JP2544050B2 - ドレンタンク水位制御装置 - Google Patents

ドレンタンク水位制御装置

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JP2544050B2
JP2544050B2 JP3348665A JP34866591A JP2544050B2 JP 2544050 B2 JP2544050 B2 JP 2544050B2 JP 3348665 A JP3348665 A JP 3348665A JP 34866591 A JP34866591 A JP 34866591A JP 2544050 B2 JP2544050 B2 JP 2544050B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、原子力発電プラントに
おける湿分分離器または湿分分離再熱器のドレンタンク
水位制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】原子力発電プラントは原子炉の性質上、
炉内で発生する蒸気の圧力、温度が火力発電プラントに
比較してかなり低く(即ち、火力発電プラントでは圧力
/温度が 246kg/cm2 g/ 538℃程度であるのに対
し、原子力発電プラントでは圧力/温度が65kg/cm
2 g/ 280℃程度である)、蒸気はタービン入口におい
てすでに 0.2〜 0.4%程度の水分を含んでいる。この蒸
気を湿分分離せずに、タービン出口圧力まで膨張させる
と、低圧タービンの最終段出口の蒸気の湿り度は、約25
%にも達する。この状態でタービンの運転を行えば、蒸
気中の水分により動の浸蝕が著しくなるばかりでな
く、タービンの内部効率を大幅に低下させる原因とな
る。
【0003】そこで、蒸気の膨張途中で発生する水分を
有効に除去するために、湿分分離器を設置することが行
なわれている。湿分分離器には古くから種々のものがあ
り、例えば、湿り蒸気に回転流を与え、その遠心力で比
重の大きい水分を分離する遠心式、波状板の板間に湿り
蒸気を流すことにより水分のみを波板壁面に付着させる
波板式等がある。
【0004】また、最近は高圧タービンからの抽気蒸気
や主蒸気を熱源として再加熱し、次段の低圧タービンへ
蒸気を供給するようにした湿分分離再熱器も多用されて
いる。
【0005】これらの湿分分離器や湿分分離再熱器(こ
れらを区別する必要がないときは単に湿分分離器とい
う。)は、通常、高圧タービンと低圧タービンの中間に
設置されており、湿分分離器により分離された水分(ド
レン)は付属のドレンタンクに貯えられ、給水過熱器や
復水器へ排出される。
【0006】図4は、従来のドレンタンク水位制御装置
を例示する概略系統図で、原子炉(図示せず)からの主
蒸気管1を接続した高圧タービン2は低圧タービン3と
共に発電機4を駆動する。湿分分離器5は上記高圧ター
ビン2と低圧タービン3の中間に設けられており、この
湿分分離器には発生ドレンを貯えるドレンタンク6が設
置されている。
【0007】ドレンタンク6にはタンク内の水位を制御
するため、常用水位検出器7、常用水位調節計8および
常用調節弁9からなる常用制御系が介設され、また、非
常用制御系として非常用水位検出器10、非常用水位調節
計11および非常用調節弁12が介設されている。これらの
制御系は夫々あらかじめ定められた設定水位により制御
される。
【0008】また、ドレンタンク6にはドレン管13が接
続され、その下端から二方に分岐した配管の一方は、常
用調節弁9を介して給水加熱器(図示せず)に連結さ
れ、また、他方の配管は非常用調節弁12を介して復水器
(図示せず)へ連結されている。
【0009】高圧タービン2から送気された水分を含ん
だ蒸気は湿分分離器5にて水分を分離された後、低圧タ
ービン3に送られて再び仕事し、また蒸気から分離され
た水は、ドレンタンク6に入り水位制御される。
【0010】ドレンタンク6の水位制御は、常時は常用
制御系によって行なわれるが、なんらかの原因で、常用
制御系の常用調節弁9を全しても水位が上昇して所定
レベルを超えた場合には、非常用制御系が作動して非常
用調節弁12を開け、ドレンを復水器(図示せず)へ流出
させている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ところで、湿分分離器
5のドレンタンク6は高圧タービン2の出口圧力にほぼ
等しく、温度はその圧力の飽和温度となっている。高圧
タービン2の出口圧力はタービン負荷が下がると、それ
と殆ど同時に下降するが、ドレン温度は急には下がら
い。その結果、圧力降下とドレン温度飽和圧力の差分だ
けドレンは蒸発する。このためドレンは気液二相状態と
なり、体積が増加し、常用調節弁9だけでは流出不能と
なる。その結果、ドレン水位は非常用制御系水位まで上
昇することになる。
【0012】非常用水位調節計11は比例・積分動作機構
を具備しており、常時は実水位が設定水位より低いとこ
ろにあるので、非常用調節弁12には全閉信号が発信さ
れ、全閉状態となっている。また、非常用水位調節計11
の比例・積分機能は常用制御系の異常時に単独にて安定
な制御が可能なように、一般的に比例ゲインは、 1.0以
下、積分時間は長目に調整されている。
【0013】この状態で実水位が設定水位より上昇した
場合、非常用調節弁12を水位上昇に見合った開度まで動
かすにはかなりの時間を要するため、その間に水位はさ
らに上昇する。
【0014】この異常水位上昇が所定のレベルを越える
とタービンをトリップさせ、原子炉をスクラムさせる為
のインターロックが作動し、プラントを停止させる。
【0015】しかしながら、原子力発電プラントにおい
て原子炉スクラム異常事態であり、その影響は広範囲
に及ぶので、極力避けなければならない。従ってドレン
タンクの水位が異常にならないよう制御する必要がある
が、前述のように従来の制御装置ではこれに満足に対応
することができなかった。さらに水位が下降しドレンタ
ンクが空になると配管内に気相を巻き込みウォータハン
マが発生するおそれもあった。
【0016】本発明は、上記系統に微してなされたもの
であって、ドレンタンク内の水位上昇時には非常用制御
系を速やかに作動させ、ドレンを復水器へ流出させて水
位の異常上昇を防止し、かつドレンタンク内の水位の急
下降をも防止し、安定なレベル制御が可能なドレンタン
ク水位制御装置を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明にかかるドレンタ
ンク水位制御装置は、原子力発電プラントにおいて、湿
分分離器または湿分分離再熱器で分離された水分を貯え
るドレンタンクと、このドレンタンク内の水位変化率を
検出する常用水位検出器および非常用水位検出器と、前
記ドレンタンク内の水を排出する常用水位系配管および
非常用水位系配管に介挿され、常用水位調節計または制
御演算器からの信号によって制御される常用調節弁およ
び非常用調節弁と、前記非常用水位検出器からの信号を
微分してドレンタンク内の水位の変化率を求める変化率
演算器と、この変化率演算器から出力された変化率が水
の異常な上昇方向又は水位の異常な下降方向を示す
め定められた設定値となった場合に条件信号を出力する
設定器と、この設定器からの条件信号により水位が異常
上昇方向と判断された場合に水位上昇時演算モードを
選択し水位の比率演算によって前記非常用調節弁を開動
作させ、前記設定器からの信号により水位が異常な下降
方向と判断された場合に水位下降時演算モードを選択し
水位の比率演算によって前記非常用調節弁を閉動作させ
る制御演算器とを具備することを特徴とする。
【0018】
【作用】従来、この種装置において、実水位が設定水
位より上昇した場合、実水位が設定水位に収斂するに
は、比較的時間を要しているが、この原因は従来の非常
用水位調節計が比例・積分機能しか有していないことに
よるものであった。
【0019】本発明は、かかる点に着目したものであっ
て、演算部には実水位の上昇を時間に対する変化率の要
素を加える一方、運転モードとして実水位上昇時と実水
位下降時とが自在に使いわけられ、異常な水位上昇、下
降時に水位の比率演算によって非常用調節弁の開閉動作
を制御するように制御演算器を設けたものである。
【0020】したがって、本発明によれば、実水位上昇
時、または実水位下降時、実水位は設定水位に対し、従
来よりも一段と速く収斂させることができる。
【0021】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。なお、図1中、図4における同一部分には同一
の符号を付し、重複を避けるため説明は省略する。
【0022】図1と図4を対比すれば明らかなように、
本発明にかかるドレンタンク水位制御装置は、非常用水
位調節計11に替えて制御演算器16を使用すると共に、非
常用水位検出器10の出力を変化率演算器(微分器)14で
微分演算した後、設定器15を通して制御演算器16の制御
端子に入力するよう構成したことを特徴とするものであ
る。
【0023】上述のドレンタンク水位制御装置におい
て、非常用水位検出器10の出力は変化率演算器14によっ
て一階微分され、水位の正方向・負方向の変化率演算
される。
【0024】次に、この変化率は設定器15に入力され、
水位の動向把握されるこの動作を図2を参照して説
明する。
【0025】設定器15は水位入力信号を微分演算により
一階微分し、その結果を設定器15に向けて出力する。こ
の出力は設定器15内において異常水位上昇率に設定され
た高高水位レベル設定部“HH”15a、通常時の水位上
昇率に設定された高水位レベル設定部“H”15b、異常
水位下降率に設定された低低水位レベル設定部“LL”
15c、通常時の水位下降上昇率に設定された低水位レベ
ル設定部“L”15dにより水位状態を把握される。
【0026】各水位レベル設定部15a〜15dの設定値は
水位上昇方向では高高水位レベル値“HH”>高水位レ
ベル値“H”、水位降下方向では低低水位レベル値“L
L”>低水位レベル値“L”となるように設定されてお
り、水位条件により“A”または“B”の条件信号を出
力する。この条件信号“A”、“B”により図1の制御
演算器16は図3に示す組合せに応じて演算モードを選び
だす。
【0027】各演算モードは、この実施例では3種類あ
り、水位の上昇率/下降率により選定される。すなわ
ち、通常運転時にはドレンは気液二相状態ではなく、水
位の異常な上昇/下降はないので、変化率演算器14およ
び設定器15a〜15dは動作せず、水位条件“A”、
“B”はOFF状態となる。この場合、通常演算モード
(比例+積分)である旨の制御信号を出力する。
【0028】また、負荷変化率の圧力変化にともなって
発生するドレン蒸発による“HH” レベル水位上昇時
は、変化率演算器14と各水位レベル設定部15a〜15dに
より、水位条件は“A”ON、“B”OFFとなり、演
算モードは通常演算モードより水位上昇時演算モードに
切替わる。この水位上昇時演算モードは水位上昇を押え
ることを主目的としているため、単にドレンタンク水位
比率演算(K1 )としている。
【0029】この演算動作により非常用調節弁12を急開
し、水位上昇は抑制される。この時、非常用調節弁12は
全開状態にまで達しており、ドレンタンク水位は下降し
はじめ、その速度は早くなる。これは、ドレン状態が気
液二相状態より液相状態に戻っており、ドレンの容積流
量が下がり、かつ調節弁開度が全開状態になっているた
めである。そしてドレンタンク水位が“H”レベルで水
位条件“A”はOFFとなる。
【0030】また、水位の下降時には、水位上昇時と同
様に“LL”レベル水位下降時に変化率演算器14および
各設定器15a〜15dにより、水位条件は“A”OFF、
“B”ON状態となり、演算モードは水位下降時演算モ
ードに切替わる。水位下降時演算モードも水位下降を押
えることを目的としているため、単にドレンタンク水位
比率演算(K2 )としている。そしてドレンタンク水
位が“L”レベルで水位条件“B”はOFFとなる。
発明にかかるドレンタンク水位制御装置では上述の各演
算モードにより非常用調節弁12を作動させ、ドレンタン
ク水位を早期にかつ安定に制御している。
【0031】その結果、ドレンタンク水位は器内圧力変
化によるドレン蒸発時の水位上昇やその後の水位下降、
あるいは通常運転時における各々相反した制御目的を達
成することができ、安定なレベル制御を行うことが可能
となる。よって、ドレンタンク内の水位上昇にともなう
原子炉スクラムを防止し、かつ水位下降時の配管内の気
相巻き込みにともなうウォータハンマを防止することが
できる。
【0032】なお、以上の説明では水位上昇を実水位自
体の検出にて行っている例につき説明したが、本発明は
これに限定されるものではなく、水位検出器は、器内圧
力の変化率やタービン負荷変化率を検出するものとして
も同様の効果がある。
【0033】
【発明の効果】上述のごとく本発明によれば、水位の変
化率に応じて異常な水位上昇、下降時に水位上昇、下降
時演算モードを選択し、ドレンタンク水位の比率演算に
よって非常用調節弁の開閉動作を制御するので、ドレン
タンク水位を早期にかつ安定して制御でき、ドレンタン
ク水位の異常上昇に伴う原子炉のスクラムを回避でき、
さらには異常下降時の配管内のウォータハンマを防止で
きるので、原子力発電プラントの安定性、経済性を大幅
に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるドレンタンク水位制御装置の一
実施例を示す概略系統図。
【図2】設定器の機能を説明する概略図。
【図3】設定器の作動を例示する説明図。
【図4】従来のドレンタンク水位制御装置の一例を示す
概略系統図。
【符号の説明】
1…主蒸気管 2…高圧タービン 3…低圧タービン 4…発電機 5…湿分分離器 6…ドレンタンク 7…常用水位検出器 8…常用水位調節計 9…常用調節弁 10…非常用水位検出器 11…非常用水位調節計 12…非常用調節弁 13…ドレン管 14…変化率演算器 15…設定器 16…制御演算器

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原子力発電プラントにおいて、湿分分離
    器または湿分分離再熱器で分離された水分を貯えるドレ
    ンタンクと、このドレンタンク内の水位変化率を検出す
    る常用水位検出器および非常用水位検出器と、前記ドレ
    ンタンク内の水を排出する常用水位系配管および非常用
    水位系配管に介挿され、常用水位調節計または制御演算
    器からの信号によって制御される常用調節弁および非常
    用調節弁と、前記非常用水位検出器からの信号を微分し
    てドレンタンク内の水位の変化率を求める変化率演算器
    と、この変化率演算器から出力された変化率が水位の異
    常な上昇方向又は水位の異常な下降方向を示す予め定め
    られた設定値となった場合に条件信号を出力する設定器
    と、この設定器からの条件信号により水位が異常な上昇
    方向と判断された場合に水位上昇時演算モードを選択し
    水位の比率演算によって前記非常用調節弁を開動作さ
    せ、前記設定器からの信号により水位が異常な下降方向
    と判断された場合に水位下降時演算モードを選択し水位
    の比率演算によって前記非常用調節弁を閉動作させる制
    御演算器とを具備することを特徴とするドレンタンク水
    位制御装置。
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