JP2014001647A

JP2014001647A - 蒸気タービンのドレン排出装置

Info

Publication number: JP2014001647A
Application number: JP2012135966A
Authority: JP
Inventors: Seiya Naraoka; 誠也奈良岡; Takayuki Niina; 孝行新名
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2014-01-09

Abstract

【課題】ドレン管およびドレン集合管内の液滴衝撃エロージョンの発生を低減する。
【解決手段】低合金鋼製のドレン管３ａ，３ｂ，３ｃを、低合金鋼製のドレン集合管４を介して復水器８に連通するように構成し、ドレン集合管４の復水器８直近に圧力調節弁７を設けて、ドレン集合管４内の圧力を調節することにより、ドレン集合管４内の蒸気流速を９０ｍ／ｓ以下にする。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、火力発電所あるいは原子力発電所等における蒸気タービンのドレン排出装置に関する。

従来、火力発電所あるいは原子力発電所等の蒸気タービンに設置されている蒸気ドレン配管系統の一例を図６に示す。
図６において、蒸気タービンの低圧部において蒸気が凝縮することにより発生したドレンは、蒸気タービンの羽根にエロージョンを発生させることから、蒸気配管１ａ，１ｂ，１ｃのＵ字管下部のドレン滞留部２ａ，２ｂ，２ｃにそれぞれドレン管３ａ，３ｂ，３ｃを分岐して設け、ドレン滞留部２ａ，２ｂ，２ｃ溜まったドレンＤａ，Ｄｂ，Ｄｃをドレン管３ａ，３ｂ，３ｃから個々に復水器８へ排出するようにしている。

ドレン管３ａ，３ｂ，３ｃから復水器８へ排出する流量を制限するために、ドレン管３ａ，３ｂ，３ｃには蒸気ドレンオリフィスを設ける必要があるが、蒸気ドレンオリフィスの二次側圧力は復水器８の器内圧力である真空値であるため、ドレン管３ａ，３ｂ，３ｃ内を流れる蒸気は減圧膨張して復水器８入口で約４６０ｍ／ｓ程度の臨界流速となる場合がある。この蒸気の流速に乗って液滴が加速され、ドレン管３ａ，３ｂ，３ｃの曲がり部に液滴衝撃エロージョンが発生することから、蒸気ドレンオリフィス６ａ，６ｂ，６ｃ自体を復水器８内に設置し、ドレン管３ａ，３ｂ，３ｃの中間部にはオリフィスを設置しないように工夫している。

特開２００４−１２４７５１号公報特公平５−５５６８３号公報特公平２−２５０８２号公報特開平１０−１６０１０８号公報

図６のように、複数の蒸気配管１ａ，１ｂ，１ｃからそれぞれ分岐したドレン管３ａ，３ｂ，３ｃを個々に復水器８に接続するようにした場合、ドレン管３ａ，３ｂ，３ｃが錯綜して引回し工事が難しくなることが懸念される。また、プラント運転後には個々のドレン管３ａ，３ｂ，３ｃの減肉管理を行なう必要があるため、ドレン管の本数が多くなる程多大なコストが発生する欠点がある。

このため、ドレン管３ａ，３ｂ，３ｃを図６にように個々に復水器８に接続する代わりに、複数のドレン管３ａ，３ｂ，３ｃを１本の口径の大きいドレン集合管に接続し、このドレン集合管を復水器に接続するようにしたドレン集合管方式も考えられている。

しかしながら、このドレン集合管方式の場合、蒸気ドレンオリフィスの下流で蒸気の減圧膨張によりドレンの流速が加速され、ドレン集合管に液滴衝撃エロージョン（ＬＤＩ「Liquid Droplet Impingement Erosion」）が発生する恐れがある。

そこで本発明の目的は、ドレン管をドレン集合管に接続することにより配管が錯綜して引回されることなく、かつ、ドレン集合管に液滴衝撃エロージョンの発生を低減するようにした蒸気タービンのドレン排出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、本発明の実施形態は、蒸気タービンプラントの構成機器あるいは蒸気配管に流れる蒸気の凝縮により発生するドレンを前記構成機器あるいは蒸気配菅から分岐して設けた複数のドレン管から１本のドレン集合管に集めて復水器へ排出するようにした蒸気タービンのドレン排出装置において、前記複数のドレン管および前記１本のドレン集合管を低合金鋼製とし、前記ドレン管および前記ドレン集合管内の蒸気流速を９０ｍ／ｓ以下に制御することを特徴とする。

本発明の実施形態１による蒸気タービンのドレン排出装置を示す蒸気系統図。本発明の実施形態２による蒸気タービンのドレン排出装置を示す蒸気系統図。蒸気ドレンオリフィスから復水器までの配管圧力勾配を模式的に示す図。蒸気ドレンオリフィスから復水器までの配管流速を模式的に示す図。蒸気流速とエロージョン・コロージョン減量との関係を示す図。従来の蒸気タービンのドレン排出装置の蒸気系統図。

以下、本発明の実施形態に係る蒸気タービンのドレン排出装置について、図面を参照して説明する。

［実施形態１］
本発明の実施形態１について、図１、図３乃至図５を参照して説明する。
図１において、１ａ，１ｂ，１ｃは蒸気タービンプラントの構成機器に接続される蒸気配管であり、ドレン滞留部２ａ，２ｂ，２ｃをそれぞれ形成している。これらのドレン滞留部２ａ，２ｂ，２ｃには、それぞれドレン管３ａ，３ｂ，３ｃの一端部が接続され、ドレン管３ａ，３ｂ，３ｃの他端部は１本の大口径のドレン集合管４に接続される。

そして、各ドレン管３ａ，３ｂ，３ｃは、ドレン滞留部２ａ，２ｂ，２ｃに近い側からそれぞれ電動ドレン弁５ａ，５ｂ，５ｃおよび蒸気ドレンオリフィス６ａ，６ｂ，６ｃを直列にして配置している。そして、ドレン集合管４の出口側端部すなわち、蒸気ドレンオリフィス６ａ，６ｂ，６ｃとの接続部と反対側の端部は、圧力調整弁７を経て復水器８の器内と連通している。

この配管構成のため、各蒸気配管１ａ，１ｂ，１ｃの各ドレン滞留部２ａ，２ｂ，２ｃに溜まったドレンＤａ，Ｄｂ，Ｄｃは、ドレン管３ａ，３ｂ，３ｃ内の電動ドレン弁５ａ，５ｂ，５ｃおよび蒸気ドレンオリフィス６ａ，６ｂ，６ｃをそれぞれ通って１本のドレン集合管４に集められ、さらに圧力調節弁７を経て復水器８の器内へと排出される。

前述した電動ドレン弁５ａ，５ｂ，５ｃはプラント負荷によって開または閉の状態に設定されるものであり、一方、圧力調節弁７は当該弁の入口直前に設置された圧力検出部９で検出された圧力を一定にするように弁開度を制御するようになっている。この圧力調節弁７の設置位置は、復水器８の入口までの配管距離が最短となるように復水器８の入口近傍部に配置されている。そして、本実施形態１の場合、ドレン管３ａ，３ｂ，３ｃやドレン集合管４、さらに圧力調節弁７の材質は、液滴衝撃エロージョンの影響を受け難いように、全て低合金鋼（Ｃｒ-Ｍｏ鋼）で構成してある。

図３は蒸気ドレンオリフィス６から復水器８までの間のドレン管３ａ（または３ｂ，３ｃ）内の圧力勾配を模式的に表したものである。この図から分るように、ドレン管３ａ（３ｂ，３ｃ）内の蒸気圧力は蒸気ドレンオリフィス６で急激に減圧され、復水器８の入口部で復水器８の器内圧（真空）近くまで減圧される。

図４は図３の圧力減圧に対する蒸気の膨張によって管内の蒸気流速が上昇することを模式的に表したものである。管内の蒸気流速は、蒸気ドレンオリフィス６を通ったあと復水器８の器内圧力（真空）に近づくにつれ急激に膨張し、復水器８入口部でその圧力における臨界流速（約４６０ｍ／ｓ）になることを示している。

図５は蒸気流速と減肉との関係を示す図であり、蒸気温度が１５８℃、湿り度が１１％、Ｏ_２濃度が１６ppmという条件のもとで、炭素鋼、Ｎｉ-Ｃｒ-Ｃｕ鋼およびＣｒ-Ｍｏ鋼の３種類の鋼材について蒸気流速に対するエロージョン・コロージョン減量を比較したものである（出典；火力原子力発電技術協会発行「発電プラントの腐食とその防止」）。
この図５によれば、蒸気流速はほぼ９０ｍ／ｓ以下が良く、しかも、材質が低合金鋼（Ｃｒ-Ｍｏ鋼）の場合、減肉が一番少ないことがわかる。

そこで、本実施形態１は上記図５の記載を考慮して、蒸気ドレンオリフィス６よりも下流に位置する配管、すなわちドレン管３ａ，３ｂ，３ｃの一部およびドレン集合管４の管内の蒸気流速がほぼ９０ｍ／ｓ以下となるように、圧力調節弁７の弁開度を調節して管内の蒸気圧を制御するようにしたものである。

発明者の机上検討の結果、圧力調整弁７の入口直前部のドレン集合管４の圧力を０．５ＭＰａにした場合、蒸気ドレンオリフィス６下流の蒸気の体積膨張が抑えられ、管内の蒸気流速が９０ｍ／ｓ以下となることが分った。

以上述べたように、本実施形態１によれば、ドレン管３ａ，３ｂ，３ｃおよびドレン集合管４を低合金鋼（Ｃｒ-Ｍｏ鋼）で構成し、かつ、管内の流速がほぼ９０ｍ／ｓ以下となるように圧力調整弁７でドレン集合管４内の圧力を調整することによって、蒸気ドレンオリフィス６の下流に位置するドレン管３ａ，３ｂ，３ｃの一部およびドレン集合管４内の液滴衝撃エロージョンを低減することができる。

［実施形態２］
本発明の実施形態２について、図２乃至図５を参照して説明する。
図２において、本実施形態２が上述した実施形態１と相違する点は、各ドレン管３ａ，３ｂ，３ｃに配置してある電動ドレン弁５ａ，５ｂ，５ｃがなく、さらに、復水器８の入口直前に設けてある圧力調整弁７に替えて復水器８の器内に集合管出口オリフィス１０を設置した点にある。

本実施形態２は、各蒸気配管１ａ，１ｂ，１ｃの蒸気圧が等しく、かつ、ドレン管３ａ，３ｂ，３ｃに流量条件の変化がないプラントに適した構成である。
本実施形態２の場合も、ドレン集合管４内の圧力が０．５ＭＰａになるように集合管出口オリフィス１０を設計する。これにより、ドレン集合管４の流速はほぼ９０ｍ／ｓ以下となる。

そして、本実施形態２の場合もドレン管３ａ，３ｂ，３ｃやドレン集合管４、さらに集合管出口オリフィス１０がエロージョン・コロージョン減量の影響を受け難いように、全て低合金鋼（Ｃｒ-Ｍｏ鋼）で構成してある。
この結果、本実施形態２の場合も、本実施形態１同様にドレン管３ａ，３ｂ，３ｃおよびドレン集合管４内の液滴衝撃エロージョンを低減することができる。

［実施形態に共通の効果］
上記実施形態１および２によれば、複数のドレン管３ａ，３ｂ，３ｃを１本のドレン集合管４に集合させことにより配管の物量を少なくすることができ、その分配管の引回し工事を容易に行なうことができる。また、ドレン集合管４内の圧力を０．５ＭＰａになるようにしてドレン集合管４内の蒸気流速をほぼ９０ｍ／ｓ以下に低減し、さらに、ドレン管３ａ，３ｂ，３ｃおよびドレン集合管４を全て低合金鋼（Ｃｒ-Ｍｏ鋼）で構成したので、ドレン管３ａ，３ｂ，３ｃおよびドレン集合管４内の液滴衝撃エロージョンを低減することができる。

なお、以上説明した実施形態は例として提示したものであって発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ａ，１ｂ，１ｃ…蒸気配管、２ａ，２ｂ，２ｃ…ドレン滞留部、３ａ，３ｂ，３ｃ…ドレン管、４…ドレン集合管、５，５ｂ，５ｃ…電動ドレン弁、６ａ，６ｂ，６ｃ…蒸気ドレンオリフィス、７…圧力調整弁、８…復水器、９…圧力検出部、１０…集合管出口オリフィス。

Claims

蒸気タービンプラントの構成機器あるいは蒸気配管に流れる蒸気の凝縮により発生するドレンを前記構成機器あるいは蒸気配菅から分岐して設けた複数のドレン管から１本のドレン集合管に集めて復水器へ排出するようにした蒸気タービンのドレン排出装置において、
前記ドレン管および前記ドレン集合管を低合金鋼製とし、前記ドレン管および前記ドレン集合管内の蒸気流速をほぼ９０ｍ／ｓ以下にすることを特徴とする蒸気タービンのドレン排出装置。
前記ドレン集合管の前記復水器入口近傍部に圧力調節弁を設置し、当該圧力調節弁で前記ドレン集合管内の圧力を調整することにより、前記蒸気流速をほぼ９０ｍ／ｓ以下にすることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービンのドレン排出装置。
前記ドレン集合管の出口端部に集合管出口オリフィスを設置し、当該集合管出口オリフィスが復水器内部に配置されるようにし、当該集合管出口オリフィスで前記ドレン集合管内の圧力を調整することにより、前記蒸気流速をほぼ９０ｍ／ｓ以下にすることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービンのドレン排出装置。