JP3203921B2 - 熱交換器冷却系監視制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラントの熱交換器冷
却系監視制御装置に係り、特に、同一ポンプ運転条件に
あっても、潮位（取水点）とポンプ槽の水位差が増加す
るプラントの冷却系監視制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラントの冷却系監視制御装置の従来技
術としては、特開昭57−146065号公報，特開昭57−1376
56号公報及び特開昭58−25590 号公報に記載されてい
る。

【０００３】これらの従来技術では、海水ポンプの運転
台数が増加すると取水路を通過する流量が増加すること
になるが、この状態が取水路の汚れ度が増加していて
（貝の付着量が増加）取水路損失が増している状態にあ
るとポンプ槽水位が低下し、さらに潮位が低い状態にあ
ると、ポンプ槽水位がポンプ運転限界水位を下回るにも
係らず、ポンプ運転台数の追加に対しなんら考慮が払わ
れていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明で解決しようと
する従来技術の問題点は、復水器冷却用海水ポンプの運
転台数を増加する場合に、潮位及び取水路の汚れを考慮
しないでポンプ起動指令を出力する点にある。

【０００５】本発明の目的は、この従来技術の欠点を解
消させるものであり、海水ポンプの運転台数を増加する
と取水路の通過流量が増加するが、この場合に取水路が
汚れていたり、潮位が低いとポンプ槽の水位が低下し、
場合によってはポンプ運転限界水位以下まで低下するこ
とがある。これをポンプ追加起動前に把握できるように
し、ポンプの安全運転を確保するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のプラントの熱交
換器冷却系監視制御装置は、熱交換器の冷却水として海
水を使用し、該海水を取水路を通してポンプ槽に導きポ
ンプにより汲み上げることで冷却水を確保するものであ
って、「潮汐表（潮位表）より得た潮位」と「過去のポ
ンプ運転時の潮位とポンプ槽の実績水位差」とを使用し
てポンプ運転条件を変更した場合のポンプ槽水位を事前
に予測し、ポンプ槽水位がポンプ運転限界水位を下回る
ことが無いよう、ポンプ運転により発生する潮位とポン
プ槽の実績水位差を、運転流量比で同一運転条件に補正
して、複数台設置された熱交換器冷却用海水ポンプの可
能運転台数を決定するか、回転数制御を可能にした同目
的の海水ポンプの可能運転回転数を決定するか、同目的
の海水ポンプ吐出の熱交換器冷却系に設置された弁の可
能運転開度を決定し、水位差の変化傾向を表示あるいは
制御することを特徴としたものである。

【０００７】さらに、ポンプ槽水位予測に使用する「過
去のポンプ運転時の潮位とポンプ槽の実績水位差」は、
新たに変更する運転条件（ポンプ運転台数，回転数，弁
開度等）と同一運転条件下で、取水路の汚れに大きな変
化が無いと考えられる過去一定期間内に得られた実績水
位差とし、過去一定期間内に同一運転条件で運転を行わ
ず水位差データがない場合は、他の運転条件から運転流
量比により予測することが好ましい。

【０００８】さらに、熱交換器，ポンプを有するプラン
トの可能運転条件（プラント可能最大出力，プラント可
能最大操業条件等）を決定したポンプ可能運転台数，ポ
ンプ可能運転回転数あるいは、冷却系弁可能運転開度よ
り求めることが好ましい。

【０００９】

【００１０】更に、又、水位差の変化傾向より、取水路
の汚れ度（貝の付着状況等）を予測し、表示することが
好ましい。

【００１１】本発明は、海水を取水路によりポンプ槽に
導き、該ポンプ槽に設置したポンプで汲み上げて、熱交
換器冷却水として使用する時間の経過と共に海水の取水
路の汚れ度（貝の付着等）が増しても対応可能なもので
ある。

【００１２】さらに、本目的を達成するために次の技術
的手段を採用した。

【００１３】海水ポンプを追加起動する前に起動後のポ
ンプ槽水位を予測する手段として、海上保安庁及び、気
象庁において発行される（毎年翌年の分が発行される）
潮汐表（潮位表）を使用すると共に今回追加起動するの
と同一条件で過去に得られた（取水路の汚れ度が殆ど変
化しないと思われる一定期間内）潮位とポンプ槽の実績
水位差の記憶値を併用し、潮汐表の潮位から実績水位を
引くことでポンプ槽水位を得る方法を採用している。

【００１４】ポンプ槽水位予測に使用する潮位とポンプ
槽の実績水位差の記憶値はあまり古くなると取水路の汚
れが進行しているため使用できない。このため、他の運
転状態から流量比で（各軸の海水ポンプの容量は同じで
あり、１台当たりの吐出流量が決まっていることから、
運転台数が決まれば、取水路の通過流量がわかる。即
ち、ある運転状態での水位低下量が分かっていれば、他
の運転状態での流量は分かることから水位低下量は算出
できる）水位差を求める方法を採用している。

【００１５】海水ポンプは各々の復水器に対応して設置
されているため、ポンプ槽水位の関係から海水ポンプが
運転できない場合は当該軸の運転も不可となる。このた
めポンプ槽水位を予測し、海水ポンプが運転できないと
判定された時点で、系列としての可能運転軸数も計算し
中央給電指令所に報告する方法を採用している。

【００１６】ポンプ運転により発生する潮位とポンプ槽
の実績水位差の変化傾向を表示する手段としては、取水
路が同一汚れ度の場合、通過流量と水位差には一定の関
係があることから、任意の運転条件に運転流量比で実績
水位差を補正して記憶，時間軸をベースに水位差の変化
傾向を表示する方法を採用している。

【００１７】水位差の変化傾向による取水路の汚れ度の
予測表示手段は、取水路の通過流量と水位差が分かれば
取水路の汚れ度は予め分かっていることから、この関係
をテーブル化して読み取る方法を採用している。

【００１８】本発明は、中央給電指令所の指令を受け、
系列制御装置より軸制御装置に対して軸の起動／停止指
令を合理的に出力させる点でも優れたものになってい
る。

【００１９】又、本発明は以下のような点にも優れる。

【００２０】取水路の汚れ（貝の付着など）は時間の経
過と共に増加していくが、汚れ度をオンラインで実測す
ることは難しい。これを何らかの計測器を使用して間接
的に汚れ度を予測することができる。

【００２１】海水ポンプは各々の復水器に１台しか設置
されていないため、ポンプ槽水位の関係から海水ポンプ
が運転できないと言うことは、その当該軸が運転できな
いということである。中央給電指令所から、系列に軸運
転台数及び目標負荷が与えられる以前に、系列側の制約
として該内容を中央給電指令所に報告することにより電
源としての信頼性を確保することができる。

【００２２】運転員が手動にてポンプを追加起動する場
合には、起動前にポンプ槽水位が運転限界水位を下回る
かどうかの情報が必要となる。これを適切な形で表示し
提供することができる。

【００２３】取水路の汚れが設計値を越えれば、運用上
制約を受け多くの損害を被ることは当然であり、適宜清
掃を実施することが大切である。それに加え、清掃の
際、適切な情報を表示提供することができる。

【００２４】

【作用】目的を達成するための各技術的手段は、次の働
きを有している。

【００２５】潮汐表（潮位表）は将来の潮位を予測する
ものであり、潮位とポンプ槽の実績水位差の記憶値は、
ポンプ起動により、発生するであろう水位差の予測値に
なる。したがって潮位と記憶された水位差の差演算を下
回らないかチェックする働きがある。

【００２６】他の運転状態から運転流量比で当該運転時
の水位差を求めるのは、ポンプ起動により発生するであ
ろう水位差の予測値が得られないためであり、これは精
度の良い水位差の予測値を得る働きがある。

【００２７】系列としての可能運転軸数を事前に中央給
電指令所に報告することは、中央給電指令所の指令に対
して的確に応答することを示し、電力安定供給の働きが
ある。

【００２８】任意の運転条件に運転流量比で実績水位差
を補正し記憶，時間軸をベースに水位差の変化傾向を表
示することは、運転員がポンプを任意に追加起動する場
合、ポンプを運転することによってポンプ槽水位差がポ
ンプ運転限界水位差を下回るかどうか、あるいはどの程
度の余裕があるか把握できる働きがある。

【００２９】水位差の変化より取水路の汚れ度を予測表
示することは、取水路清掃の目安を提供する働きがあ
る。

【００３０】

【実施例】本発明の実施例を以下に説明する。

【００３１】図１において、ガスタービン１１１，蒸気
タービン１１２，発電機１１３および排熱回収ボイラ１
１４を主要機器として構成するコンバインドサイクルプ
ラントの（以下Ｃ／Ｃと略す）の代表的な熱交換器であ
る復水器の冷却系を説明する。

【００３２】図１は、ガスタービン，蒸気タービン，発
電機を同一軸上に配置した一軸型Ｃ／Ｃであり、複数の
軸設備を組み合わせて１発電プラントと同等の位置付け
におかれた発電プラントの構成図である。

【００３３】Ｃ／Ｃは主機であるガスタービンの容量が
事業用プラントとしては小さいことから、図の如く複数
の軸設備を組み合わせて従来の１発電プラントとし、こ
れを一般に“系列”と呼称している。逆に一軸設備を
“軸”と呼称している。

【００３４】復水器１１５は、各蒸気タービンに対応し
て設置されており一軸に１台、又復水器冷却用の海水ポ
ンプ１１６も、各復水器に対応して一台設置されてい
る。

【００３５】ポンプ槽１１７に海水を導く取水路１１８
は、経済設計の観点から複数の軸設備で共用となってい
る。特に、取水路の設計においては、一定の汚れ度（貝
の付着等）を上限に設計されており、汚れが酷い場合に
は取水路を清掃するベースで経済設計を行っている。

【００３６】ここで、各軸及び系列の運転を復水器冷却
系を中心に述べると次のとおりである。

【００３７】図２に装置の構成を、又図３に運転フロー
図を示す。図２に於いて１０１は中央給電指令所から指
令を受け、各軸に該指令を分け与える系列制御装置であ
り、１０２は系列制御装置の指令を受けて各軸を制御す
る軸制御装置である。

【００３８】電力需要の変化に応じて、中央給電指令所
から系列の軸運転台数及び目標負荷が、１の系列制御装
置に与えられる。系列制御装置では、各軸の運転蓄積時
間寿命，各軸の運転状態を把握して、適切な軸の軸制御
装置に軸起動／停止指令を出力する。指令を受けた軸制
御装置は軸の起動／停止制御に入ることになるが、軸を
起動する場合は一般的に復水器からの起動であり、復水
器冷却用の海水ポンプに起動指令が出力される。

【００３９】中央給電指令所から系列に与えられる軸運
転台数及び目標負荷がどんどん増加していくと、軸の起
動も順次増加して行うことになり対応した復水器冷却用
の海水ポンプにも起動指令が出力されて、同一ポンプ槽
にある海水ポンプの運転台数が増加していくことにな
る。

【００４０】本発明は、一軸型Ｃ／Ｃを複数軸組み合わ
せたプラントであり（系列と呼称する）、プラント構成
図は図１に示すとおりである。

【００４１】したがって、中央給電指令所からの指令を
受け、各軸に起動／停止などの指令を与える所までの装
置の構成は図２に示すとおりであり、基本的に従来技術
と同じである。

【００４２】図４に本発明になる熱交換器冷却系監視制
御装置の一部の構成を示す。すなわち、本装置は、基本
的に従来技術になる制御装置の系列制御装置部分に接続
されて完全な監視制御装置となる。

【００４３】図４において１は潮汐表（潮位表）記憶部
であり海上保安庁及び気象庁で毎年発行している潮汐表
（潮位表）から毎日の低潮位が調査され１年間分が登録
されている。２は当日潮位予測部であり、１の潮汐表
（潮位表）から日付を指定して当日潮位を読み込む（潮
汐表は、標準港の潮位であることから厳密には、この潮
位に潮高改正数を乗じて取水点の潮位を求めている。又
気圧の変化などにより潮位偏差が大きく現れる場合に
は、ここでその補正を行う。）。

【００４４】３は、ポンプ槽水位予測演算部であり、今
回仮に軸をｎ軸運転即ち復水器冷却用海水ポンプをｎ台
起動するとした場合、ポンプ槽水位が、２で得られた当
日潮位から見てどの程度低下するか予測する部分であ
る。具体的には、当日の潮位から前回ｎ台運転したとき
の潮位とポンプ槽の水位差記憶値を差し引くという方法
でポンプ槽水位を求めるものである。

【００４５】ここで４が前回ｎ台運転したときの潮位と
ポンプ槽の水位差記憶部である。５は予測したポンプ槽
水位が、ポンプ運転限界水位を下回っているかを判定す
る部分で、限界水位をした廻る場合には、６の計算順序
指定回路に基づきｎ台で復水器出口弁を規定開度固定値
に絞った場合で３によるポンプ槽水位演算部を再度実施
する。この復水器冷却用海水ポンプ運転台数，復水器出
口弁開度でポンプ槽水位が限界値を下回るようであれ
ば、ｎ−１台さらにはｎ−１台で復水器出口弁絞り運転
を仮定し、同様にポンプ槽水位を予測，ポンプ運転台数
復水器出口弁開度を求める。７はその結果が保存される
部分である。

【００４６】８は７に保存される復水器冷却用海水ポン
プ運転台数，復水器出口弁開度により軸の可能運転台数
を決定する部分である。決定された軸の可能運転台数
は、潮位による系列の可能最大軸数として従来技術にあ
る９の系列制御装置を介し、中央給電指令所に登録され
る。

【００４７】一方、１０は海水の取水点に取り付けられ
た潮位計、１１はポンプ槽に取り付けられた水位計であ
って、１２はこれらを差演算する部分である。復水器冷
却用海水ポンプの運転台数が変更される毎に得られる今
回運転時の潮位とポンプ槽の実績水位差（１２で差演算
し出力されるもの）は１３に一時的に保存され、４の更
新用データあるいは１４の実績水位差傾向表示用として
使用される。１４では単に実績水位差を傾向表示しても
意味が無いため、任意の海水ポンプ運転台数で水位差の
傾向がみられるよう運転流量比による補正演算が加えら
れる。１５は１４の水位差の傾向から汚れ度を計算する
部分であり取水路清掃の目安とする。尚ここで、水位差
から汚れ度を求めるのは図６の取水路通過流量と取水路
損失（潮位とポンプ槽の水位差）の関係線図による。

【００４８】さて、１４で得られる水位差の傾向デー
タ，１５で得られる汚れ度はポンプ運転情報，取水路管
理情報などとして１６の表示装置に表示されるが、図中
に表示していないがポンプの可能運転台数，軸の可能運
転台数，復水器出口弁絞り要否，予測ポンプ槽水位と実
績ポンプ槽水位の比較，潮位ポンプ槽水位の生データ等
の表示装置であり出力できるデータも任意に１６の表示
装置に表示を可能となっている。

【００４９】図５に潮位による系列の可能最大軸数を計
算するフロー図を示しているので、可能最大軸数計算の
アルゴリズムをさらに詳細に説明する。図において５０
１は、前述した通り潮汐表（潮位表）からの標準港の潮
位の読み込みである。５０２は標準港潮位からの取水点
での潮位予測で潮高改正数なるもの（補正係数に相当す
るもの）を乗じて得る。取水点での潮位が得られたら５
０３で系列の最大軸運転を仮定して、ポンプ槽がポンプ
運転限界水位を下回らないかチェックするため、図の５
０４〜５０６を実施することによりポンプ槽水位を予測
する。５０７で運転限界水位（予め設定）と比較し、限
界水位を下回るようであれば、最大軸のまま復水器出口
弁を絞って（復水器の真空度に問題を与えない範囲で予
め開度設定値を決定している）５０４〜５０６と同様に
５０８〜５１０でポンプ槽水位を予測、５１１で５０７
と同様運転限界水位と比較する。

【００５０】上記の一連のポンプ槽水位予測，ポンプ槽
運転限界水位との比較により最大軸運転が不可と判明し
た場合は、最大軸より１軸少ない（最大軸が１０軸であ
れば９軸）軸の運転を５１２及び５０４により仮定し、
前記同様に予測，可能なポンプ運転台数を見極める。そ
してこの結果を５１３の表示装置に表示すると共に、５
１４にて運転可能最大軸数を中央給電指令所に登録す
る。

【００５１】なお、ここで５０５あるいは５０９は前回
運転時のデータであるが、前回データが古い場合があ
る。この場合（一定期間データ更新が無い場合）はこの
データを捨てて、データの新しい他の運転データから流
量比で水位を予測する（１０軸運転データが古い場合、
新しい９軸，８軸運転データで予測するということ）。
なお、実施例において、ポンプ流量制御は復水器出口弁
の絞りのみでなく、ポンプ回転数でも行うことができ
る。

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明を適用すれ
ば、取水路の汚れ管理が適切に可能となり、また仮に取
水路の汚れが増した場合にも熱交換器冷却水ポンプを安
全に運転することが可能となる。さらに、熱交換器冷却
水ポンプを有するプラントの可能最大出力等が事前に把
握できることから、発電プラントを例にすれば電力安定
確保などの優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一軸型Ｃ／Ｃを組み合わせた発電プラントの構
成図である。

【図２】プラント制御装置の構成図である。

【図３】軸運転フロー図である。

【図４】本発明になる熱交換器冷却系制御装置の構成図
である。

【図５】本発明になる軸運転フロー図である。

【図６】取水路通過流量と取水路損失の関係線図であ
る。

【符号の説明】

１０１…系列制御装置、１０２…軸制御装置。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28F 27/00 F28B 9/00 F03B 15/14 H02P 9/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱交換器の冷却水として海水を使用し、該
   海水を取水路を通してポンプ槽に導きポンプにより汲み
   上げることで冷却水を確保するプラントの熱交換器冷却
   系監視制御装置に於いて、 「潮汐表（潮位表）より得た潮位」と「過去のポンプ運
   転時の潮位とポンプ槽の実績水位差」とを使用してポン
   プ運転条件を変更した場合のポンプ槽水位を事前に予測
   し、ポンプ槽水位がポンプ運転限界水位を下回ることが
   無いよう、ポンプ運転により発生する潮位とポンプ槽の
   実績水位差を、運転流量比で同一運転条件に補正して、
   複数台設置された熱交換器冷却用海水ポンプの可能運転
   台数を決定するか、回転数制御を可能にした同目的の海
   水ポンプの可能運転回転数を決定するか、同目的の海水
   ポンプ吐出の熱交換器冷却系に設置された弁の可能運転
   開度を決定し、水位差の変化傾向を表示あるいは制御す
   ることを特徴とした熱交換器冷却系監視制御装置。
2. 【請求項２】請求項１に於いて、ポンプ槽水位予測に使
   用する「過去のポンプ運転時の潮位とポンプ槽の実績水
   位差」は、新たに変更する運転条件（ポンプ運転台数，
   回転数，弁開度等）と同一運転条件下で、取水路の汚れ
   に大きな変化が無いと考えられる過去一定期間内に得ら
   れた実績水位差とし、過去一定期間内に同一運転条件で
   運転を行わず水位差データがない場合は、他の運転条件
   から運転流量比により予測することを特徴とした熱交換
   器冷却系監視制御装置。
3. 【請求項３】請求項１に於いて、熱交換器，ポンプを有
   するプラントの可能運転条件（プラント可能最大出力，
   プラント可能最大操業条件等）を決定したポンプ可能運
   転台数，ポンプ可能運転回転数あるいは、冷却系弁可能
   運転開度より求めることを特徴とした熱交換器冷却系監
   視制御装置。
4. 【請求項４】請求項１に於いて、水位差の変化傾向よ
   り、取水路の汚れ度(貝の付着状況等)を予測し、表示す
   ることを特徴とする熱交換器冷却系監視制御装置。