JPH04262005A - 蒸気加減弁チェストウォーミング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蒸気タービンプラントの
主タービンへの通気前における蒸気加減弁チェストのウ
ォーミング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は一般的なタービンプラントの主要
部系統を示す図であり、ボイラ１で発生した蒸気は主蒸
気管２を通り、主蒸気止め弁３（ＭＳＶ）および蒸気加
減弁４（ＣＶ）を経てタービン５に供給され、そのター
ビン５で仕事を行なった蒸気は復水器６で復水される。

【０００３】ところで、このようなタービンプラントの
起動時においては、タービンを冷機状態から起動し系統
に併入してから目標負荷に到達するまでの過程で、蒸気
加減弁チェスト、ケーシングをはじめとしてタービン各
部の温度は、例えば室温に近い温度から最終到達負荷時
にタービン内部を流れる蒸気温度に近い温度まで上昇・
変化することになる。この温度変化は上流側程大きく、
蒸気加減弁チェストや高圧タービンケーシングの入口部
は定格主蒸気温度（通常、５３０℃または５６６℃）ま
で上昇変化する。

【０００４】特に、蒸気加減弁チェストが主タービンケ
ーシングと一体形となっている場合は、ケーシングを内
部圧力に対して厚肉構造とする必要があるので、ケーシ
ングと一体となる蒸気加減弁チェストの内・外面には温
度差が生じ易くなり、熱膨脹を拘束し合うため、大きな
熱応力を発生し、さらに起動毎に発生するこの熱応力の
繰り返しによって、金属疲労が蓄積し、ついにはその寿
命を消費してクラックを発生させることがある。

【０００５】上記金属疲労蓄積度は温度変化量と温度変
化率に依存する。図５は金属疲労蓄積度をパラメータと
し、温度変化量および温度変化率との関係を示し、図中
矢印の方向に金属疲労蓄積度が大きくなる。すなわち、
温度変化量あるいは温度変化率が大きい程金属疲労蓄積
度は大きくなる。また、熱応力振幅とタービンの金属疲
労蓄積度は図６の関係にあり、発生する熱応力が大きい
程、寿命の消費が大きくなる。

【０００６】したがって、タービンが長期間停止した後
の高温部金属温度が冷え切った状態から、熱い蒸気を入
れて起動することは、急激でかつ大きな温度変化をター
ビンに与えることになるので、金属寿命の消費の面から
は好ましくない。

【０００７】そこで、起動中の温度変化幅を小さくする
ことを目的として、蒸気加減弁チェスト、特に主タービ
ンケーシングと一体形の蒸気加減弁チェストを起動前に
暖機するウォーミングが行なわれる。

【０００８】図示において、主蒸気止め弁３の上流側に
は弁座前ドレン系統７およびそのドレン弁８が設けられ
ており、起動・停止過程において主蒸気管２および主蒸
気止め弁３で発生するドレンを排出するようにしてある
。また、主蒸気止め弁３の後流側には弁座後ドレン弁系
統９およびそのドレン弁１０が設けられており、起動・
停止過程において主蒸気止め弁４等に発生するドレンの
排出を行なうようにしてある。

【０００９】しかして、蒸気加減弁チェストウォーミン
グは、ドレン弁８，１０および蒸気加減弁４を閉状態と
し、主蒸気止め弁３またはそれに内蔵されている副弁（
図示せず）を一定時間（通常２〜３分）開とすることに
より、ウォーミング蒸気を蒸気加減弁４チェスト内に導
き、一定時間保持した後、主蒸気止め弁３または上記副
弁を閉じ、ウォーミング蒸気を蒸気加減弁チェスト内に
封じ込めて蒸気の熱を蒸気加減弁チェストメタルに伝達
させることにより行なう。

【００１０】このようにして蒸気加減弁チェスト内で熱
交換したウォーミング蒸気は温度が下がり復水し、この
復水が或程度蒸気加減弁チェスト内に溜まるが、一定時
間後主蒸気止め弁弁座後ドレン弁１０が開けられ蒸気加
減弁チェストで発生したドレンが排出される。この動作
を繰り返し、蒸気加減弁チェストのメタル温度が或値に
到達した時にウォーミング完了とする。

【００１１】図７は、上記主蒸気止め弁３またはその副
弁および主蒸気止め弁弁座後ドレン弁１０の開閉タイミ
ングを示す図である。従来、主蒸気止め弁の開時間ｔ１
　、および主蒸気止め弁全閉後弁座後ドレン弁１０が開
かれるまでのウォーミング蒸気の蒸気加減弁チェスト内
への封じ込め時間ｔ２　は、予め決定された固有値で与
えられている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の如き
ウォーミング方法においては、ウォーミングを行なう際
、蒸気加減弁チェストメタル温度に関係なく主蒸気止め
弁またはその副弁および弁座後ドレン弁の開閉タイミン
グを一定にしているため、蒸気加減弁チェストウォーミ
ングを開始した直後、すなわち蒸気加減弁チェストメタ
ル温度が低い状態においては、ウォーミング蒸気供給時
間が必要以上に長くなる。したがって、図８に示すよう
に蒸気加減弁チェストメタル温度は急激な変化を示し、
熱応力が発生するという問題がある。

【００１３】逆に、蒸気加減弁チェストウォーミングを
或程度実施した段階、すなわち蒸気加減弁チェストメタ
ル温度が高い状態においては、ウォーミング蒸気供給時
間が必要時間に比べて短いため、蒸気加減弁チェスト温
度の変化量が小さくなり、ウォーミング効果が減少しか
つウォーミング時間が必要以上に長くなる等の問題があ
る。

【００１４】このように従来のウォーミング方法は、蒸
気加減弁チェストウォーミング中に発生する急激な温度
変化を抑制させることができず、また逆に蒸気加減弁チ
ェストの温度変化が緩慢な場合に適正な温度変化に制御
することが困難である。

【００１５】また、ウォーミング蒸気の圧力・温度条件
が蒸気加減弁チェストウォーミング毎に異なるタービン
プラントにおいては、例えばウォーミング蒸気の圧力・
温度が高い場合には蒸気加減弁チェストに対し常に過度
な温度変化をもたらし、時には材料を降伏せしめる程の
熱応力を発生させることがある。逆に、ウォーミング蒸
気の圧力・温度が低い場合には、蒸気加減弁チェストメ
タル温度が上がらず、十分なウォーミング効果が得られ
ない可能性がある等の問題がある。

【００１６】本発明はこのような点に鑑み、起動時のウ
ォーミング蒸気条件や蒸気加減弁チェスト金属温度が異
なる場合においても、蒸気加減弁チェスト等に過度の熱
応力を与えることがなく、かつウォーミング時間も最短
とすることができるようにした蒸気加減弁チェストウォ
ーミング方法を得ることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ウォーミング
用蒸気の供給、停止を行なう主蒸気止め弁または主蒸気
止め弁副弁、およびウォーミングの結果蒸気加減弁チェ
スト内に発生するドレンを排出せしめる主蒸気止め弁弁
座後ドレン弁を交互に開閉させて蒸気加減弁チェストの
ウォーミングを行なう蒸気加減弁チェストウォーミング
方法において、加減弁チェストメタル温度変化率が第１
の設定値より大きくなったとき主蒸気止め弁またはその
副弁を閉じ、上記第１の設定値より小さな第２の設定値
より小さくなったときに上記ドレン弁を開くようにした
ことを特徴とする。

【００１８】

【作用】蒸気加減弁チェストのウォーミングに際しては
、主蒸気止め弁或はその副弁を開けると、ウォーミング
蒸気が蒸気加減弁まで流入し、蒸気加減弁チェストのウ
ォーミングが行なわれる。

【００１９】そこで、蒸気加減弁チェストメタルの温度
の上昇率が第１の設定値に達すると、主蒸気止め弁或は
その副弁が全閉され、その後メタル温度上昇率が鈍化し
、第２の設定値より小さくなると、主蒸気止め弁弁座後
ドレン弁が全開される。これによって、蒸気加減弁チェ
スト内で熱交換によって生じたドレンが排出される。 そしてドレン排出後上記ドレン弁を閉じ、主蒸気止め弁
或はその副弁を開くことによって再びウォーミング蒸気
が供給され、以後これを繰り返すことによってウォーミ
ングを完了することができる。

【００２０】しかして、上記ウォーミング作動中蒸気加
減弁チェスト温度上昇率が一定の範囲内で制御されるこ
ととなる。

【００２１】

【実施例】図１において、蒸気加減弁のウォーミング開
始信号が発せられると、主蒸気止め弁弁座後ドレン弁が
全閉されるとともに主蒸気止め弁或はその副弁が全開さ
れ、ウォーミング蒸気の供給が行なわれる。そして、こ
の主蒸気止め弁或はその副弁の全開信号はＡＮＤ回路２
０に加えられる。

【００２２】一方、蒸気加減弁チェストメタル温度検出
器２１によって蒸気加減弁チェストメタル温度が検出さ
れており、その温度信号は変化率演算器２２に入力され
、ここでメタル温度変化率が計算され、信号ａとして出
力される。このメタル温度変化率信号ａは、それぞれ比
較器２３および比較器２４に入力される。

【００２３】上記比較器２３には第１の設定器２５から
の第１の設定信号Ａも入力されており、ここで前記メタ
ル温度変化率信号ａと比較され、メタル温度変化信号が
第１の設定信号Ａより大きいと、すなわち、ａ＞Ａとな
ると出力信号が発生され、この出力信号が前記ＡＮＤ回
路２０に加えられる。

【００２４】このようにしてＡＮＤ回路２０に主蒸気止
め弁或はその副弁全開信号および比較器２３からの出力
信号が入力されると、主蒸気止め弁或いはその副弁に全
閉指令信号が出力され主蒸気止め弁或はその副弁が全閉
され、その全閉信号が第２のＡＮＤ回路２６に加えられ
る。

【００２５】また、比較器２４には第２の設定器２７か
ら第１の設定器２５の設定信号より小さい第２の設定信
号Ｂも入力されており、ここで前記メタル温度変化率信
号ａと比較され、メタル温度変化率信号ａが第２の設定
信号Ｂより小さいと、すなわちａ＜Ｂとなると出力信号
が発生され、この出力信号が前記第２のＡＮＤ回路２６
に入力される。

【００２６】そして、上記第２のＡＮＤ回路２６に主蒸
気止め弁或はその副弁の全開信号および比較器２４から
の出力信号が入力されると、主蒸気止め弁弁座後ドレン
弁に全開指令信号が出力される。このようにして上記ド
レン弁が全開すると、タイマー２８の設定時間経過後再
び主蒸気止め弁弁座後ドレン弁が全開される。

【００２７】しかして、蒸気加減弁のウォーミングが開
始されると、主蒸気止め弁弁座後ドレン弁が全閉された
後主蒸気止め弁或はその副弁が全開され、蒸気加減弁チ
ェストにウォーミング蒸気が導入される。この状態で蒸
気加減弁チェストメタル温度はウォーミング蒸気のもつ
熱量によって上昇し、その温度変化率も上昇する。

【００２８】この蒸気加減弁チェストメタル温度変化率
は前述のように信号ａとして計測演算されており、この
蒸気加減弁チェストメタル温度変化率ａが第１の設定信
号Ａに達し、ａ＞Ａとなると比較器２３の出力信号がＯ
Ｎとなり、第１のＡＮＤ回路２０に入力される。このと
き第１のＡＮＤ回路２０のもう一方の入力は主蒸気止め
弁或はその副弁全開信号であってすでに成立しているの
で、ａ＞Ａとなった時点で、次の段階に進行し、主蒸気
止め弁或はその副弁が全閉される。

【００２９】この状態では蒸気加減弁チェストにウォー
ミング蒸気が閉じ込められ、ウォーミング蒸気の持つ熱
量がチェストメタルに伝達されるに伴い、蒸気加減弁チ
ェストメタル温度は上昇し、ウォーミング蒸気の方は温
度が下がり、次方に復水しドレン化する。この間蒸気加
減弁チェストには新たな熱供給がないため、チェストメ
タルへの温度伝達が徐々に少なくなり、蒸気加減弁チェ
ストメタル温度変化率は主蒸気止め弁或はその副弁の全
閉後から減少しつづける。

【００３０】このようにして温度変化率信号ａが低下し
、第２の設定信号Ｂに達し、ａ＜Ｂとなると、比較器２
４の出力信号がＯＮとなり第２のＡＮＤ回路２６に入力
される。この第２のＡＮＤ回路２６のもう一方の入力は
主蒸気止め弁或はその副弁の全閉信号であって、この時
点ではそれ以前に成立しているため、ａ＜Ｂとなった時
点でさらに次の段階に進行し、主蒸気止め弁弁座後ドレ
ン弁が全開される。したがって、蒸気加減弁チェスト内
に閉じ込められメタルとの熱交換を終えた低温の蒸気ま
たはドレンが、上記主蒸気止め弁弁座後ドレン弁を通っ
て蒸気加減弁チェスト外に排出される。

【００３１】そこで、主蒸気止め弁弁座後ドレン弁全開
後タイマー２８がカウントを始め、上記低温の蒸気また
はドレンの排出に要する時間ｔが経過後、再び図１のフ
ローチャートの先頭に戻り、主蒸気止め弁弁座後ドレン
弁が全閉され、以下上記と同様な制御が、蒸気加減弁チ
ェストのウォーミングが完了するまで繰り返される。

【００３２】以上説明した主蒸気止め弁或はその副弁、
主蒸気止め弁弁座後ドレン弁、および蒸気加減弁チェス
トメタル温度の動きを図２に示す。

【００３３】すなわち、蒸気加減弁チェストウォーミン
グを開始し、主蒸気止め弁弁座後ドレン弁を閉とし、主
蒸気止め弁或はその副弁を全開した点ｍ１　でウォーミ
ング蒸気が蒸気加減弁チェスト内に導かれ、蒸気加減弁
チェストメタル温度が上昇し、点ｍ２　でメタル温度変
化率ａ１　がａ１　＞Ａとなり主蒸気止め弁或はその副
弁が全閉となる。

【００３４】この状態ではウォーミング蒸気は蒸気加減
弁チェスト内に封じ込められ、チェストメタル温度を上
昇させるが、ウォーミング効果は時間とともに小さくな
り、メタル温度上昇率は減少する。そしてメタル温度変
化率ａ２　がａ２　＜Ｂとなった時点ｍ３　で主蒸気止
め弁弁座後ドレン弁が開き、ドレン化したウォーミング
蒸気が系外に排出される。このようにしてドレンが排出
されたら主蒸気止め弁弁座後ドレン弁が閉となり、主蒸
気止め弁或はその副弁の開操作が始まる。そして、この
操作を繰り返すことによって蒸気加減弁チェストのウォ
ーミングが行なわれる。

【００３５】図３は本発明の他の実施例を示す図であり
、第１の設定器２５ａおよび第２の設定器２７ａが、蒸
気加減弁チェストメタル温度信号を入力してそのメタル
温度の関数として設定信号Ａ，Ｂを出力するようにして
ある。

【００３６】すなわち、図２に示すような主蒸気止め弁
の開閉を繰り返す蒸気加減弁チェストのウォーミングを
進めていった場合には、蒸気加減弁チェストのメタル温
度が上昇してくるにしたがって、ウォーミング蒸気と蒸
気加減弁チェストメタルとのミスマッチ温度が小さくな
ってくるために主蒸気止め弁を開けたときのメタル温度
上昇率が鈍化してくることもある。このような場合には
、主蒸気止め弁の閉タイミング、主蒸気止め弁弁座後ド
レン弁の開タイミングを決定するメタル温度変化率の値
は、蒸気加減弁ウォーミングの開始から完了まで第１実
施例のように一定値とするよりも、蒸気加減弁ウォーミ
ングの進み度合いに応じて設定値を可変とすることによ
り、きめ細かい制御が可能となり、ウォーミング時間を
より適正化することが可能となる。

【００３７】しかして、上記第２実施例においては、ウ
ォーミング開始直後は許容メタル温度変化率付近の値に
なるまで主蒸気止め弁を開け続けるが、ウォーミングが
進行して温度上昇率が鈍化してくると、それに見合った
メタル温度変化率で主蒸気止め弁或はその副弁を閉める
こととなり、ウォーミング時間の適正化を図ることがで
きる。

【００３８】

【発明の効果】本発明は、上述のように蒸気加減弁チェ
ストメタル温度の変化率の値によって一旦開けた全蒸気
加減弁或はその副弁の閉タイミングを決定するとともに
、主蒸気止め弁弁座後ドレン弁の開タイミングを決定し
ているため、蒸気加減弁チェストメタル温度変化率が一
定の範囲内で制御されることになり、過度の熱応力の発
生による寿命消費を防止でき、また主蒸気止め弁或はそ
の副弁の全閉後に蒸気加減弁チェスト内に閉じ込められ
た蒸気からメタルへの熱伝達がほど完了した時点を正確
にとらえて次の行程に進めることができる。

【００３９】このようにして、主蒸気止め弁或はその副
弁および主蒸気止め弁弁座後ドレン弁の開閉タイミング
を適正化することができ、一定の蒸気加減弁チェストメ
タル温度変化率でウォーミングが可能となり、最短の時
間で蒸気加減弁チェストウォーミングが可能となる。

【００４０】また、ウォーミング蒸気の圧力、温度が異
なるタービンプラントにおいても、常に最適の蒸気加減
弁チェストメタル温度変化率でウォーミングが可能とな
る等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蒸気加減弁チェストウォーミング方法
を示すフローチャート。

【図２】本発明のウォーミング方法を実施した場合にお
ける、主蒸気止め弁とその弁座後ドレン弁の開閉タイミ
ングと、蒸気加減弁チェストの温度変化を示す図。

【図３】本発明の他の実施例を示すフローチャート。

【図４】蒸気加減弁チェストウォーミング装置の概略系
統図。

【図５】温度変化量および温度変化率に関する金属疲労
蓄積度の関係を示す図。

【図６】熱応力−疲労蓄積度線図。

【図７】従来のウォーミング方法における主蒸気止め弁
とその弁座後ドレン弁の開閉タイミングを示す図。

【図８】従来のウォーミング方法における蒸気加減弁チ
ェストの温度変化線図。

【符号の説明】

３　　主蒸気止め弁 ４　　蒸気加減弁 ５　　タービン １０　　主蒸気止め弁弁座後ドレン弁 ２０，２６　　ＡＮＤ回路 ２１　　蒸気加減弁チェストメタル温度検出器２２　　
変化率演算器 ２３，２４　　比較器 ２５　　第１の設定器 ２７　　第２の設定器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウォーミング用蒸気の供給、停止を行なう
   主蒸気止め弁または主蒸気止め弁副弁、およびウォーミ
   ングの結果蒸気加減弁チェスト内に発生するドレンを排
   出せしめる主蒸気止め弁弁座後ドレン弁を交互に開閉さ
   せて蒸気加減弁チェストのウォーミングを行なう蒸気加
   減弁チェストウォーミング方法において、加減弁チェス
   トメタル温度変化率が第１の設定値より大きくなったと
   き主蒸気止め弁またはその副弁を閉じ、上記第１の設定
   値より小さな第２の設定値より小さくなったときに上記
   ドレン弁を開くようにしたことを特徴とする、蒸気加減
   弁チェストウォーミング方法。