JPH11148310A - 蒸気タービンプラントのウォータインダクション防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の蒸気タービンプラントのウォータイン
ダクション防止に水位監視による装置が用いられた。こ
の防止装置では、急激な水位上昇に対応するために、低
い値の警報水位が設定されていた。ウォータインダクシ
ョンが生ずる恐れのない一時的水位変動にも反応して、
蒸気タービンと再生サイクル機器との間の蒸気排気用配
管が遮断される課題があった。 【解決手段】 蒸気タービンの内部圧力と、再生サイク
ル機器の内部圧力とを計測し、かつ、両圧力の差圧が前
記蒸気タービン内部圧力より再生サイクル機器内部圧力
が大きい際に、前記蒸気タービンから再生サイクル機器
に供給される抽気蒸気を遮断制御する。及び、従来の水
位監視と前記蒸気タービンと再生サイクル機器との圧力
の差圧による防止を併用し、前記水位監視の警報水位の
設定を高い値に設定可能とした蒸気タービンプラントの
ウォータインダクション防止装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気タービンプラ
ントの熱エネルギーの効率的使用のための再生サイクル
において、特に蒸気タービンのウォータインダクション
を防止する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種産業機器の動力源として、蒸気ター
ビンが用いられている。この蒸気タービンの最も顕著な
使用例として、発電用蒸気タービンがある。発電用蒸気
タービンでは、タービンを駆動する蒸気の熱エネルギー
を効率的に使用するために、蒸気タービンを駆動後の排
気蒸気を再生サイクル機器を介して再度蒸気を生成する
ボイラに環流している。この再生サイクル機器の主な物
として、排気蒸気を冷やし水にする復水器や、ボイラー
に供給する給水を加熱する給水加熱器や、及びボイラー
に供給する水に含まれる酸素及び炭酸ガス等を脱気する
脱気器等がある。

【０００３】前記蒸気タービンと前記再生サイクル機器
とは、通常動作状態において、蒸気タービンからの再生
サイクル機器へ流入する排気蒸気量と、再生サイクル機
器からボイラーに環流させる間に設けられたドレインタ
ンク等へ排出される排水量がバランスするように制御さ
れている。しかしながら、前記蒸気タービンからの排気
蒸気量と再生サイクル機器の排水量のバランスが崩れた
際に、ウォータインダクションが生ずる。このウォータ
インダクションとは、蒸気タービン内に再生サイクル機
器から水が逆流侵入する現象をいい、この逆流侵入によ
り、蒸気タービンの動翼や静翼及びロータ等の損傷を引
き起こすことになる。

【０００４】このウォータインダクションが生じる際
に、前記蒸気タービンを保護するための従来のウォータ
インダクション防止装置を図３を用いて説明する。

【０００５】この図３は、発電用蒸気タービンと再生サ
イクル機器として給水加熱器を使用した例を用いて説明
する。

【０００６】図中の符号２１は蒸気タービン、符号２２
は蒸気排気用配管、符号２３は給水加熱器である。前記
蒸気タービン２１には、図示されていないボイラーから
の蒸気の供給口２１ａと蒸気タービン２１を駆動後の蒸
気を排気する排気口２１ｂを有している。この蒸気ター
ビン２１の排気口２１ｂから排気された排気蒸気は、図
示されていない復水器によって冷却されて水に戻され
る。また、前記蒸気タービン２１の中間段に、蒸気を抽
気する抽気口２１ｃが設置されている。この抽気口２１
ｃは、前記蒸気排気用配管２２の一端が接続されてい
る。前記給水加熱器２３には、前記蒸気排気用配管２２
の他端に接続された排気受口２３ａと、この給水加熱器
２３内で蒸気から水に戻されたドレン水を排水する排水
口２３ｂを有している。前記蒸気排気用配管２２の中間
部には、遮断弁２４が接続配置され、前記蒸気タービン
２１と前記給水加熱器２３との蒸気排気用配管路を遮断
できるようになっている。前記給水加熱器２３の内部に
は、図示されていないボイラーに給水する給水配管２５
が内蔵され、給水供給口２５ａから給水排水口２５ｂへ
と給水を流入させて、前記蒸気タービン２１から前記蒸
気排気用配管２２を経て前記給水加熱器２３に流入した
抽気蒸気で給水を加熱している。さらに、前記給水加熱
器２３には、この給水加熱器２３内に貯まる前記給水を
加熱した抽気蒸気のドレン水の水位を計測する水位計測
器２６が設置されている。この水位計測器２６が計測し
た水位データは、制御機器２７へ転送される。この制御
機器２７は、前記水位計測器２６からの水位データと事
前に設定された基準水位データと比較する機能と、この
比較の結果、基準水位以上の水位を前記水位計測器２６
が計測した際に、前記遮断弁２４を全閉状態とする駆動
制御信号を生成して、前記遮断弁２４を駆動する電動モ
ータ等の遮断弁駆動源２８に供給する機能を有してい
る。

【０００７】つまり、給水加熱器２３内の給水配管２５
が腐食や、又は何らかの理由により破損した際に、給水
配管２５から漏水が生じる。この漏水により、前記給水
加熱器２３内の水位が上昇する。この上昇水位を前記水
位計測器２６で計測し、かつ前記制御機器２７で基準水
位と比較し、基準水位を超えると前記制御機器２７から
前記遮断弁駆動源２８に駆動制御信号を供給して、前記
遮断弁２４を全閉状態にして、前記給水加熱器２３から
前記蒸気排気用配管２２を介して、前記蒸気タービン２
１への逆流を遮断する。すなわち、ウォータインダクシ
ョンの発生を防止している。

【０００８】しかしながら、前記給水加熱器２３の水位
計測器２６で水位を計測し、前記制御機器２７で基準水
位を超えたことを比較判定確認後、前記遮断弁駆動源２
８を駆動制御して前記遮断弁２４を全閉状態にするまで
所定の時間を要する。そのために、前記遮断弁２４の開
放状態から全閉状態までに要する時間を見込んで前記基
準水位レベルを設定しているが、前記給水加熱器２３の
水位の上昇は必ずしも一定ではない。例えば、前記給水
加熱器２３内の給水配管２５からの漏水量が大量とな
り、水位が急激に上昇する場合、前記遮蔽弁２４が全開
状態から全閉状態となる時間に比して、前記給水加熱器
２３の水位が基準水位を超える時間が短くなる。このた
め前記遮蔽弁２４が全閉される前に、前記給水加熱器２
３の水位が基準水位を超えてウォータインダクションが
生ずる。このような水位の急激上昇を想定して基準水位
を低い値に設定されている。

【０００９】一方、前記給水加熱器２３の水位の変動
は、前記給水配管２５から漏水以外にも発生する。例え
ば、前記蒸気タービン２１を運転稼働状態から停止状態
に移行過程において、前記給水加熱器２３の水位が一時
的に上昇し、低い値に設定した基準水位を一時的に超え
る水位となる。この一時的に基準水位を超えた水位値を
前記水位計測器２６が計測し、前記制御機器２７と遮断
弁駆動源２８を介して前記遮断弁２４を全閉状態として
しまい、前記蒸気タービン２１が完全停止状態に達する
前に、前記遮蔽弁２４が前記蒸気排気用配管２２を遮断
してしまうことになる。

【００１０】つまり、前記蒸気タービン２１の停止過程
では、前記蒸気タービン２１の負荷と供給蒸気量を徐々
に減少させながら停止させて行く、この時、前記蒸気タ
ービン２１内の圧力も供給蒸気量と負荷に応じて減少す
る。一方、前記蒸気タービン２１から前記給水加熱器２
３に抽気される蒸気も徐々に減少し、前記給水加熱器２
３内の圧力も低下して行く。この時、給水加熱器２３内
の圧力の減少により、ドレン水の排水口２３ｂからの排
水量が減少する。すなわち、前記給水加熱器２３の圧力
と排水口２３ｂの圧力の圧力差が大きいと排水量は増加
するが、運転状態から停止状態に移行されると、前記給
水加熱器２３内の圧力が低くなり、排水口２３ｂの圧力
との圧力差が小さくなるために、排水量の減少となる。
この排水量の減少が前記給水加熱器２３の一時的水位上
昇として現れ、この一時水位上昇が前記基準水位を越え
ると、前述したように前記遮断弁２４を全閉状態として
しまうことになり、ウォータインダクション現象が生ず
る状態でない水位変動にも拘わらず、前記蒸気排気用配
管２２を遮断することになる。これにより、ボイラへの
給水が加熱されなくなり、ボイラ燃料の急増による燃焼
効率の悪化を引き起こし、さらに、前記蒸気タービン２
１の排気蒸気が全て復水器で冷却されて水にされること
により、排気蒸気の熱損失が増大し、プラント効率の低
下を招く要因となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の蒸気タービンプ
ラントにおける再生サイクル機器の水位監視によるウォ
ータインダクション防止装置では、水位監視する基準水
位を急激な水位上昇に対応するために、低い値の基準水
位が設定されているため、前記蒸気タービンの停止過程
の途中に生ずる一時的水位変動を計測して、ウォータイ
ンダクションの発生値以下の水位変化でも前記蒸気ター
ビンと再生サイクル機器との間の蒸気排気用配管が遮蔽
され、この遮蔽によりプラント効率の悪化を招く課題が
あった。

【００１２】本発明は、再生サイクル機器の水位上昇に
よるウォータインダクションを防止すると共に、停止過
程などの一時的水位変動に対しては、蒸気タービンと再
生サイクル機器の排気蒸気配管路を遮断することのない
蒸気タービンプラントのウォータインダクション防止装
置を提供する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】ボイラで生成された蒸気
で駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出
された蒸気を再度前記ボイラに供給する再生サイクル機
器とを有する蒸気タービンプラントにおいて、前記蒸気
タービンの内部圧力を計測する蒸気タービン圧力計測手
段と、前記再生サイクル機器の内部圧力を計測する再生
サイクル機器圧力計測手段と、前記蒸気タービンから排
気蒸気を再生サイクル機器に供給する配管途中に配置さ
れた遮断弁と、前記蒸気タービン圧力計測手段と再生サ
イクル機器圧力計測手段で計測した両圧力の差圧を算出
し、その差圧に基づき、前記遮断弁を操作制御する信号
を生成する制御手段とを具備し、前記制御手段で前記蒸
気タービン内部圧力と再生サイクル機器内部圧力との差
圧に応じて生成された前記遮断弁の操作制御信号によ
り、前記蒸気タービンと再生サイクル機器との間の配管
路を遮断制御することを特徴とした蒸気タービンプラン
トのウォータインダクション防止装置である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。図１は本発明に係る
蒸気タービンプラントのウォータインクダクション防止
装置の一実施の形態を示すブロック図である。なお、図
３と同一部分は、同一符号を付し、その詳細説明は省略
する。

【００１５】本発明は、ウォータインダクションが発生
する要因は、復水器、給水加熱器、及び脱気器等の再生
サイクル機器内の圧力が蒸気タービン内の圧力よりも高
くなった際にウォータインダクショが生ずる点に着目し
てなされたものである。

【００１６】なお、本発明の説明において、発電用蒸気
タービンプラントにおいて、前記再生サイクル機器とし
て、給水加熱器を例として用いて説明する。

【００１７】図１の本発明の実施形態と図３の従来の水
位監視によるウォータインダクション防止装置との相違
は、前記水位計測器２６に変えて、前記蒸気タービン２
１内の圧力を計測するタービン圧力計測器１１と、前記
給水加熱器２３内の圧力を計測する給水器圧力計測器１
２を設け、前記両圧力計測器１１、１２の計測圧力値を
比較する比較機能と、この比較結果に応じて、前記遮断
弁２４の遮断駆動源２８に駆動制御信号を生成供給する
駆動制御信号生成機能とを有した制御機器２７を設けた
点にある。

【００１８】一般に、前記蒸気タービン２１に供給され
た蒸気エネルギーは、この蒸気タービン２１の駆動中に
消費され、前記給水加熱器２３に抽気される熱エネルギ
ーは減少している。そのため、蒸気タービン２１内の圧
力Ｐ１は、給水加熱器２３の圧力Ｐ２よりも高いか、又
は、ほぼ等しい圧力となる（Ｐ１≧Ｐ２）。一方、前記
給水加熱器２３の給水配管２５が破損し漏水が生ずる
と、前記給水加熱器２３内の水位の上昇により、給水加
熱器２３内の蒸気滞留空間が狭くなる。これにより、前
記給水加熱器２３の圧力Ｐ２は上昇する。この給水加熱
器２３の圧力Ｐ２が前記蒸気タービン２１の圧力Ｐ１よ
り大きくなると（Ｐ１＜Ｐ２）、前記給水加熱器２３か
ら蒸気タービン２１への水の逆流であるウォータインダ
クショが生ずる。このため、前記両圧力計測器１１、１
２で計測した圧力Ｐ１、Ｐ２の値は、前記制御機器１３
に取り込み、この制御機器１３で、前記計測圧力Ｐ１と
Ｐ２の値を比較する。この比較の結果、前記蒸気タービ
ン２１の圧力Ｐ１より、前記給水加熱器２３の圧力Ｐ２
が大きい（Ｐ１＜Ｐ２）結果が得られ、かつ、その圧力
差（Ｐ１−Ｐ２＝−△Ｐ）が基準値を超えた際には、前
記制御機器１３から前記遮断弁２４を全閉状態にする駆
動制御信号を生成して、前記遮断弁駆動源２８に供給し
て、前記遮断弁２４によって、前記蒸気排気用配管２２
を遮断し、ウォータインダクションを防止する。

【００１９】一方、前記蒸気タービン２１の運転状態か
ら停止状態への移行過程で、一時的に前記給水加熱器２
３内の水位上昇により、給水加熱器２３の圧力Ｐ２が上
昇しても、わずかな圧力上昇である。このため前記圧力
差−△Ｐの基準値は、前記蒸気タービン２１の停止過程
の一時的圧力変動予測値から求めて、前記一時的圧力変
動による前記遮断弁２４が駆動制御されない値に設定す
る。

【００２０】これにより、ウォータインダクションが生
ずる警戒基準値以下の前記蒸気タービン２１と給水加熱
器２３との一時的圧力差が生じても、前記蒸気排気用配
管２２に設けた前記遮断弁２４を全閉状態にすることな
く、かつ、前記蒸気タービン２１を完全停止状態まで運
転可能となり、蒸気タービン２１の損傷が防止できる。
かつ、前記ウォータインダクションの警戒基準値を超え
た際には、前記遮断弁２４を全閉状態にして、ウォータ
インダクションから前記蒸気タービンを保護可能とな
る。

【００２１】次に、本発明の他の実施形態について、図
２を用いて説明する。なお、図１と図３と同一部分は同
一符号を付し、その詳細説明は省略する。

【００２２】この他の実施形態は、従来の給水加熱器２
３の水位計測器２６と前記蒸気タービン２１の圧力計測
器１１及び給水加熱器２３の圧力計測器１２を併設し、
この水位計測器２６と両圧力計測器１１、１２からの計
測データを制御機器１４に取り込み、ウォータインダク
ションに対して、確実にかつ信頼性の高いウォータイン
ダクション防止を行うようにした。この制御機器１４
は、前記水位計測器２６で計測した給水加熱器２３の水
位を基準水位と比較する機能と、前記両圧力計測器１
１、１２が計測した前記蒸気タービン圧力Ｐ１と前記給
水加熱器圧力Ｐ２との圧力差−△Ｐとを算出し、かつ基
準値と比較する機能を有している。

【００２３】この制御機器１４の機能の中、前記給水加
熱器２３の計測水位値と比較する基準水位値は、従来の
設定値に比して、大きい値を選定する。つまり、前記給
水加熱器２３の給水配管２５からの漏水によるウォータ
インダクションの警戒水位値を高く設定する。この高く
設定された前記基準水位を超えた水位を前記水位計測器
２６が計測し、かつ、前記両圧力計測器１１、１２が計
測した圧力の圧力差−△Ｐが基準圧力差以上に達した際
に、前記制御機器１４から前記遮断弁２４を全閉状態と
する制御信号を前記遮断弁駆動源２８に供給して、前記
蒸気排気用配管２２を遮断する。

【００２４】すなわち、前記給水加熱器２３の水位が、
基準水位以上となる条件と、前記蒸気タービン２１と給
水加熱器２３の圧力差−△Ｐが基準圧力差以上となる条
件との両条件を満たしたときに前記遮断弁２４を全閉に
して前記蒸気排気用配管２２を遮断する。

【００２５】一方、前記蒸気タービン２１を運転状態か
ら停止状態に移行過程中に生ずる前記給水加熱器２３の
一時的水位上昇は、前記水位計測器２６が計測した水位
値に対する基準水位値を高くしたために、この一時的水
位上昇は基準水位値を超えることもなく、かつ、仮に基
準水位値を越えた場合、圧力差が基準圧力差以内であれ
ば、前記遮断弁２４への全閉動作信号を前記遮断弁駆動
源２８に供給することもなく、前記蒸気タービン２１を
速やかに全停止状態まで運転制御可能となる。

【００２６】よって、蒸気タービン２１に対するウォー
タインダクションが発生した際には、確実に前記遮断弁
２４を全閉状態として、蒸気タービン２１の保護が確実
に可能となる。

【００２７】以上説明したように、本発明は、ウォータ
インダクションが発生する際には、確実に蒸気タービン
を保護できると共に、前記蒸気タービンの停止過程等に
生ずる一時的給水加熱器の水位変化に対しては、前記蒸
気タービンから前記給水加熱器に抽気する蒸気排気配管
路を遮断することなく、前記蒸気タービンを速やかに全
停止状態へと移行が可能となった。

【００２８】なお、前述の本発明の実施形態の説明にお
いて、発電用蒸気タービンプラントを例として用いた
が、蒸気タービンを動力源とする各種プラント機器に適
用できることは明らかである。また、前記給水加熱器以
外に蒸気タービンからの排気蒸気を処理する、例えば、
復水器や脱気器等からの前記蒸気タービンに対するウォ
ータインダクションの防止装置として適用できることも
可能である。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、蒸気タービンと蒸気の再生サ
イクル機器の圧力差を用いて、ウォータインダクション
が発生する圧力差を検出することにより、一時的水位上
昇に対しては、前記蒸気タービンと再生サイクル機器間
の抽気蒸気配管路を遮断することなく、前記圧力差を超
えたときのみ、前記ウォータインダクションを確実に防
止することが可能となった。

【００３０】また、前記蒸気タービンと再生サイクル機
器の圧力差の検出と、前記再生サイクル機器の水位とを
併用計測することにより、前記再生サイクル機器の水位
の警戒水位値を高く設定出来、一時的な水位上昇による
蒸気排気配管路を遮断することなくウォータインダクシ
ョンに対してのみ前記蒸気タービンの保護が確実に実現
できる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る蒸気タービンプラントのウォータ
インダクション防止装置の一実施の形態を示すブロック
図。

【図２】本発明に係る蒸気タービンプラントのウォータ
インダクション防止装置の他の実施の形態を示すブロッ
ク図。

【図３】従来の蒸気タービンプラントのウォータインダ
クション防止装置を示すブロック図。

【符号の説明】

１１…タービン圧力計測器、１２…給水器圧力計測器、
１３、１４…制御機器、２１…蒸気タービン、２２…蒸
気排気用配管、２３…給水加熱器、２４…遮断弁、２５
…給水配管、２６…水位計測器、２８…遮断弁駆動源。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイラで生成された蒸気で駆動する蒸気
   タービンと、前記蒸気タービンから排出された蒸気を再
   度前記ボイラに供給する再生サイクル機器とを有する蒸
   気タービンプラントにおいて、 前記蒸気タービンの内部圧力を計測する蒸気タービン圧
   力計測手段と、 前記再生サイクル機器の内部圧力を計測する再生サイク
   ル機器圧力計測手段と、 前記蒸気タービンから排気蒸気を再生サイクル機器に供
   給する配管途中に配置された遮断弁と、 前記蒸気タービン圧力計測手段と再生サイクル機器圧力
   計測手段で計測した両圧力の差圧を算出し、その差圧に
   基づき、前記遮断弁を操作制御する信号を生成する制御
   手段と、 を具備し、前記制御手段で前記蒸気タービン内部圧力と
   再生サイクル機器内部圧力との差圧に応じて生成された
   前記遮断弁の操作制御信号により、前記蒸気タービンと
   再生サイクル機器との間の配管路を遮断制御することを
   特徴とした蒸気タービンプラントのウォータインダクシ
   ョン防止装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段に、前記蒸気タービン内部
   圧力と再生サイクル機器内部圧力との差圧からウォータ
   インダクションを検知する機能を有し、前記ウォータイ
   ンダクションを検知した際に、前記遮断弁を全閉操作す
   る制御信号を生成して、前記再生サイクル機器から蒸気
   タービンへの逆流入を遮断することを特徴とした請求項
   １記載の蒸気タービンプラントのウォータインクダクシ
   ョン防止装置。
3. 【請求項３】 前記再生サイクル機器内部の水位を計測
   する水位計測手段と、前記制御手段に前記水位計測手段
   で計測した水位データを取り込み、かつ基準水位データ
   との水位差を算出し、その水位差と前記蒸気タービン内
   部圧力と再生サイクル機器内部圧力との差圧とから、前
   記遮断弁を操作制御する信号を生成することを特徴とし
   た請求項１又は２記載の蒸気タービンプラントのウォー
   タインダクション防止装置。
4. 【請求項４】 前記再生サイクル機器は、少なくとも復
   水器、給水加熱器、又は脱気器のいずれか１っ以上を用
   いて構成されたことを特徴とした請求項１乃至３記載の
   蒸気タービンプラントのウォータインダクション防止装
   置。