JPS60108606A - 水位制御装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は火力発電プラント、原子力発電プラント等にお
ける給水加熱器の水位制御装置に係り。

特に、調節計をカスケード型とし、設定値を信号により
可変とした水位制御装置に関する。

〔発明の背景〕

火力／原子力発電プラントは、第１図にその概略系統を
示すように、蒸気発生装置１で発生した蒸気によりター
ビン２を、駆動し、これに連結された発電機３により発
電全行なう。タービン２で仕事を終えた蒸気は復水器４
により液化され、復水となって復水ポンプ５で加圧され
、給水加熱器６に送られる。給水加熱器６ではタービン
２よりの抽気（抽出蒸気）により復水を加熱し、これを
給水ポンプ７に導く。復水ポンプ５と給水ポンプ７の間
に設置される給水加熱器は低圧給水加熱器と呼ばれ、最
近の大容量発電プラントでは三〜五段設置されることが
多いが１本図では二段のみとして図示した。

給水ポンプＳはこの復水をさらに加圧して、再度給水加
熱器６（高圧給水加熱器と呼ばれ、二〜四段設置される
ことが多いが１本図は簡略化のため一段としている）で
加熱した上、給水調節弁８で流量を制御して蒸気発生装
置１に必要な給水を送水する。尚、実際のプラントでは
・復水ラインに、蒸気駆動式空気抽出器、グランド復水
器、復水脱塩装置および脱気器等が設けられることで多
いが本図ではこれを割愛した。また、復水ポンプ５、給
水加熱器６および給水ポンプは二〜三系列並列設置され
ることが多いが・これについても単に一系列として簡略
化して図示した。

給水加熱器６への加熱蒸気はタービン２より抽気管１１
を通して供給される。抽気管１１には一般に抽気逆止弁
１２が設置される。これは負荷遮断時に抽気管１１およ
び給水加熱器６内の蒸気の逆流、給水加熱器内の飽和水
のフラッシュバック等によりタービンが過速されるのを
防止するために設けられるが、このタービンの過速が問
題とならない（過速に対する影響が小さく許容範囲内の
時）最低圧の給水加熱器に対しては抽気逆止弁１２を設
置しないことが多い。給水加熱器６のドレン排出ライン
はプラントにより種々の方法が採用されるが、最近の大
容量発電プラントでは、第１図のように常用ドレン管１
６と非常用ドレン管１８を備え、それぞれのドレン管に
常用水位調節弁１７・非常用水位調節弁１９を設けてい
る。

水位制御装置は第１図ではこれを省略し、ているが、水
位発信器により水位を検出し、これを水位信号に変換し
て調節計への入力信号とする。調節計ではこの入力信号
と設定値の偏差により制御演算（一般には比例・積分演
算を行なう事が多いが・微分演算も含め比例・積分・微
分演算とする場合もある。勿論比例演算のみによる事も
ある）を行ない、この出力信号によって調節弁を制御す
る。

従来技術では、このように調節計は定値制御型の調節計
を用い、一定の目標値に制御するのが一般的であった。

給水加熱器のドレン排出は第１図に示すように・常用ド
レン排出系では次段給水加熱器へ、非常用系では復水器
へ行なわれるのが一般的であり・そのドレン排出はドレ
ンを排出する側とこれを受け入れる側の二つの機器の器
内圧力差およびその水位差によって行なわれるため、両
機器間に差圧がない場合（例へば運転前または運転開始
直後等）等特殊な場合を除き正常なドレン排出が可能と
なるので定値制御を行なうのが普通であった・しかし、
発明者の経験では、ドレン排出側と受け入れ側の機器間
の差圧がドレン排出に十分な値になっているにもかかわ
らず、ドレン排出不良を生じていた例が数多くある。勿
論、この中にはドレン配管経路の不適切により、ドレン
排出不良を来たす例もあったが、最近の検討結果では・
この原因が給水加熱器の構造より生じる必然的なもので
ある事が判明した。

給水加熱器の概要を断面図として第２図に示す。

第２図は横置型の給水加熱器であるが、被加熱流体の給
水（または復水）は入口水室２１に入り。

加熱管２２を通して出口水室２３に集められ給水加熱器
を出て行く。一方、加熱蒸気はターピノより抽出されて
給水加熱器胴体２０に導かれ、加熱管２０部で給水側と
熱交換し、凝縮してドレンとなり胴体下部にたまる。こ
のドレンは給水加熱器胴体２０に内蔵されたドレンクー
ラ（ＤＣ）２４を通して排出される。ドレンクーラ２４
ではドレンと給水がこの部の加熱管２２を介して熱交換
を行ない、ドレンはサブクールされる。

通常運転時には給水加熱器６のドレンレベルはＮＷＬに
制御され、その器内内圧と下流側給水加熱器（最低圧給
水加熱器に対しては復水器）の内圧の差によりドレンは
正常に排出される。ドレンはドレンクーラ吸込口２５よ
り流入して・　ドレンクーラ第１セクシヨン２６を通り
、ドレンクーラバックル２７で仕切られた第２セクシヨ
ン、第３セクシヨン等を順次経由してドレン排出ノズル
２８より排出される。

しかし、プラント起動特等低負荷時にはドレンクーラ第
一セクション２６部でドレンがフランシュし、チョーク
現象を生じてドレンの排出不良を生じる場合がある。第
１セクション部でのドレンの挙動は次のように説明でき
る。すなわち、吸込口２５より吸込まれたドレンがＮＷ
Ｌより高い位置まで吸い上げられるとその圧力はヘッド
差分だけ圧力が低下する。給水加熱器胴体下部に貯えら
れたドレンは飽和水であるので、これがヘッド差により
圧力低下すると熱バランスにより、ドレンの一部はフラ
ッシュする。しかし、加熱管２２に達すると熱交換によ
りドレンは冷却される。このため、フラッシュした蒸気
分もその一部又は全部が凝縮する。ドレンがさらに上部
に吸い上げられるとまたヘッド差によりフラッシュ傾向
を生じるが・次の加熱管部では冷却される。ドレンクー
ラ第一セクション部ではこのようにドレンの上昇による
フラッシュ現象と加熱管２２での冷却によるフラッシュ
蒸気の凝縮及びドレンのサブクール化が行なわれる。通
常運転時にはフラッシュ現象より冷却効果が大となり、
排出不良が生じないように設計される。しかし、低圧給
水加熱器では、プラント起動時の低負荷時及び特殊運転
により給水流針が増大し、給水加熱器の器内圧力に比し
、相対的にドレン量が増大した時等において、冷却効果
よりフラッシュ傾向が犬となり、このドレンクーラ第一
セクション２６部でチョーク現象を生じ２ドレン排出不
良によりドレン水位の上昇（水位制御不全）を来たす不
具合を生じる事がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は低負荷時には調節計の設定水位を上昇さ
せ、常に良好な制御を行ない得る水位制御装置を提供す
るにある。

〔発明の概要〕

本発明は、低負荷時もしくは特殊運転等により給水流針
が相対的に増加しドレンクーラ第一セクション部でチョ
ーク現象が発生した時の給水加熱器の水位上昇によりド
レンの排出が可能となり・水位上昇の量はその給水加熱
器の構造、運転条件等により定まる事を各種プラントの
運転状況より確認し、この水位上昇を調節計の設定信号
を変える事により事前に与え、ドレンの排出不良を未然
に防止するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下・本発明の一実施例を図面によって説明する。第３
図は第１図の低圧給水加熱器に対し、本発明を適用した
場合の制御系統図の一例である。

常用水位制御系は水位発信器３１Ａにより給水加熱器の
水位を検出し、これを水位信号として調節計３２に送り
制御演算を施こし、水位を規定値（設定水位）に保つよ
うな制御信号を出力し、この信号を電空変換器３３で空
気信号に変換し、常用水位調節弁１７に与えて制御を行
なう。非常用水位制御系は水位発信器３１Ｂにより水位
を検出して同様に弁制御信号を作り、非常用水位調節弁
１９を制御する。本発明では・調節計３２はカスケード
型とし、調節計３２の設定値を外部信号により与える方
式としている。設定信号はプラント出力に逆比例する信
号（すなわち、低負荷時水位高の信号）とするが、第３
図ではその低圧給水加熱器胴体の圧力を検出する圧力発
信器４１の出力信号を演算器４２におくり、第４図に示
すように。

胴体圧力に逆比例する出力水位信号を演算する。

第４図で０．５ａｔａ以下の値で上限値を一定値にして
いるのは、給水加熱器の構造上過度に水位を上昇するの
は好ましくない事が多回ので、これを例にとって示した
ものである。また、胴体圧力３ａｔａ以上で下限値を一
定値にしているのは・前述のドレンクーラ第一セクショ
ン２６部でのフラッシュによるチョーク現象は胴体圧力
が低い場合に問題を生じやすく（低圧時に７ラツシユを
生じると飽和水より蒸気になった時の容積が非常に犬き
くなるが、圧力が高いとその割合は小さくなる）圧力が
旨い場合には問題を生じなくなる傾向をもっているので
、３ａｔａ以上でＵＮＷＬに制御可能な場合の例をとり
、これを示したものである。本図に示すように・演算器
４２には上下限もしくは下限値のみを制限する機能を持
たせる事が多い。

演算器４２の出力信号は直接調節計３２の設定信号とし
て与える場合もあるが・最近の火力／原子カプラントで
は外線事故等で負荷遮断した場合にも、プラントを停止
せず、所内負荷運転に移行させ、プラントの運転を継続
するように計画される事が多く、この場合には、第３図
に示すように、演算器４２の出力信号を一次遅れ器４３
に導びき一次遅れ演算を施こした後、調節計３２の設定
信号とするのが良い。定格出力運転より所内負荷運転に
移行した場合、給水加熱器の胴体圧力は５ａｔａより０
，２５ａｔａに低下するものとすると、第４図の特性で
は演算器４２の出力信号はＮＷＬよりＮＷＬ＋３００ｍ
＋の信号に急変する。−次遅れ器４３を設け々い場合に
は設定信号の急変は制御系に対する大きな外乱となるた
め、給水加熱器の水位変動は大きくなり、１忰報を発す
る事が容易に想像できる。しかし、−次遅れ器４３を設
置することにより演算器４２の出力信号の急変は一次遅
れ器４３０時定数（例えば２分）によりゆっくりした変
化に変えられ調節計３２に与えられるため、制御系への
外乱は最小限にとどめる事ができ、３報等不具合現象の
発生を防止することができる。

給水加熱器の水位制御の異常の検出は一般に。

調節計の設定水位（ＮＷＬ／ＤＷＬ）に対し、低水位警
報レベルＬＷＬ＝ＮＷＬ　５０間、高水位警報レベルＨ
ＷＬ＝ＮＷＬ＋２５０ｍｍのように・警報レベルを一定
値に定め、実水位がこれを逸脱した時、これを傍報する
手段がとられることが多いが、本発明の場合には、制御
目標レベル（調節計の設定信号）が変化するので、従来
方式では適切な３報を出す事が難しい。このため・第３
図に示すように、調節計３２の演算機能のうち、測定値
と設定値の偏差を演算する減算器３２．１の出力信号部
にモニタースイッチ３４を設置し・その偏差値が規定値
（例えば、低水位警報は常用制御系側に設は設定信号よ
り５０ｖａｎ以下でこれを警報し、篩水位ａ報は非常用
制御系に設け、その設定信号より２００ｍｍ以上で警報
する）を超えた場合にこれを警報するのが有効な手段と
なり・これによって調節計３２の設定信号が変化した場
合にも、真に制御が異常となった場合にのみこれ全警報
する事が可能となる。尚・３２．２は調節計３２の機能
のうち制御演算器（本図では比例・積分演算器）を示す
。

第３図では、演算器４２０入力信号として圧力発信器４
１を設け、この出力信号を用いたが・プラント出力信号
をそのまま利用することができる他、プラント出力に比
例する主蒸気流量、給水流量、復水流量、タービン初段
後圧力、抽気圧力等の各種信号により、これを代行する
ことができる。

また・第３図で一次遅れ器４３の出力信号を常用制御系
と非常用制御系の両者の調節計に対し設定信号として与
えているが、これは常用系と非常用系では水位発信器の
取付レベルを変えていることによる。すなわち、この場
合には、常用系の水位発信器３１ＡはＮＷＬにその基準
点（一般には測定範囲の中心）が来るように取付け、非
常用系の水位発信器３１ＢはＤＷＬ　（例えばＮＷＬ＋
５０　ｒｔｖｎ　）に取付けられている。常用系と非常
用系の水位発信器の検出範囲中が変ったり・また・その
取付レベルが夫々変わっている場合には、演算器４２及
び−次遅れ器４３は夫々の制御系に単独に設けられたり
、または、演算器４２、−次遅れ器４３を常用系用とし
て使用し、非常用調節計に対してはこの出力信号に一定
値を加算した信号を用いる等演算処理を施こして使用す
る場合がある。

第３図の４３は一次遅れ器を示すが、これを変化率制限
器等によって代用する事も可能である。

なお、８は調節弁・３５Ｆｉ！報器である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、プラント起動時に生じる給水加熱器の
水位上昇現象を不具合現象として発生させる事なく５制
御設定レベルの変化により常に制御下において運転する
事ができるので・水位異常のむ報を発する事なく正常に
プラントの運転を行う事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は火力／ｗ、子力発電所の概略系統図、第２図は
給水加熱器の概略構造の説明図、第３図は本発明の一実
施例を示す水位制御装置の制御系統図、第４図は第３図
の演算器４２の演算内容を示す説明図である。 ３１Ａ、３１Ｂ・・・水位発信器、３２・・・調節計７
３２．１・・・減算器、３２．２・・・制御演算器、１
７・・・常用水位調節弁、１９・・・非常用水位調節弁
、３４・・・モニタースイッチ、３５・・・轡報器、４
１・・・圧力発信器、４２・・・演算器、４３・・・−
次遅れ器。 代理人　弁理士　高橋明夫 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　タービンよりの抽気により蒸気発生装置への給水
   を加熱する給水加熱器の水位制御を、水位を検出してそ
   れを水位信号に変換する水位発信器と。 その水位信号と設定信号の偏差により制御演算を行ない
   、弁の操作信号を与える調節計と、前記弁の操作信号に
   基づき弁開度を自動的に調節する調節弁とによって行な
   う水位制御装置において、前記調節計をカスケード型と
   し、プラント出力に逆比例する信号を与える演算器を設
   け・その演算器の出力を前記調節計の設定信号としたこ
   とを特徴とする水位制御装置。 ２、　前記演算器と前記調節計の間に一次遅れ器を設置
   し、前記演算器の出力信号に対し一次遅れ演算を施こし
   前記調節計への設定としたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の水位制御装置。 ３、前記水位発信器よりの水位信号と前記調節計の設定
   信号の偏差を監視するため、その偏差値が規定値を超え
   た時２警報を発するモニタースイッチを設置することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の水位制御装置。