JP4657259B2 - 蒸気加減弁動作テスト方法 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気タービンプラントでなされる蒸気加減弁の動作テストに関し、特に蒸気加減弁が２基で設けられる２基型の蒸気タービンプラントのための蒸気加減弁動作テストに関する。

蒸気タービンプラントは、ボイラなどの蒸気発生源で発生させた蒸気を主蒸気管で蒸気タービンに供給し、その蒸気が持つ熱エネルギで蒸気タービンを回転駆動し、さらに蒸気タービンの回転で発電機などを回転駆動するようになっている。また蒸気タービンプラントは、主蒸気管に蒸気加減弁が設けられ、その蒸気加減弁の開度制御により蒸気タービンへの蒸気流量を調節して蒸気タービンの負荷を制御するようになっており、蒸気加減弁の設置基数について、２基型や４基型などの各タイプがある。

こうした蒸気タービンプラントでは、蒸気加減弁の動作テストが例えば１ヶ月に１度というようにして定期的に行われる。動作テストは、蒸気加減弁の動作性に異常がないことを確認するためになされるもので、蒸気タービンプラントの負荷運転中に蒸気加減弁にテスト用の開閉動作を行わせることでなされる。こうした動作テストは、蒸気加減弁の設置基数が２基型の場合、２基の蒸気加減弁を交互にテスト対象とし、テスト対象の蒸気加減弁の開度を全閉状態まで閉じるようにして行われる。したがって動作テスト中は非テスト対象の蒸気加減弁だけで主蒸気を蒸気タービンに供給する状態を生じ、そのために蒸気タービンの負荷が低下することになる。つまり動作テスト中にはタービン負荷に変動を招くことになるということである。

以上のような蒸気加減弁の動作テストについては、例えば特許文献１〜特許文献３などに開示の例が知られている。

特開平１０−１７６５０２号公報 特開平９−１８９２０４号公報 特開平８−１５１９０２号公報

蒸気タービンプラントでは、それに接続される発電機などの接続負荷からの要求に基づいてなされるタービン負荷制御を常に安定的になせることが望ましい。このような観点からすると、負荷運転中になされる定期的な蒸気加減弁動作テストにおける上述のようなタービン負荷変動は、これをできるだけ抑制できるようにすることが望まれ、特に蒸気加減弁が２基型の蒸気タービンプラントにおいてその要求が大きい。すなわち、４基型では、動作テスト中にテスト対象として全閉とする蒸気加減弁が全基数の１／４であり、動作テストに伴うタービン負荷変動が小さなもので済むのに対し、２基型では、動作テスト中に全閉とする蒸気加減弁が全基数の１／２となることから、大きなタービン負荷変動を招くということである。

本発明は、以上のような事情を背景になされてものであり、蒸気加減弁の設置基数が２基である蒸気タービンプラントについて、蒸気加減弁動作テスト時のタービン負荷変動を効果的に抑制できるようにすることを課題としている。

本発明では上記課題を解決するために、蒸気タービンと前記蒸気タービンに接続する蒸気加減弁を備え、前記蒸気加減弁として第１蒸気加減弁と第２蒸気加減弁の２基が設けられている蒸気タービンプラントについて前記蒸気加減弁の動作テストを行うための蒸気加減弁動作テスト方法において、予め定めてあるテスト圧力と動作テスト前のタービン負荷からテスト可能開度を算出するテスト可能開度算出処理、主蒸気圧力を前記テスト圧力まで上昇させつつ、前記第１、第２の両蒸気加減弁それぞれの開度を前記テスト可能開度にするテスト可能開度設定処理、前記第１蒸気加減弁のテスト動作のために前記第１蒸気加減弁を前記テスト可能開度から全閉状態まで閉じつつ、前記第２蒸気加減弁を前記テスト可能開度から開く第１のテスト動作処理、前記第１、第２の両蒸気加減弁それぞれの開度を再度前記テスト可能開度にするテスト可能開度再設定処理、および前記第２蒸気加減弁のテスト動作のために第２蒸気加減弁を前記テスト可能開度から全閉状態まで閉じつつ、前記第１蒸気加減弁を前記テスト可能開度から開く第２のテスト動作処理を含むことを特徴としている。

このように本発明による蒸気加減弁動作テスト方法では、全閉状態とするテスト動作を蒸気加減弁に行わせるに先立って主蒸気圧を所定のテスト圧力まで上昇させつつ、テスト圧力に相関するテスト可能開度を両蒸気加減弁に設定し、それからテスト動作を各蒸気加減弁に交互に行わせるようにしている。このため、タービン負荷を低下させることなく、あるいはほとんど低下させることなく動作テストを行うことができ、したがって動作テスト時のタービン負荷変動を効果的に抑制することができ、しかもその動作テストに際して蒸気加減弁での圧損増大を招かずに済む。

蒸気加減弁が行う開閉動作には通常開閉動作と急開閉動作があり、したがって蒸気加減弁の動作テストでは、通常開閉動作と急開閉動作のそれぞれについて動作テストを行えるようにするのが望ましい。そこで、本発明では、上記のような蒸気加減弁動作テスト方法について、前記第１、第２の各テスト動作処理は、通常開閉動作についてのテスト動作のために前記第１蒸気加減弁または前記第２蒸気加減弁を通常閉動作でテスト開度まで閉じつつ、前記第２蒸気加減弁または前記第１蒸気加減弁を前記テスト可能開度から開く通常開閉動作用テスト動作処理、および急開閉動作についてのテスト動作のために前記第１蒸気加減弁または前記第２蒸気加減弁を急閉動作で前記テスト開度から全閉状態まで閉じつつ、前記第２蒸気加減弁または前記第１蒸気加減弁を前記テスト可能開度から開く急開閉動作用テスト動作処理を含むものとしている。

以上のような本発明によれば、蒸気加減弁の設置基数が２基である蒸気タービンプラントについて、蒸気加減弁動作テスト時のタービン負荷変動を効果的に抑制することができるようになる。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。本発明の一実施形態では、図１に示すような構成の発電プラントに組み込まれている蒸気タービンプラント１に対して蒸気加減弁動作テスト方法を適用する。

まず、蒸気タービンプラント１の概要について説明する。蒸気タービンプラント１は、蒸気発生源としてボイラ２を備え、またボイラ２で発生する蒸気が持つ圧力エネルギで回転駆動させられる蒸気タービン３を備え、その蒸気タービン３の回転で発電機４を回転駆動するようになっている。そして図の例の場合、蒸気タービン３は、互いに回転軸で連結された高圧タービン３Ｈ、中圧タービン３Ｉ、およびダブルフローの低圧タービン３Ｌで構成され、低圧タービン３Ｌの出力軸に発電機４が接続されている。

ボイラ２には２系統で設けられた主蒸気管５（第１主蒸気管５ａ、第２主蒸気管５ｂ）が接続されており、これらの主蒸気管５によりボイラ２からの主蒸気が高圧タービン３Ｈに供給される。主蒸気管５には止め弁６（第１止め弁６ａ、第２止め弁６ｂ）と蒸気加減弁７（第１蒸気加減弁７ａ、第２蒸気加減弁７ｂ）が設けられており、蒸気加減弁７の開度制御により高圧タービン３Ｈへの主蒸気流量を調節して高圧タービン３Ｈの負荷を制御できるようにされている。

高圧タービン３Ｈで仕事をした蒸気は再びボイラ２を経ることで再熱蒸気となり、インタセプト弁８を有する再熱蒸気管９により中圧タービン３Ｉに供給され、さらに中圧タービン３Ｉで仕事をした蒸気が低圧タービン３Ｌに供給される。そして低圧タービン３Ｌで仕事をした蒸気は復水器１０で凝集されて復水となり、その復水が復水ポンプ１１によりボイラ２に供給される。

次に、蒸気タービンプラント１における蒸気加減弁７に対してなされる動作テストについて説明する。動作テストは、例えば蒸気タービンプラント１の全体的な制御を行う制御システムにその一機能要素として組み込むなどして設けられる蒸気加減弁動作テスト制御部１２による制御の下で処理が進められ、その処理は、図２に流れを示すように、ステップＳ１〜ステップＳ１２の各処理を基本的なものとして含む。

まずステップＳ１では、テスト可能開度を求めるためのテスト可能開度算出処理を行う。テスト可能開度は、予め設定してあるテスト圧力と動作テスト開始時直前における高圧タービン３Ｈのタービン負荷に基づいて求める。具体的には、主蒸気圧をテスト圧力とした条件の下で、動作テスト開始時直前のタービン負荷に見合うタービン負荷となる主蒸気供給量を、第１、第２の両蒸気加減弁７ａ、７ｂが同一開度である状態にあって、できるだけ確保でき、しかも後述のようなテスト動作のために第１、第２の両蒸気加減弁７ａ、７ｂの一方にテスト可能開度状態から全閉動作を行わせるとともに、その閉分だけ他方にテスト可能開度状態から開動作を行わせた際にも、動作テスト開始時直前のタービン負荷に見合うタービン負荷となる主蒸気供給量をできるだけ確保できることになる開度としてテスト可能開度を求める。

すなわち主蒸気圧をテスト圧力とした条件の下で、テスト動作のために第１、第２の両蒸気加減弁７ａ、７ｂの一方にテスト可能開度状態から全閉動作を行わせるとともに、その閉分だけ他方にテスト可能開度状態から開動作を行わせた際の主蒸気供給量が動作テスト開始時直前のタービン負荷におけるそれに比べて不足する場合に、その不足分を最小化することがきるようなものとしてテスト可能開度を求めるということである。

より具体的にいうと、例えば動作テスト開始時直前の第１、第２の両蒸気加減弁７ａ、７ｂの開度が１００％であったとする。そしてこの場合に、主蒸気圧をテスト圧力まで昇圧した条件であれば、第１、第２の両蒸気加減弁７ａ、７ｂそれぞれの開度が例えば６０％であれば、動作テスト開始時直前のタービン負荷に見合う主蒸気供給量を不足なく確保できるとする。しかしこの場合は、その開度６０％をそのままテスト可能開度とすると、第１、第２の両蒸気加減弁７ａ、７ｂの一方にテスト可能開度状態から全閉動作を行わせ際に開度が不足し、そのために負荷の低下を招いてしまうことになる。そこで、その負荷低下を最小化するための開度を、開度６０％を基に求め、その開度（例えば開度５０％）をテスト可能開度とする。

このようなテスト可能開度の算出に用いるテスト圧力は、蒸気タービンプラント１における主蒸気についての設計上の最大圧力に基づいて設定し、通常はその設計最大圧力をテスト圧力に用いる。

ステップＳ２では、テスト可能開度設定処理を行う。具体的には、ボイラ２からの主蒸気圧力をテスト圧力まで上昇させつつ、第１、第２の両蒸気加減弁７ａ、７ｂそれぞれの開度をテスト可能開度にする。

ステップＳ３〜ステップＳ６では、第１、第２の両蒸気加減弁７ａ、７ｂの一方、図の例では第１蒸気加減弁７ａについてのテスト動作である第１のテスト動作処理を行う。第１のテスト動作処理では、まずステップＳ３で、第１蒸気加減弁７ａについて通常開閉動作用テスト動作処理を行う。具体的には、第１蒸気加減弁７ａを通常閉動作でテスト開度まで閉じつつ、第１蒸気加減弁７ａの当該開度閉分だけ第２蒸気加減弁７ｂをテスト可能開度から通常開動作で開く。それからステップＳ４で、異常の有無を判定する。異常ありとされた場合にはステップ１２に進んで異常報知処理を行い、動作テスト終了となる。一方、異常なしであった場合にはステップＳ５に進み、第１蒸気加減弁７ａの急開閉動作用テスト動作処理を行う。具体的には、第１蒸気加減弁７ａをテスト開度から急閉動作で全閉状態まで閉じつつ、第１蒸気加減弁７ａの当該開度閉分だけ第２蒸気加減弁７ｂをテスト可能開度から急開動作で開く。それからステップＳ６で、異常の有無を判定する。異常ありとされた場合にはステップ１２に進んで異常報知処理を行い、動作テスト終了となる。一方、異常なしであった場合にはステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、テスト可能開度再設定処理を行う。具体的には、第１、第２の両蒸気加減弁７ａ、７ｂそれぞれの開度を再度テスト可能開度にする。それからステップＳ８〜ステップＳ１１で第２蒸気加減弁７ｂについてのテスト動作である第２のテスト動作処理を行う。

第２のテスト動作処理では、まずステップＳ８で、第２蒸気加減弁７ｂについて通常開閉動作用テスト動作処理を行う。具体的には、第２蒸気加減弁７ｂを通常閉動作でテスト開度まで閉じつつ、第２蒸気加減弁７ｂの当該開度閉分だけ第１蒸気加減弁７ａをテスト可能開度から通常開動作で開く。それからステップＳ９で、異常の有無を判定する。異常ありとされた場合にはステップ１２に進んで異常報知処理を行い、動作テスト終了となる。一方、異常なしであった場合にはステップＳ１０に進み、第２蒸気加減弁７ｂの急開閉動作用テスト動作処理を行う。具体的には、第２蒸気加減弁７ｂをテスト開度から急閉動作で全閉状態まで閉じつつ、第２蒸気加減弁７ｂの当該開度閉分だけ第１蒸気加減弁７ａをテスト可能開度から急開動作で開く。それからステップＳ１１で、異常の有無を判定する。異常ありとされた場合にはステップ１２に進んで異常報知処理を行い、動作テスト終了となり、異常なしであった場合にはそのまま動作テスト終了となる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、これは代表的な例に過ぎず、本発明は、その趣旨を逸脱することのない範囲で様々な形態で実施することができる。例えば上記実施形態では、適用対象の蒸気タービンプラントにおける蒸気発生源がボイラであり、接続負荷が発電機であったが、これに限られるものでなく、ボイラ以外の蒸気発生源を備えたり、接続負荷が発電機以外であったりする蒸気タービンプラントについても本発明は適用することができる。

一実施形態による蒸気加減弁動作テスト方法を適用する蒸気タービンプラントの構成を示す図である。 一実施形態による蒸気加減弁動作テスト方法における処理の流れを示す図である。

符号の説明

１ 蒸気タービンプラント
３ 蒸気タービン
７ａ 第１蒸気加減弁
７ｂ 第２蒸気加減弁

Claims (2)

1. 蒸気タービンと前記蒸気タービンに接続する蒸気加減弁を備え、前記蒸気加減弁として第１蒸気加減弁と第２蒸気加減弁の２基が設けられている蒸気タービンプラントについて前記蒸気加減弁の動作テストを行うための蒸気加減弁動作テスト方法において、
   予め定めてあるテスト圧力と動作テスト前のタービン負荷からテスト可能開度を算出するテスト可能開度算出処理、主蒸気圧力を前記テスト圧力まで上昇させつつ、前記第１、第２の両蒸気加減弁それぞれの開度を前記テスト可能開度にするテスト可能開度設定処理、前記第１蒸気加減弁のテスト動作のために前記第１蒸気加減弁を前記テスト可能開度から全閉状態まで閉じつつ、前記第２蒸気加減弁を前記テスト可能開度から開く第１のテスト動作処理、前記第１、第２の両蒸気加減弁それぞれの開度を再度前記テスト可能開度にするテスト可能開度再設定処理、および前記第２蒸気加減弁のテスト動作のために第２蒸気加減弁を前記テスト可能開度から全閉状態まで閉じつつ、前記第１蒸気加減弁を前記テスト可能開度から開く第２のテスト動作処理を含むことを特徴とする蒸気加減弁動作テスト方法。
2. 前記第１、第２の各テスト動作処理は、通常開閉動作についてのテスト動作のために前記第１蒸気加減弁または前記第２蒸気加減弁を通常閉動作でテスト開度まで閉じつつ、前記第２蒸気加減弁または前記第１蒸気加減弁を前記テスト可能開度から開く通常開閉動作用テスト動作処理、および急開閉動作についてのテスト動作のために前記第１蒸気加減弁または前記第２蒸気加減弁を急閉動作で前記テスト開度から全閉状態まで閉じつつ、前記第２蒸気加減弁または前記第１蒸気加減弁を前記テスト可能開度から開く急開閉動作用テスト動作処理を含むことを特徴とする請求項１に記載の蒸気加減弁動作テスト方法。

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