JP2015190440A - 注入装置、及び蒸気タービン設備 - Google Patents

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Abstract

【課題】配管中の空気溜りを適切に除去することができる注入装置を提供することを目的とする。【解決手段】液体が流れる配管に、注入液（薬液）を注入する注入装置１であって、前記配管１８に接続されて、前記注入液が流れる注入配管３と、前記注入配管３に設けられた注入用ポンプ３１と、前記注入用ポンプ３１よりも下流側で、前記注入配管３中の空気抜き対象部位Ｘよりも上流側に接続された押出用配管６と、前記押出用配管６に押出用の液体を送水する押出用ポンプ３３とを備え、前記押出用ポンプ３３の吐出量は、前記注入用ポンプ３１の吐出量よりも大きいことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、液体が流れる配管に注入液を注入する注入装置、及びこれを備える蒸気タービン設備に関する。
蒸気タービン設備において、給水系統や復水系統を構成する配管の材料としては、炭素鋼や銅が使用される場合が多い。ここで、炭素鋼はｐＨ値が低い（酸性）ほど、銅はｐＨ値が高い（アルカリ性）ほど腐食が進行する。したがって、給水系統や復水系統において腐食を回避するために、例えば、給水系統中を流れる給水に薬液を注入して、水質をｐＨ９．２（弱アルカリ性）程度に調整する必要がある。具体的には、給水にアンモニア（ＮＨ３）、あるいはヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）を添加してｐＨ調整を行う。さらに、給水の溶存酸素も腐食の原因となるため、ヒドラジンを添加することで溶存酸素の除去も行う。
ここで、給水系統の配管に薬液を注入するための薬液注入配管中に、種々の要因によって、空気が滞留している場合がある。このため、給水系統の配管に薬液を注入するとき、薬液注入配管中に滞留した空気がダンパーのような作用を生じることにより、薬液が十分に注入されないという問題がある。したがって、このような滞留した空気を除去するための技術が必要になる。
このような技術の一例として、特許文献１に記載された薬注装置が知られている。特許文献１に記載されている薬注装置は、主液（水）が流れる配管、配管に注入される薬液が流れる薬液注入流路と、主液の流量を検出して流量信号を発する主液流量計と、大吐出容量を有する大流量ポンプと、小吐出容量を有する小流量ポンプと、主液流量計の発する流量信号を受けて上記２つのポンプに流量信号を与える制御部とを備える。主液流量の大小に応じて、２つのポンプを切り替えて主液に対する薬液の注入を行う。
さらに、この薬液装置は、大流量ポンプと小流量ポンプとが備えられた薬液供給流路の途中から、薬液が貯蔵される薬液タンクに戻る、空気抜き用の戻り流路を有している。この戻り流路によって、いずれか一方のポンプと、薬液タンクとを結ぶ循環路が形成される。すなわち、この薬液装置は、２つのポンプを切り替えるに先立って、この循環路を薬液が循環することで流路中の空気が除去される構成とされている。
特開２００７−２０９８６４号公報
ところで、蒸気タービン設備の実態にあっては、設置スペースや設計の都合に応じて、配管に立ち上がり部が形成されている場合がある。立ち上がり部としては、設置面に沿って敷設された配管が、いったん設置面から上方に離間して、設置面と平行な方向に延びたのち、再び設置面に沿って敷設されるような構成がこれに該当する。このような構成におて、立ち上がり部に空気が滞留しやすくなる。
従来の技術で説明した薬液注入配管でも、立ち上がり部が形成されていると、そこに空気が滞留しやすくなり、空気が滞留してしまうと、特許文献１に記載された薬注装置でも、この滞留した空気を十分に除去することができない可能性がある。
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであって、配管中に滞留した空気を十分に除去することができる注入装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
本発明の一の態様に係る注入装置は、液体が流れる配管に、注入液を注入する注入装置であって、前記配管に接続されて、前記注入液が流れる注入配管と、前記注入配管に設けられた注入用ポンプと、前記注入用ポンプよりも下流側で、前記注入配管中の空気抜き対象部位よりも上流側に接続された押出用配管と、前記押出用配管に押出用の液体を送水する押出用ポンプとを備え、前記押出用ポンプの吐出量は、前記注入用ポンプの吐出量よりも大きいことを特徴とする。
上記構成によれば、押出用ポンプと、該押出用ポンプに接続された押出用配管とが、空気抜き対象部位よりも上流側に設けられる。加えて押出用ポンプは、注入用ポンプよりも大きな吐出量を有するため、空気抜き対象部位の空気を十分に除去することができる。
さらに、本発明の一の態様に係る注入装置では、前記配管には液体を送水する送水ポンプが設けられ、前記押出用配管は前記配管に設けられた前記送水ポンプの下流側に接続され、前記送水ポンプが前記押出用ポンプを兼ねる構成であってもよい。
上記構成によれば、配管に液体を送水する給水ポンプを、押出用ポンプとして兼用することができる。したがって、新規にポンプを追設する必要がなく、既存の設備に簡易な改造を施すのみで、空気抜き対象部位の空気を除去することができる。
さらに、本発明の一の態様に係る注入装置は、前記注入配管に洗浄用の液体を送る洗浄用配管と、前記洗浄用配管に洗浄用の液体を送水する洗浄用ポンプとを備え、前記洗浄用配管は、前記注入用ポンプよりも下流側で、前記注入配管中の空気抜き対象部位よりも上流側に接続されて前記押出用配管の一部をなし、前記洗浄用ポンプが前記押出用ポンプを兼ねる構成であってもよい。
上記構成によれば、洗浄用配管に洗浄用の液体を送る洗浄用ポンプを、押出用ポンプとして兼用することができる。したがって、新規にポンプを追設する必要がなく、既存の設備に簡易な改造を施すのみで、空気抜き対象部位の空気を除去することができる。
さらに、本発明の他の態様によれば、蒸気タービン設備は、上述の各態様の注入装置と、蒸気を発生させるボイラと、前記蒸気で駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、前記復水器で生成された水を前記ボイラに戻す給水配管と、前記給水配管に設けられた給水ポンプと、を備え、前記給水配管は、前記配管である。
上記構成によれば、給水配管中の水質を適切な状態に維持することができる蒸気タービン設備を提供することができる。
本発明に係る注入装置によれば、配管中の空気を適切に除去することができる。加えて、蒸気タービン設備における給水配管中の水質を適切な状態に維持することができる。
本発明の実施形態に係る注入装置を備える蒸気タービン設備の系統図である。 本発明の実施形態に係る注入装置の動作を表す説明図である。 本発明の実施形態に係る注入装置の動作を表す説明図である。
〔実施形態〕
以下、本発明の一実施形態に係る注入装置１について、図面を参照して説明する。
蒸気タービン設備１００は、ボイラ６１と、蒸気タービン５１と、蒸気タービン５１に接続される外部機器５２と、復水器５３と、給水ポンプ３３と、注入装置１と、補給装置２と、を有している。
ボイラ６１は蒸気を発生させ、発生させた蒸気を蒸気タービン５１に送る。蒸気タービン５１は、ボイラ６１で発生した蒸気によって駆動される。外部機器５２は、蒸気タービン５１に接続された発電機等の装置であって、蒸気タービン５１の出力によって駆動される。復水器５３は、蒸気タービン５１から排気された蒸気を復水に戻すために設けられる。復水器５３とボイラ６１とは給水配管１８（配管１８）によって互いに接続されている。これによって、給水配管１８は蒸気タービン設備１００における給水系統Ｗとなる。
また、給水配管１８上には、給水（液体）を送水するための給水ポンプ３３が設けられている。給水ポンプ３３は、復水器５３からボイラ６１に給水（復水）を送水する。給水ポンプ３３は蒸気タービン設備１００における送水ポンプとなる。
注入装置１は、蒸気タービン設備１００における配管の腐食を抑制するための薬液を供給するために設けられる。補給装置２は、給水系統Ｗ中に給水を補給するために設けられる。
注入装置１は、薬液（注入液）を貯留する薬液タンク４１と、薬液タンク４１から供給された薬液を給水配管１８中に注入する注入配管３と、注入配管３上に設けられて薬液を注入する注入用ポンプ３１と、を有している。注入用ポンプ３１としては、定量ポンプの一種であるダイアフラムポンプが用いられる。なお、上述の給水ポンプ３３の吐出量は、注入用ポンプ３１の吐出量よりも大きい。
注入配管３上には、薬液タンク４１から給水配管１８に向かって順番に、第一注入バルブ２０と、注入用ポンプ３１と、第二注入バルブ２１と、が配置されている。なお、以降の説明では、注入配管３上における薬液タンク４１側を上流側とし、給水配管１８側を下流側とする。
注入配管３における第二注入バルブ２１の下流側には、立ち上がり部Ｘが設けられている。立ち上がり部Ｘは、蒸気タービン設備１００の設置スペースや設計上の制約から、やむを得ず形成される配管の態様である。
立ち上がり部Ｘは、設置面に沿って敷設された注入配管３が、いったん設置面から上方に離間して、設置面とおおむね平行な方向に延びたのち、再び設置面に沿って敷設されるような構成とされている。すなわち、立ち上がり部Ｘの内部では、設置面に沿って敷設されている注入配管３における他の部分に比して、空気が滞留しやすい。滞留した空気は、注入配管３の内部に注入された薬液に対して、ダンパーのような作用を生じる。
したがって、蒸気タービン設備１００の運転に際しては、このような空気を除去するために、空気を抜く必要がある。すなわち、立ち上がり部Ｘは空気抜き対象部位とされている。
補給装置２は、補給水（給水）を貯留する補給水タンク４２と、補給水を復水器５３に導入する補給水用配管４と、補給水用配管４上に設けられて補給水を送水する補給水用ポンプ３２（後述の洗浄用ポンプを兼ねる）を有している。
補給水用配管４上には、補給水タンク４２から復水器５３に向かって順番に、補給水用ポンプ３２と、補給水用バルブ２６と、が配置されている。なお、以降の説明では、補給水用配管４上における補給水タンク４２側を上流側とし、復水器５３側を下流側とする。
注入配管３における注入用ポンプ３１の上流側と、補給水用配管４における補給水用ポンプ３２の下流側とは、洗浄用配管５によって接続されている。洗浄用配管５上には、注入配管３側から順番に第一洗浄用バルブ２２，第二洗浄用バルブ２５が配置されている。
給水配管１８における給水ポンプ３３の下流側と、注入配管３における注入用ポンプ３１の下流側とは、第一洗浄用バルブ２２と第二洗浄用バルブ２５との間に設けられた接続部Ｃを経て、押出用配管６によって互いに接続されている。押出用配管６上には、注入配管３から給水配管１８に向かって順番に、第一押出バルブ２３と、第二押出バルブ２４とが設けられている。
洗浄用配管５には、上述の補給水タンク４２から供給される補給水が流れる。このため、第一洗浄用バルブ２２と第二洗浄用バルブ２５を開放し、第一押出バルブ２３と補給水用バルブ２６を閉止することで、注入配管３ならびに注入用ポンプ３１が補給水により洗浄される。なお、洗浄用配管５を介して洗浄用の補給水を導入するためには、補給水用ポンプ３２が駆動される。すなわち、補給水用ポンプ３２は、洗浄用ポンプを兼ねている。
続いて、上述のように構成された注入装置１及び蒸気タービン設備１００の動作について説明する。
蒸気タービン設備１００は、通常運転時には以下のように動作する。まず、ボイラ６１にて発生させた蒸気を蒸気タービン５１に供給する。蒸気タービン５１は、供給された蒸気によって回転し、接続された外部機器５２を駆動させる。
続いて、蒸気タービン５１から排気された蒸気は、復水器５３に送られる。復水器５３では熱交換により蒸気を凝縮させ蒸気を復水に戻す。この復水は給水として、給水配管１８上に設けられた給水ポンプ３３によってボイラ６１に送水される。ボイラ６１では、この給水を加熱し蒸気を発生させる。このように、蒸気タービン設備１００を運転することで、復水器５３からボイラ６１に給水配管１８を介して給水が流れる。
ここで、蒸気タービン設備１００では、各配管が主に炭素鋼によって形成されるため、給水による腐食に対する措置が要求される。このような措置として、注入装置１による薬液の注入が行われる。薬液としては、水のｐＨを調整するためのヒドラジンやアンモニアが主に用いられる。給水配管１８内部を流れる給水は、このような薬液によって弱アルカリ性に維持される。
注入装置１、補給装置２の動作について以下で説明する。
注入装置１における薬液タンク４１には、上述のヒドラジンやアンモニア等の薬液が貯留されている。薬液タンク４１から供給された薬液は、注入配管３を通って給水配管１８におけるボイラ６１の上流に注入される。上述のように注入される薬液により給水のｐＨが調整されるため、給水配管１８の腐食を防ぐことができる。
給水配管１８上には、測定装置７０が設けられている。この測定装置７０は給水配管１８を流れる給水中における薬液の濃度を測定する。この濃度に応じて注入装置１では、第一注入バルブ２０と第二注入バルブ２１が開閉されるとともに、注入用ポンプ３１が駆動される。これにより、蒸気タービン設備１００の運転中であっても、薬液が注入される。
さらに、蒸気タービン設備１００では、継続的な運転に伴って給水配管１８を流れる給水を適宜補給する必要がある。給水を補給するために、補給装置２が用いられる。
補給装置２における補給水タンク４２には、補給水が貯留されている。本実施形態では、補給水タンク４２の補給水は、補給水用配管４を通って復水器５３に供給される。捕集水の補給を行うに際して、補給装置２では、第二洗浄用バルブ２５を閉止し補給水用バルブ２６を開放するとともに、補給水用ポンプ３２を駆動する。
ここで、上述の通り、注入配管３における第二注入バルブ２１の下流側には、立ち上がり部Ｘが設けられている。立ち上がり部Ｘの内部に滞留する空気を抜く際の、注入装置１の動作について図２と図３を参照して説明する。
空気抜きは、空気抜き対象部位（立ち上がり部Ｘ）に、水を比較的大量に流すことで行われる。立ち上がり部Ｘに水を流すに当たっては、給水配管１８上を流れる給水を利用する押出用系統Ａと、補給水タンク４２に貯留された補給水を用いる押出用系統Ｂと、のいずれか一方が用いられる。
給水配管１８上を流れる給水を用いて空気抜きを行う押出用系統Ａについて、図２を参照して説明する。以降の説明では、押出用配管６はＡ押出用配管６Ａとする。
給水配管１８上を流れる給水を利用するために、まずＡ押出用配管６Ａ上における第一押出バルブ２３、第二押出バルブ２４及び注入配管３上における第二注入バルブ２１が、それぞれ開放される。上記以外のバルブ、すなわち第一注入バルブ２０，第一洗浄用バルブ２２，第二洗浄用バルブ２５，補給水用バルブ２６は閉止されている。これにより、給水配管１８と立ち上がり部Ｘとは、Ａ押出用配管６Ａと注入配管３を介して連通された状態となる。
このような状態において、第一押出用ポンプとして給水ポンプ３３が駆動する。すると、給水配管１８上を流れる給水の一部は、Ａ押出用配管６Ａと注入配管３を流れ、注入配管３上における立ち上がり部Ｘを流れることにより、立ち上がり部Ｘから滞留する空気を押し出す。給水ポンプ３３には、滞留する空気を立ち上がり部Ｘから押し出すのに十分な吐出量（流速）を有する。このため、図２に示すように、給水ポンプ３３の下流側の給水配管１８と立ち上がり部ＸをＡ押出用配管６Ａと注入配管３を介して連通させ、給水ポンプ３３から吐出された給水が立ち上がり部Ｘを流れるので、立ち上がり部Ｘから滞留した空気を押し出すことができる。立ち上がり部Ｘから押し出された空気は、注入配管３から給水配管１８に流れボイラ６１に流れる。
補給水タンク４２に貯留された補給水を用いる押出用系統Ｂについて、図３を参照して説明する。以降の説明では、補給水用配管４と、洗浄用配管５の一部と、押出用配管６の一部と、から形成される経路を、Ｂ押出用配管６Ｂとする。
より詳細には、Ｂ押出用配管６Ｂは、洗浄用配管５における補給水用ポンプ３２から接続部Ｃにかけての部分と、押出用配管６における接続部Ｃから注入配管３にかけての部分と、を含む。
Ｂ押出用配管６Ｂにおいては、補給水タンク４２に貯留された補給水を利用するために、まず第二洗浄用バルブ２５と、第一押出バルブ２３がそれぞれ開放される。さらに、注入配管３上における第二注入バルブ２１も開放される。上記以外のバルブ、すなわち第一注入バルブ２０，第一洗浄用バルブ２２，第二押出バルブ２４，補給水用バルブ２６は閉止されている。これにより、補給水タンク４２と立ち上がり部Ｘとは、Ｂ押出用配管６Ｂと注入配管３を介して連通された状態となる。
このような状態において、第二押出用ポンプとして補給水用ポンプ３２が駆動する。すると、補給水タンク４２から供給された補給水は、上述のＢ押出用配管６Ｂと注入配管３を流れ、注入配管３上における立ち上がり部Ｘを流れることにより、立ち上がり部Ｘから滞留する空気を押し出す。補給水用ポンプ３２には、給水ポンプ３３と同様に滞留する空気を立ち上がり部Ｘから押し出すのに十分な吐出量（流速）を有する。このため、図３に示すように、補給水タンク４２と立ち上がり部ＸをＢ押出用配管６Ｂと注入配管３を介して連通させ、補給水用ポンプ３２から吐出された補給水が立ち上がり部Ｘを流れるので、立ち上がり部Ｘから滞留した空気を押し出すことができる。立ち上がり部Ｘから押し出された空気は、注入配管３から給水配管１８に流れボイラ６１に流れる。
上述のように、本実施形態に係る注入装置１では、第一押出用ポンプとしての給水ポンプ３３と、給水ポンプ３３に接続された押出用配管６とが、空気抜き対象部位（立ち上がり部Ｘ）よりも上流側に設けられる。加えて、給水ポンプ３３は、注入用ポンプ３１よりも大きな吐出量を有するため、立ち上がり部Ｘに滞留した空気を十分に除去することができる。
さらに、本実施形態に係る注入装置１では、給水配管１８上に設けられた給水ポンプ３３を、第一押出用ポンプとして兼用している。したがって、空気抜きのためにポンプを追設する必要がなく、既存の設備に簡易な改造を施すのみで立ち上がり部Ｘの空気を除去することができる。
また、注入装置１では、洗浄用配管５に洗浄用の補給水を送水する補給水用ポンプ３２を、第二押出用ポンプとして兼用している。したがって、ポンプを追設する必要がなく、既存の設備に簡易な改造を施すのみで、立ち上がり部Ｘの空気を除去することができる。
加えて、注入装置１では、注入用ポンプ３１を洗浄するとともに、洗浄に供された補給水が立ち上がり部Ｘに導かれて、立ち上がり部Ｘの空気を除去することもできる。
さらに、本実施形態に係る注入装置１は、給水配管１８は蒸気タービン設備１００における給水配管１８（給水系統Ｗ）に対して簡易な改造を施すのみで設けることができる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、上述の実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。
１ 注入装置
２ 補給装置
３ 注入配管
４ 補給水用配管
５ 洗浄用配管
６ 押出用配管
６Ａ Ａ押出用配管
６Ｂ Ｂ押出用配管
１８ 給水配管
２０ 第一注入バルブ
２１ 第二注入バルブ
２２ 第一洗浄用バルブ
２３ 第一押出バルブ
２４ 第二押出バルブ
２５ 第二洗浄用バルブ
２６ 補給水用バルブ
３１ 注入用ポンプ
３２ 補給水用ポンプ
３３ 給水ポンプ
４１ 薬液タンク
４２ 補給水タンク
５１ 蒸気タービン
５２ 外部機器
５３ 復水器
６１ ボイラ
Ｃ 接続部
Ｗ 給水系統
Ｘ 立ち上がり部

Claims (4)

  1. 液体が流れる配管に、注入液を注入する注入装置であって、
    前記配管に接続されて、前記注入液が流れる注入配管と、
    前記注入配管に設けられた注入用ポンプと、
    前記注入用ポンプよりも下流側で、前記注入配管中の空気抜き対象部位よりも上流側に接続された押出用配管と、
    前記押出用配管に押出用の液体を送水する押出用ポンプとを備え、
    前記押出用ポンプの吐出量は、前記注入用ポンプの吐出量よりも大きいことを特徴とする注入装置。
  2. 前記配管には液体を送水する送水ポンプが設けられ、
    前記押出用配管は前記配管に設けられた前記送水ポンプの下流側に接続され、
    前記送水ポンプが前記押出用ポンプを兼ねることを特徴とする請求項１に記載の注入装置。
  3. 前記注入配管に洗浄用の液体を送る洗浄用配管と、
    前記洗浄用配管に洗浄用の液体を送水する洗浄用ポンプとを備え、
    前記洗浄用配管は、前記注入用ポンプよりも下流側で、前記注入配管中の空気抜き対象部位よりも上流側に接続されて前記押出用配管の一部をなし、
    前記洗浄用ポンプが前記押出用ポンプを兼ねることを特徴とする請求項１に記載の注入装置。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の前記注入装置と、蒸気を発生させるボイラと、前記蒸気で駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、前記復水器で生成された水を前記ボイラに戻す給水配管と、を備え、
    前記給水配管は、前記配管であることを特徴とする蒸気タービン設備。
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