JP2006097543A

JP2006097543A - 発電プラントの低圧蒸気配管系の過圧防止装置

Info

Publication number: JP2006097543A
Application number: JP2004283975A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Kon; 真路今; Yoshiaki Takahashi; 義昭高橋; Takayuki Niina; 孝行新名; Masanori Oi; 正宣大井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2006-04-13

Abstract

【課題】低圧蒸気タービンへ蒸気を供給する弁を急激に絞ったときに低圧蒸気配管系の湿分分離器やクロスアラウンド管が過圧されることを防止するための低圧蒸気配管系の過圧防止装置について、建設コストの削減、メンテナンスの省略、配管ルート・建屋の縮小、軽量化による支持構造物の削減が課題となっている。
【解決手段】高圧タービン６からの排気を湿分分離器８および組合せ中間弁９を備えたクロスアラウンド管７を経て低圧タービン１０に導入し、低圧タービン１０の排気を復水器１１に導入し、かつ、クロスアラウンド管７の湿分分離器出口側を安全排気管１７により復水器１１に接続するように構成された原子力発電プラントにおいて、安全排気管にクロスアラウンド管の蒸気圧が所定値以上になると破断するラプチャーディスク本体およびこのラプチャーディスク本体が破断したときの破片を捕捉するフィルタとからなるラプチャーディスク装置を設置したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電プラントの低圧蒸気配管系の過圧防止装置に関する。

図５は従来の沸騰水型原子炉発電プラント（ＢＷＲプラント）の蒸気系統図である。
図５において、１は原子炉であり、発生した高温・高圧の蒸気を主蒸気管２に配設した主蒸気隔離弁３、主蒸気止弁（ＭＳＶ）４、蒸気加減弁（ＣＶ）５を経由して高圧蒸気タービン６に導入するように構成している。７は高圧蒸気タービン６からの排気を湿分分離器８に導くクロスアラウンド管、９はクロスアラウンド管７の低圧蒸気タービン１０入口側に設けた組合せ中間弁、１１は復水器、１２は復水ポンプ、１３は給水加熱器、１４は給水ポンプであり、１９は発電機である。

前記主蒸気管２は、主蒸気隔離弁３および主蒸気止弁４間の分岐部に対してタービンバイパス弁１５を有するタービンバイパス管で１６によって復水器１１に連通させるようになっている。そして、クロスアラウンド管７の組合せ中間弁９上流側分岐部と復水器１１との間を、クロスアラウンド管安全弁１７を介して安全排気管１８によって連通させている。１７Ｈはクロスアラウンド管安全弁１７のヘッド部である。

このクロスアラウンド管安全弁１７の使命は、低圧タービン１０の入口配管に設置された組合せ中間弁９が急閉鎖した場合に生ずる圧力上昇から湿分分離器８およびクロスアラウンド配管７を保護することにあり、このため、クロスアラウンド配管７内の圧力が予め設定した圧力以上になると、動作してクロスアラウンド配管７内の蒸気を、安全弁排気管１８を介して復水器１１に排気させるように動作する。

ところで、前述した組合せ中間弁９は２つのバタフライ弁９Ａと９Ｂとから構成させている。このうち、一方のバタフライ弁９Ａは中間蒸気止め弁としての役割を果たし、他方のバタフライ弁９Ｂはインターセプト弁としての役割を果たす。２つのバタフライ弁９Ａと９Ｂとを設置した目的は、負荷しゃ断時に蒸気をさえぎり、オーバースピードから低圧タービン１０を保護することにある。これら２つのバタフライ弁９Ａおよび９Ｂは、低圧タービン１０に非常に近く配置され、これらの弁と低圧タービン１０のケーシングとの間の蒸気量を最小限に制限する。すなわち、負荷しゃ断時、または危急しゃ断時、低圧タービン１０を過速させる無制御エネルギーを少なくしている。インターセプト弁９Ｂの役割は、危急しゃ断時、クロスアラウンド管７に蓄えられた大量の蒸気が低圧タービン１０を過速させるような危険な状態に陥ることを防ぐことである。このインターセプト弁９Ｂは、クロスアラウンド管７の最大圧力に対して開くことが可能であるし、負荷しゃ断後の調速制御も可能である。

図６はクロスアラウンド管７を中心に描いた低圧配管系の平面図であり、図７は同側面図である。
図６および図７において、クロスアラウンド管７は、湿分分離器８から前記低圧タービン１０に至る経路を以下述べる３種類の配管で接続している。まず一つ目の配管は湿分分離器８に接続するように配置され平面に対して鈍角に屈曲した水平管７Ａであり、２つ目の配管はこの水平管７Ａに接続されて低圧タービン１０の蒸気導入口の高さまで立ち上がるように配置された垂直管７Ｂであり、三つ目の配管はこの垂直管７Ｂに接続され、かつ途中に組合せ中間弁９有し、低圧タービン１０の蒸気導入口に接続されるように配置された水平管７Ｃである。

そして水平管７Ａの垂直管７Ｂとの接続部近傍にクロスアラウンド管安全弁１７を設置するための分岐部７Ａ１を設けており、この分岐部７Ａ１に安全弁１７を介して安全排気管１８を接続している。クロスアラウンド管安全弁１８のヘッド部１８Ｈは、運転床２０の水平面よりも上部に突出する大きさを有している。

低圧タービン１０の蒸気導入口に接続される組合せ中間弁９およびクロスアラウンド管安全弁１７のヘッド部１７Ｈは、運転床２０の床面から突出する高さを有するので、組合せ中間弁９およびヘッド部１７Ｈをメンテナンスするのに必要十分な広さ（幅と奥行）をもった組合せ中間弁用遮へい壁２１で覆うようにしている。

以上のように構成された沸騰水型原子炉発電プラントにおいて、通常運転時は、原子炉１で発生した主蒸気は主蒸気管２により高圧タービン６に導かれる。高圧タービン６の排気は、クロスアラウンド管７の途中に設置された湿分分離器８により湿分を取り除かれた後、低圧タービン１０に導入され、低圧タービン１０での効率向上および湿分によるエロージョンが防止されるようになっている。

このように、原子炉１で発生した蒸気は、通常運転時に高圧蒸気タービン６、湿分分離器８、中間弁９を経て低圧蒸気タービン１０に供給されるが、負荷しゃ断時等の非常時には常閉のタービンバイパス弁１６を開いて蒸気の一部をタービンバイパス管１５を通して復水器１１へ排気するとともに、組合せ中間弁９のうちのバタフライ弁９Ｂをインターセプト弁として全閉させ、低圧タービン１０への蒸気の流れを止めるようにしている。なお、バタフライ弁９Ｂから多少の蒸気漏れはあるが、漏れ蒸気量は無負荷蒸気量に比べて十分に小さいため、低圧タービン１０を加速させたり、負荷しゃ断後低圧タービン１０の減速を妨げたりすることはない。一方、中間蒸気止め弁としてのバタフライ弁９Ａは、非常装置がリセットされると全閉し、通常運転中は全開のままであり、非常調速機が作動するか、またはマスタートリップを作動させると急閉する。バタフライ弁９Ａはインターセプト弁９Ｂの不作動あるいは通常の調速装置の故障によって蓄えられるクロスアラウンド管７の蒸気エネルギーに対する第２段の保護装置（バックアップ保護装置）として設けられている。しかし、バタフライ弁９Ａは正常な停止または電気的なトリップによって危急しゃ断装置が作動した場合も全閉する。

そして、これらバタフライ弁９Ａ、９Ｂの全閉によってクロスアラウンド管７内の圧力が予め設定した圧力以上になると、クロスアラウンド管安全弁１７が開いてクロスアラウンド配管７内の蒸気を安全弁排気管１８を介して復水器１１に排気させることは前述した通りである。
特開昭６１−２４１４０８号公報

上述した過圧防止装置であるクロスアラウンド管安全弁１７は一般的に高価であり、定期的な保守・点検を必要とし、その作業工数に多大な時間を要する。しかも、クロスアラウンド管安全弁１７は重量が約５トンあるため、これを支える構造物を大きくする必要があるだけでなく、弁の分解作業時の搬出入時に危険性も伴う。また、クロスアラウンド管の安全弁１７はヘッド部１７Ｈの高さが高く、運転床２０の床面を貫通して突出してしまうため、クロスアラウンド管安全弁１７および組合せ中間弁９を覆う遮へい壁２１の開口部は、クロスアラウンド管安全弁１７のメンテナンスに必要な範囲Ｌ１まで広げる必要がある。

このため、従来の低圧蒸気配管系では、安全弁排気管１８から復水器１１までの配管ルートに余計な曲がり部が生じている。なお、配管ルートを優先し、クロスアラウンド管安全弁１７を他の位置に設置した場合、新たに開口部を設けなければならないので、非効率的であり、現実的ではない。

そこで、本発明は以上述べた従来技術に鑑みてなされたもので、低圧蒸気タービンへ蒸気を供給する弁を急激に絞ったときに低圧蒸気配管系の湿分分離器やクロスアラウンド管が過圧されることを防止し、かつ、建設コストの削減を図ることのできる発電プラントの低圧蒸気配管系の過圧防止装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために請求項１に係る発電プラントの低圧蒸気配管系の過圧防止装置の発明は、高圧タービンから排気された蒸気中の湿分を除去する湿分分離器および中間蒸気止め弁、インターセプト弁を備えたクロスアラウンド管を経て低圧タービンに導入し、低圧タービンの排気を復水器に導入し、かつ、前記クロスアラウンド管の湿分分離器出口側との接続部側を安全排気管を介して前記復水器に接続するように構成された発電プラントの低圧蒸気配管系の過圧防止装置において、前記安全排気管に前記クロスアラウンド管の蒸気圧が所定値以上になると破断するラプチャーディスク本体およびこのラプチャーディスク本体が破断したときの破片を捕捉するフィルタとからなるラプチャーディスク装置を設置したことを特徴とする。

本発明によれば、発電プラントの低圧蒸気配管系の過圧防止装置として、従来の安全弁に比べて小形・軽量なラプチャーディスク装置を採用するようにしたので、建設コストを大幅に削減することができる。しかも、ラプチャーディスク装置は小形・軽量であるがゆえに、クロスアラウンド管の途中であれば、設置場所を比較的柔軟に選択することが可能であり、建屋の構造とか復水器の位置等を考慮した最短な配管ルートとすることができるとともに、組合せ中間弁の開口部を大幅に縮小することができる。また、小形・軽量であるがゆえに、分解組立の作業工数を大幅に削減でき、分解組立作業時の危険性を低減できる。さらに、簡単な構造であるがゆえに、定期的な保守・点検を低減できる。

以下、本発明に係る発電プラントの低圧蒸気配管系の過圧防止装置の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図を通じて共通する部分については同一符号を付けて重複した説明を適宜省略するものとする。

図１は本発明の１実施例を示すＢＷＲ発電プラントの蒸気系統図である。図１において、本実施の形態が図５と異なるところは、クロスアラウンド管７の組合せ中間弁９上流側分岐部７Ａ１と、安全排気管１８との間に従来設けていた安全弁１８を廃止し、替わりにラプチャーディスク（破風板）装置２５を設けたことにあり、その他の部品については図５と同じなので説明を省略する。

図２は湿分分離器８と低圧タービン１０との間のクロスアラウンド管７に注目して示した平面図であり、図３は同側面図である。図２および図３において、クロスアラウンド管７は湿分分離器８から低圧タービン１０に至る経路を、湿分分離器８に接続されるように配置された水平管７Ａと、この水平管７Ａに接続され低圧タービン１０の蒸気導入口の高さまで立ち上がるように配置された垂直管７Ｂと、この垂直管７Ｂに接続され、かつ途中に組合せ中間弁９を有し、低圧タービン１０の蒸気導入口に接続されるように配置された水平管７Ｃとから構成されている。

そして水平管７Ａは途中にラプチャーディスク装置２５を設置するための分岐部７Ａ１を設けており、この分岐部７Ａ１にラプチャーディスク装置２５を介して安全排気管１８を接続している。本実施例１では、水平管７Ａから安全排気管１８までの高さは運転床２０の高さよりも低いため、組合せ中間弁９用の遮へい壁２１の開口部寸法Ｌ２を従来例の開口部寸法Ｌ１よりも小さくすることができる（Ｌ１＞Ｌ２）。

図４はラプチャーディスク装置２５の概略構造図である。ラプチャーディスク装置２５の概観は安全排気管１８と同一径の円筒状に形成され、分岐部７Ａ１との接合部を構成するフランジ２６にホルダー機能を持たせてラプチャーディスク本体２５を挟んで保持させ、さらにこのラプチャーディスク本体２７よりも下流側に位置する安全排気管１８側に格子状フィルタ２８を配置した構成になっている。

ラプチャーディスク本体２７は、クロスアラウンド管７の内部圧力が上昇すると図示状態の上方に膨らみ、その内部圧力が予め定めた圧力を超えると破断し、湿分分離器８やクロスアラウンド管７等の低圧蒸気系の蒸気を安全排気管１８を通して復水器１１側に逃がすことによって湿分分離器８、クロスアラウンド管７および組合せ中間弁９等を過圧から保護する。なお、破断した際のラプチャーディスク本体２７の破片は、下流側に設けてある格子状フィルタ２８によって捕捉されるので、蒸気と共に復水器１１内に流入することを防止することができる。

以上説明した本実施例は、発電プラントの低圧蒸気配管系の過圧防止装置として、従来の安全弁に比べて小形・軽量なラプチャーディスク装置２５を採用するようにしたので、建設コストが大幅に削減することができる。しかも、ラプチャーディスク装置２５は小形・軽量であるがゆえに、クロスアラウンド管の途中であれば何処でも設置することが可能であり、建屋の構造とか復水器１１の位置等を考慮した最短な配管ルートとすることができるとともに、組合せ中間弁の開口部を従来に比べて大幅に縮小することができる。

また、ラプチャーディスク装置２５は小形・軽量であるがゆえに、分解組立に要する作業工数を大幅に削減することができ、分解組立作業時に伴う危険性を無くすことができる。さらに、簡単な構造であるがゆえに、定期的な保守・点検も無くすことができる。

なお、以上説明した実施例では、主蒸気止め弁４および蒸気加減弁５が共に開、組合せ中間弁９が閉の条件成立時にクロスアラウンド管７に過圧が生じて、ラプチャーディスク本体２７を破断させ、低圧蒸気系の蒸気を復水器１１へ逃がすように構成したため、ラプチャーディスク本体２７が破断したあとはラプチャーディスク装置２５の交換・復旧が必要である。しかしながら、できることであれば、なるべくラプチャーディスク本体２７を作動させないように制御することが理想的である。

そこで本発明の他の実施例としては、主蒸気止め弁３、蒸気加減弁４が開の時、組合せ中間弁８が閉しないようなシーケンスを構築してクロスアラウンド管７内に圧力がこもらないようにするとか、組合せ中間弁９が油圧系統等のトラブルにより急閉した場合、高圧タービン６の入口側にある蒸気加減弁４も急閉するシーケンスを構築するとか、あるいは原子炉からの余剰蒸気の侵入を高圧タービン６の入口側の蒸気加減弁４で止めることにより、それ以上の過圧を防止するようにしてもよい。

本発明の１実施例を示す沸騰水型原子炉発電プラントの蒸気系統図。図１のクロスアラウンド管を中心に描いた発電プラント低圧配管系の平面図。図１のクロスアラウンド管を中心に描いた発電プラント低圧配管系の側面図。ラプチャーディスク装置の取り付け状況を示す図。従来の沸騰水型原子炉発電プラントの蒸気系統図。従来のクロスアラウンド管を中心に描いた発電プラント低圧配管系の平面図。従来のクロスアラウンド管を中心に描いた発電プラント低圧配管系の側面図。

符号の説明

１…原子炉、２…主蒸気管、３…主蒸気隔離弁、４…主蒸気止め弁、５…蒸気加減弁、６…高圧タービン、７…クロスアラウンド管、８…湿分分離器、９…組合せ中間弁、９Ａ…中間蒸気止め弁、９Ｂ…インターセプト弁、１０…低圧タービン、１１…復水器、１２…復水ポンプ、１３…給水加熱器、１４…給水ポンプ、１５…タービンバイパス管、１６…タービンバイパス弁、１７…安全排気管、１８…安全弁、１９…発電機、２０…運転床、２１…組合せ中間弁用遮へい壁、２５…ラプチャーディスク装置、２６…ホルダー、２７…ラプチャーディスク本体、２８…格子状フィルタ。

Claims

高圧タービンから排気された蒸気中の湿分を除去する湿分分離器および中間蒸気止め弁、インターセプト弁を備えたクロスアラウンド管を経て低圧タービンに導入し、低圧タービンの排気を復水器に導入し、かつ、前記クロスアラウンド管の湿分分離器出口側との接続部側を安全排気管を介して前記復水器に接続するように構成された発電プラントの低圧蒸気配管系の過圧防止装置において、
前記安全排気管に前記クロスアラウンド管の蒸気圧が所定値以上になると破断するラプチャーディスク本体およびこのラプチャーディスク本体が破断したときの破片を捕捉するフィルタとからなるラプチャーディスク装置を設置したことを特徴とする発電プラントの低圧蒸気配管系の過圧防止装置。
前記ラプチャーディスク装置およびラプチャーディスク装置に接続された前記安全排気管が運転床よりも低部に設置されていることを特徴とする請求項１記載の発電プラントの低圧蒸気配管系の過圧防止装置。
前記中間蒸気止め弁およびインターセプト弁の前記運転床よりも上部に突出する部分を組合せ中間弁用遮へい壁で覆うことを特徴とする請求項２記載の発電プラントの低圧蒸気配管系の過圧防止装置。