JP6656992B2 - タービン翼の脱水素処理方法 - Google Patents

Description

本開示は、蒸気タービンのタービン翼の脱水素処理方法に関する。

従来、蒸気タービンのタービン翼には鋼材が用いられることが多く、例えば、特許文献１には、マルテンサイト系ステンレス鋼を用いたタービン翼が記載されている。
このようなタービン翼では、加工時のプロセスにより鋼材中に水素が吸蔵される可能性がある。タービン翼として用いられる鋼材中に水素が吸蔵された場合、水素の影響によりタービン翼の脆化を招くおそれがある。

特開平６−３０６５５０号公報

ところで、一般的な鋼材についての脱水素処理方法として、加熱処理により鋼材中に吸蔵された水素を放出させるベーキング法が知られている。
しかしながら、蒸気タービンの最終段付近の大型のタービン翼を熱処理する場合、熱処理装置が大型化し、また一度に処理できるタービン翼の本数が限られているために熱処理に多大な時間を要するといった問題がある。
そのため、煩雑な作業を行うことなく、タービン翼の水素脆化を抑制し得る方法が求められている。

本発明の少なくとも幾つかの実施形態の目的は、煩雑な作業を行うことなく、タービン翼の水素脆化を抑制し得るタービン翼の脱水素処理方法を提供することである。

（１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る蒸気タービンのタービン翼の脱水素処理方法は、
蒸気タービンプラントの起動時又は停止時において、前記蒸気タービンの車室内に加熱蒸気を供給し、前記タービン翼を加熱するステップ
を備える。

蒸気タービンプラントの運転中、車室内の各位置における蒸気温度は概ね決まっている。このため、車室内の位置によっては、タービン翼に作用する蒸気が比較的低温であり、蒸気タービンプラントの運転中にタービン翼からの水素の放出を期待できない。
上記（１）の方法によれば、蒸気タービンプラントの起動時又は停止時に車室内に加熱蒸気を供給するようにしたので、蒸気タービンプラントの運転中とは異なり、脱水素処理に適した温度の加熱蒸気を用いることができる。よって、蒸気タービンプラントの運転中に脱水素を期待できないタービン翼についても、蒸気タービンプラントの起動時又は停止時に加熱蒸気と接触させることで脱水素処理を行うことができる。
こうして、タービン翼の取り外し作業等の煩雑な作業を行うことなく、タービン翼の水素脆化を抑制することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、
前記加熱蒸気は、前記蒸気タービンの運転中における前記タービン翼を通過する蒸気（作動蒸気）よりも高温である。

上記（２）の方法によれば、蒸気タービンプラント運転中において脱水素対象（加熱対象）であるタービン翼を通過する作動蒸気（即ち、脱水素対象のタービン翼の位置における作動蒸気温度）よりも高温の加熱蒸気を用いることによって、タービン翼を高温化しやすくなり、タービン翼の脱水素を促進することができる。
ここで、車室内に複数段のタービン翼が設けられている場合、最終段（最も低圧側の段）を含む１以上の段におけるタービン翼を脱水素対象（加熱対象）とし、加熱対象段のタービン翼の位置における作動蒸気温度よりも加熱蒸気の温度を高く設定してもよい。なお、この場合、加熱対象段よりも上流側の段を通過する作動蒸気の温度よりも加熱蒸気温度が低くてもよい。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の方法において、
前記タービン翼を加熱するステップでは、前記蒸気タービンのグランドシール部を介して、前記加熱蒸気としてのグランド蒸気を前記車室内に供給する。

典型的な蒸気タービンでは、グランドシール部にグランド蒸気を供給することで、車室とロータとの間の隙間を介して、車室内空間から車室外へ蒸気が漏出すること、または、車室外から車室内空間に空気が流入することを抑制するようになっている。
上記（３）の方法によれば、典型的な蒸気タービン設備が有するグランドシール部及びグランド蒸気系統を利用することで、車室内の圧力が低くなる蒸気タービンプラントの起動時又は停止時において、グランドシール部を介してグランド蒸気（加熱蒸気）を車室内に容易に導入することができる。よって、加熱蒸気を車室内に供給するための特別な設備を設けることなく、タービン翼の脱水素処理を行うことができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の方法において、
前記タービン翼を加熱するステップでは、前記蒸気タービンの運転中に比べて前記グランド蒸気の温度を高く設定する。

上記（４）の方法によれば、蒸気タービンの運転中に比べてグランド蒸気の温度を高く設定することで、タービン翼をより高い温度まで加熱することが可能になり、タービン翼の脱水素処理を効果的に行うことができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（３）又は（４）の方法において、
前記グランド蒸気を前記グランドシール部に供給するためのグランド蒸気ラインに設けられた温度調節器により、前記グランド蒸気の温度を調節する。

上記（５）の方法によれば、グランド蒸気ラインに設けた温度調節器により、グランドシール部に供給されるグランド蒸気の温度を調節することで、脱水素処理中におけるタービン翼の温度を制御することができ、脱水素処理を効果的に行うことができる。また、グランド蒸気の温度の過度な上昇を抑制でき、例えば、グランド蒸気温度に関するインターロックの作動を防止できる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の方法において、
前記温度調節器は、グランド蒸気ヘッダと前記グランドシール部との間において前記グランド蒸気ラインに設けられた過熱低減器（Ｄｅｓｕｐｅｒ Ｈｅａｔｅｒ）であり、
前記過熱低減器により、前記グランド蒸気の減温量を調節する。

上記（６）の方法によれば、グランド蒸気ヘッダからグランドシール部に向かうグランド蒸気を過熱低減器により温度を適切に調節することができるので、脱水素処理の促進とグランド蒸気温度に関するインターロック作動の防止とを両立することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の方法において、
前記タービン翼を加熱するステップでは、前記蒸気タービンの運転中に比べて、前記過熱低減器における前記グランド蒸気の温度設定値を高くする。

上記（７）の方法によれば、過熱低減器におけるグランド蒸気の温度設定値を蒸気タービンの運転中に比べて高く設定することで、タービン翼をより高い温度まで加熱することができ、脱水素処理を効果的に行うことができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（３）乃至（７）の何れかの方法において、
前記車室内の圧力を大気圧未満に維持しながら、前記グランドシール部に前記グランド蒸気を供給することで、前記車室内に前記グランド蒸気を流入させるとともに、
前記タービン翼の加熱後、前記車室内の前記圧力を大気圧まで上昇させる、または、前記グランドシール部への前記グランド蒸気の供給を停止する。

上記（８）の方法によれば、車室内の圧力を大気圧未満に維持しながらグランド蒸気をグランドシール部に供給することで、車室内にグランド蒸気を容易に導入することができる。よって、車室内に高温のグランド蒸気を充満させ、タービン翼をグランド蒸気によって効果的に加熱することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの方法において、
前記タービン翼を加熱するステップでは、前記タービン翼を１２０℃以上の温度まで加熱する。

本発明者の鋭意検討の結果、タービン翼を１２０℃以上の温度まで加熱することで、タービン翼中の水素含有量が有意に減少することが明らかになった。
よって、上記（９）の方法によれば、タービン翼を１２０℃以上まで昇温させることで、タービン翼の脱水素処理を効果的に行うことができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの方法において、
前記加熱蒸気を前記車室内に供給する処理を複数回繰り返す。

本発明者の鋭意検討の結果、タービン翼の加熱処理を複数回繰り返すことで、タービン翼中の水素含有量が大幅に減少することが明らかになった。
上記（１０）の方法によれば、タービン翼の加熱処理を複数回繰り返すことで、タービン翼の脱水素処理を効果的に行うことができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）の方法において、
前記処理の累積実施回数が規定回数に達するまで、前記蒸気タービンプラントの起動時又は停止時に、前記加熱蒸気を前記車室内に供給する前記処理を繰り返し行う。

上記（１１）の方法によれば、タービン翼の加熱処理の累積実施回数が規定回数に達するまで繰り返すことで、タービン翼の脱水素処理を効果的に行うことができる。
なお、「規定回数」は、典型的には２回以上であり、例えば、蒸気タービンの種類、グランド蒸気温度等に応じて個別に設定されてもよい。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れかの方法において、
加熱対象の前記タービン翼は、低圧蒸気タービンの最終段翼を含む。

低圧蒸気タービンの最終段翼は、蒸気タービンの運転中において例えば５０℃程度の低温の蒸気が作用するため、蒸気タービンの運転中にタービン翼からの水素の放出を殆ど期待できない。
この点、上記（１２）の方法によれば、上記（１）で述べたように、蒸気タービンプラントの起動時又は停止時に加熱蒸気を車室内に供給することで、タービン翼の取り外し作業等の煩雑な作業を行うことなく、低圧タービンの最終段翼の水素脆化を抑制することができる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１２）の何れかの方法において、
前記タービン翼は、マルテンサイト系ステンレス鋼である。

本発明者らの知見によれば、タービン翼の材料として用いられるマルテンサイト系ステンレス鋼は、水素含有量が高くなると、脆化を起こしやすい。
この点、上記（１３）の方法によれば、上記（１）で述べたように、蒸気タービンプラントの起動時又は停止時に加熱蒸気を車室内に供給することで、タービン翼の取り外し作業等の煩雑な作業を行うことなく、マルテンサイト系ステンレス鋼のタービン翼の水素脆化に起因した損傷を防止することができる。

本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、蒸気タービンの運転中に脱水素を期待できないタービン翼についても、蒸気タービンプラントの起動時又は停止時に加熱蒸気と接触させることで脱水素処理を行うことができる。よって、タービン翼の取り外し作業等の煩雑な作業を行うことなく、タービン翼の水素脆化を抑制することが可能となる。

一実施形態に係る蒸気タービンの断面図である。 一実施形態に係るタービン翼の脱水素処理方法を示すフローチャートである。 タービン翼温度および蒸気タービンの回転速度の経時変化の一例を示すグラフである。 一実施形態に係るタービン翼温度、蒸気タービンの回転速度および車室真空度の経時変化（加熱蒸気を供給停止する場合）を示すグラフである。 他の実施形態に係るタービン翼温度、蒸気タービンの回転速度および車室真空度の経時変化（真空破壊する場合）を示すグラフである。 タービン翼の脱水素効果の評価試験の結果を示すグラフである。 一実施形態に係るグランドシステム（高負荷運転時）の概略構成を示す図である。 一実施形態に係るグランドシステム（タービン翼加熱時）の概略構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

最初に、図１を例示しながら、本実施形態に係るタービン翼の脱水素処理方法が適用される対象の一例として、蒸気タービン１の概略構成について説明する。ここで、図１は、一実施形態に係る蒸気タービン１の断面図である。蒸気タービン１は、例えば火力発電プラント等のプラントなどに設けられる。

幾つかの実施形態において、蒸気タービン１は、車室２と、車室２を貫通するように設けられたロータ５と、複数の動翼８および複数の静翼９を含むタービン翼１０と、車室内空間３からの蒸気のリークを抑制するためのグランドシール部２２ａ，２２ｂと、を備える。

車室（ケーシング）２は、ロータ５の軸方向における一方の側に、車室２内に蒸気を導入する車室入口２ａが設けられ、他方の側に、仕事をした後の蒸気を排出する車室出口２ｂが設けられている。
ロータ５は、軸受７ａ，７ｂによって、軸線Ｏを中心に回転自在に支持されている。
複数の動翼８は、ロータ５の周方向に配列されるように、タービンディスク６を介してロータ５に取り付けられている。これら複数の動翼８は、ロータ５の軸方向に複数段設けられて動翼列を形成している。
複数の静翼９は、車室２の周方向に配列されるように、車室２の内壁面に取り付けられている。これら複数の静翼９は、ロータ５の軸方向において動翼列と交互に複数段設けられて静翼列を形成している。
なお、蒸気タービン１の車室出口２ｂは復水器（不図示）に連通していてもよい。

グランドシール部２２ａ，２２ｂは、車室２とロータ５との間の隙間を介して、車室内空間３から車室外４へ蒸気が漏出すること、または、車室外４から車室内空間３に空気が侵入することを抑制する目的で設けられる。グランドシール部２２ａ，２２ｂは、ロータ５の軸方向における車室２の一方の側（車室入口２ａ側）および他方の側（車室出口２ｂ側）にそれぞれ配置される。これらのグランドシール部２２ａ，２２ｂは、それぞれ、車室２のロータ貫通穴とロータ５の外周面との間に配置されるグランドケース２３ａ，２３ｂ内に設けられる。図示される例では、車室内空間３の高圧側（車室入口２ａ側）に高圧側グランドシール部２２ａが設けられ、車室内空間３の低圧側（車室出口２ｂ側）に低圧側グランドシール部２２ｂが設けられた構成となっている。

上記構成を備える蒸気タービン１においては、通常運転時、車室入口２ａから車室内空間３に導入された蒸気が、複数のタービン翼（動翼８および静翼９）１０間を通過しながら車室内空間３を流れることでロータ５に回転力が発生する。そして、仕事をした後の蒸気は、車室内空間３から車室出口２ｂを通って外部へ排出される。
この際、グランドシール部２２ａ，２２ｂには、グランド蒸気が供給される。これにより、車室２とロータ５との間の隙間のシール性を確保し、車室内空間３から車室外４へ蒸気が漏出すること、または、車室外４から車室内空間３に空気が侵入することを抑制するようになっている。

次に、図２を参照して、幾つかの実施形態に係るタービン翼の脱水素処理方法について説明する。ここで、図２は、一実施形態に係るタービン翼の脱水素処理方法を示すフローチャートである。以下の説明において、蒸気タービン１の各部位については、図１に示した符号を付している。
なお、図２に示す実施形態では、一実施形態として蒸気タービン１の停止時にタービン翼１０を加熱する場合について示しているが、他の実施形態として蒸気タービン１の起動時にタービン翼１０を加熱してもよい。

図２に例示するように、幾つかの実施形態に係るタービン翼の脱水素処理方法は、蒸気タービン１の停止時（Ｓ２）又は起動時において、蒸気タービン１の車室２内に加熱蒸気を供給し、タービン翼１０を加熱するステップ（Ｓ４）を備える。
例えば、図２に示す実施形態では、蒸気タービン１を運転し（Ｓ１）、その後蒸気タービン１を停止する（Ｓ２）。そして、蒸気タービン１の停止後、蒸気タービン１の車室２内に加熱蒸気を供給し、タービン翼１０を加熱する（Ｓ４）。

上記方法において、蒸気タービン１の車室２内に供給する加熱蒸気は、蒸気タービン１の運転中におけるタービン翼１０を通過する蒸気（作動蒸気）よりも高温であってもよい。より具体的には、加熱蒸気は、該加熱蒸気が供給される部位における作動蒸気の温度よりも高温であってもよい。

なお、蒸気タービン１の車室２内に供給する加熱蒸気は、特に限定されないが、例えば後述するグランド蒸気であってもよいし、蒸気タービン１が設けられるプラント内で生成される任意の蒸気であってもよい。任意の蒸気としては、例えば、プラントの補助蒸気系統から引き抜いた蒸気、あるいは中圧タービンや高圧タービン等から抽気した蒸気などが挙げられる。
また、タービン翼１０の加熱時間、すなわち加熱蒸気を車室３内に供給する時間は、タービン翼１０の脱水素処理を行わない場合よりも長くてもよい。具体的には、タービン翼１０の加熱時間は、タービン翼１０に含有される水素濃度、タービン翼１０の厚さ、加熱蒸気の温度又は流量の少なくとも一つに基づいて設定されてもよい。例えば、タービン翼１０の加熱時間は、１２時間以上且つ２４時間以内であってもよい。

蒸気タービン１の運転中、車室２内の各位置における蒸気温度は概ね決まっている。このため、車室２内の位置によっては、タービン翼１０に作用する蒸気が比較的低温であり、蒸気タービン１の運転中にタービン翼１０からの水素の放出を期待できない。
上記方法によれば、蒸気タービン１の起動時又は停止時に車室２内に加熱蒸気を供給するようにしたので、蒸気タービン１の運転中とは異なり、脱水素処理に適した温度の加熱蒸気を用いることができる。よって、蒸気タービン１の運転中に脱水素を期待できないタービン翼１０についても、蒸気タービン１の起動時又は停止時に加熱蒸気と接触させることで脱水素処理を行うことができる。特に、動翼８は、製作時において水素が吸蔵されやすい性質上、上記方法によって効果的に動翼８から水素を除去することができる。
こうして、タービン翼１０の取り外し作業等の煩雑な作業を行うことなく、タービン翼１０の水素脆化を抑制することができる。
また、作動蒸気よりも高温の加熱蒸気を用いることによって、タービン翼１０を高温化しやすくなり、タービン翼１０の脱水素を促進することができる。

一実施形態において、図２に示すようにタービン翼１０を加熱するステップ（Ｓ４）では、タービン翼１０を１２０℃以上の温度まで加熱してもよい（図３〜図５参照）。
例えば、図３に示すように、蒸気タービン１への蒸気供給を停止すると、蒸気タービン１の回転速度は急激に低下し、その後車室２に加熱蒸気を供給すると、タービン翼温度は停止から時間が経過するにつれて徐々に上昇する。なお、図３は、タービン翼温度および蒸気タービンの回転速度の経時変化の一例を示すグラフである。

本発明者の鋭意検討の結果、タービン翼１０を１２０℃以上の温度まで加熱することで、タービン翼１０中の水素含有量が有意に減少することが明らかになった。
よって、上記方法によれば、タービン翼１０を１２０℃以上まで昇温させることで、タービン翼１０の脱水素処理を効果的に行うことができる。
なお、タービン翼１０およびその他の車室内部材の耐熱性の観点から、タービン翼１０の温度が１８０℃以下となるように加熱蒸気を供給してもよい。

タービン翼１０を加熱するステップ（Ｓ４）では、加熱蒸気を車室３内に供給する処理を複数回繰り返してもよい。
この場合、タービン翼１０の加熱処理（Ｓ４）の累積実施回数が規定回数に達するまで、蒸気タービン１の起動時又は停止時に、加熱蒸気を車室２内に供給する処理を繰り返し行うようにしてもよい。

例えば、図２に示す実施形態では、蒸気タービン１の運転を停止（Ｓ２）した後、蒸気タービン１の初期状態からのタービン翼１０の加熱処理（Ｓ４）の累積実施回数が規定回数に達しているか否かを判断する（Ｓ３）。タービン翼１０の加熱処理の累積実施回数が規定回数に達している場合には、タービン翼１０の加熱処理（Ｓ４）を行わない。一方、タービン翼１０の加熱処理の累積実施回数が規定回数に達していない場合には、加熱蒸気を車室２内に供給してタービン翼１０の加熱処理を行う（Ｓ４）。そして、タービン翼１０を加熱してから設定時間経過した後、真空破壊又は加熱蒸気の供給停止を行う（Ｓ５）。
その後、適宜蒸気タービン１の運転を再開し（Ｓ１）、蒸気タービン１を停止（Ｓ２）する際には、再度タービン翼１０の加熱処理の累積実施回数が規定回数に達しているか否かを判断する（Ｓ３）。これらのステップを、タービン翼１０の加熱処理の累積実施回数が規定回数に達するまで続ける。
なお、「規定回数」は、典型的には２回以上であり、例えば、蒸気タービンの種類、グランド蒸気温度等に応じて個別に設定されてもよい。

図４は、一実施形態に係るタービン翼温度、蒸気タービンの回転速度および車室真空度の経時変化（加熱蒸気を供給停止する場合）を示すグラフである。図５は、他の実施形態に係るタービン翼温度、蒸気タービンの回転速度および車室真空度の経時変化（真空破壊する場合）を示すグラフである。
図４に示す実施形態では、蒸気タービン１の運転停止後、車室２内に加熱蒸気を供給し、所定時間経過したら加熱蒸気の供給を停止している。車室２内に加熱蒸気を供給することによって、タービン翼温度は徐々に上昇し、加熱蒸気の供給を停止したらタービン翼温度は低下する。
図５に示す実施形態では、蒸気タービン１の運転停止後、車室２内に加熱蒸気を供給し、所定時間経過したら真空破壊する。車室２内に加熱蒸気を供給することによって、タービン翼温度は徐々に上昇し、真空破壊後にタービン翼温度は低下する。この場合、真空破壊後に加熱蒸気の供給を停止してもよい。
なお、真空破壊とは、蒸気タービン１の後段に復水器（不図示）が設けられている場合に、復水器の真空破壊弁を開いて車室２内の圧力を大気圧力に近づける作業を言う。

本発明者の鋭意検討の結果、タービン翼１０の加熱処理を複数回繰り返すことで、タービン翼１０中の水素含有量が大幅に減少することが明らかになった。
ここで、図６に、上述したタービン翼１０の加熱処理による脱水素効果の評価試験を行った結果を示す。図６は、４．３ｐｐｍの水素を吸蔵させたステンレス鋼を１２０℃超まで加熱処理したときの水素濃度を示している。同グラフに示すように、加熱処理が１回のみの場合には水素濃度が０．２４ｐｐｍまで低下し、加熱処理を５回繰り返した場合には、水素濃度が０．０３ｐｐｍまで低下した。
上記方法によれば、タービン翼１０の加熱処理を複数回繰り返すことで、タービン翼１０の脱水素処理を効果的に行うことができる。
また、タービン翼１０の加熱処理の累積実施回数が規定回数に達するまで繰り返すことで、タービン翼１０の脱水素処理を効果的に行うことができる。
なお、初期状態におけるタービン翼１０の水素濃度が低い場合やタービン翼１０の厚さが比較的薄い場合などには、加熱処理の回数は少なくてもよい。

上記方法において、加熱対象のタービン翼１０は、低圧蒸気タービンの最終段翼（例えば、図１に示す最終段動翼８ａ）を含んでいてもよい。
低圧蒸気タービンの最終段翼は、蒸気タービン１の運転中において例えば５０℃程度の低温の蒸気が作用するため、蒸気タービン１の運転中にタービン翼１０からの水素の放出を殆ど期待できない。
この点、上記方法によれば、上述したように、蒸気タービン１の起動時又は停止時に加熱蒸気を車室２内に供給することで、タービン翼１０の取り外し作業等の煩雑な作業を行うことなく、低圧蒸気タービンの最終段翼の水素脆化を抑制することができる。

上記方法において、タービン翼１０は、マルテンサイト系ステンレス鋼であってもよい。例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼として、ＰＨ１３−８Ｍｏ鋼、１７−４ＰＨ鋼、１２Ｃｒ鋼等が挙げられる。
本発明者らの知見によれば、タービン翼１０の材料として用いられるマルテンサイト系ステンレス鋼は、水素含有量が高くなると、脆化を起こしやすい。
この点、上述したように、蒸気タービン１の起動時又は停止時に加熱蒸気を車室内に供給することで、タービン翼１０の取り外し作業等の煩雑な作業を行うことなく、マルテンサイト系ステンレス鋼のタービン翼１０の水素脆化に起因した損傷を防止することができる。

上述したタービン翼１０を加熱するステップ（Ｓ４）では、図７及び図８に示すように、蒸気タービン１のグランドシール部２２ａ，２２ｂを介して、加熱蒸気としてのグランド蒸気を車室２内に供給してもよい。

ここで、図７及び図８を例示して、グランドシステム２０の具体的な構成例について説明する。図７は、一実施形態に係るグランドシステム（高負荷運転時）２０の概略構成を示す図である。図８は、一実施形態に係るグランドシステム（タービン翼加熱時）２０の概略構成を示す図である。
なお、以下、蒸気タービン１の各部位については、適宜図１に示した符号を付して説明する。

図７及び図８に例示的に示すように、幾つかの実施形態に係るグランドシステム２０は、上述したグランドシール部２２ａ，２２ｂと、グランドシール部２２ａ，２２ｂに供給するグランド蒸気を貯留するためのグランド蒸気ヘッダ２４と、グランドシール部２２ａ，２２ｂとグランド蒸気ヘッダ２４との間にそれぞれ設けられるグランド蒸気ライン２８，２９と、を備える。
なお、本実施形態において、グランド蒸気とは、グランドシール部２２ａ，２２ｂを流れることによって車室内空間３と車室外４との間のシール性を確保する作用を有する蒸気を言う。すなわち、グランド蒸気は、グランドシール部２２ａ，２２ｂを介して、車室内空間３から車室外４へ向けて流れる蒸気を含む。

グランド蒸気ヘッダ２４は、グランドシール部２２ａ，２２ｂに供給するグランド蒸気を貯留するように構成される。例えば、グランド蒸気ヘッダ２４に貯留されるグランド蒸気は、プラントの補助蒸気系統から引き抜いた蒸気であってもよいし、中圧タービンや高圧タービン等から抽気した蒸気であってもよいし、タービン入口蒸気を減圧した蒸気であってもよい。また、グランド蒸気は、高負荷時における高圧側グランドシール部２２ａから回収した蒸気を含んでいてもよい。さらに、グランド蒸気は、上述したような発生源の異なる複数種の蒸気が混合されていてもよい。

図７に示すように、蒸気タービン１の高負荷運転時においては、車室内圧力は比較的高くなるため、高圧側グランドシール部２２ａでは、車室内空間３から車室外４へ向けて蒸気（グランド蒸気）が流出する。このグランド蒸気の少なくとも一部は、グランド蒸気ライン２８を介してグランド蒸気ヘッダ２４に回収される。また、グランド蒸気の他の少なくとも一部は、グランドコンデンサに導かれて復水されてもよい。例えば、流出したグランド蒸気の一部は高圧側グランドシール部２２ａの車室側部位Ｘからグランド蒸気ヘッダ２４に回収され、流出したグランド蒸気の残部は大気側部位Ｙからグランドコンデンサに導かれる。

一方、低圧側グランドシール部２２ｂには、グランド蒸気ヘッダ２４からグランド蒸気が供給される。また、低圧側グランドシール部２２ｂから流出したグランド蒸気の少なくとも一部は、グランドコンデンサに導かれてもよい。例えば、低圧側グランドシール部２２ｂの車室側部位Ｘにはグランド蒸気ヘッダ２４からグランド蒸気が供給され、供給されたグランド蒸気の一部（空気を含む）は低圧側グランドシール部２２ｂの大気側部位Ｙからグランドコンデンサに導かれる。
なお、蒸気タービン１の低負荷運転時または無負荷運転時は、高圧側グランドシール部２２ａにもグランド蒸気ヘッダ２４からグランド蒸気が供給される。

図８に示すように、タービン翼１０の加熱処理時には、グランド蒸気ヘッダ２４からのグランド蒸気を、グランド蒸気ライン２８，２９を介してグランドシール部２２ａ，２２ｂに供給する。このとき、車室内圧力は比較的低いため、グランド蒸気はグランドシール部２２ａ，２２ｂを介して車室２内に供給される。例えば、高圧側グランドシール部２２ａの車室側部位Ｘおよび低圧側グランドシール部２２ｂの車室側部位Ｘにはグランド蒸気ヘッダ２４からグランド蒸気が供給される。また、供給されたグランド蒸気の一部（空気を含む）は高圧側グランドシール部２２ａの大気側部位Ｙおよび低圧側グランドシール部２２ｂの大気側部位Ｙからグランドコンデンサに導かれる。

この方法によれば、典型的な蒸気タービン設備が有するグランドシール部２２ａ，２２ｂ及びグランド蒸気系統（グランド蒸気ヘッダ２４、グランド蒸気ライン２８，２９を含む）を利用することで、車室２内の圧力が低くなる蒸気タービン１の起動時又は停止時において、グランドシール部２２ａ，２２ｂを介してグランド蒸気（加熱蒸気）を車室２内に容易に導入することができる。よって、加熱蒸気を車室２内に供給するための特別な設備を設けることなく、タービン翼１０の脱水素処理を行うことができる。

図７及び図８に示すように、グランド蒸気ヘッダ２４には、グランド蒸気ヘッダ２４内の過度な圧力上昇を防ぐ目的から、リリーフ弁２６を有する排出ライン２５が接続されていてもよい。この場合、グランド蒸気ヘッダ２４内の圧力が設定値よりも高くなったとき、リリーフ弁２６が開いて排出ライン２５からグランド蒸気が排出される。

上記方法において、タービン翼１０を加熱処理する際、蒸気タービン１の運転中に比べてグランド蒸気の温度を高く設定してもよい。すなわち、蒸気タービン１の運転中にグランドシール部２２ａ，２２ｂに供給する温度よりも、タービン翼１０を加熱処理する際のグランド蒸気の温度を高くする。例えば、グランド蒸気ヘッダ２４に供給される蒸気を、蒸気タービン１の運転中よりも高い温度の蒸気としてもよいし、後述するようにグランド蒸気ヘッダ２４からグランドシール部２２ａ，２２ｂに供給するまでの間でグランド蒸気を加熱してもよい。

このように、蒸気タービン１の運転中に比べてグランド蒸気の温度を高く設定することで、タービン翼１０をより高い温度まで加熱することが可能になり、タービン翼１０の脱水素処理を効果的に行うことができる。

また、グランド蒸気をグランドシール部２２ａ，２２ｂに供給するためのグランド蒸気ライン２９に設けられた温度調節器により、グランド蒸気の温度を調節してもよい。
この場合、図８に示すように温度調節器が、グランド蒸気ヘッダ２４とグランドシール部２２ａ，２２ｂとの間においてグランド蒸気ライン２９に設けられた過熱低減器（Ｄｅｓｕｐｅｒ Ｈｅａｔｅｒ）３０であって、過熱低減器３０によりグランド蒸気の減温量を調節するようにしてもよい。例えば、過熱低減器３０は、グランド蒸気を冷却水と間接的に熱交換することによって冷却してもよい。この場合、タービン翼１０の温度を温度センサ３６によって検出し、この温度に基づいて、制御装置３５により流量調節弁３１の開度を制御し、グランド蒸気を冷却するための冷却水の流量を調節してもよい。
なお、不図示の他の実施形態では、温度調節器が、グランド蒸気を加熱するためのヒータであってもよい。

これによれば、グランド蒸気ライン２９に設けた温度調節器により、グランドシール部２２ａ，２２ｂに供給されるグランド蒸気の温度を調節することで、脱水素処理中におけるタービン翼１０の温度を制御することができ、脱水素処理を効果的に行うことができる。また、グランド蒸気の温度の過度な上昇を抑制でき、例えば、グランド蒸気温度に関するインターロックの作動を防止できる。
また、温度調節器として過熱低減器３０を用いることによって、グランド蒸気ヘッダ２４からグランドシール部２２ａ，２２ｂに向かうグランド蒸気を過熱低減器３０により温度を適切に調節することができるので、脱水素処理の促進とグランド蒸気温度に関するインターロック作動の防止とを両立することができる。

上記方法において、タービン翼１０を加熱処理する際には、蒸気タービン１の運転中に比べて、過熱低減器３０におけるグランド蒸気の温度設定値を高くしてもよい。
これによれば、過熱低減器３０におけるグランド蒸気の温度設定値を蒸気タービン１の運転中に比べて高く設定することで、タービン翼１０をより高い温度まで加熱することができ、脱水素処理を効果的に行うことができる。

図８に示すように、グランド蒸気ライン２９には、過熱低減器３０よりも低圧側グランドシール部２２ｂ側に、ドレン分離器３２が設けられていてもよい。
ドレン分離器３２は、過熱低減器３０においてグランド蒸気の一部が凝縮して発生したドレンを分離するように構成される。
このように、過熱低減器３０においてグランド蒸気の一部が凝縮して発生したドレンをドレン分離器３２で分離することによって、車室２内にドレンが流入することを防げる。

なお、図７及び図８に示す実施形態では、低圧側グランドシール部２２ｂにグランド蒸気を供給するグランド蒸気ライン２９にのみ過熱低減器３０やドレン分離器３２が設けられた構成を例示したが、高圧側グランドシール部２２ａにグランド蒸気を供給するグランド蒸気ライン２８に過熱低減器３０やドレン分離器３２が設けられた構成であってもよい。

また、上記方法において、車室２内の圧力を大気圧未満に維持しながら、グランドシール部２２ａ，２２ｂにグランド蒸気を供給することで、車室２内にグランド蒸気を流入させるとともに、タービン翼１０の加熱後、車室２内の圧力を大気圧まで上昇させる、または、グランドシール部２２ａ，２２ｂへのグランド蒸気の供給を停止するようにしてもよい（図５参照）。

この方法によれば、車室２内の圧力を大気圧未満に維持しながらグランド蒸気をグランドシール部２２ａ，２２ｂに供給することで、車室２内にグランド蒸気を容易に導入することができる。よって、車室２内に高温のグランド蒸気を充満させ、タービン翼１０をグランド蒸気によって効果的に加熱することができる。

上述したように、本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、蒸気タービン１の運転中に脱水素を期待できないタービン翼１０についても、蒸気タービン１の起動時又は停止時に加熱蒸気と接触させることで脱水素処理を行うことができる。よって、タービン翼１０の取り外し作業等の煩雑な作業を行うことなく、タービン翼１０の水素脆化を抑制することが可能となる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、図１には、車室入口２ａから流入した作動蒸気が単一方向（図中、左から右に向かう方向）に流れるシングルフロー型の蒸気タービンを示したが、上述した実施形態で説明した内容は、車室入口から流入した作動蒸気が両側に流れるダブルフロー型の蒸気タービンにも適用可能である。

例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ 蒸気タービン
２ 車室
５ ロータ
８ 動翼
９ 静翼
１０ タービン翼
２０ グランドシステム
２２ａ 高圧側グランドシール部
２２ｂ 低圧側グランドシール部
２３ａ，２３ｂ グランドケース
２４ グランド蒸気ヘッダ
２８，２９ グランド蒸気ライン
３０ 過熱低減器
３１ 流量調節弁
３２ ドレン分離器

Claims (12)

1. 蒸気タービンのタービン翼の脱水素処理方法であって、
   蒸気タービンプラントの起動時又は停止時において、前記蒸気タービンの車室内に加熱蒸気を供給し、前記タービン翼を加熱するステップ
   を備え、
   前記加熱蒸気は、前記蒸気タービンの運転中における前記タービン翼を通過する蒸気よりも高温である
   ことを特徴とするタービン翼の脱水素処理方法。
2. 前記タービン翼を加熱するステップでは、前記蒸気タービンのグランドシール部を介して、前記加熱蒸気としてのグランド蒸気を前記車室内に供給することを特徴とする請求項１に記載のタービン翼の脱水素処理方法。
3. 前記タービン翼を加熱するステップでは、前記蒸気タービンの運転中のグランド蒸気に比べて、前記加熱蒸気としての前記グランド蒸気の温度を高く設定することを特徴とする請求項２に記載のタービン翼の脱水素処理方法。
4. 前記グランド蒸気を前記グランドシール部に供給するためのグランド蒸気ラインに設けられた温度調節器により、前記グランド蒸気の温度を調節することを特徴とする請求項２又は３に記載のタービン翼の脱水素処理方法。
5. 前記温度調節器は、グランド蒸気ヘッダと前記グランドシール部との間において前記グランド蒸気ラインに設けられた過熱低減器であり、
   前記過熱低減器により、前記グランド蒸気の減温量を調節することを特徴とする請求項４に記載のタービン翼の脱水素処理方法。
6. 前記タービン翼を加熱するステップでは、前記蒸気タービンの運転中に比べて、前記過熱低減器における前記グランド蒸気の温度設定値を高くすることを特徴とする請求項５に記載のタービン翼の脱水素処理方法。
7. 前記車室内の圧力を大気圧未満に維持しながら、前記グランドシール部に前記グランド蒸気を供給することで、前記車室内に前記グランド蒸気を流入させるとともに、
   前記タービン翼の加熱後、前記車室内の前記圧力を大気圧まで上昇させる、または、前記グランドシール部への前記グランド蒸気の供給を停止することを特徴とする請求項２乃至６の何れか一項に記載のタービン翼の脱水素処理方法。
8. 前記タービン翼を加熱するステップでは、前記タービン翼を１２０℃以上の温度まで加熱することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のタービン翼の脱水素処理方法。
9. 前記加熱蒸気を前記車室内に供給する処理を複数回繰り返すことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のタービン翼の脱水素処理方法。
10. 前記処理の累積実施回数が規定回数に達するまで、前記蒸気タービンプラントの起動時又は停止時に、前記加熱蒸気を前記車室内に供給する前記処理を繰り返し行うことを特徴とする請求項９に記載のタービン翼の脱水素処理方法。
11. 加熱対象の前記タービン翼は、低圧蒸気タービンの最終段翼を含むことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載のタービン翼の脱水素処理方法。
12. 前記タービン翼は、マルテンサイト系ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載のタービン翼の脱水素処理方法。

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