JP4599200B2 - 水管の空気抜き装置 - Google Patents

Description

本発明は、水管の空気抜き装置に関し、水管内で遊離して発生した空気を簡便且つ容易に抜き出すことにより、水管内に空気溜まりが発生することを防止できるようにしたものである。

火力発電プラントや原子力発電プラントやコンバインド発電プラント等では、復水器に用いる冷却水（循環水）として海水を利用していることが多い。
つまり、図２に示すように、循環水ポンプ１により取水ピット（海）２から循環水（海水）を汲み上げ、汲み上げた循環水（海水）を、給水側の循環水管３ａにより復水器４に送る。復水器４では循環水（海水）を用いて、蒸気タービンから送られてきた排気を冷却して排気中の蒸気を冷却して凝結させる。冷却に使用されて温度上昇した循環水（海水）は、放水側の循環水管３ｂにより放水ピット（海）５に放出される。

なお、給水側の循環水管３ａには、除貝装置６が介装され、放水側の循環水管３ｂには、復水器洗浄装置７や流量調整バルブ８が介装される。

循環水管３ａ，３ｂの管材としては鉄が使用されており、その内周面には、ゴム材等のライニング材が塗布等により施されている。このようにライニング材を施すことにより、循環水（海水）により循環水管３ａ，３ｂが腐食するのを防止している。

また、循環水管３ａ，３ｂの内周面に貝などが付着するのを防止するため、循環水管３ａ，３ｂ内を流れる循環水（海水）の流速を、例えば３〜４ｍ／秒程度の所定速度にしている。
流速をこの所定速度よりも遅くすると、循環水管３ａ，３ｂの内周面に貝が付着して流路面積が狭くなったり閉塞したりする問題が起こる。一方、流速が所定速度を越えて、例えば５ｍ／秒以上になると、循環水管３ａ，３ｂの内周面に塗布したライニング材が剥離してしまうという問題がある。
このため、循環水管３ａ，３ｂ内に流す循環水（海水）の流速を、所定速度（例えば３〜４ｍ／秒）になるように流速を調整している。

復水器４において冷却に利用（熱交換）された循環水（海水）は、温度上昇しているため、海水中に溶けこんでいた空気が遊離しやすい状態になっている。特に、負圧になると海水から空気が遊離しやすい。

海水から遊離した空気が復水器４の水室内に溜まり、この溜まった空気量がある程度以上に増えると、復水器４の性能が低下する。このため、復水器４には従来から空気抜き装置が備えられており、水室内に溜まった空気量がある一定量以上になると、この溜まった空気を空気抜き装置により外部に排出している（特許文献１参照）。

また、放水側の循環水管３ｂにおいては、流れる循環水（海水）が温度上昇しており海水に溶けこんだ空気が遊離し易い状況にある。また、このような放水側の循環水管３ｂでは、配管ルートにアップ・ダウン等があると、水力勾配の関係から、循環水管３ｂの内圧が負圧となることがある。このような放水側の循環水管３ｂでは、内圧が負圧になる負圧発生部分において、海水から空気が遊離して空気溜まりが発生することがある。

例えば、図３に示すように、循環水管３ｂの配置高さが、水の流れ方向（図３ではα方向）に沿い、一旦上昇してから下降するような状態になっている場合には、循環水管３ｂが下降し始める部分（図３ではβ部分）に、空気溜まりＡが発生することがある。

このような空気溜まりＡが発生すると、循環水の流路面積が、空気溜まりＡの分だけ狭くなり、この部分での循環水の流速が速くなりライニングが剥離するおそれや、圧損が増大するという問題がある。

そこで従来では、循環水管３ｂの途中に空気溜まりができない配管計画が必要であった。
また循環水管３ｂにアップ・ダウンがある場合は、動水勾配をチェックし管内が負圧になっていないことを確認し、負圧にならない工夫が必要であった。

負圧にならない工夫の一例としては、図２に示すように、放水側の循環水管３ｂのなるべく下流側に、流量調整バルブ８を備え、バルブ開度を適正に調整することにより、循環水管３ａ，３ｂの全流路において負圧が発生しないように、循環水管３ａ，３ｂの全流路の圧力が正圧となるようにしていた。

特開平１０−２２７５８１号公報

従来技術においては、次のような問題がある。
（１）特にスクラップ＆ビルドで設備設計する場合は、敷地面積が限られることが多く、既設設備の流用や干渉により配置が制約されることがある。この場合、空気溜まりができない配管ルートを計画しようとしても、困難な場合がある。
（２）配管計画から動水勾配をチェックし、チェック結果を再度配管計画にフィードバックする必要があり、計画設計に時間と手間がかかる。

（３）放水側の循環水管３ｂに圧力確保のための流量調整バルブ８を設置し、これに合わせて、循環水ポンプ１の揚程を上げる必要性が発生する可能性がある。つまり、流量調整バルブ８を備えてそのバルブ開度を適正に調整することにより、循環水管３ａ，３ｂの全流路の圧力が正圧となるようにした場合には、流量調整バルブ８での流体抵抗が増えるため、適正量の循環水を流すためには、循環水ポンプ１の揚程を上げる必要性がでてくることがある。

（４）図３に示すように、循環水管３ｂに空気溜まりＡが発生すると、循環水の流路面積が、空気溜まりＡの分だけ狭くなり、この部分での循環水の流速が速くなりライニングが剥離するおそれや、圧損が増大するという問題がある。

本発明は、上記従来技術に鑑み、循環水管等のような水管において、空気溜まりが発生し易い部分から空気を抜くことができる、空気抜き装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の構成は、軸方向が鉛直方向に沿う状態になるように地面上に設置されると共に、水を流通させる水管のうち、負圧になり易い部分であって空気溜まりが発生し易い部分に接続配管を介して接続された空気セパレータ管と、
前記空気セパレータ管内に溜まった空気を抜き出すことができる空気抜きポンプと、
前記空気セパレータ管内に溜まった空気の空気量を検出する空気量検出手段と、
前記空気量検出手段により検出した空気量が、予め設定した設定空気量を越えたら前記空気抜きポンプを作動させ、前記空気量検出手段により検出した空気量が、予め設定した設定空気量以下になったら前記空気抜きポンプを停止させる制御手段とを有することを特徴とする。

また本発明の構成は、前記水管の配置高さが、水の流れ方向に沿い、一旦上昇してから下降するようになっている場合に、前記水管が下降し始める部分に、前記空気セパレータ管が接続されていることを特徴とする。

また本発明の構成は、前記水管は、復水器から排出された海水を海に放水する放水側の循環水管であることを特徴とする。

本発明によれば、水管（循環水管）のうち空気溜まりが発生し易い部分（一旦上昇してから下降している部分）に、空気セパレータ管を接続しているため、水管内で遊離した空気は水管内に溜まることなく空気セパレータ管に流入し、空気抜き手段（空気抜きポンプ）により外部に排出されることとなる。このため、水管の配置高さにアップ・ダウンがあっても水管内に空気溜まりが発生することはなく、ライニングの剥離や流路抵抗の増大という問題を生ずることがなくなる。
したがって、水管の配置高さにアップ・ダウンがあっても、水管の配管計画が容易にできるというメリットも生ずる。

以下に本発明の実施の形態を、実施例に基づき説明する。

図１は本発明の実施例に係る空気抜き装置１０を示す。この空気抜き装置１０の空気セパレータ管１１は、その軸方向が鉛直方向に沿う状態になるように、地面１２上に設置されている。ちなみに、本実施例では、空気セパレータ管１１の長さは、６ｍである。この空気セパレータ管１１には、この空気セパレータ管１１の内部に流入してきた海水の水位を検出する水位検出器１３が備えられている。

空気セパレータ管１１の下部は、接続配管１４により、放水側の循環水管３ｂに接続されている。更に詳述すると、接続配管１４は、循環水管３ｂのうち、空気溜まりが発生し易い部分に接続されている。
例えば、循環水管３ｂの配置高さが、水の流れ方向（図１ではα方向）に沿い、一旦上昇してから下降するような状態になっている場合には、循環水管３ｂが下降し始める部分（図１ではβ部分）に、空気溜まりが発生し易いので、この下降し始める部分に、接続配管１４を接続している。
この接続配管１４には、開閉弁１４ａが介装されている。

なお、循環水管３ｂの配置高さが、例えば１〜２ｍ以上に上昇してからその後に下降すると、この下降開始部分において、空気溜まりが発生し易くなる。

空気抜きポンプ１５は、空気抜き配管１６を介して、空気セパレータ管１１の頂部に接続されている。空気抜き配管１６には、開閉弁１６ａ及び逆止弁１６ｂが介装されている。
また空気抜きポンプ１５には、シール水配管１７を介して、所内用水がシール水として供給される。シール水配管１７には、開閉弁１７ａが介装されている。

空気抜きポンプ１５の吐出側にはセパレータ１８が接続されている。このセパレータ１８は、空気抜きポンプ１５から送られてきた水と空気を分離し、分離した空気を空気排出配管１８ａから排出し、分離した水をシール水排出配管１８ｂから排出する。

水位検出器１３にて検出した、空気セパレータ管１１内の水位を示す水位信号は、制御装置１９に伝送される。制御装置１９は、水位信号を基に、空気セパレータ管１１内に溜まった空気量を求める。
この制御装置１９は、求めた空気量（空気セパレータ管１１内に溜まった空気量）が、予め設定した設定空気量を越えたことを検出したら、空気抜きポンプ１５を作動させ、求めた空気量（空気セパレータ管１１内に溜まった空気量）が、予め設定した設定空気量以下になったことを検出したら、空気抜きポンプ１５を停止させる。

この空気抜き装置１０を動作させるときには、開閉弁１４ａ，１６ａ，１７ａを開状態にする。この状態で循環水管３ｂに循環水（海水）を流すと、この循環水が接続配管１４を通って空気セパレータ管１１内にも流入してくる。

温度上昇した循環水（海水）が循環水管３ｂに流れると、循環水管３ｂのβ部分（負圧になり易い部分）において空気が遊離してくることがある。この遊離した空気は、接続配管１４を通って空気セパレータ管１１に入り、この空気セパレータ管１１内に溜まってくる。このとき、空気抜きポンプ１５は停止している。

制御装置１９は、水位検出器１３から伝送されてきた水位信号を基に求めた空気量（空気セパレータ管１１内に溜まった空気量）が、予め設定した設定空気量を越えたことを検出したら、空気抜きポンプ１５を作動させる。
この空気抜きポンプ１５の作動により、空気セパレータ管１１内の空気は、空気抜き配管１６を通って空気抜きポンプ１５にて吸引され、更にセパレータ１８にて分離されて空気抜き配管１８ａを通って排出される。
このとき空気抜きポンプ１５のシールは、シール水配管１７を通って吸引したシール水にて行い、このシール水は、セパレータ１８にて分離されてシール水排出配管１８ｂを通って排出される。

このようにして空気セパレータ管１１内の空気を抜いていった際に、制御装置１９は、水位検出器１３から伝送されてきた水位信号を基に求めた空気量（空気セパレータ管１１内に溜まった空気量）が、予め設定した設定空気量以下になったことを検出したら、空気抜きポンプ１５を停止させる。

このように、制御装置１９により、空気抜きポンプ１５の作動・停止動作を制御するため、空気セパレータ管１１内の空気量を、設定空気量以下にすることができる。この結果、この空気抜き装置１０により、循環水管３ｂのうち、空気が遊離し易く空気溜まりが発生し易い部分（具体的には、図１ではβ部分）から、空気を抜き取ることができ、循環水管３ｂ内に空気溜まりが発生することを防止することができる。
したがって、空気溜まりに起因する、ライニング剥離や圧損の増大の発生を防止することができる。

このように空気抜き装置１０を設置することにより、配置制約があり循環水管３ｂがアップ・ダウンする状態になっても、空気溜まりの発生を防止することができる。
換言すると、循環水管３ｂの配管配置を、圧力勾配の検討をすることなく先に決定することができ、配管配置を決定した後に、この空気抜き装置１０を設置すれば、空気溜まりの発生を防止することができる。

図１に示す実施例では、水位検出器１３及び制御装置１９により、空気セパレータ管１１内の空気量を検出し、この検出した空気量に応じて、空気抜きポンプ１５の作動・停止制御をしていたが、空気セパレータ管１１の頂部位置が、循環水管３ｂの配管配置の中でもっとも高い位置に対して、１０ｍ以上の高さ位置にあれば、空気抜きポンプ１５を連続運転することができる。
これは、空気セパレータ管１１内に流入した循環水は、循環水管３ｂの配管配置の中でもっとも高い位置を基準として、１０ｍを越えて上昇することができないからである。

本発明は、復水器から水を抜く放水側の循環水管のみならず、水を流通させる際に管内での空気の発生を防止することが求められる、各種の水管に適用することができる。

本発明の実施例に係る水管の空気抜き装置を示す構成図。 復水器の冷却水系を示す構成図。 空気溜まりの発生状態を示す説明図。

符号の説明

１ 循環水ポンプ
２ 取水ピット
３ａ 給水側の循環水管
３ｂ 放水側の循環水管
４ 復水器
５ 放水ピット
６ 除貝装置
７ 復水器洗浄装置
８ 流量調整バルブ
１０ 空気抜き装置
１１ 空気セパレータ
１２ 地面
１３ 水位検出器
１４ 接続配管
１５ 空気抜きポンプ
１６ 空気抜き配管
１７ シール水配管
１８ セパレータ

Claims (3)

1. 軸方向が鉛直方向に沿う状態になるように地面上に設置されると共に、水を流通させる水管のうち、負圧になり易い部分であって空気溜まりが発生し易い部分に接続配管を介して接続された空気セパレータ管と、
   前記空気セパレータ管内に溜まった空気を抜き出すことができる空気抜きポンプと、
   前記空気セパレータ管内に溜まった空気の空気量を検出する空気量検出手段と、
   前記空気量検出手段により検出した空気量が、予め設定した設定空気量を越えたら前記空気抜きポンプを作動させ、前記空気量検出手段により検出した空気量が、予め設定した設定空気量以下になったら前記空気抜きポンプを停止させる制御手段とを有することを特徴とする水管の空気抜き装置。
2. 請求項１において、
   前記水管の配置高さが、水の流れ方向に沿い、一旦上昇してから下降するようになっている場合に、前記水管が下降し始める部分に、前記空気セパレータ管が接続されていることを特徴とする水管の空気抜き装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記水管は、復水器から排出された海水を海に放水する放水側の循環水管であることを特徴とする水管の空気抜き装置。

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