JPS6023699A - 緊急ドレン排出系統のハンマリング抑制制御装置 - 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、例えば蒸気タービンを原動（幾とする発電プ
ラントのドレン系統などのように、高温高圧のドレンを
保有する機器と、ドレンの排出を受容する機器とを１妾
続する配管中にドレン排出制御弁を設け、この制御弁を
非常用ドレン排出信号によって開弁制御する緊急ドレン
排出系統において、緊急ドレン排出作動の除の）・ンマ
リング現象を抑制する装置に関するものである。

〔発明の背景〕

第１図は上に述べた緊急ドレン排出系統を有する給水加
熱器の一例を示す系統図である。本例においては、給水
加熱器１で発生したドレンは通常運転中には常用ドレン
排出系統２，３を通って脱気器４及び低圧給水加熱器５
へそれぞれ排出される。脱気器４側へのドレン排出と低
圧給水加熱器５側へのドレン排Ｂｊとはタービン負荷に
よって切替えられるのが一般的な運用方法である。ここ
で、常用ドレン排出系統２および３には水位調節弁６及
び７が設置されておシ、その弁開度は水位１９ミ出器１
６からの信号を入力して比例・積分演算する常用水位制
量装置６８および９によ’）　Ｘ　ｉｌｊされ、給水加
熱器１の水位が標準の水位になるように制御されている
。また、緊急ドレン排出系統１０にけドレン排出制御弁
１１が設置されており、その弁開閉は給水加熱器１の水
位が標準水位よりも高い位置に設けられた水位検出器１
２からの信号を入力されて比例・積分演算する非常用水
位制御装置１７によシ刊御されている。この場合のドレ
ン排出先は、最も圧力の低い復水器１３である。

この様に構成された給水加熱器緊急ドレン排出系統１０
において、とのドレン排出制御弁１１にドレン水位調節
計１７から非常用ドレン排出信号１８が送信され、該制
御弁１１が開くと、その上流側は単相流となり、下流側
は気液二相流となる。

下流側が気液二相流になる理由は、下流に接続されてい
る復水器１３が低圧だからである。ところが、ドレンの
通水初期状態においては、１ｊｆＪ記制ｍｌ弁１１と前
記復水器１３とを結ぶドレン配管１４に溜っているドレ
ンが、前記ドレン排出制ｊ１１１弁１１の開弁により熱
水に触れて加熱、加速されて二相流の状態となってドレ
ン配−ｉｆ　１４　ｆ：通過する。

この時、二相ｆｒ”＜流体が相変化を伴う流体であるん
め、ドレンが配管内で沸騰、凝縮を操り返し、二相流ハ
ンマリング現象が起こる。寸だ、この二相流の流動様式
がスラグ流に近い流れになると不安定流動が生じ、これ
によるハンマリング現象が間欠的に起こる。さらに、ド
レン配管１４のベンド部や立上り配管に、過渡的に加速
された＝ａ流状＋７理にある飽和水が衝突する場合、あ
るいは、二相１’ｉｉｒ、状態にあるドレンが単相流に
遷移し衝突する場合に熱水衝突によるハンマリング現象
が起こる。

これら一連のハンマリング現象は、前記ドレン配・脩１
４のドレンの内圧を急激に上昇させる原因となり、その
大きさによっては制御弁１１又はドレン配′１／ｆを破
哄させ、プラントの信頼性を低−Ｆさせる１悶囚となっ
ている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上記したドレン排出系統のドレン制御弁
を開閉する時に発生する種々のハンマリング現象によっ
て起こる急激な圧力上昇を抑制し、プラントの信頼性を
向上させることにある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成させるため、本発明の抑７１１す制御
装置は、高温高圧のドレン金保有する’ｉＡ　ｆｙ’ｆ
ｒと、ドレンの排出を受容する機器とを接続する配管中
にドレン排出制御弁を設け、このＩＩＶＩＪ御弁を非常
用ドレン排出信号によって開弁制ｆ卸する緊急ドレン排
出系統において、前記ドレン排出制御弁の上流側の配管
に圧力検出器を設けるとともに該弁の下流側の配管に温
度検出器及び圧力検出器を設け、かつ、上記各検出器の
検出信号に基づいてドレン排出制御弁を開閉制御する自
動制御手段を設けて、ドレン配管内のハンマリング現象
を防止し得べく為したることを特徴とする。

〔発明の実施例〕

次に、本発明の一実施例を第２図乃至；１５４図につい
て説明する。この実施例は前述の従来形給水加熱器・ｙ
ｒ急ドレン排出系統（第１図）に本発明を適用してハン
マリング現象を抑制し得るように改良した実施例で、第
１図と同−図面参照計号を附した給水加熱器１、常用ド
レン排出系統２，３、脱気器４、低圧給水加熱器５、水
位調節弁６，７、水位検出器１２．１６及び水位制御装
置８，９゜１２は従来装置におけると同様乃至は類似の
構成部材である。

ドレン排出制御弁１１の上流側のドレン配管１５に圧力
検出器２１を設けると共にドレン排出制御弁１１の下流
側のドレン配管１４に圧力検出器２２及び温度検出器２
３を設け、かつ、ハンマリング現象を抑制するだめの自
動制御手段２０を設けて、圧力検出器２１の信号出力２
４、圧力検出器２２の信号出力２５、温度検出器２３の
信号出力２６、水位検出器１２の信号出力２７、並びに
非常用水位制御装置１７の信号出力２８を該自動制御手
段２０に入力させるように構成する。この自動制御手段
２０は、第３図について後に詳述する構成９機能を有し
、入力された信号に基づいて演算を行ない、ハンマリン
グ現象を抑制し得るようにドレン排出制御弁１１を開閉
制萌ｌする。

第３図は上記自動制御手段２０の具体的、構成の一例を
示すブロック線図である。

上記自動制御手段２０は、前記圧力検出器２１の信号出
力２４を入力しドレン配管１４に溜った冷水ドレンを徐
々に温ためるに最適な流入ドレン量を予測演算しそれを
弁開度出力に換算出力する初期開度演算器３０と、前記
温度検出器２３の信号出力２６を入力し該検出温度に対
応する飽和蒸気圧力信号３５を算出する演算器３４と、
該飽和蒸気圧力信号３５と前記圧力検出器２２の信号出
力２５とを入力し該検出圧力と該飽和蒸気圧力との差圧
信号３７を算出する演算器３６と、弁操作起動用水位設
定器４４と、該水位設定器４４の信号出力４５と前記水
位検出器１２の信号出力とを入力しドレン排出制御弁１
１の砕作開始時期を予測する先行操作信号４７を算出す
る演算器４６と、上記先行操作信号４７によシ前記水位
制御卸装置１７の信号出力２８及び前記初期弁開度演算
？、Ｓ３０の信号出力３１を切換える信号ノフ３択器３
２゜４８と、弁開ＩＷ栄ｉ化、キくゲイン設定器：÷３
８と、該設定器３８の信号出力３９と、上記信号選択４
４８の信号出力４１及び前記差圧信号３７とを入力し、
許容弁開度変化率を・演ζ′）ニして弁（じ；１度を徐
々に噌加させてゆく弁操作信号４２を算出する弁体開信
号演算器４０と、上記弁体開信号演算器４０の信号出力
４２と前記信号選択器３２の信号出力３３とを加算演算
して前記ドレン排出制御弁１１に対して弁操作信号２９
を与える加３Ｔ器４３とによって（ｊ育成されている。

次に、槙３図に示す演算器３０の機能について、説明す
る。

例えば給水加熱器１のドレン水位が何らかの原因で異常
に上昇した場合、弁ト■作起動用水位設定ｉ＋＝４４の
信号出力値４５が、前記水位調節計１７による水位調節
信号２８よりも低い噴になっているため、前記水位調節
計１７の信号出力２８が制御弁１１を開くに必要な値と
なる前に」二記演算器４６により、上記信号選択器４８
及び３２に先行１力作信号４７が発信される。すると、
前述しだ如く、−上記初期弁開度演算器３０の４．１号
出カニ３１が上記加シフ器４０へ、上記木立ｉＪ１筒針
１７の信号出力２８が上記弁体開信号演しγ器４０へそ
れぞれ送信される。この時、前記水位調ｉτ１計１７の
信号出力２８ば、ドレン水位が水位Ａ筒針の水位設定直
よシは低い値であるため弁閉の信号値となっている。し
たがって、ドレン水位が上昇して上記水位設定値よりも
高くなるまで弁１１には上記初期弁開度演算器３０の信
号出力３１のみが入力されることとなる。

上記初期弁開度演算器３０は、ドレン排出制御弁１１が
開弁する際、ドレン配管内の冷水ドレンと高流速ドレン
との混合によって生じる二相流ハンマリングを抑制し得
る開度を算出して発１言する。

また、上記演算器３０は、ドレンＪ−１１’出）１と・
許接な関係がある丹前圧力を前記の圧力検出器２１によ
って検出し、この検出信号２４に基づく信号より初期弁
開度を演算する機能を有しているので、タービンの負荷
に伴って丹前の圧力が変化した場合も常に初期ハンマリ
ングを抑制できる最適の初ｉ男ｊ？開＋ｒＣ＆算出して
ドンン排出？ｆｊｌＪ南ｊ弁１１に与えることができる
。この１合、上記の圧力検出信号２４は、丹前（上流（
ｌｕｌｌ　）の圧力を予ｉ１＋１　Ｌ得る信号、即ら、
タービンの負荷信号、給水加熱器の油気圧力、あるいは
給水加熱器ドレン圧力などタービンのｒ１荷変動に伴っ
て応答する信号であればよい。

このように構成すると、前記の水位調節７４１１７の信
号２８が従来装置におけるがごとくストレートにドレン
抽出制御弁１１に入力してこれを＋ＴＡ、（ｌｆ−に１
）日けさせてハンマリングを誘発することがなく、１’
、！＋１４水（＋’ｆ、検出８：；１７の片割１ａｌｌ
信シじ２８よりも先行した前記初］υＪ弁開度信号３３
が上記初期弁開度演算器３０で算出されて制御弁１１に
入力され、開弁初期のハンマリング制御効果を生じる。

一方、前記の加費器４３に人力さ囮るべき弁徐開右号４
２ｆ：出力する弁償開信号演算器４０ば、・聴４図につ
いて後に詳述するごとく構成され、前記ドレン排出１ｉ
ｉ１１呻弁１１下流側のドレン温度に対応した飽和圧力
と該ドレンの圧力との差圧信号３７、つまシ、ドレン配
管に溜っている冷水と高エンタルピーの流入ドレンとの
１妾触ｔと速ｌｆを予測する信号を入力してノ・ンマリ
ング抑制のため適正な許容弁開度変化率を演算する機能
を有する。

上記差圧演算器３６は、温度検出器２３の信号出力２６
を入力して該検出温度に対応する飽和蒸気圧力を算出す
る演算器３４の信号出力３５と前記ドレン排出制御弁１
１下流側のドレン配・１１４に設けた圧力検出器２２の
信号出力２５とを人力してその差圧信号３７を出力する
（幾能を有する。

第４図は上記の弁償開信号演算器４０の具体的ｉｆ、＋
７成の一例を示す）°ｊＪツク、線図である。

上記弁償開信号演算器４０は、前記差圧信号３７を入力
して二相流ノ・ンマリング抑制に効果的な弁開度変化率
の［信号５１を算出する許容弁開度変化率演算器５０と
、該変化率信号５１と前記弁開度変化率ゲイン設定器３
８の出力信号３９とを入力し許容弁開度変化率の補正を
行う比例演算器５２と、弁開度偏差値演算器５９の出力
信号６０と該比例演算器５２の出力信号５３とを入力し
て値の小さい信号を選択出力する低位信号選択器５４と
、咳低位信号選択器５４の出力信号５５ｅ入力してこの
許容弁開度変化率信号を積分することにより弁開度信号
を算出する積分器５６と、該積分器５６の信号出力５７
と前記信号選択器４８（第３図）の信号出力４１とのい
ずれか小さな弁開度信号を選択出力する低位信号選択器
５８とによって構成されている。前記弁開度偏差値演算
器５９は、前記信号選択器４８の信号出力４１（つまり
、弁操作起動後においては前記水位Ａ筒器１７の出力信
号）と上記積分器５６の出力信号５７とを入力し定常状
態では上記信号４１が弁制御信号としてドレン排出制御
弁１１へ伝達される機能を有している。

このように構成すると、ドレン配管に溜っている冷水と
高エンタルピーの流入ドレンとの接触於及び速度を、前
記ドレン排出制御弁１１の丁流（１１１ドレン配管内の
圧力とドレン温度に対応した飽和蒸気圧力との差圧から
予１１１１１するととができ、この差圧に蟇づく信号か
ら許容弁開度変化率を算出し弁の急激な開閉を抑えるこ
とによ）ノ・ンマリングのおそれなくドレン排出制御弁
１１Ω開閉を行うことができる。

以上の作動を総合して経時的に略述すると、給水加熱器
１のドレン水位が規定呟よシも上昇すると、演算器３０
の作用によシ先ずハンマリングのおそれがないような初
期開度を与える信号３３によシ、ドレン排出制御弁１１
は僅かに開かれる。

次いで、ドレン排出制御弁下流側の飽和蒸気圧力と同下
流側の圧力との差圧に枯づく信号によシ許容弁変化率を
演Ｑ、シ、水位調節計からの弁開度信号について弁開度
速度の規制を行いハンマリング抑制に効果的なスピード
で徐々に弁開度を増加させてゆく。そして、上記差圧が
小さくなると弁開度へのスピード規制が解除され、前記
水位１Ａ節計に茫づく信号によって直接的に弁が操作さ
れ、定常運転状態となる。

第５図は本発明の応用例を示す系統図である。

この応用例は、第２図に示した実施列のハンマリング抑
制用の自動制御手段２０の構成を簡略化し、タービン６
１の負荷信号６２と、水位調節計１７の出力信号２８と
、１）ｆｌ記給水ＪＪｌｌ熱器１に設けたレベルスイッ
チ６３の出力信号６４とによってドレン排出制ｆＮＩ弁
１１を開閉制御するプログラム弁開度演Ｗ器６０を設け
である。このプログラム弁開度演算器６０のブロック図
を第６図に示す。

７′有６図に示すプログラム弁開度演算器６ｏは、第３
図及び第４図に示したハンマリン、グ仰制演算器２０を
極限的に簡略化したもので、及３図及び第４図の構成と
第６図の構成との中間的構成（第３図及び第４図の構成
の部分的簡略化）も可能である。

このように簡略化した演算機構は、発電プラントの運転
条件がほぼ一定である場合、即ち、ドレン排出制御弁１
１を開弁する状態におけるドレン排出系統のドレン温度
、圧力がほぼ一定である場合に適用するように構成した
ものであって、ドレン温度、圧力を実測せずに、上記の
一定条件に適した開弁パターンを設定しておいてこのパ
ターンに従って開弁操作を自動制御する機能を有してい
る。

プログラム演算器７０１は、グラフを例記して示したよ
うに、レベルスイッチ６３の出力信号６４が入力された
時点ｔ。を起点として、時間１．後に弁開度ＡＶ＋　＋
時間ｔ２泌に弁開度ＡＶ２　、　：Ｌ５間ｔ３後に弁開
度ＡＶ３となるよう弁開度制御信号７１を算出する機能
を有するように構成しである。

そして、本例のプログラム弁開度演算器６０は、上述の
プログラム演算器７０と、１宙記水位調節器１７の出力
信号２８と上記８ｉｌＪ　ｔ’１１侶号７信号を比較し
低位の信号７３をドレン排出制御弁１１へ伝達する低位
信号選択器７２と、上記タービンの負荷信号６２を入力
して初ルｊ弁開度を偉出する初明弁開度演算器３０とで
構成される。

７５は時間ｔ１の設定器、７７は時間ｔ２の設定器、７
９は時間ｔ３の設定器である。

６５は弁余開値Ａ　Ｖ　２の設定器、６７は所定弁開度
Ａ　Ｖ　３の設定器でおる。

本例のように弁余開値設定器と、所定弁開度設定器とタ
イマ装置とを備え、レベルスイッチ６３からの信号６４
によって所定パターンの弁開度制御信号を発１辰する演
算器を備えると、この演算器によって第３図及び第４図
に示した演算器の構成部分の一部若しくは全部と代替し
て本発明装ＪＥＴの（１１り成を簡略化することができ
る。

第７図は、湿分分離器のドレン系統に本発明を適用して
ハンマリング現象を抑制し得るように改良した実施例で
ある。

本実施例は、湿分分離器９０に具備されだドレンタンク
９１のドレン水位が上昇して緊急にドレンを復水器１３
へ排出するだめのドレン配：１〒９７゜９８と、該ドレ
ンを排出するドレン排出制御弁１００と、該制御弁１０
０に水位調節計１０３を介して出力信号１０４を与える
だめの水位検出器１０１とにより構成される湿分分離器
ドレンタンクの緊急ドレン４ノド出系統において、ドレ
ン排出制御弁１００の上流側のドレン配管９７に圧力検
出器１０５を設けると共にドレン排出制御弁１００の下
流側ドレン配管９８に温度検出器１０９及び圧力検出器
１０７を設け、かつ、ハンマリング制御用の自動制御手
段１１１を設けて、圧力検出器１０５の信号出力１０６
、圧力検出器１０７の信号出力１０８、温７相検出器１
０９の信号出力１１０、水位検出器１０１の信号出力１
０２、並びに非常用水位制銅１装置１０３の信号出力１
０４を、亥自動制御手段１１１に入力させるように構成
する。

上記の自動制御手段１１１は第３図乃至第４図に詳述し
た自動制御手段２０と全く同じ構成９機能を有し、入力
された信号に基づいて演算を行い、ハンマリング現象を
抑制し得るようにドレン排出制御弁１００を開閉制御す
る。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の１ｔ＋ｌ　Ｎ装置は、高
温高圧のドレンを保有する機器と、ドレンの排出を受容
する機器とを接続する配管中にドレン排出制御弁を設け
、この制御弁を非常用ドレン排出信号によって開弁制御
する緊急ドレン排出系統において、前記ドレン排出制御
弁の上流側の配管に圧力検出器を設けるとともに絞弁の
下流側の配管に温度検出器及び圧力検出器を設け、かつ
、上記各検出器の検出信号に基づいてドレン排出制御弁
を開閉制御卸する自動制御手段を設けることによシ、ド
レン排出系１統のドレン１ｆｉｌＪ＋卸弁を開閉する１
余に発生する種々のハンマリング現象を抑制してドレン
管内圧力の衝撃的な急上昇を防止することができ、汽力
原動（−＆プラント全体の信頼１生向上に踵献するとこ
ろ多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の給水加熱器緊急ドレン排出系統を示す系
統図、第２図は本発明の）・ンマリング抑制装置の一実
施例を備えた給水加熱器緊急ドレン排出系統を示す系統
図、第３図及び第４図は上記実施例の演ａ器のブロック
線図、＠５図は本発明の応用例の系統図、第６図は上記
応用例の演５ｆ訂のブロック線図、第７図は本発す］の
ノヘンマリング抑制装置の一実施例を備えだ湿分分離器
ドレンタンク緊急ドレン排出系統を示す系統図である。 １・・・給水加熱器、１２，１０１・・・水位検出器、
１３・・・復水器、１１，１００・・・ドレン１井出制
０叩弁、１４．１５，９７．９８・・・ドレン配管、２
１゜１０５．２２，１０７・・・圧力検出器、２．ａ　
；　１０９・・・温度検出器、１７，１０３・・・非常
用水位調節計、２０．１１１・・・ハンマリング抑１′
１ｉｌｌ用の自動：１ｊｌｌ岬手段、３０・・・初期弁
開ｌｆ演算器、３４・・・飽和蒸気圧力演算器、３２．
４８・・・信号選択器、４０・・・弁徐開信号演算婚、
４３・・・加算器、５０・・・許答升−１］度震化率演
算器。 代理人　ヲＰ理士　秋本正ノＬ −５５／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　高温高圧のドレンを保有する機器と、ドレンの排
   出を受容する機器とを接続する配管中にドレン排出制御
   弁を設け、この制御弁を非常用ドレン排出信号によって
   開弁制御する緊急ドレン排出系統において、前記ドレン
   排出制御弁の上流側の配管に圧力検出器を設けるととも
   に該弁の下流側の配管に温度検出器及び圧力検出器を設
   け、かつ、上記各検出器の検出信号に基づいてドレン排
   出制御弁を開閉制御する自動制御手段を設けて、ドレン
   配管内のハンマリング現象を抑制し得べく為したること
   を特徴とする緊急ドレン排出系統のハンマリング抑制制
   御装置。 ２、前記の自動１０１］御手段はドレン排出制御弁の初
   期開度演算器を備えたものとし、この初期開度演算器に
   よってドレン配管内のドレンが沸騰・凝縮を繰返して二
   相流ハンマリング現象を抑制し得る、ドレン排出制御弁
   の初期開度を算出するように構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の緊急ドレン排出系統のハ
   ンマリング抑制制御装置。 ３、前記の初期開度演算器は、ドレン排出制御弁の上流
   側に設けた圧力検出器の検出信号に法づいて該ドレン排
   出制御弁の初期開度を算出する機能を有するものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の緊急ド
   レン排出系統のハンマリング抑制制御装置。 ４、　前記の自動制御手段は、温度検出器の検出信号に
   基づいて飽和蒸気圧力を算出する機能、並びに、上記の
   算出結果とドレン排出制御弁下流側のドレン圧力との差
   圧を算出する機能を有するものとし、かつ、上記の算出
   差圧に基づいてドレン排出制御弁の許容弁開度変化率を
   算出し、この算出値に基づいてドレン排出制御弁を開閉
   制御してドレン配管内の二相流の不安定流動によるノ・
   ンマリング現象、および単相流に遷移した流体によるハ
   ンマリング現象を抑制し得べく為したることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の緊急ドレン排出系統の
   ハンマリング抑制制御装（１ｔ０５、前記の自動制御手
   段は、飽和蒸気圧力演算器と、上記飽和蒸気圧力演算器
   の出力信号とドレン排出制御弁下流側圧力検出器の出力
   信号とを入力されて両者の差圧を算出する差圧演算器と
   、許容弁開度変化率設定器と、上記変化率設定器の出力
   信号と上記差圧演算器の出力信号とを入力されてドレン
   排出制御弁の制御信号を出力する弁数開操作１計号演算
   器とを設けたものであること全特徴とする特許請求の範
   囲第４項に記載の緊急ドレン排出系統のハンマリング抑
   制制御装置。 ６、前記の自動制御手段は、弁余−値設定器と、所定弁
   開度設定器とタイマ装置とを備え、レベルスイッチから
   発せられる弁操作起動信号に基づいて、予め設定された
   パターンによシドレン排出ｉｌｉ＋１ｍ弁を開弁させる
   機能を有するととく構成したものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の緊急ドレン排出系統のハ
   ンマリング抑制制御卸装装置。