JP3780678B2 - 蒸気プラントにおけるバイパス弁の暖機方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、蒸気タービン設備などを実施対象とした蒸気プラントにおけるバイパス弁の暖機方法，および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気タービンの排気蒸気を復水器に導いて復水させる復水タービンでは、負荷遮断，タービン事故時などように主蒸気止め弁を全閉してタービンをトリップさせた場合にボイラから継続的に供給される主蒸気をそのまま大気中に放出せずに、主蒸気止め弁の手前から復水器に導いて復水すようするために、主蒸気系統から分岐して復水器との間にバイパス系統を配管するとともに、このバイパス系統にバイパス弁を接続し、タービンの定常運転時にはバイパス弁（バイパス止め弁とバイパス加減弁とを組合せたもの）を閉じておき、タービントリップ時にバイパス弁を開いて主蒸気をバイパス系統を経由して復水器に導くようすることが従来から行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のように主蒸気系統から分岐するバイパス系統に接続した常閉のバイパス弁について、弁を開弁してバイパス系統に蒸気を流すと、バイパス弁に次記のように熱ストレスの加わる問題が生じる。
すなわち、バイパス弁が閉じている状態では、主蒸気系統の分岐地点からバイパス系統に入り込んだ蒸気は、バイパス弁のケース内部（弁入口と弁座との間の空間）で停滞した状態にある。この状態では、主蒸気系統を流れる主蒸気の蒸気条件（温度，圧力）が高いにもかかわらず、バイパス弁の内部に静止，停滞している蒸気は外部に熱を奪われて温度も低下してことから、バイパス弁の弁ケース温度は主蒸気温度に較べて低く、常温に近い状態にある。
【０００４】
これに対して、タービンのトリップ時にバイパス弁を開放すると、主蒸気系統から高温，高圧の主蒸気（タービンの主蒸気温度は一例として約５００℃）がバイパス系統を通じて一気にバイパス弁の内部を通流するようになる。したがって、この開弁状態になると、高温蒸気とこれに接する弁ケースとの間の熱伝達率は、蒸気自身の流れによる伝熱効果も加わって高くなり、このために蒸気流と接する弁ケース（弁体を包囲したブッシュも含む）の内壁面の温度が急速に昇温し、弁ケース（熱容量が大きい）の外壁面，弁座よりも下流側の出口側部分との間に大きな温度差が生じる。この結果、バイパス弁には過大な熱的ストレスが加わり、弁ケースなどの弁部品が破損するおそれがある。
【０００５】
なお、常時はバイパス弁を主蒸気温度に近い温度に暖機（予熱）しておけばバイパス弁の開弁時に加わる熱ストレスを緩和でき、このためにバイパス弁の弁ケースに暖機用の電熱ヒータを付設することも考えられるが、大型で熱容量の大きなバイパス弁を常時から主蒸気温度に近い高温に状態に暖機しておくことは電力消費が多く、ランニングコストが増す。
【０００６】
この発明は上記の点に鑑みなされたものであり、バイパス系統に接続したバイパス弁に対して、主蒸気系統から取り込んだ蒸気条件の高い蒸気を利用して常時はこの蒸気で弁ケースを予熱し、バイパス弁を開放してバイパス系統に蒸気を流す際に加わる熱的ストレスを緩和してバイパス弁の破損を防ぐようにしたバイパス弁の暖機方法，および装置を提供するを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の暖機方法によれば、バイパス弁の入口側から弁ケースの内部を経て主蒸気系統の下流側地点の間に暖機用蒸気を流す蒸気管路を配管し、常時はバイパス弁を閉じた状態で主蒸気系統から取り込んだ暖機用蒸気をバイパス弁の内部に流して弁を予熱し、予熱後の暖機用蒸気を前記蒸気管路を介して主蒸気系統の下流側地点に戻すようにする（請求項１）。
【０００８】
バイパス系統に接続したバイパス弁に対して、前記の暖機方法を採用することにより、バイパス弁を閉じた定常状態では、主蒸気系統から取り込んだ蒸気条件の高い蒸気が暖機用蒸気管路を通じてバイパス弁の内部を常時流れるようになる。これにより、バイパス弁自身が予熱されて弁ケースの温度も主蒸気系統を流れる蒸気に近い温度に昇温した状態を保たれる。したがって、バイパス弁を開放してバイパス系統に蒸気を流した際に、バイパス弁に加わる熱的ストレスを緩和して弁部品の破損を防止できる。なお、主蒸気系統から取り込んだ暖機用蒸気の流量は少量で済み、しかもバイパス弁の暖機後は暖機用蒸気配管路を通じて再び主蒸気系統に戻すようにしているでトータル的に主蒸気の流量は不変である。
【０００９】
また、前記の暖機方法の実施に用いるバイパス弁の暖機装置は、この発明により次記のような態様で構成するものとする。
(1) バイパス弁に流す暖機用蒸気の流量調整手段として、暖機用蒸気管路に可変絞りを接続し、バイパス弁を閉じた状態で、弁ケース温度が主蒸気温度に近い温度まで予熱されるように暖機用蒸気管路に流れる蒸気流量を調整する（請求項２）。
【００１０】
(2) バイパス弁に流す暖機用蒸気の流量調整手段として、暖機用蒸気管路に、流量検出値をフィードバック量として暖機用蒸気の流量調整を行う流量制御弁を接続し、バイパス弁を閉じた状態で、弁ケース温度が主蒸気温度に近い温度まで予熱されるように暖機用蒸気管路を流れる蒸気流量を調整する（請求項３）。
(3) バイパス弁に流す暖機用蒸気の流量調整手段として、暖機用蒸気管路に、弁ケース温度検出値をフィードバック量として暖機用蒸気の流量調整を行う流量制御弁を接続し、バイパス弁を閉じた状態で、弁ケース温度が主蒸気温度に近い温度まで予熱されるように暖機用蒸気管路を流れる蒸気流量を調整する（請求項４）。
【００１１】
(4) バイパス弁の弁ケースに対し、その弁座より蒸気入口側の領域に暖機用蒸気の蒸気抽出穴を開口し、該蒸気抽出穴に暖機用蒸気管路を接続する（請求項５）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、復水蒸気タービン設備に付設したバイパス系統を実施対象に、この発明の実施の形態を図１ないし図４に示す実施例に基づいて説明する。
なお、各実施例の図中で、１はボイラ（図示せず）に通じる主蒸気系統、２は主蒸気止め弁・加減弁、３は高圧，中圧，低圧段を組合せた蒸気タービン、４は発電機、５は復水器、６は主蒸気系統１から分岐（分岐地点Ｐ）して復水器５との間に配管したバイパス系統、７はバイパス系統６に接続したバイパス止め弁、８はバイパス加減弁、９はバイパス系統６を利用して高圧タービンと中圧タービンとの間に介挿した再熱器、１０はバイパス系統６の下流側で復水器５の手前に接続した低圧側バイパス止め弁，１１は低圧側バイパス加減弁である。
【００１３】
〔実施例１〕
図１は請求項２に対応する実施例の系統図である。この実施例においては、バイパス加減弁８の入口側から後記のように弁ケースの内部を経て主蒸気系統１におけるバイパス系統分岐地点Ａの下流側に設定した合流地点Ｂとの間に小径な暖機用蒸気管路１２が配管されており、かつこの暖機用蒸気管路１２には可変絞り１３が介挿接続されている。なお、１４はバイパス弁８の弁ケース温度測定用の温度計（例えば熱電対式温度計）である。
【００１４】
ここで、図４に示すように、バイパス止め弁７と一体的に結合したバイパス加減弁８の弁ケース８ａには、弁座８ｂより弁入口側の部分に蒸気のバイパス通路となる蒸気抽出穴８ｃが開口し、ここから引出した管継手８ｄに暖機用蒸気管路１２（図１参照）が接続される。なお、８ｅは弁体、８ｆは弁体８ｅを包囲したブッシュ、８ｇは駆動シリンダである。
【００１５】
かかる構成で、蒸気タービン３を運転している定常運転状態では、バイパス止め弁７は開，バイパス加減弁８は全閉状態にあり、主蒸気系統１を流れる主蒸気は大半が主蒸気止め弁・加減弁３を通じて蒸気タービン３に供給され、極一部の少量な蒸気が分岐地点Ａからバイパス系統６に分流してバイパス加減弁８に達し、ここからの弁ケース８ａの内部（入口側）を通流した後に、蒸気抽出穴８ｃから暖機用蒸気管路１２を経て主蒸気系統１の合流地点Ｂへ継続的に流れ（この暖機用蒸気の流れを矢印Ｑで表す）、この蒸気流によりバイパス加減弁８が予熱される。
【００１６】
この場合に、バイパス加減弁８を経て暖機用蒸気管路１２に流れる蒸気流量は、主蒸気系統１における分岐地点Ａと合流地点Ｂとの間の圧力損失ΔＰ，可変絞り１３の絞り開度で決まり、実運転ではバイパス加減弁８に付設した温度計１４の計測値が主蒸気温度に近い値（例えば、主蒸気温度が５００℃であれば４００℃程度) となるように可変絞り１２を調整しておく。これにより、バイパス加減弁８が閉じている定常運転状態でも、その弁ケース８ａを含めた弁部品が主蒸気系統１を流れる主蒸気の温度と約１００℃deg の小さな温度差を保った状態に暖機れさるようになる。
【００１７】
このように、常時はバイパス加減弁８を閉じた状態で主蒸気に近い温度に暖機した状態に保っておくことにより、蒸気タービン３のトリップ（負荷遮断）時にバイパス加減弁８，および低圧側のバイパス止め弁１０，バイパス加減弁１１を開き、主蒸気系統１からバイパス系統６を経由して主蒸気を復水器５にバイパスさせるようにした場合でも、バイパス加減弁８を流れる蒸気の温度と予熱された弁部品の温度との差が小さいのでバイパス加減弁８に過大な熱的ストレスの加わることがなく、これにより熱的ストレスに起因する弁部品の破損を防ぐことができる。
【００１８】
〔実施例２〕
図２はこの発明の請求項３に対応する実施例を示すものである。この実施例においては、実施例１における可変絞り１３の代わりに流量制御弁１５を暖機用蒸気管路１１に接続し、流量計１６で検出した暖機用蒸気の流量をフィードバック量としてコントローラ１７からの信号で流量制御弁１５の弁開度を調整する。ここで、コントローラ１７にはバイパス加減弁８を所定の温度に予熱するに必要な蒸気量が設定値として格納されており、この設定値と流量計１６の検出値とを比較し、その偏差に対応した制御信号で暖機用蒸気管路１２に所定の蒸気量が流れるように流量制御弁１５の弁開度を調整する。
【００１９】
これにより、先記の実施例１と同様に、バイパス加減弁８を閉じた定常状態で弁ケース８ａを含む弁部品が暖機され、主蒸気温度に近い予熱温度に保たれる。しかも、先記の実施例１では主蒸気系統１を流れる主蒸気の流量が大きく変化した場合に可変絞り１３をその都度調整し直しする必要があるが、この実施例では主蒸気流量が変化した場合でも、暖機用蒸気が自動的に一定流量に調整することができる。
【００２０】
〔実施例３〕
図３はこの発明の請求項４に対応する実施例を示すものである。この実施例においては、先記の実施例２と同様に暖機用蒸気管路１２に流量制御弁１５を接続するとともに、この流量制御弁１５の弁開度をバイパス加減弁８に付設した温度検出器（例えば熱電対式）１８の検出値をフィードバック量として制御し、弁が閉じている定常状態でバイパス加減弁８が目標の予熱温度を保つように暖機用蒸気管路１２に流れる蒸気流量を調整してバイパス加減弁を暖機する。
【００２１】
なお、上記の各実施例では、蒸気タービン設備におけるバイパス系統について述べたが、この発明はこれに限定されるものではなく、蒸気条件の高い蒸気系統から、要求に応じて蒸気条件が低い蒸気系統へ蒸気を流すようにしたバイパス系統を備えた各種の蒸気プラントに対して実施適用できることは勿論である。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、バイパス弁の入口側から弁ケースの内部を経て主蒸気系統の下流側地点の間に暖機用蒸気を流す蒸気管路を配管し、常時はバイパス弁を閉じた状態で主蒸気系統から取り込んだ暖機用蒸気をバイパス弁の内部に流して弁を予熱し、予熱後の暖機用蒸気を前記蒸気管路を介して主蒸気系統の下流側地点に戻すようにしたことにより、バイパス弁を開いて主蒸気系統からバイパス系統に蒸気を流す際に加わる弁への熱的ストレスを緩和し、熱的ストレスに起因する弁部品などの破損を防止して信頼性の向上化が図れる。しかも、バイパス弁の暖機熱源として主蒸気系統から取り込んだ蒸気を利用し、バイパス弁を暖機した後は暖機用蒸気管路を通じて再び主蒸気系統に戻すようにしたので、主蒸気流量が減量することもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１に対応するバイパス弁暖機装置の配管系統図
【図２】この発明の実施例２に対応するバイパス弁暖機装置の配管系統図
【図３】この発明の実施例３に対応するバイパス弁暖機装置の配管系統図
【図４】図１ないし図３の実施例に採用するバイパス弁の構成断面図
【符号の説明】
１ 主蒸気系統
２ 主蒸気止め・加減弁
３ 蒸気タービン
５ 復水器
６ バイパス系統
７ バイパス止め弁
８ バイパス加減弁
８ａ 弁ケース
８ｃ 蒸気抽出穴
１２ 暖機用蒸気管路
１３ 可変絞り
１４ 温度計
１５ 流量制御弁
１６ 流量計
１７ コントローラ
Ａ バイパス系統の分岐地点
Ｂ 暖機用蒸気管路の合流地点

Claims (5)

1. 蒸気タービン設備などを対象とする蒸気プラントの主蒸気系統から分岐するバイパス系統に接続して常時は弁を閉じておくバイパス弁の暖機方法であって、バイパス弁の入口側から弁ケースの内部を経て主蒸気系統の下流側地点の間に暖機用蒸気を流す蒸気管路を配管し、常時はバイパス弁を閉じた状態で主蒸気系統から取り込んだ暖機用蒸気をバイパス弁の内部に流して弁を予熱し、予熱後の暖機用蒸気を前記蒸気管路を介して主蒸気系統の下流側地点に戻すようにしたことを特徴とする蒸気プラントにおけるバイパス弁の暖機方法。
2. 請求項１記載の暖機方法の実施に用いるバイパス弁の暖機装置であって、バイパス弁に流す暖機用蒸気の流量調整手段として、暖機用の蒸気管路に可変絞りを接続したことを特徴とする蒸気プラントにおけるバイパス弁の暖機装置。
3. 請求項１記載の暖機方法の実施に用いるバイパス弁の暖機装置であって、バイパス弁に流す暖機用蒸気の流量調整手段として、暖機用の蒸気管路に、該管路で計測した流量検出値をフィードバック量として暖機用蒸気の流量調整を行う流量制御弁を接続したことを特徴とする蒸気プラントにおけるバイパス弁の暖機装置。
4. 請求項１記載の暖機方法の実施に用いるバイパス弁の暖機装置であって、バイパス弁に流す暖機用蒸気の流量調整手段として、暖機用の蒸気管路に、弁ケースの温度検出値をフィードバック量として暖機用蒸気の流量調整を行う流量制御弁を接続したことを特徴とする蒸気プラントにおけるバイパス弁の暖機装置。
5. 請求項２ないし４に記載の暖機装置において、バイパス弁の弁ケースに対し、その弁座より蒸気入口側の領域に暖機用蒸気の蒸気抽出穴を開口し、該蒸気抽出穴に暖機用蒸気管路を接続したことを特徴とする蒸気プラントにおけるバイパス弁の暖機装置。

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