その操作は極めて煩雑なものにならざるを得ないものである。
【０００８】
本発明の目的は、蒸気タービン本体の防錆効果が高く、しかも、運用の容易な蒸気タービンの乾燥保管方法および装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、蒸気を導入する蒸気導入部と、導入された蒸気を排出する蒸気排出部を有し、この蒸気導入部から導入した蒸気によって駆動されるとともに、低圧タービンを含む蒸気タービンの乾燥保管方法であって、上記蒸気導入部から空気を吸引し、乾燥した外気を上記蒸気排気部側から吸入し、最初に低圧タービンに乾燥した空気を供給して、蒸気タービンを乾燥保管するようにしたものである。
かかる方法により、蒸気タービン本体の防錆効果が高く、しかも、運用の容易にし得るものとなる。
【００１０】
（２）上記（１）において、好ましくは、蒸気タービン内の相対湿度に基づいて、上記蒸気導入部からの空気の吸引及び乾燥した外気の上記蒸気排気部側からの吸入運転を起動停止するようにしたものである。
【００１１】
（３）上記（１）において、好ましくは、上記蒸気導入部から外気を上記低圧タービンに供給した後、中高圧タービンに外気を供給して、蒸気タービンを冷却した後、上記蒸気導入部からの空気の吸引及び乾燥した外気の上記蒸気排気部側からの吸入運転による乾燥保管を実施するようにしたものである。
【００１２】
（４）上記目的を達成するために、本発明は、蒸気導入部から導入された蒸気によって駆動される中圧タービンと、この中圧タービンを駆動した蒸気によって駆動される低圧タービンとを有し、蒸気排出部から蒸気を排出する蒸気タービンであって、上記蒸気導入部に接続された空気抽出手段と、上記蒸気排出部に接続された空気乾燥手段とを備え、上記空気抽出手段により上記蒸気導入部から空気を吸引し、上記空気乾燥手段によって乾燥された外気を上記蒸気排気部側から吸入し、最初に上記低圧タービンに乾燥した空気を供給して、蒸気タービンを乾燥保管するようにしたものである。
かかる構成により、蒸気タービン本体の防錆効果が高く、しかも、運用の容易にし得るものとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４を用いて、本発明の一実施形態による蒸気タービンの乾燥保管方法および装置について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による蒸気タービンの乾燥保管装置の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による蒸気タービンの乾燥保管装置の構成を示す系統図である。
【００１４】
本実施形態の蒸気タービンの乾燥装置の特徴とする点は、空気抽出装置にて高圧あるいは中圧タービンの蒸気導入部から吸引を行い、空気乾燥機で除湿した外気を蒸気排気部からタービン内部の最初に低圧タービンに導入するようにしたことにある。
【００１５】
図１において、高圧タービン４の蒸気導入部に当たる主蒸気管１の主蒸気止弁２の出口に設けたドレン弁１５の分技管に、高圧タービン排気路１８を接続する。また、中圧タービン８の蒸気導入部に当たる再熱蒸気止弁７の出口側設けたドレン弁１６の分技管に、中圧タービン排気路１９を接続する。これらの排気路１８、１９に止弁２２，２３を設けて連結し、排気路２０によって空気抽出装置１２の吸込側に接続している。また、排気路２０の途中には、冷却装置２１，弁２４，２５を介挿している。すなわち、蒸気タービン（高圧タービン４，中圧タービン８や低圧タービン１０）の蒸気導入部側から空気抽出装置１２によって蒸気タービン（高圧タービン４，中圧タービン８や低圧タービン１０）の内部を吸引する構成としている。
【００１６】
また、低圧タービンの蒸気排出部に当たる復水器１１に接続された真空破壊弁１７の入口側に空気吸込切替弁２８，２９が設けられている。空気吸込切替弁２８の入口には空気乾燥機２７が設けられている。すなわち、蒸気タービン（高圧タービン４，中圧タービン８や低圧タービン１０）の蒸気排出部側から空気乾燥機２７によって除湿され、乾燥した空気を蒸気タービンの内部に吸引するようにしている。このように構成した結果、乾燥した空気は、最初、低圧タービン１０に送られ、低圧タービン１０の内部を乾燥させ、次に、中圧タービン８や高圧タービン４に順次送られ、これらの内部を乾燥させる。
【００１７】
なお、図１において、参照符号３は蒸気加減弁を示し、５は低温再熱管を示し、６は逆止弁を示し、９はスロスオーバー管を示し、１３はベンチレータ弁を示し、１４はブローダウン弁を示し、２６は弁を示している。
【００１８】
次に、図２を用いて、本実施形態による蒸気タービンの乾燥保管方法の第１の例について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による蒸気タービンの乾燥保管方法の第１の例における構成を示す系統図である。なお、図１と同一符号は同一部分を示している。
【００１９】
本例では、最初に、低圧タービン１０に、次に、中圧タービン８及び高圧タービン４の内部の全てに対して、乾燥空気を導入して、内部を乾燥させるようにしている。
【００２０】
図２に示すように、全てのタービン１０，８，４の乾燥時には、主蒸気止弁２と、再熱蒸気止弁７と、ドレン弁１５，１６と、、ブローダウン弁１４と、復水器空気抽出元弁２６を全閉し、一方で空気抽出装置側に設けた弁２２，２３，２４，２５と、復水器１１に接続された真空破壊弁１７と蒸気加減弁３とベンチレータ弁１３を全開する。なお、図中、黒く図示された弁は閉弁状態を示し、白抜きの弁は開弁状態を示している。さらに、空気吸込切替弁２９を全閉し、空気吸込切替弁２８を全開する。
【００２１】
この状態で空気乾燥機２７と空気抽出装置１２を起動する。空気抽出装置１２が起動すると、排気路２０，１８，１９に吸込力が作用し、空気乾燥機２７を通って除湿された外気Ｃが、真空破壊弁１７から、復水器１１に吸引される。吸引された外気Ｃは、復水器１１から低圧タービン１０を通ってクロスオーバー管９を通り中圧タービン８に入り、中圧タービン８の蒸気導入部から排気路１９へ排出され、排気路２０を通り、空気抽出装置１２から大気へ排出される。
【００２２】
また、復水器１１に吸引された外気Ｃは、ベンチレータ弁１３，低温再熱管５を通り、高圧タービン４の内部に入り、高圧タービン蒸気導入部から排気路１８へ排出され、排気路２０を通り空気抽出装置１２から大気へ排出される。
【００２３】
蒸気タービン停止期間中にこのような運転を実施することで、空気乾燥機２７にて除湿された外気Ｃが連続的に低圧タービン１０，中圧タービン８，高圧タービン４に流れるため、外気の条件（湿度）に左右されず、蒸気タービン内湿度を一定値以下に押さえることが可能となり、これまでの自然乾燥保管に比べ防錆効果を大幅に向上させることができる。
【００２４】
本例では、乾燥空気は、最初に低圧タービン１０に供給され、内部を乾燥させ、その後、中圧タービン８や高圧タービン４に供給されるように構成しているので、高圧タービンや中圧タービンに最初に乾燥空気を供給し、その後、低圧タービンにその空気を供給する場合に比べて、防錆効果を高めることができる。すなわち、蒸気タービンは、運転状態において、高圧タービンや中圧タービンには５００℃以上の高温蒸気が導入され、一方、低圧タービンには低温の蒸気が導入される。したがって、高圧タービンや中圧タービンでは水分は蒸発するのに対して、低圧タービンでは、蒸気排出部に近い部分に水滴等が残存しやすくなっている。また、乾燥保管前には、蒸気タービンは冷却され、各高中低圧タービンは配管によって連通されている状態であるため、内部の湿度は同じようになっている。
したがって、もし、最初に、高圧タービンや中圧タービンから乾燥空気を送り込むと、これらの高圧タービンや中圧タービンの内部の蒸気によって乾燥空気が湿りを帯び、この湿りを帯びた空気が低圧タービンに供給されることになるため、低圧タービンの内部の除湿はできたとしても、蒸気排出部に近い部分に付着した水滴までは、容易に蒸発することができず、この水滴によって錆が発生しやすいものである。一方、本実施形態においては、最初に、低圧タービンに乾燥した空気を供給しているので、蒸気排出部に近い部分に付着した水滴も容易に乾燥できる。蒸気排出部に付着した水滴を除去し得る時間を実験的に求めたところ、蒸気タービンの規模によっても異なるが、本実施形態のように、蒸気排出部側から最初に低圧タービンに乾燥空気を供給するようにした場合で、２〜３日程度で水滴の除去が可能であるのに対して、蒸気導入部側から最初に高中圧タービンに乾燥空気を供給し、続けて低圧タービンに供給するようにすると、水滴の乾燥まで５〜７日程度要することが判明した。すなわち、本実施形態のように蒸気導入部側から低圧タービンに乾燥空気を供給する方法では、その逆に比べて乾燥に要する時間を半減以下にできる。水滴の付着時間が長いほど、錆は発生しやすくなるため、本実施形態による方法の方が、防錆効果が向上することになる。
【００２５】
次に、図３を用いて、本実施形態による蒸気タービンの乾燥保管方法の第２の例について説明する。
図３は、本発明の一実施形態による蒸気タービンの乾燥保管方法の第２の例における構成を示す系統図である。なお、図１と同一符号は同一部分を示している。
【００２６】
本例では、最初に、低圧タービン１０に、次に、中圧タービン８の内部に対して、乾燥空気を導入して、内部を乾燥させるようにしている。すなわち、蒸気タービンで特に腐食が問題となっているのは、復水器１１と直に繋がっている低圧タービン１０であるため、低圧タービン１０，中圧タービン８に限定して保管運転をすることにより、除湿された外気Ｃの通過量が増加するため、乾燥保管による防錆効果がさらに向上する。
【００２７】
図３に示す例において、図２と異なる点は、ベンチレータ弁１３と排気路１８に設けた弁２２を全閉にしたである。この状態から空気乾燥機２７と空気抽出装置１２を起動すると、排気路２０と１９に吸込力が作用し、真空破壊弁１７から外気Ｃが空気乾燥機２７を通り復水器１１に吸引され、吸引された外気Ｃは復水器１１から低圧タービン１０、クロスオーバー管９を通り中圧タービン８に入り、中圧タービン８の蒸気導入部から排気路１９へ排出され、排気路２０を通り空気抽出装置１２から大気へ排出される。ベンチレータ弁１３と排気路１８に設けた弁２２が全閉しているので高圧タービン４には外気が導入されずそのままの状態となる。同様に図２の状態から排気路１９に設けた弁２３を全閉し、空気乾燥機２７と空気抽出装置１２を起動すれば、高圧タービン４に限定した乾燥保管運転となる。
【００２８】
本例では、低圧タービン１０，中圧タービン８に限定して保管運転をすることにより、除湿された外気Ｃの通過量が増加するため、乾燥保管による防錆効果がさらに向上する。
【００２９】
図２及び図３にて説明した乾燥保管運転は、原則として連続運転を基本としている。しかしながら、蒸気タービン内部の相対湿度は４０％以下で十分な防錆効果があるため、蒸気タービン内に相対湿度計を設置し、例えば、蒸気タービン内部の相対湿度が３０％以下になったら、空気乾燥機２７及び空気抽出装置１２を停止して、乾燥保管運転を停止するとともに、蒸気タービン内部の相対湿度が５０％を越えたら、空気乾燥機２７及び空気抽出装置１２を起動して、乾燥保管運転を再開するというように、所定の設定条件にて、図２や図３の乾燥保管運転の継続あるいは停止を行うことで、空気乾燥機２７や空気抽出装置１２の積算動力を低減することができる。
【００３０】
次に、図４を用いて、蒸気タービンの冷却方法と組み合わせた本実施形態による蒸気タービンの乾燥保管方法について説明する。
図４は、本発明の一実施形態による蒸気タービンの冷却・乾燥保管方法における構成を示す系統図である。なお、図１と同一符号は同一部分を示している。
【００３１】
蒸気タービン停止直後においては、高圧タービン４、中圧タービン１０の内部温度が高いため、初めに、図４に示す運転方法により、蒸気タービン冷却運転を実施する。すなわち、主蒸気止弁２と、再熱蒸気止弁７と、ドレン弁１５，１６と、ブローダウン弁１４と、復水器空気抽出元弁２６を全閉し、一方で空気抽出装置側に設けた弁２２，２３，２４，２５と、復水器１１に接続された真空破壊弁１７と、蒸気加減弁３と、ベンチレータ弁１３を全開する。さらに、空気吸込切替弁２８を全閉し、空気吸込切替弁２９を全開する。
【００３２】
この状態で空気抽出装置１２を起動すると、排気路２０，１８，１９に吸込力が作用し、真空破壊弁１７から外気Ｃが弁２９を通り復水器１１に吸引される。
吸引された外気Ｃは、復水器１１から低圧タービン１０を通ってクロスオーバー管９を通り中圧タービン８に入り、中圧タービン８の蒸気導入部から排気路１９へ排出され、排気路２０を通り空気抽出装置１２から大気へ排出される。一方では、復水器１１の吸引された外気Ｃは、ベンチレータ弁１３、低温再熱管５を通り、高圧タービン４内に入り、高圧タービン蒸気導入部から排気路１８へ排出され、排気路２０を通り空気抽出装置１２から大気へ排出される。
【００３３】
蒸気タービン停止直後にこのような運転を行うと、排気路１８，１９に排出された外気は５００℃以上まで昇温しているので、このまま空気抽出装置１２へ吸引すると空気抽出装置１２が故障することになる。そこで、排気路２０に設けた冷却装置２１を用いて、空気抽出装置１２の吸引許容温度まで冷却して大気へ排出する。
【００３４】
常温の外気Ｃは低圧タービン１０によって加熱された後、中圧タービン８や高圧タービン４に供給されるため、常温の外気Ｃによって最初に中圧タービン８や高圧タービン４を冷却する場合に比べて、中圧タービン８や高圧タービン４が急速に冷却されることによるクラックの発生等を防止することができる。
【００３５】
以上の冷却運転の構成に対して、さらに、空気乾燥機２７と、空気吸込切替弁２８とを備えることにより、図２若しくは図３に示した乾燥保管運転を行うことができる。
【００３６】
蒸気タービンが十分に冷却し、本格的な保管体制に入る場合は、図２で説明した方法若しくは図３で示した方法により、蒸気タービン乾燥保管運転を実施する。このような運転をすることで必要時のみ補機（空気乾燥機２７、空気抽出装置１２、冷却装置２１）運転が可能となり、省エネルギーにも貢献する。
【００３７】
冷却運転から乾燥保管運転への切替は、例えば、中圧タービンの温度が１５０℃となり、十分に蒸気タービンが冷却した後、冷却装置２１の運転を停止し、空気乾燥機２７を起動するとともに、空気吸込切替弁２９を閉じ、空気吸込切替弁２８を開くことで実施される。なお、たとえば、中圧タービンの温度が２００℃となった後、空気乾燥機２７を起動するとともに、空気吸込切替弁２９を閉じ、空気吸込切替弁２８を開くことで実施される。この場合、冷却装置２１は、中圧タービンの温度が１５０℃になるまで継続される。このようにすることにより、蒸気タービンの温度が比較的高い状態の時から乾燥空気を導入することで、乾燥効果を早めることができる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態によれば、蒸気タービンに限定して乾燥保管するようにしているため、従来に比べ格段の防錆効果が期待できると同時に、乾燥保管装置も簡素となり、運転操作もシンプルであるため実用性が極めて高いものである。
【００３９】
また、乾燥空気を、最初に低圧タービン１０に供給し、内部を乾燥させ、その後、中圧タービン８や高圧タービン４に供給されるように構成しているので、高圧タービンや中圧タービンに最初に乾燥空気を供給し、その後、低圧タービンにその空気を供給する場合に比べて、防錆効果を高めることができる。
【００４０】
さらに、外気を低圧タービンからさらに中高圧タービンに供給して蒸気タービンの冷却を行う場合に対して、空気乾燥機２７と、空気吸込切替弁２８とを備えるだけで、容易に乾燥保管運転を行うことができる。
【００４１】
また、蒸気タービン内部に設けた相対湿度計にて、防錆効果のある所定の条件で蒸気タービンの乾燥保管運転を継続あるいは停止を行うことにより、省エネルギーの面でも貢献できる。
【００４２】
次に、図５を用いて、本発明の他の実施形態による蒸気タービンの乾燥保管方法および装置について説明する。
図５は、本発明の他の実施形態による蒸気タービンの乾燥保管装置の構成を示す系統図である。なお、図１と同一符号は同一部分を示している。
【００４３】
本実施形態では、図１の空気抽出装置１２に代えて、図５に示すように蒸気タービン乾燥保管専用として設けた空気抽出装置３０を備えている。この空気抽出装置３０を、図２，図３で説明した空気抽出装置１２と同様に運転することにより、同様の保管運転が可能である。図１の空気抽出装置１２は、発電プラント運転中における復水器空気抽出装置を兼用したものであるが、本例では、別個に備えるようにしている。
【００４４】
本実施形態によれば、乾燥空気を、最初に低圧タービン１０に供給し、内部を乾燥させ、その後、中圧タービン８や高圧タービン４に供給されるように構成しているので、高圧タービンや中圧タービンに最初に乾燥空気を供給し、その後、低圧タービンにその空気を供給する場合に比べて、防錆効果を高めることができる。
【００４５】
なお、以上の説明において、排気路２０と空気抽出装置１２の間に設けた冷却装置２１は、蒸気タービンが停止後、十分に冷却されない状態から乾燥保管運転を行う場合、高圧タービン４、中圧タービン８内温度が高く、排気路２０を通る外気も同様の高い温度となるため、空気抽出装置１２の耐温上の問題から設けたものでる。従って、蒸気タービンが十分冷却された後に乾燥保管運転を行う場合は、冷却装置２１は不要となる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、蒸気タービン本体の防錆効果が高く、しかも、運用の容易な蒸気タービンの乾燥保管方法および装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による蒸気タービンの乾燥保管装置の構成を示す系統図である。
【図２】本発明の一実施形態による蒸気タービンの乾燥保管方法の第１の例における構成を示す系統図である。
【図３】本発明の一実施形態による蒸気タービンの乾燥保管方法の第２の例における構成を示す系統図である。
【図４】本発明の一実施形態による蒸気タービンの冷却・乾燥保管方法における構成を示す系統図である。
【図５】本発明の他の実施形態による蒸気タービンの乾燥保管方法の第１の例における構成を示す系統図である。
【符号の説明】
１…主蒸気管
２…主蒸気止弁
３…蒸気加減弁
４…高圧タービン
５…低温再熱管
６…逆止弁
７…再熱蒸気止弁
８…中圧タービン
９…クロスオーバー管
１０…低圧タービン
１１…復水器
１２，３０…空気抽出装置
１３…ベンチレータ弁
１４…ブローダウン弁
１５，１６…ドレン弁
１７…真空破壊弁
１８，１９，２０…排気路
２１…冷却装置
２２，２３，２４，２５，２６…弁
２７…空気乾燥機
２８，２９…空気吸込切替弁

Claims (4)

1. 蒸気を導入する蒸気導入部と、導入された蒸気を排出する蒸気排出部を有し、この蒸気導入部から導入した蒸気によって駆動されるとともに、低圧タービンを含む蒸気タービンの乾燥保管方法であって、
   上記蒸気導入部から空気を吸引し、乾燥した外気を上記蒸気排気部側から吸入し、最初に低圧タービンに乾燥した空気を供給して、蒸気タービンを乾燥保管することを特徴とする蒸気タービンの乾燥保管方法。
2. 請求項１記載の乾燥保管方法において、
   蒸気タービン内の相対湿度に基づいて、上記蒸気導入部からの空気の吸引及び乾燥した外気の上記蒸気排気部側からの吸入運転を起動停止することを特徴とする蒸気タービンの乾燥保管方法。
3. 請求項１記載の乾燥保管方法において、
   上記蒸気導入部から外気を上記低圧タービンに供給した後、中高圧タービンに外気を供給して、蒸気タービンを冷却した後、上記蒸気導入部からの空気の吸引及び乾燥した外気の上記蒸気排気部側からの吸入運転による乾燥保管を実施することを特徴とする蒸気タービンの乾燥保管方法。
4. 蒸気導入部から導入された蒸気によって駆動される中圧タービンと、この中圧タービンを駆動した蒸気によって駆動される低圧タービンとを有し、蒸気排出部から蒸気を排出する蒸気タービンであって、
   上記蒸気導入部に接続された空気抽出手段と、
   上記蒸気排出部に接続された空気乾燥手段とを備え、
   上記空気抽出手段により上記蒸気導入部から空気を吸引し、上記空気乾燥手段によって乾燥された外気を上記蒸気排気部側から吸入し、最初に上記低圧タービンに乾燥した空気を供給して、蒸気タービンを乾燥保管することを特徴とする蒸気タービンの乾燥保管装置。

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