JPS60196504A - 湿分分離再熱器の制御法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、原子力発電プラント等における湿分分離再熱
器の制御法に関する。

〔発明の背景〕

一般に、沸騰水型、あるいは、加圧水型軽水炉から発生
する蒸気は、化石燃料を用いるボイラーの発生蒸気より
も低温、低圧であり、飽和蒸気あるいは湿り蒸気状態で
ある。そのため、原子力発電プラントにおける高圧ター
ビンの膨張過程に多量の湿分が発生し、この湿り蒸気を
低圧タービンに導けば、湿分によるタービン内部効率の
低下とエロージョンによる翼の損傷など性能と信頼性の
両面で著しい不具合を招いていまう。従って、従来は、
第１図に示すように、原子炉（図示せず）からの発生蒸
気１を蒸気主塞止弁２を介してタービン３に導き、高圧
タービン３で膨張した排気蒸気４ａ、４ｂは、低圧ター
ビン２３に導かれる前に、中間阻止弁９を介して湿分分
離再熱器１０に流入する。湿分分離再熱器１０は湿分分
離手段１】と第一再熱手段】２及び第二再熱手段】３か
ら構成される。第一再熱手段１２は湿分分離手段１１に
よって湿り分を除去した後のサイクル蒸気を高圧タービ
ン３の抽気蒸気５により再熱、昇温する。また、第二再
熱手段１３は、原子炉発生蒸気ｌの抽気蒸気により、サ
イクル蒸気を再熱、昇温する。第一再熱手段１２と第二
再熱手段１３の再熱器管束１４及び１５により熱交換を
終えた加熱蒸気５，６は夫々ドレン１７，１８となって
ドレンタンク２０．２１に集軸される。さらに、ドレン
タンク２０．２１のドレン３６，３７は給水加熱器３０
．３１に回収される。

再熱器管束１４と１５は通常、第２図に示すように管板
４１に支持固定されたＵ字形の伝熱管４２によって構成
される。伝熱管４２に流入する加熱蒸気５は、凝縮潜熱
によってサイクル蒸気を加熱する熱交換方式であるが、
伝熱管４２内での加熱蒸気は凝縮の進行に伴って、噴霧
流Ｆ、環状流に２分離・波状流Ｂ、スラブ流Ｓ、プラグ
流Ｐへと凝縮二相流の流動様式が遷移する。この凝縮二
相流の流動様式は、第３図に示し′た流動様式線図によ
り評価することができる。すなわち、流動様式を支配す
る因子は、液相の容積比Ｒ８ｈと熱負荷の大小に影響さ
れる流動パラメータＣｇｔであ′す、図から明らかなよ
うに、熱負荷が大きく、液相容積比が大きい場合には、
スラブ流Ｓ、あるいは、プラグ流Ｐなどの不安定な流動
状態になる。

このような、不安定流動が発生した場合の加熱蒸気ドレ
ン温度の時間的推移は、第４図に示したように、ベント
率が大きいしとドレン温度がほぼ飽和温度に近い状態で
あるが、ベント率が大きくなってくると、ドレン温度が
急激に低くなり過冷却度（飽和温度との温度差）を増し
てくる。さらに、この状態におけるドレン温度の時間的
変化は周期性の高い変化となり、ドレン温度の高低は、
ドレン液膜厚さが周期的に変動することを意味する。

このような不安定流動に伴うドレン温度の周期的変動は
、伝熱管壁温度の変動を招き、伝熱管の熱伸縮、熱変形
の原因になり、再熱器管束の信頼性を損なうことになる
。このような不安定流動を回避するための方策として、
従来は絞り機構採用による加熱蒸気量制御、あるいは、
ベント蒸気制御法などの提案があるが、このようなハー
ド的手段のみでは十分でなく、確立された技術ではない
。

なお、図中Ｍはベント率中、Ｓはベント率が小さ萼蘭合
を示す。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、原子力発電プラントの湿分分離再熱器
を構成する伝熱管内部の流動不安定現象を回避し、過冷
却問題に起因する伝熱管の熱応力。

熱変形などを緩和して、伝熱管の信頼性向上とプラント
効率向上に寄与できる湿分分離再熱器の運転、制御法を
提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、伝熱管内部における凝縮二相流の流動
不安定現象は、凝縮したドレン温度が著しく逅冷却し、
かつ、周期的温度変動をもたらすことを実験的に確認し
、定常負荷運転時には、ドレン温度を検出して過冷却度
を演算し、過冷却度に応じてベント蒸気板制御弁開度を
バイアス設定。

制御し、負荷変動時には、ドレン温度の過冷却度に対応
して負荷変化率をバイアス設定、制御するにある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の具体的内容について実施例を用いて詳し
く説明する。第５図は本発明の一実施例を示し、湿分分
離再熱器１０は湿分分離エレメント１１と一段再熱装［
１２とから構成されているが、再熱器は複数段であって
もよい。高圧タービン（図糸せず）の排気蒸気４は湿分
分離再熱器１２に導かれ、湿分分離エレメント１１の分
離作用によって排気蒸気４中に含まれる湿分が分離除去
される。さらに、湿分分離エレメント１１に後続する再
熱装置１２に流入し、再熱装置１２を構成する複数の伝
熱管管束１４内の加熱蒸気５との熱交換作用によって再
熱、昇温される。加熱蒸気５は高圧タービンの油気蒸気
、あ゛るいは、原子炉発生蒸気の一部を導き、加熱蒸気
制御弁７を介して再熱装置１２に導入される。このよう
にして、湿分分離再熱器１０で加熱、昇温されたサイク
ル蒸気２２は排気蒸気量制御弁４３を介して低圧タービ
ンへと送り込まれる。一方、再熱装置１２で熱交換をし
た加熱蒸気５は凝縮したドレン１７となって器外に排出
されてドレンタンク２０に集結ぬれる。加熱蒸気５が伝
熱管管束１４の内部で熱交換の過程では凝縮二相流とな
り、ある運転条件、あるいは、熱負荷条件で流動不安定
現象が発生し、この現象が引き金となり、凝縮したドレ
ンの過冷却現象、伝熱管の熱伸縮に伴う熱変形、熱応力
問題に波及する場合がある。この課題を解決するための
一つの方策として加熱蒸気のベント蒸気制御があるが、
このベント蒸気制御のみでは、上述の過冷却現象の発生
などを適確に把握し、制御することは誰しい。本発明は
、凝縮したドレン温度を検出することにより、ベント率
の制御を最適に実施しようとするものである。即ち、凝
縮したドレン】７が集結されるドレンタンク２０の内部
において、蒸気相４４の圧力を圧力検出器５１が検出す
る。また、ドレン相４５の温度、すなわち、ドレン温度
を温度検出器５２で検出する。圧力検出器５１の出力信
号を飽和温度演算器５３に入力し、飽和温度検出器５３
によって、検出圧力に相当する飽和温度ＴｓをＴｓ＝ｆ
（ｐ）の関係から演算する。次いで、温度検出器５２の
出力信号を検出温度演算器５４に入力させて、ドレンの
実測温度を演算する。飽和温度演算器５３の出力信号Ｔ
ｓと検出温度演算器５４の出力信号Ｔａとは信号比較器
５５を介して過冷却度演算器５６に入力される。

過冷却度演算器５６では、Ａ　Ｔ　ｓ　＝Ｔ　ｓ　Ｔ　
ａを演算し、飽和温度Ｔｓと実測ドレン温度Ｔａとめ差
である過冷却度Ａ’ｒｓを評価する。過冷却度演算器５
６の出力ＡＴＳ＝Ｏの場合には、接点切替器５７を介し
てベルト蒸気制御弁開度ホールド設定器５８に接続し、
弁開度設定器５８によって、ベント蒸気制御弁４８の開
度をホールドする制御信号５９を入力し、弁開度を制御
、設定する。この場合、弁開度ホールド設定器５８への
設定量は弁開度初期設定器６２から入力される。弁開度
初期設定器６２には、ベント蒸気管４７から検出するベ
ン１−蒸気量検出器５０からの出力信号６８及びドレン
管３６から検出するドレン流量検出器４９からの出力信
号６７をベント率演算器６３に入力し、ベント率演算器
６３で演算したベント率を用いてフローパターン判定器
６４によって伝熱管管束１４内部における凝縮二相流の
流動状態を判定し、スラブ流あるいはプラグ流の条件で
あればベント率修正演算器によって修正し、その信号を
弁開度初期設定器６２に入力する。このような初期のベ
ント率を予測、修正し、ベント量制御井４８の開度を初
期設定、制御することができるが、伝熱管の熱変形、熱
応力の変化に波及するドレン温度が過冷却した場合に対
応できない。

本発明は、過冷却度演算器５６の出力ａＴｓ＞０の場合
には、ＡｒＳの大小に応じてその出力信号を弁開度バイ
アス設定器６１に送り、弁開度初期設定器６２にバイア
ス設定器をかけることによって、弁開度バイアス設定器
の出力信号６６をベント蒸気量制御弁４８の制御信号と
して入力させる。その結果ベント蒸気量制御弁４８は初
期ベント率の評価のみでなく、ベント温度の過冷却度の
評価というより詳細な情報によって制御することになり
、伝熱管管束内部の凝縮二相流の流動状態に対応した制
御が可能となる。

第５図の実施例は、加熱蒸気凝縮液温度の検出位置とし
てドレンタンク内のドレン相の温度を検出した実施例を
示したが、検出位置はドレンタンクに限定されたもので
はない。すなわち、第６図の実施例のように、伝熱管出
口近傍の管内部に検出位置を設け、同様の制御をするこ
とも可能である。前者は、実プラントへの適用性の面で
効果が大きく、後者は過冷却度検出によるベント蒸気量
制御弁開度制御の応答性をよくするという面から長所が
ある。

本発明の実施例は、定常負荷運転時のベント蒸気量制御
、すなわち、伝熱管内凝縮二相流の流動安定化制御に好
適な手段である。しかし、適用範名を拡大し、負荷変動
時の流動安定化に対しても適用することができる。例え
ば、第７図に示したように、定常負荷時から負荷を降下
させる場合は、被加熱側流量、圧力の降下率に対応させ
て加熱蒸気量Ｇ、圧力Ｐ＠：変化させることになる。こ
の場合、瞬間的に加熱蒸気圧力Ｐの低下に伴い、伝熱管
内ドレンのフラッシュ現象が発生し、ドレン温度の大幅
な変動をもたらし、瞬時ににドレンの過冷却度が増す結
果となる。従って、このような負荷変動時における流動
安定化に関する制御もまた重要である。第６図１は、負
荷変動時に対応した加熱蒸気量及び被加熱蒸気量の制御
手段を示した。

すなわち、定常負荷時の加熱蒸気ベント量の制御手段と
同様に、加熱蒸気のドレン１７と接続するドレンタンク
２０内の蒸気相４４の圧力を圧力検出器５１により検出
し、さらに凝縮したドレン相４５の温度を温度検出器に
よって検出する。次いで、圧力検出器５１と温度検出器
５２の出力信号をそれぞれ飽和温度演算器５３及び検出
温度演算器５４に導き、両者の出力信号は比較器５５を
介して過冷却度演算器５６に導かれる。過冷却度演算器
５６によって演算されたドレン過冷却度の大小に応じて
、加熱蒸気負荷変化率バイアス演算器７０、並びに、被
加熱蒸気負荷変化率バイアス演算器６９が作動する。こ
の負荷変化率バイアス演算器６９，７０の出力信号７１
．７３は、負荷変化率初期設定器７５の制御信号にバイ
アスされて、それぞれ被加熱蒸気制御弁４３の制御信号
７６と加熱蒸気制御弁７の制御信号７７となる。従って
、負荷変化時の加熱、被加熱蒸気量制御は、伝熱管内ド
レンの過冷却度を配慮した制御が可能であり、凝縮した
ドレンの流動安定化に有効な働きをもつことになる。ま
た、この制御手段は、負荷上昇。

降下のいずれの負荷変動時にも有効な手段となるが、特
に、ドレンのフラッシュ現象が発生しやすい負荷降下時
に効力を発揮する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、凝縮したドレンの不安定流動に起因し
た伝熱管の熱伸縮に伴う熱変形及び熱応力の発生を緩和
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は湿分分離再熱器を用いたサイクル構成図、第２
図は伝熱管内凝縮二相流の模式図、第３図は流動様式判
定図、第４図は凝縮したドレン温度の挙動を示す図、第
５図は本発明の実施例を示す制御系統図、第６図は本発
明の応用例を示す制御系統図、第７図は負荷変化時の挙
動を示す図である。 １０・・・湿分分離再熱器、１２・・再熱装置、１４−
・伝熱管管束、２０・・・ドレンタンク、４８・・ペン
１〜蒸気制御弁、５３・・飽和温度演算器、５４・・・
検出温度演算器、５５・・過冷却度演算器、６１　・弁
開度バイアス設定器、６２・・・弁開度初期設定器、筋
　２図 第３図 Ｆ？−ｐに 時匍

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子力タービンプラントを構成する高圧タービンと
   低圧タービンとを連結する管路の途中に配備する湿分分
   離再熱器の制御法において、前記原子力タービンプラン
   トのサイクル蒸気を加熱、昇温するための再熱器伝熱管
   群出口から排出する伝熱管内加熱蒸気を凝縮液温度の過
   冷却度に応じてベント蒸気量制御弁の開度をバイアス制
   御することを特徴とする湿分分離再熱器の制御法。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記加熱蒸気の凝縮液温度の検出を伝熱管出口近傍の管
   内部で行なうことを特徴とする湿分分離再熱器の制御法
   。 ３、特許請求の範囲第１項において、 前記加熱蒸気の凝縮液温度の検出をドレンタンク内部で
   行なうことを特徴とする湿分分離再熱器の制御法。 ４、特許請求の範囲第１項、第２項または第３項におい
   て、 前記加熱蒸気凝縮液温度の過冷却度は、加熱蒸気出口ヘ
   ッダ内圧力またはドレンタンク内の圧力を検出し、この
   検出圧力の飽和温度演算器の出力と前記凝縮液温度との
   差を演算する過冷却度演算器によって評価することを特
   徴とする湿分分離再熱器の制御法。 ５、特許請求の範囲第１項において。 ベルト蒸気量制御弁開度のバイアス設定器は、加熱蒸気
   のドレン量及びベント蒸気量から演算したベント率に基
   づいて判定したフローパターン判定器とベント率修正器
   の出力信号によって初期設定されたベント蒸気制御弁の
   初期弁開度をバイアス設定することを特徴とする湿分分
   離再熱器の制御法。 ６、特許請求の範囲第１項において、 加熱蒸気凝縮液温度の過冷却度に応じて加熱蒸気及び被
   加熱蒸気負荷変化率をバイアス制御することを特徴とす
   る湿分分離再熱器の制御法。