JPH0684806B2 - 給水ポンプ再循環装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、火力、原子力発電プラントの給水ポンプの許
容最小流量を確保する給水ポンプ再循環装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭57-87503号に記載のように再循環
流量制御を必要とする場合、給水ポンプ保護に必要な流
量まで再循環調節弁を急開し、その後一定レートで徐開
することで蒸気発生器への給水流量変動を緩和する工夫
がされていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、ポンプ側の所要である大きな許容最
小流量を即座に確保することを重視しており、原子炉水
位変動の大きな外乱となる許容最小流量そのものの低減
については配慮されておらず、再循環弁の開閉速度を緩
慢なレートで変化させてもまだ大きな原子試水位変動を
もたらしている。更に流量制御をする再循環制御弁が高
差圧設計となるためキヤビテーシヨンロージヨン損傷を
受けたり、最少流量増大に伴う軸馬力増加により駆動タ
ービンの蒸気加減弁が低圧から高圧に切換る領域と相互
干渉し更に大きな原子炉水位変動を伴うなどで２次的な
弊害も生じている。

給水ポンプは、高速、高馬力、高温で運転されるため許
容最少流量をポンプ側より指定されるが、その内容を分
析してみると、低流量域における温度上昇を許容値以下
に抑制する過熱防止流量と低流量域で生じる異常現象で
あるキヤビテーシヨンエロージヨン、水圧脈動増大、振
動増大、軸スラスト増大、ラジアルスラスト変動・増大
を回避する安定運転流量に分類される。通常、前者の流
量はポンプ仕様流量の10〜15％であり、ポンプ吸込流量
が低下した時即座に確保する必要がある。一方、後者の
流量は25％程度で低流量域での連続運転中に確保されれ
ば良い。

従来技術では、後者の大きな安定運転流量を１個の再循
環制御弁で処理し、前者の過熱防止機能から急開作動と
している。また温度上昇した給水を閉回路のままで循環
して給水ポンプ吸込に戻すことができないため、復水器
へ排出している。このため、給水ポンプ吸込圧力の低下
に伴う応答性低下、給水加熱された高温水の排出に伴う
熱効率の低下、復水量の増加に伴う弊害等が生じる。

本発明の目的は、第１の過熱防止機能と第２の安定運転
流量確保機能を分割して、プラント運転制御に最適な系
統構成を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、各給水ポンプの吐出より単独に復水器に至
る第１の過熱防止ラインと別に、給水ポンプ吐出母管か
ら吸込母管へ戻る第２の最少流量再循環ラインを設け第
11のラインの再循環制御弁と第２のラインの再循環制御
弁を組合せて給水ポンプの許容最小流量を確保すること
により、達成される。

〔作用〕

第１の過熱防止ラインは、給水ポンプからの入熱による
温度上昇を許容値以内に抑えるに必要な過熱防止流量を
復水器へ排出し、ポンプ入熱を除去する。また再循環制
御弁は急速開動作を行うのでポンプの保護機能を損うこ
とがない。

第２の最少流量再循環ラインは、第１の過熱防止ライン
で不足する低流量域での安定運転確保に必要な流量を補
なう。

それによつて、給水ポンプ再循環装置は、給水ポンプの
保護機能としての過熱防止流量確保と安定運転に必要な
最小流量を確保でき、第２の再循環制御弁を第１の再循
環制御弁と開閉タイミングをずらすか、又は連続制御す
ることにより蒸気発生器の水位変動を最小限に抑制する
ことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。蒸気
発生器１で発生した主蒸気は蒸気タービン２に入り、タ
ービン排気は復水器３にて復水となり、低圧復水ポンプ
４にて昇圧され、復水浄化装置５で復水浄化後、さら
に、高圧復水ポンプ６で昇圧され、タービン抽気を間接
加熱源とする低圧給水加熱器７で昇温され給水ポンプ８
へ流入する。給水ポンプ８で昇圧された給水は高圧給水
加熱器９で昇温され蒸気発生器１へ送り込まれる。特に
原子力プラントの場合、脱気器がないため、復水は復水
器３にて脱気され低圧復水ポンプ４、高圧復水ポンプ６
および給水ポンプ８はシリーズで運転される。給水ポン
プ８の過熱防止系統は個個のポンプ吐出側から過熱防止
配管10を分岐し、第１の再循環制御弁11とアンチフラツ
シユオリフイス12を経て復水器３に接続される。また最
少流量再循環配管13は給水ポンプ８の吐出母管から分岐
し第２の再循環制御弁14を経て給水ポンプ吸込配管へ接
続される。

給水ポンプ８の設備台数は、通常複数台で駆動方式も異
なるため、第２図に具体的実施例を示して動作を説明す
る。通常、給水ポンプの構成は50％容量×２台のタービ
ン駆動給水ポンプ8a,8bと25％容量×２台の電動機駆動
給水ポンプ8c,8dから成り、蒸気発生器１の水位制御
は、駆動タービン15a,15bの回転数制御および給水制御
弁16a,16bの開度制御によつて行なわれる。

過熱防止配管10a〜10dは例えば各ポンプ吐出側の逆止弁
17a〜17dの上流より分岐され、各ポンプ毎に設置され
る。最少流量再循環配管13は各給水ポンプの共用ライン
として設置される。第１の再循環制御弁11a〜11dと第２
の再循環制御弁14は各給水ポンプ8a〜8dの吸込ラインに
単独に設置された吸込流量計18a〜18dからの出力を入力
とする給水ポンプ再循環制御装置100によつて各ポンプ
の要求する許容最小流量以上に制御される。

ところで、給水ポンプは、通常蒸気発生器１の器内圧力
が上昇して高圧複水ポンプ６が給水不能となる前に、電
動機駆動給水ポンプ8c,8dの１台目を起動し、負荷上昇
と共に20〜25％負荷に達するとここでタービン駆動給水
ポンプ8a,8bの１台目を起動し40〜50％負荷で8a,8bの２
台目を起動する。尚、負荷上昇の途中で8c,8dの１台目
は停止される。負荷降下の場合は上記の逆となる。起
動、負荷変更・停止時のポンプ運転台数制御は上記のよ
うに行なわれるが、他方蒸気発生器１への給水量制御に
ついてみると、第３図に示すように特に低負荷時に給水
ポンプとしては25％流量以上を吸い込み、再循環流量を
制御することで、蒸気発生器１への給水量を０〜100
（％）の範囲で可変に制御する。この給水ポンプの切
替、台数変更時において、大きな容量の再循環制御弁11
a〜11dが開閉すると、給水流量の大きな外乱となり蒸気
発生器１の大きな水位変動となつてあらわれる。一般に
負荷降下時タービン駆動給水ポンプを２台から１台に変
更する際再循環制御弁が開動作する時の炉水位低下が大
きい。

第３図により本発明の給水ポンプの再循環制御を説明す
る。まず、第１の再循環制御弁11は開閉制御弁とされ低
負荷時にほぼ一定の再循環量（第３図領域Ｉ）第２の再
循環制御弁14は連続制御弁とされ、総再循環量を最小と
すべく領域IIのように連続制御される。これは給水ポン
プ許容最少流量を確保するよう最低値制御をする例を示
すが、開閉時の流量変化が少なくなるため第１の再循環
制御弁11の開閉時期とずらせば簡単なオンオフ制御も可
能である。同様に、第１の再循環制御弁11も流量変化が
少なくなるため一定の開閉レートで連続制御せずともオ
ンオフ制御が可能となる。この具体例を第４図に示す。

第２の実施例として、第２の最少流量再循環配管13に再
循環流量計19を設置した例を第５図に示す。再循環流量
を計測することにより、その分バイアスをかけて各給水
ポンプ8a〜8dの給水流量の比率を変更し再循環運転をす
る給水ポンプを特定することも可能である。また第１と
第２の再循環制御弁11と14でPI制御をさせ、系外の復水
器３へ排出する第１の再循環弁11を閉した後、給水ポン
プを再循環する第２の再循環制御弁14を閉めることによ
り水位変動をさらに小さくすることも可能である。

第３の実施例として、給水ポンプ８をバイパスする配管
20に第２の再循環制御弁14を設置した例を第６図に示
す。通常、給水復水系統をクリーンアツプ運転する際、
給水ポンプ８は運転せずバイパス配管20を経由して高圧
復水ポンプ６によつて行なう。このバイアス配管20を利
用して第２の最少流量再循環配管13と第２の再循環制御
弁14を設置すると配管長を短縮でき合理的な設計となる
ことが自明である。

第４の実施例として高圧給水加熱器９のドレンをドレン
ポンプ21にて昇圧し給水ポンプ８の吸込母管へ回収する
高圧給水加熱器ドレンアツプ系統を有する給復水系統構
成での実施例を第７図に示す。再熱プラントで湿分分離
加熱器（図示せず）のドレンを高圧給水加熱器９へ回収
する場合、高圧給水加熱器のドレン量は全給水流量の30
％にも達するため、上流側の低圧復水ポンプ４、復水浄
化装置５、高圧復水ポンプ６、低圧給水加熱器７の通水
量は給水ポンプ８の容量の約70％で設計される。このよ
うなプラントで給水ポンプ８の最少流量を全量復水器３
へ排出すると上流側機器の過大流量を招き好ましくな
く、第２の再循環制御弁の有効性が顕著となる。

以上より、本発明の実施例によれば、給水ポンプの許容
最少流量を機能分割して確保できるため再循環制御弁が
開閉動作する際の蒸気発生器の水位変動を最小限に抑制
できる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来技術の第１の再循環制御弁の容量
を小さくでき、開閉時の給水流量変化を小さくできるの
で、蒸気発生器の水位変動を最小限に抑制できる。この
他各実施例には数多くの効果があるので以下に列挙す
る。

第１の過熱防止ラインの容量は各ポンプ単独に設置され
るが従来技術に較べて２分の１の容量となるので、共用
の第２の最小流量再循環ラインを設置しても全体で配管
・弁の物量が低減しコスト低減となる。

第１の再循環制御弁は従来技術では容量が大きく連続制
御とする必要上、多段減圧の高差圧設計としていたが、
キヤビテーシヨンエロージヨン損傷を経験していた。本
発明では容量が小さくなるのでオンオフ制御も可能でア
ンチフラツシエオリフイスを多段減圧オリフイスとし再
循環制御弁を単座弁とし、全体として合理化を計ること
が可能である。なお、第２の再循環制御弁は給水ポンプ
吸込母管に接続されているので、弁作動時高圧復水ポン
プで大きな押込圧力が確保されており背圧が高いのでキ
ヤビテーシヨンエロージヨン損傷が無いことは言うまで
もない。

第４図から明らかなように50％負荷附近でタービン駆動
給水ポンプ２台並列運転では、従来技術では第１の再循
環制御弁が開き放しで、運転軸馬力が大きくなるだけで
なく、低圧給水加熱器で昇温された高温給水をいたずら
に復水器へ排出して熱効率を低下させている。この熱効
率の低下は約１％にもなるが、本発明では回避できる。

低負荷時には給水ポンプ駆動タービンの蒸気加減弁は低
圧加減弁から高圧加減弁へ移行するが、再循環制御弁が
開く時と干渉するとゲインの変化もありさらに大きな水
位変動につながる。従来技術では第１の再循環制御弁の
容量が大きく極端な水位上昇を起した例があるが、本発
明では回避できる。

従来技術では、第１の再循環制御は容量が大きい上、ポ
ンプ保護機能を考えてフエイルオープンとしているが、
弁の誤動作は原子炉への給水そう失につながるポテンシ
ヤルが大きかつた。本発明では、第１の再循環制御弁は
フエイルオープンでも、第２の再循環弁はフエイルクロ
ーズと機能分割できるので、給水そう失のポテンシヤル
を減少できる。

電動機駆動給水ポンプの吐出配管に設置されている給水
調整弁は常用運転中の大弁の他に起動時の低流量運転に
対し小弁を設置しているが、第２の再循環制御弁によつ
て流量を確保できるので大弁のみとし小弁を削除でき
る。

従来、給水復水系のクリーンアツプ運転は高圧復水ポン
プによつて行ない、給水ポンプをバイパスして実施して
いたので、給水ポンプ吐出配管は第１の過熱防止配管取
出以降吐出母管までクリーンアツプ不可能であつた。本
発明では、第２の最少流量再循環配管により、給水ポン
プ吐出配管で発生する異物を吸込母管へ戻し、第１の過
熱防止配管で復水器へ排出できる。

なお、第１と第２の再循環制御弁により蒸気発生器の水
位変動の補償が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統図、第２図は給水ポン
プ廻りの具体的実施例、第３図，第４図は再循環制御弁
の制御方法、第５図は第２の実施例の系統図、第６図は
第３の実施例の系統図、第７図は高圧給水加熱器ドレン
をホツパアツプする系統構成での第４の実施例の系統図
である。 １…蒸気発生器、３…復水器、４…低圧復水ポンプ、５
…高圧復水ポンプ、８…給水ポンプ、10…第１の過熱防
止配管、11…第１の再循環制御弁、12…アンチフラツシ
ユオリフイス、13…第２の最少流量再循環配管、14…第
２の再循環制御弁、15…駆動タービン、16…給水制御
弁、17…逆止弁、18…吸込流量計、19…再循環流量計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】復水器から蒸気発生器へ給水するライン上
   に並列に設置された給水ポンプ群、該給水ポンプ群の各
   ポンプ吐出より復水器に至る第１のライン、前記給水ポ
   ンプ群の吐出母管から給水ポンプ群の吸込母管に戻る第
   ２のライン、第１および第２のライン中に設けられた再
   循環制御弁から構成されたことを特徴とする給水ポンプ
   再循環装置。