JPH05172285A

JPH05172285A - 配管装置

Info

Publication number: JPH05172285A
Application number: JP3343528A
Authority: JP
Inventors: Teiichiro Akashi; 石貞一郎明
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-12-25
Filing date: 1991-12-25
Publication date: 1993-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】湿分を含む蒸気から二相流体特有の分岐部に
おける湿分の偏流を無くするようにした配管装置を得る
こと。【構成】湿分を含む蒸気からなる二相流体を２方向に
分岐する配管装置において、分岐部分にＹ分岐管１６を
配設するとともに、このＹ分岐管の入口部直管長さを管
内径の２乃至５倍以上とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば発電プラント等
において湿分を含む蒸気からなる二相流体を２方向に分
岐する配管装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、沸騰水型原子力発電プラントに
おける原子炉の発生蒸気或は加圧水型原子力発電プラン
トにおける蒸気発生器の発生蒸気は、例えば６８atg 、
２８３℃の飽和蒸気であり、この蒸気が高圧タービンに
送られて仕事をして膨脹すると、圧力の降下と共に温度
が下がり、蒸気中に多量の湿分を含んだ例えば湿り度１
２％乃至１３．５％程度の湿り蒸気となる。

【０００３】そこで、この湿った蒸気をそのまま低圧タ
ービンに導くと、タービン翼に浸食が発生し、又湿分の
混入による流動抵抗の増加から熱効率の低下等が起る。
そのため、湿分を除去するとともに飽和蒸気を過熱蒸気
まで加熱、昇温して再熱サイクルとして熱効率を向上す
るために、高圧タービンと低圧タービンとの間には湿分
分離加熱器が設けられている。

【０００４】しかして、この湿分分離加熱器には、高圧
タービンから排出された湿分を含んだ蒸気の二相流体が
配管装置を経て導入されることとなる。

【０００５】原子力発電プラントのこの複流式高圧ター
ビンの排気は、通常４本の配管装置により８つの湿分分
離加熱器に導入されるようにしてあり、１本の高圧ター
ビンの排気管が２個の湿分分離加熱器用の入口蒸気管に
分岐されている。

【０００６】図１５は、一般的な原子力発電プラントの
湿分分離加熱器及びその廻りの配管装置を示す系統図で
あって、原子炉（図示せず）で発生し複流式高圧タービ
ン１ａ，１ｂに供給されたサイクル蒸気は、その高圧タ
ービン１ａ，１ｂで仕事を行なった後、４本の配管装置
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄによってそれぞれ湿分分離加熱
装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに導入される。

【０００７】各湿分分離加熱装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３
ｄはそれぞれ２個の湿分分離加熱器４ａ，４ｂを有し
（３ａについてのみ図示）、配管装置２ａはＡ部で２つ
に分岐して湿分分離加熱器４ａ，４ｂの入口蒸気管とな
る（他の配管装置も同様）。

【０００８】しかして、高圧タービン１ａから排出され
た排気は配管装置２ａを通りＡ部で２方向に分岐され、
それぞれ湿分分離加熱器４ａ，４ｂに導入され、そこで
湿分分離エレメントで湿分が分離される。このようにし
て湿分が分離された蒸気は、原子炉から供給される加熱
蒸気で加熱され過熱蒸気となり低圧タービン５ａ，５
ｂ，５ｃに導入される。低圧タービン５ａ，５ｂ，５ｃ
に導入された蒸気はそこで仕事を行ない、発電機６を高
圧タービン１ａ，１ｂとともに駆動し、発電を行なう。

【０００９】一方、湿分分離加熱器４ａ，４ｂで湿分分
離されたドレンは、ドレンタンク７ａ，７ｂに流下す
る。このドレンタンク７ａ，７ｂには水位検出器８ａ，
８ｂが設けられており、水位検出器８ａ，８ｂで検出さ
れた水位を水位調節計９ａ，９ｂで演算し、その出力信
号によって水位調節弁１０ａ，１０ｂの開度を加減する
ことによりドレンタンク７ａ，７ｂの水位レベルを一定
に保ち、湿分分離性能を保つようにしてある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来高圧タ
ービンからの排気を湿分分離加熱器４ａ，４ｂに導く配
管装置２ａの分岐部における分岐管は、流体の流れ方向
に向く直管部から斜め前方に向く一つの分岐導管を設け
たト分岐管或は流体の流れ方向に向く直管部からそれに
直交する方向に向く一つの分岐導管を設けたＴ分岐管で
ある。一方、配管装置における管内においては、図１
６、図１７に示すように二相流体特有の現象が生じ、管
内面に液膜１１が付着し、管断面全体に水滴１２が蒸気
流に乗る環状噴霧流の状態で流れる。したがって、上記
ト分岐管部及びＴ分岐管部では図１６、図１７に示すよ
うに管路抵抗の少ない側に管内の湿分が偏って流れる偏
流が生じる等の問題がある。

【００１１】すなわち、分岐管部に湿分の偏流がある
と、湿分分離加熱器４ａ，４ｂで湿分分離されたドレン
量に差異を生じ、この湿分分離ドレン量の差異がドレン
タンク７ａ，７ｂに流入するドレン量の差異となる。し
たがって、ドレンタンクレベルを一定に保つことにより
湿分分離性能を保つように水位調節弁１０ａ，１０ｂの
開度を加減すると、結果としてドレン量の差異は水位調
節弁１０ａ，１０ｂの開度の差異となる。

【００１２】一方、原子力発電所はベースロード運用を
行ない、火力発電所はピークロードで運用されるのが現
在の一般的な運用方法である。したがって、原子力発電
所は殆どベースロード運用として１００％定格負荷運転
を行なう。また、湿分分離加熱器４ａ，４ｂにおいて
は、その湿分分離機能についてはかなり余裕は見込んで
あるが、基本的には１００％定格負荷運転で両湿分分離
加熱器で鞍分して湿分分離機能を分担するようにしてあ
る。

【００１３】しかして、前述のように、湿分分離ドレン
量の差異が水位調節弁１０ａ，１０ｂの開度の差異とな
るが、例えば１００％定格負荷運転で８対２の分岐管の
湿分の偏流によるドレン量の差異が生じると、一方の水
位調節弁が約８５％程度の開度、他方の水位調節弁が約
４５％程度の開度となる。ところが水位調節弁の容量は
１００％定格負荷運転で約２．５倍程度の余裕が見込ん
であるため、上述の如き開度の差異には十分耐えられ
る。

【００１４】しかし、例えば８対２程度の分岐管におけ
る湿分の偏流によるドレン量の差異が生じると、一方の
湿分分離加熱器の湿分分離エレメントは１００％定格負
荷運転で１．６倍の湿分分離能力を強いられることとな
り、湿分を完全に分離できない場合がある。したがっ
て、サイクル蒸気が湿分分離加熱器の上部にある複数の
Ｕ字状伝熱管よりなる第１段加熱器を通過する際に、分
離されていない湿分が第１段加熱器のＵ字状伝熱管管束
に同伴され、これによって伝熱性能の低下を生じ、或は
局所的な温度低下による熱変形によりＵ字状伝熱管管束
に損傷を与える等の恐れがある。

【００１５】本発明はこのような点に鑑み、二相流体特
有の分岐部における湿分の偏流を無くするようにした配
管装置を得ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、湿分を含む蒸
気からなる二相流体を２方向に分岐する配管装置におい
て、分岐部分に入口直管の下流側を左右斜め前方に指向
された２つの分岐導管に分岐するＹ分岐管を配設すると
ともに、このＹ分岐管の入口部直管長さを管内径の２乃
至５倍以上としたことを特徴とする。

【００１７】また第２の発明は、湿分を含む蒸気からな
る二相流体を複数の熱交換器に分岐導入する配管装置に
おいて、分岐部分にガイドベーンを設け、或は上記分岐
部以降の各配管に流量調節装置を設け、各熱交換器のド
レン出口流量、ドレン水位調節弁の開度、又は分岐部以
降の各配管の流量が互いに同一になるように、かつ分岐
部以降の各配管の管路抵抗が最小になるようにしたこと
を特徴とする。

【００１８】

【作用】Ｙ分岐管の入口に管内径の２乃至５倍以上の直
管を設けることにより、管内の湿分が整流され管内断面
で均等に配分され、しかもその後のＹ分岐管によってそ
の分岐管以後の配管内へ流れる蒸気中の湿分がほぼ均等
になる。また、分岐部分にガイドベーンを設けたり或は
分岐部以降の各配管に流量調節装置を設けた場合には、
その調節によって流線の向きを強制的に変えたり、或は
分岐部以降の管路抵抗を加減でき、気液二相流の湿分を
分岐部で均等に配分することができて、それ以後の熱交
換器等への悪影響を防止することができる。

【００１９】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。

【００２０】図１において、符号１ａは高圧タービンで
あって、その高圧タービン１ａに接続された排気管１５
はＹ分岐管１６によって２つの分岐導管１５ａ，１５ｂ
に分岐され、その各分岐導管１５ａ，１５ｂもさらにＹ
分岐管１７ａ，１７ｂによってそれぞれ２つの分岐導管
１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂに分岐されており、分
岐導管１８ａ，１８ｂの先端が湿分分離加熱器４ａに接
続され、導管１９ａ，１９ｂの先端が他の湿分分離加熱
器４ｂに接続されている。

【００２１】そして、各Ｙ分岐管１６，１７ａ，１７ｂ
の入口部には、図２に示すように管径の２乃至５倍以上
の直管部が設けられている。

【００２２】図２は上記Ｙ分岐管１６内の流体の流れ状
態を示す図であり、管内壁面に付着した状態の液膜１１
内に液滴１２を含む蒸気が流れるが、Ｙ分岐部では入口
部から等しい角度だけ傾斜した状態で分岐導管が分岐し
ているので、蒸気流はＹ分岐部でほぼ均等に分かれて各
分岐導管１５ａ，１５ｂ内に流れる。

【００２３】図３はＹ分岐管における入口直管の長さの
関係を示す線図であって、横軸に直管距離ｌの管の内径
Ｄに対する比、縦軸にＹ分岐管の全湿分Ｑ_Mに対する一
方の分岐導管の湿分Ｑ_Rの比を示す。この図３からわか
るように入口直管距離の管の内径に対する比が約２以上
になると分配率がほぼ均等となり、約５以上とした場合
には湿分分配率Ｑ_R／Ｑ_Mが０．５となる。したがっ
て、Ｙ分岐管の分岐部までの入口直管長さを管の内径の
約２乃至５倍以上とすることにより、湿分をほぼ均等に
分配できる。

【００２４】図４は各分岐部にト分岐管２０ａ，２０
ｂ，２０ｃを使用した実施例であり、この場合には分岐
管によって分岐された２つの分岐導管の少なくとも一方
の分岐導管１５ａ，１８ａ，１９ａにそれぞれオリフィ
ス２１ａ，２１ｂ，２１ｃが設けられ、分岐された２つ
の分岐導管の管路抵抗がほぼ等しくなるようにしてあ
る。

【００２５】しかして、ト分岐管を使用した場合のよう
に分岐導管の管路抵抗に差異がある場合でも、蒸気中の
湿分が均等に分配される。なお、この実施例においては
ト分岐管を使用したものを示したが、Ｙ分岐管下流の管
路抵抗に差異がある場合、Ｔ分岐管を使用した場合、或
は２分岐以上の分岐管を使用した場合においてもオリフ
ィスを設けることによって湿分の均等分配を行なうこと
ができる。また、オリフィスの代りにベーン、弁等の管
路抵抗を設けてもよい。

【００２６】図５は本発明の他の実施例を示す図であ
り、Ｙ分岐管１６の分岐部以降の配管すなわち分岐導管
１５ａ，１５ｂには例えばバタフライバルブ２２ａ，２
２ｂが配設されている。すなわち、各分岐導管１５ａ，
１５ｂには支持部材２３ａ，２３ｂが取り付けられてお
り、この支持部材２３ａ，２３ｂに弁駆動装置２４ａ，
２４ｂが装着され、この弁駆動装置２４ａ，２４ｂによ
って作動される弁駆動シャフト２５ａ，２５ｂがそれぞ
れリンク２６ａ，２６ｂを介してバタフライバルブ２２
ａ，２２ｂの軸に連結されている。

【００２７】上記弁駆動装置２４ａ，２４ｂを作動する
弁位置制御装置２７ａ，２７ｂは制御装置２８によって
制御されるようにしてあり、この制御装置２８には水位
調節弁開度検出器２９ａ，２９ｂ（図１５参照）の弁開
度信号Ｓ₁，Ｓ₂が入力されるようにしてある。

【００２８】しかして、分岐管に湿分の偏流があると、
湿分分離加熱器で湿分分離されたドレン量に差異を生
じ、この湿分分離ドレン量の差異によって結果的に水位
調節弁１０ａ，１０ｂの開度の差異となる。そして、こ
の開度が弁開度信号Ｓ₁，Ｓ₂として制御装置２８に入
力され、制御装置２８は、これらの弁開度の差異がなく
なり、また各分岐導管１５ａ，１５ｂの管路抵抗が最小
になるように弁位置制御装置２７ａ，２７ｂを制御し、
弁駆動装置２４ａ，２４ｂにより弁駆動シャフト２５
ａ，２５ｂ、リンク２６ａ，２６ｂを介して各バタフラ
イバルブ２２ａ，２２ｂの開度を駆動制御する。

【００２９】すなわち、起動時においては各バタフライ
バルブ２２ａ，２２ｂはそれぞれの管軸方向に全開保持
されている。そこで、水位調節弁開度検出器２９ａ，２
９ｂの弁開度信号Ｓ₁，Ｓ₂が制御装置２８に入力さ
れ、Ｓ₁＞Ｓ₂となると、Ｓ₂の信号によってはバタフ
ライバルブ２２ｂは管軸方向に全開保持されたままであ
るが、Ｓ₁の信号によってバタフライバルブ２２ａが上
記開度信号Ｓ₁，Ｓ₂間に偏差がなくなるまで比較的ゆ
っくりした速度で閉方向に駆動される。

【００３０】したがって、Ｙ分岐管１６の湿分の偏流が
なくなり、湿分分離加熱器で湿分分離されるドレン量の
差異も生じなくなる。

【００３１】図５は、Ｙ分岐管についての一実施例であ
るが、ト分岐管、Ｔ分岐管についても同様に分岐導管に
弁を設けることによって同様の作用を行なわせることが
できる。

【００３２】図６はト分岐管２０ａの分岐部より下流の
一方の分岐導管１５ａのみにバタフライバルブ２２ａの
如き弁を設けた場合を示す図であり、これによっても図
５と同様な作用効果を奏せしめることができる。この場
合、上記弁は湿分分離加熱器で湿分分離されるドレン量
の多い方に設ける。また、Ｔ分岐管を使用するものにつ
いても同様に一方の分岐導管に弁を設けることができ
る。

【００３３】図７はＹ分岐管１６の分岐部にガイドベー
ン３０を設けたものであり、このガイドベーン３０も制
御装置３１からの制御信号により弁駆動装置２４ａ等に
よって駆動されるようにしてある。

【００３４】しかして、起動時はガイドベーン３０はＸ
軸方向に全開保持されており、水位調節弁１０ａ，１０
ｂの弁開度信号Ｓ₁，Ｓ₂がＳ₁＞Ｓ₂となると、上記
ガイドベーン３０が弁開度信号の小さい方の分岐導管側
に向くように回動される。したがって、蒸気中の液滴の
流れは図８に示すように例えば分岐導管１５ｂ側により
多く案内され、弁開度信号Ｓ₁，Ｓ₂の偏差がなくなる
位置でガイドベーン３０が保持される。

【００３５】また、図７はＹ分岐管を使用したものにつ
いて説明したが、ト分岐管或はＴ分岐管においても同様
な構成を採用することができる。

【００３６】図９は本発明の他の実施例であり、図５に
示すように、Ｙ分岐管１６の分岐導管１５ａ，１５ｂに
それぞれバタフライバルブ２２ａ，２２ｂを設けるとと
もに、そのバタフライバルブ２２ａ，２２ｂの下流側に
流量検出器３２ａ，３２ｂがそれぞれ設けられており、
各流量検出器３２ａ，３２ｂで検出された流量信号が制
御装置２８に入力されるようにしてある。

【００３７】しかして、各分岐導管１５ａ，１５ｂを流
れる流量に応じてバタフライバルブ２２ａ，２２ｂが開
閉制御され、両方に流れる流量が均等になるように制御
される。

【００３８】なお、上記実施例においてはバタフライバ
ルブ２２ａ，２２ｂの下流側に流量検出器３２ａ，３２
ｂを設けたものを示したが、図１０に示すようにバタフ
ライバルブ２２ａ，２２ｂの上流側に流量検出器３２
ａ，３２ｂを設けてもよい。また、分岐導管の一方１５
ａにバタフライバルブ２２ａを設けたものにおいても、
図１１に示すように両分岐導管１５ａ，１５ｂに流量検
出器３２ａ，３２ｂを設け、両流量の差によってバタフ
ライバルブ２２ａを閉方向に作動するようにしてもよ
い。さらに図７で示すように、分岐部にガイドベーンを
設けたものにおいても、各分岐導管に流量検出器を設け
てもよい。

【００３９】図１２は、一般的な原子力発電所の給水加
熱器の系統図であり、高圧第１給水加熱器３５ａ，３５
ｂ、高圧第２給水加熱器３６ａ，３６ｂは２系列の系統
構成とされ、低圧給水加熱器３７ａ，３７ｂ，３７ｃは
３系列の系統構成とされている。そして各段毎にそれぞ
れタービン抽気管から分岐管を介してタービン抽気が供
給され、各給水加熱器のドレン水位は、図１５に示すも
のと同様に、水位検出器、水位調節計、水位調節弁によ
り一定に保たれ、それにより給水加熱器の機能を維持す
るようにしてある。

【００４０】また、段毎の給水加熱器は次段の給水加熱
器にドレンを供給することによりフルカスケード接続さ
れている。さらに、水位調節弁３８ａ，３８ｂ，３９
ａ，３９ｂ，３９ｃにはそれぞれ水位調節弁開度検出器
４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂ，４１ｃが設けられて
おり、それぞれ弁開度信号Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄，Ｒ
₅を出力するようにしてある。また、高圧第２給水加熱
器３６ａ，３６ｂ用の水位調節弁４２ａ，４２ｂ，４２
ｃは低圧給水加熱器３７ａ，３７ｂ，３７ｃへの合流点
より下流側に設けられている。

【００４１】図１３は図１２に示す系統に本発明を適用
した例を示す図であり、高圧第１給水加熱器３５ａ，３
５ｂへ加熱用のタービン抽気を供給する配管装置すなわ
ち一点鎖線部４５は前記図５に示すものと同一である。

【００４２】また、高圧第２給水加熱器３６ａ，３６ｂ
へタービン抽気を供給する配管装置すなわち一点鎖線部
４６も図５と殆ど同じであるが、ドレン水位調節弁４２
ａ，４２ｂ，４２ｃが合流点より下流側に設けられてい
るため、その開度信号を上記配管装置の制御に使用する
ことはできないので、両高圧第２給水加熱器３６ａ，３
６ｂのドレン管にそれぞれドレン流量計４７ａ，４７ｂ
を設け、その流量信号Ｆ₁，Ｆ₂を制御装置４８に入力
するようにしてある。

【００４３】さらに、図中符号４９で示す一点鎖線部
は、低圧給水加熱器３７ａ，３７ｂ，３７ｃへのタービ
ン抽気供給用配管装置の３分岐管の制御装置を示し、図
５に示す制御技術の延長線上の制御技術を適用すること
ができる。

【００４４】すなわち、起動時は各分岐導管に設けられ
ているバタフライバルブはそれぞれの管軸方向に全開保
持されている。そこで水位調節弁開度検出器４１ａ，４
１ｂ，４１ｃの弁開度信号Ｒ₃，Ｒ₄，Ｒ₅が制御装置
５０に入力されたとき、その弁開度信号Ｒ₃，Ｒ₄，Ｒ
₅が一番小さい信号に対応するバタフライバルブは管軸
方向に全開保持し、残りのバタフライバルブについては
水位調節弁の開度信号に偏差がなくなる位置まで比較的
ゆっくりした速度で閉方向に絞られる。

【００４５】このようにして各段における給水加熱器に
流入するドレンを均等に配分することができる。

【００４６】４９の一点鎖線部においては、図１４に示
すように各分岐管にオリフィス５１ａ，５１ｂもしくは
弁等の管路抵抗を設け、タービン抽気管５２の分岐部以
降の管路抵抗の均等化を行なうことによっても湿分の均
等配分を行なうことができる。

【００４７】なお、原子力発電プラントにおける湿分分
離加熱器回りの系統、給水加熱器回りの系統にかぎら
ず、本発明は湿分を含む蒸気としての二相流体を作動流
体とする複数個の熱交換器の入口の分岐配管の湿分の分
配を均等化する配管装置にも適用できる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は分岐部分
にＹ分岐配管を配設するとともに、このＹ分岐配管の入
口部直管長さを管内径の２乃至５倍以上とし、或は分岐
部分にガイドベーンを設けたり又は分岐部以降の各配管
に流量調節装置を設け、各熱交換器のドレン出口流量、
ドレン水位調節弁の開度、又は分岐部以降の各配管の流
量が互いに同一になるように、かつ分岐部以降の各配管
の管路抵抗が最小になるようにしたので、分岐部以降の
各配管への湿分の分配を均等にすることができる。した
がって、熱交換器内部の加熱器管束の損傷を防止し、伝
熱性能の低下を防止することができる。また、複数個の
熱交換器のドレン水位調節弁の開度に差異がなくなり、
原子力発電プラント等の運用上安定運転を確認しやすい
等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図。

【図２】Ｙ分岐管内の二相流の流動状態説明図。

【図３】Ｙ分岐管の入口直管長さに対応する湿分分配率
の変化線図。

【図４】本発明の他の実施例を示す図。

【図５】本発明のさらに他の実施例を示す図。

【図６】本発明の他の実施例を示す図。

【図７】本発明の一実施例を示す図。

【図８】図７に示す実施例における流体の流動状態説明
図。

【図９】本発明の他の実施例を示す図。

【図１０】本発明の他の実施例を示す図。

【図１１】本発明の実施例を示す図。

【図１２】給水加熱装置の系統説明図。

【図１３】図１２に示す装置に本発明を適用した例を示
す図。

【図１４】本発明のさらに他の一実施例を示す図。

【図１５】従来の湿分分離加熱装置の系統説明図。

【図１６】ト分岐管の二相流の流動状態説明図。

【図１７】Ｔ分岐管の二相流の流動状態説明図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ高圧タービン３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ湿分分離加熱装置４ａ，４ｂ湿分分離加熱器１６Ｙ分岐管２０ａ，２０ｂ，２０ｃト分岐管２１ａ，２１ｂ，２１ｃオリフィス２２ａ，２２ｂバタフライバルブ２８制御装置３０ガイドベーン３２ａ，３２ｂ流量検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】湿分を含む蒸気からなる二相流体を２方向
に分岐する配管装置において、分岐部分にＹ分岐管を配
設するとともに、このＹ分岐管の入口部直管長さを管内
径の２乃至５倍以上としたことを特徴とする配管装置。
【請求項２】湿分を含む蒸気からなる二相流体を複数の
熱交換器に分岐導入する配管装置において、分岐部分に
ガイドベーンを設け、或は上記分岐部以降の各配管に流
量調節装置を設け、各熱交換器のドレン出口流量、ドレ
ン水位調節弁の開度、又は分岐部以降の各配管の流量が
互いに同一になるように、かつ分岐部以降の各配管の管
路抵抗が最小になるようにしたことを特徴とする配管装
置。