JP2909300B2 - ヒータドレン設備 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発電プラントの湿分分
離加熱器におけるドレン系統のドレンがフラッシュして
生成されるドレン管内の蒸気部の為に発生するウォータ
ーハンマーを防止するようにしたヒータドレン設備に関
する。

【０００２】

【従来の技術】湿分分離器１０の周りのドレン系統を図
３に示す。図３において、符号１０は湿分分離器、符号
１は湿分分離器ドレンタンク、符号２は湿分分離器で発
生したドレンを熱源媒体として受け入れる低圧側の給水
加熱器、符号３は復水器である。湿分分離器１０のドレ
ンタンク１と給水加熱器２とを結ぶ常用ドレン管４及び
湿分分離器１０のドレンタンク１と復水器３とを結ぶ非
常用ドレン管５には調節弁６ａ，６ｂおよび逆止弁７
ａ，７ｂが、設置されている。ドレンタンク１には標準
水位検出器１１及び高水位検出器１２が設けられてお
り、定常運転状態では標準水位検出器１１からの検出信
号が調節計１３を介して調節弁６ａに加えられ、水位の
コントロールを行いながらドレンタンク１内のドレンが
低圧側の給水加熱器２に供給される。

【０００３】一方、タービン負荷が急激に変動して負荷
が下がった時には、上述の如きドレンの排出ができにく
くなり、ドレン水位が上昇する。このため、高水位検出
器１２が作動し、検出信号は調節計１４を介して調節弁
６ｂに加えられ、ドレンが直接復水器３に排出される。
ドレン管４及び５に設置された逆止弁７ａ，７ｂはドレ
ンがフラッシュして逆流するのを防止している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したタ
ービン負荷変動及び停止時にはタービン抽気量が減少
し、給水加熱器２及びドレンタンク１内の圧力が低下す
るため、その内部に滞留しているドレン及びドレン管
４，５内のドレンは過飽和状態になり、フラッシュを始
める。また、通常ドレンタンク１及び給水加熱器２間に
は圧力差がなく、流れは水頭の差により達成されてい
る。このことから、負荷変動及び停止時には、内在する
ドレン容量の関係からドレンタンク１の圧力の降下スピ
ードが給水加熱器２の降下スピードよりも速く、給水加
熱器２の圧力の方がドレンタンク１の圧力よりも高くな
り、この重力によるドレン排出ができなくなるという事
象が発生する。

【０００５】この場合、逆止弁７ａは閉となり、また給
水加熱器２側への流出も出来なくなることからドレン管
４内のドレンは逃げ場を失い調節弁６ａと逆止弁７ａと
の間の配管内に滞留し、給水加熱器２の圧力降下にとも
ないフラッシュにより蒸気層が形成される。

【０００６】ドレンの排出が出来なくなったことにより
ドレンタンク１内の水位が上昇するため、高水位検出器
１２が作動し、ドレンタンク１内のドレンはドレン管５
を通して復水器３に排出されるようになる。従って、ド
レンタンク１内のドレンは、より低負荷時の低温（低エ
ネルギー）のドレンに順次置き換えられている。

【０００７】この様な状態を経過した後、引き続き負荷
上昇が発生すると、タービン抽気量の増加により圧力が
元の状態に回復するため、ドレンタンク１内のドレンは
再び給水加熱器２に向かって流れ始めるが、ドレン管４
内に閉じこめられていたドレン及び蒸気層に対し、流入
するドレンタンク１内のドレンはサブクールされた状態
にあるため、流入ドレンにより配管内の蒸気層は急激に
凝縮し、蒸気層消滅の瞬間における水の衝突により、い
わゆるウォーターハンマーが発生する。

【０００８】この蒸気層がドレン管に滞留することによ
り引き起こされるウォーターハンマー現象を図４ないし
図５を参照して説明する。

【０００９】図４はドレンタンク１から低圧側の給水加
熱器２及び復水器３に至るドレン管４，５でのドレンの
挙動について説明するものである。また図５は、タービ
ン負荷ｇ、湿分分離器ドレンタンク器内圧力ｈ、給水加
熱器器内圧力ｉの時間履歴を示したものである。

【００１０】図５中、実線ｇはタービン負荷の履歴を示
しており、時間ｔ１からｔ２の間に負荷はＬ１からＬ２
に降下し、再びｔ３からｔ４の間に負荷はＬ２からＬ１
に上昇する事を示しており、湿分分離器ドレンタンク器
内圧力ｈは、湿分分離器１０がタービンに直結している
ためほとんど負荷ｇの履歴と同じ状態でＰ１からＰ３に
降下し、再度の負荷上昇時においてはＰ３からＰ１に上
昇することを示している。

【００１１】一方、給水加熱器２の器内圧力ｉは負荷降
下に伴うタービン抽気量の減少に従って圧力は降下し、
再度の負荷上昇においてはタービン抽気量の増加により
圧力は上昇し、初期の圧力Ｐ２に戻る事になる。この場
合、図中の斜線部ｊは湿分分離器ドレンタンク器内圧力
ｈと給水加熱器２の器内圧力ｉが逆になる範囲が発生す
る事を示している。

【００１２】この様なタービン負荷変化に対し、ドレン
管４，５内の流体の挙動は上述の負荷や圧力履歴に対
し、まず湿分分離器ドレンタンク１の器内圧力減少時に
は、ドレン管４内は過飽和の状態になり、ドレンがフラ
ッシュして、蒸気と水の気液二層流の状態となってドレ
ン体積が増加する。また、調節弁６ａを通過する流量が
気液二層流となったことにより見かけの流量が増加し流
動が滞る。さらに湿分分離器ドレンタンク１と給水加熱
器２の器内圧力が逆転することなどにより、ドレン管４
内の気液二層流がドレンタンク１の方へ逆流し始める。
この時、逆止弁７ａが全閉し、ドレン管４内の気液二層
流は調節弁６ａと逆止弁７ａとの間に滞留することにな
る。

【００１３】一度、滞留した気液二層流は、調節弁６ａ
を通して双方が通じていても給水加熱器２の器内圧力と
ドレン管４内の圧力の差が小さいため少しずつ給水加熱
器２の側に排出されるだけであり、ドレン管内の圧力も
時間をかけないと下がらない。滞留した気液二層流では
次第に気層が分離しドレン管４内には大きな蒸気層が形
成される。

【００１４】一方、湿分分離器ドレンタンク１では、ド
レンの排出が無くなったことにより水位が上昇し、高水
位検出器１２が作動し、ドレンタンク１内のドレンはド
レン管５を通して復水器３に排出されるようになる。従
ってドレンタンク１内のドレンはより低負荷時の低温
（低エネルギー）のドレンに順次置き換えられている。

【００１５】この時のドレン管４，５内の流体の挙動を
示したのが図４である。図は再度負荷上昇する前の状態
を示しており、ドレン管４内の調節弁６ａと逆止弁７ａ
との間には蒸気部２１がドレン２０と分離して水平管の
管内上部に滞留している。このように逆止弁７ａが閉じ
ている状態、すなわちドレン管４内の圧力がドレンタン
ク１の器内圧力より高い状態では、負荷上昇時にドレン
タンク圧力ｈが給水加熱器２の器内圧力よりも高くなり
逆止弁７ａが開き始めると、ドレン管４内の飽和温度よ
りも低い温度のドレンが流入してくる。このため蒸気部
２１が凝縮し、急激な体積の減少により流入ドレンは加
速され、ついに蒸気部２１が消滅して加速されたドレン
が衝突して圧力上昇するいわゆるウォーターハンマーが
発生する。このウォーターハンマーは再度の負荷上昇時
に一度発生するに過ぎないが、急激な負荷変化において
は、非常に大きなものとなり、しばしば配管を支持する
サポート部材に損傷を与えたり、調節弁６ａの故障の原
因となる。

【００１６】本発明は、タービン負荷変化時及び起動や
停止時に起こるドレンがフラッシュしてドレン管内に蒸
気部が生成され、再度の起動操作時にウォーターハンマ
ーが発生するのを防止するようにしたヒータドレン設備
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】本発明のヒータドレン設
備は、湿分分離器のドレンを貯蔵するドレンタンクと、
このドレンタンクからのドレンの熱回収を行う熱交換器
と、ドレンタンクと熱交換器とを接続する常用ドレン管
と、この常用ドレン管に設けられ熱交換器からドレンタ
ンクにドレンが逆流するのを防止するための逆止弁と、
ドレンタンクの水位が異常上昇したときドレンタンクの
ドレンを復水器に流すための非常用ドレン管とを備えた
ものであって、常用ドレン管の逆止弁の下流側より復水
器へ至る逃し管と、この逃し管に設けられ常用ドレン管
内に発生したフラッシュ蒸気を復水器に逃す逃し弁とを
設けたことを特徴とする。

【００１８】

【作用】ドレンタンクと熱交換器とを接続する常用ドレ
ン管にフラッシュ蒸気が滞留したとき、常用ドレン管の
逆止弁の下流側に設けられた逃し管の逃し弁を開き、常
用ドレン管内のフラッシュ蒸気を復水器に逃す。これに
より、常用ドレン管に発生するウォーターハンマーを防
止することができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１において常用ライン管４の逆止弁７ａの下
流側より復水器３へ接続する逃しライン８及び弁９が設
置されている。

【００２０】プラントの負荷変動が発生しタービン負荷
が降下すると、ドレン管４内の圧力が下がり、一部のド
レンがフラッシュして蒸気が発生する。この場合、内在
するドレン容量の関係からドレンタンク１と熱交換器２
との器内圧力が逆転することにより、ドレン管４内の気
液二層流がドレンタンク１の方へ逆流し逆止弁７ａが閉
じられる。このことにより、発生蒸気は調節弁６ａと逆
止弁７ａの間に溜まることになるが、本発明では逆止弁
７ａの下流側で滞留するドレン及び蒸気は逃しライン８
を通って復水器３に排出される構成となっているため、
ドレン管４内のドレンは順次ドレンタンク１内のドレン
と置き換えられる。この場合、ドレンタンク１内のドレ
ンとドレン管４内のドレンの圧力及び温度の差は発生し
ない。

【００２１】このようにして、再度負荷上昇が発生した
場合でも、ドレンタンク１からドレンが流入してドレン
管４内の蒸気層が急激に凝縮することを回避することが
できウォーターハンマーの発生を防止することが可能と
なる。

【００２２】図２に、逃しライン８に設置される逃し弁
９の動作条件のインターロックを示す。すなわち、通常
運転中は逃し弁９は閉とし系外にドレンが排出されるこ
とを防止する。プラントの負荷変動、例えば、タービン
トリップ原子炉スクラムＡ、発電機負荷しゃ断Ｂ、ター
ビントリップＣ、主蒸気圧力急減Ｄ、ドレンタンク器内
圧力急減Ｅ等が発生した場合に逃し弁９を開する。逃し
弁９はドレン管４内に発生した蒸気を復水器３に排出す
ることが目的であるため、逃し弁９が開した後、時限Ｆ
をもって閉とするインターロックとする。これにより、
再度負荷上昇が発生した場合、ドレン管４内にはドレン
タンク１の圧力や温度と同じドレンが満たされることに
なるため、ウォーターハンマー発生の主因となる蒸気層
の存在及びサブクール水の流入という状態を回避するこ
とができ、確実にウォーターハンマーを防止することが
可能となる。

【００２３】このように本発明では、ドレンを貯留する
ドレンタンク１からこのドレンの熱回収を行なう熱交換
器２に接続される常用ライン４の逆止弁７ａの下流から
復水器３へ接続する逃しライン８及び逃し弁９を設け、
常用ライン４内でドレンがフラッシュしたときフラッシ
ュ蒸気を逃しライン８を通して復水器３に逃すようにし
ている。

【００２４】また、逃しライン８に設けられた逃し弁９
を通常運転中は閉し常用ライン４内でドレンがフラッシ
ュしたときに開とするインターロックを設けている。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、プラント
負荷変動が発生した場合、常用ドレン管の逆止弁の下流
側より復水器に至る逃しラインを設けているので、常用
ドレン管内でドレンがフラッシュする様な状態になって
も、発生蒸気はドレン管内に滞留することはない。ま
た、ドレンタンク内のドレンとドレン管内のドレンの圧
力及び温度の差は発生しないため、ドレン管内で蒸気層
の急激な凝縮によりドレンが高速で流動して起こるウォ
ーターハンマーを防止する事が可能である。

【００２６】従って、本発明によれば、発電プラントの
構成機器の損傷が防止されるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図。

【図２】本発明の逃し弁の動作条件を示すブロック図。

【図３】従来例を示す構成図。

【図４】従来例におけるフラッシュ蒸気の滞留の説明
図。

【図５】従来例の特性図。

【符号の説明】

１ ドレンタンク ２ 熱交換器 ３ 復水器 ４ 常用ドレン管 ５ 非常用ドレン管 ６ 調節弁 ７ 逆止弁 ８ 逃し管 ９ 逃し弁 １０ 湿分分離器 １１，１２ 水位検出器 １３，１４ 調節計

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 湿分分離器のドレンを貯蔵するドレンタ
   ンクと、このドレンタンクからの前記ドレンの熱回収を
   行う熱交換器と、前記ドレンタンクと前記熱交換器とを
   接続する常用ドレン管と、この常用ドレン管に設けられ
   前記熱交換器から前記ドレンタンクにドレンが逆流する
   のを防止するための逆止弁と、前記ドレンタンクの水位
   が異常上昇したとき前記ドレンタンクのドレンを復水器
   に流すための非常用ドレン管とを備えたヒータドレン設
   備において、前記常用ドレン管の前記逆止弁の下流側よ
   り前記復水器へ至る逃し管と、この逃し管に設けられ前
   記常用ドレン管内に発生したフラッシュ蒸気を前記復水
   器に逃す逃し弁とを設けたことを特徴とするヒータドレ
   ン設備。