JP2003020907A

JP2003020907A - タービン保護装置

Info

Publication number: JP2003020907A
Application number: JP2001202213A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Ishikawa; 昌明石川
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2003-01-24

Abstract

(57)【要約】【課題】火力発電所プラント等において、蒸気配管内
の剥離した水蒸気酸化スケールなどの異物のタービンへ
の飛散を防ぎ、タービンの磨耗損傷を防止する。【解決手段】火力発電プラント等のボイラと蒸気ター
ビンとを連絡する配管で、配管や配管に設置した付着金
物に、配管内の異物の衝突音を検出する音波検出装置を
配置した。例えば図１のように、高温再熱蒸気ドレン配
管２３に設置した高温再熱蒸気ドレン温度測定座２５
に、音波測定装置としてＡＥセンサ２６、ＡＥテスタ２
７、Ｘ−Ｙレコーダ２８を配置した。本発明によれば、
異物が蒸気流に伴って配管内壁や温度測定器等の付着金
物に衝突して発生する音波を検出するので、異物の飛散
がなくなったことを確認した後にタービンに蒸気を通記
することにより、タービンへの異物の飛散を防ぎ、ター
ビンの磨耗損傷を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はタービン保護装置に
係り、特に、火力発電プラント等の配管系統で、配管内
の異物が飛散してタービンを磨耗損傷するのを防止する
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の火力発電プラントでは、ボイラの
過熱器系統は、１次〜最終過熱器、主蒸気配管、高圧蒸
気タービン、復水器、最終過熱器出口蒸気温度測定座、
高圧蒸気タービン入口蒸気温度測定座等からなり、ま
た、再熱器系統は、１次〜２次再熱器、高温再熱蒸気
管、中低圧蒸気タービン、２次再熱器出口蒸気温度測定
座、中低圧タービン入口蒸気温度測定座等からなってい
る。

【０００３】そして、ボイラと蒸気タービンとを連絡す
る配管から分岐する配管として、過熱器バイパス配管、
高圧タービンバイパス配管、高温再熱蒸気ドレン配管等
がある。また、これらの温度測定座として、タービンバ
イパス蒸気温度測定座、高温再熱蒸気ドレン温度測定座
等を備えている。

【０００４】ボイラで発生した蒸気は過熱器で過熱蒸気
となり、この蒸気はタービンの通気蒸気条件で設定され
ている温度および圧力までゆっくりと昇温昇圧される。
このとき１次から４次までの過熱器で発生した蒸気は、
２次過熱器出口と３次過熱器入口の間に設けられた過熱
器バイパス配管や、４次過熱器と高圧タービンとの間に
設けられた高圧タービンバイパス配管を経由して、復水
器に回収されたり系外に排出されたりする。

【０００５】過熱器蒸気の昇温昇圧が完了すると、次に
蒸気が高圧タービンに通気され、高圧タービンが起動す
る。高圧タービンからの排出蒸気は再熱器で再熱され、
蒸気は高温再熱蒸気管に流れ、中低圧タービンに通気さ
れる。そして通気前および通気後に再熱系統で発生した
ドレンは、蒸気とともに高温再熱蒸気ドレン配管を経由
して、復水器に回収されたり系外に排出されたりする。

【０００６】このとき、蒸気中に含まれる異物としては
様々なものがあるが、最も多いと考えられるのが、配管
や伝熱管の内面に生成した水蒸気酸化スケールである。
上記のような高温の蒸気が流れる伝熱管や配管では、プ
ラントの運転中に配管を流れる高温蒸気により酸化、す
なわち水蒸気酸化が生じ配管の内面に水蒸気酸化スケー
ルが生成される。

【０００７】水蒸気酸化スケールによる問題点として
は、プラントの起動停止の温度変化に伴いスケールが剥
離してしまい、系統全体ではかなりの量の剥離スケール
がタービンに飛散して、タービンに損傷を与える点であ
る。

【０００８】従来の運転では、剥離した水蒸気酸化スケ
ールの飛散に対する考慮はされておらず、また、系統内
の剥離スケールがすべて除去されたかどうかを確認する
装置もなかったため、剥離スケールを含んだ蒸気がター
ビンへ通気され、タービンが磨耗損傷する場合があっ
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、火力発
電プラントのボイラの伝熱管や配管において、管内を流
れる高温蒸気により、伝熱管や配管の内面に水蒸気酸化
スケールが生成する。この水蒸気酸化スケールは、時間
の経過とともに成長し、厚さが厚くなるに従い、管内面
から剥離しやすくなる。

【００１０】この水蒸気酸化スケールは主にマグネタイ
トで形成されており、伝熱管や配管の金属と熱膨張量が
異なる。そのため、プラントの停止過程時の温度変化に
よって、水蒸気酸化スケールにひずみが発生し、水蒸気
酸化スケールが剥離する。

【００１１】また、起動停止時に伝熱管や配管の温度と
異なる温度の蒸気が急激に流入した場合、管内表面に生
成している水蒸気酸化スケールは、熱衝撃により大きな
ひずみを受けて剥離する場合がある。そして、上述のよ
うに、プラント起動時に蒸気とともに剥離したスケール
がタービンへ飛散し、タービンを磨耗損傷させていた。

【００１２】プラント起動時には、過熱器バイパス配
管、高圧タービンバイパス配管、高温再熱蒸気ドレン配
管等を経由して、蒸気とともにスケールが系外に排出さ
れるが、これらの系統および運転は、剥離スケールの除
去を考慮したものではなく、剥離スケールが除去された
ことを確認する装置もないため、剥離スケールが系統内
に残存している状態で、タービンへの通気が実施され、
上述のように、スケールがタービンに飛散してタービン
を磨耗損傷していた。

【００１３】本発明の課題は、火力発電所プラントのボ
イラにおいて、系統内の異物、特に剥離した水蒸気酸化
スケールのタービンへの飛散を防ぐことにより、タービ
ンの磨耗損傷を防止することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、蒸気タービンに蒸気を通気するための配
管または該配管に設置した付着金物に、該配管内の異物
の衝突時の音波を検出する音波検出手段を配置したこと
を特徴とするものである。

【００１５】本発明によれば、配管内壁から剥離した水
蒸気酸化スケールなどの異物が、蒸気流に伴って、配管
内壁や温度測定器などの付着金物に衝突して発生する音
波を検出するので、異物の飛散がなくなったことを確認
した後に、タービンに蒸気を通記することにより、ター
ビンへの異物の飛散を防ぐことができるので、火力発電
所プラント等におけるタービンの磨耗損傷を防止でき
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を参
照して説明する。図１は、本発明になるタービン保護装
置を適用した発電プラントの系統図である。本実施形態
の概略は、火力発電プラント等のボイラと蒸気タービン
とを連絡する配管で、配管や配管に設置した付着金物
に、例えば高温再熱蒸気ドレン温度測定座２５に、配管
内の異物の衝突音を検出する音波検出装置として、ＡＥ
センサ２６、ＡＥテスタ２７、Ｘ−Ｙレコーダ２８を配
置した。

【００１７】これにより、異物が蒸気流に伴って配管内
壁や温度測定器等の付着金物に衝突して発生する音波を
検出するので、異物の飛散がなくなったことを確認した
後にタービンに蒸気を通記することにより、タービンへ
の異物の飛散を防ぎ、タービンの磨耗損傷を防止でき
る。

【００１８】以下、本実施形態についてさらに詳述す
る。図１において、ボイラの過熱器系統は、１次過熱器
１、２次過熱器２、３次過熱器３、４次過熱器４、主蒸
気管５、主蒸気止め弁６、高圧蒸気タービン７、過熱器
バイパス弁８、タービンバイパス弁９、復水器１０、最
終過熱器出口蒸気温度測定座１１、高圧蒸気タービン入
口蒸気温度測定座１２、等から構成されている。

【００１９】ボイラの再熱器系統は、１次再熱器１３、
２次再熱器１４、高温再熱蒸気管１５、再熱蒸気止め弁
１６、中低圧蒸気タービン１７、２次再熱器出口蒸気温
度測定座１８、中低圧タービン入口蒸気温度測定座１
９、高温再熱蒸気配管ドレン弁２０、等から構成されて
いる。

【００２０】そして、ボイラと蒸気タービンとを連絡す
る主蒸気管５および高温再熱蒸気管１５から分岐する過
熱器バイパス配管２１、高圧タービンバイパス配管２
２、高温再熱蒸気ドレン配管２３がある。これらの温度
測定座として、タービンバイパス蒸気温度測定座２４、
高温再熱蒸気ドレン温度測定座２５がある。

【００２１】以上の系統において、本実施形態では、配
管および配管の付着金物に音波を測定する装置として、
剥離スケールなどの異物の衝突音を検知するＡＥセンサ
２６、発生数を測定するＡＥテスタ２７、測定した音波
を記録するＸ−Ｙレコーダ２８を設置した。

【００２２】水蒸気酸化スケールは、ボイラ過熱器系統
では、１次過熱器１、２次過熱器２、３次過熱器３、４
次過熱器４、主蒸気管５、またボイラ再熱器系統では、
１次再熱器１３、２次再熱器１４、高温再熱蒸気管１５
などの内面に、ボイラ運転中に生成される。

【００２３】そして、プラントの停止過程や起動過程の
温度変化にともなって、上記水蒸気酸化スケールが剥離
する。この剥離したスケールは、プラント起動時の蒸気
の流れに伴って飛散する。

【００２４】この蒸気の流れは、ボイラで発生後、ター
ビン通気条件まで蒸気が昇温昇圧される過程において、
過熱器バイパス弁８、高圧タービンバイパス弁９を開と
し、それぞれ過熱器バイパス配管２１、高圧タービンバ
イパス配管２２、および高温再熱蒸気ドレン配管２３を
経由して、復水器１０または系外に排出される。

【００２５】上記剥離した水蒸気酸化スケールはこの蒸
気の流れに伴って飛散し、系外に排出されることになる
が、このとき、配管の内面や温度測定座等の付着金物に
衝突し、衝突の際、音波を発生する。この音波を検出す
ることによって、剥離スケールの飛散をモニタリングす
る。そして剥離スケールの飛散がなくなったことを確認
した後、タービンへ蒸気を通気する。こうすることによ
って剥離スケールによるタービンの磨耗損傷を防止でき
る。

【００２６】次に、音波検出装置の設置の詳細につい
て、図２および図３を参照して説明する。まず、高温再
熱蒸気ドレン温度測定座２５に、音波検出装置を設置し
た例を図２に示す。図２では、熱電対２９、ウェル３
０、熱電対保護管３３、キャップ３２、下つば３１、上
つば３４からなる蒸気温度測定座にセンサ台座３５を取
り付ける。

【００２７】ここでは、センサ台座は丸鋼棒とし、キャ
ップ３２に溶接してある。センサ台座３５は、直接蒸気
温度測定用座や配管に接着しても問題はないが、ＡＥ
（Ａｃｏｕｓｔｉｃｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサの密着
性と耐熱性（約２００℃以下）を考慮して設置する。例
えば、センサ側との接合面を平面にすることや、冷却で
きるまで長くすることなどを配慮する。センサ台座３５
とＡＥセンサ２６を接着剤にて接着する。

【００２８】次に、図３に、配管の曲がり部に音波検出
装置を設置した例を示す。高温再熱器ドレン配管２３に
センサ台座３５を溶接する。そしてセンサ台座３５とＡ
Ｅセンサ２６を接着剤にて接着する。ここでも配管へ直
接ＡＥセンサ２６を接着してもよいが、上述のように、
ＡＥセンサの密着性と耐熱性（約２００℃以下）を考慮
して、センサ側との接合面を平面にしたり、冷却可能な
長さにしたりするとよい。

【００２９】蒸気の流れとともにスケールが飛散する
と、蒸気温度測定座の配管内に挿入してあるウェル３０
や、あるいは配管の曲がり部に衝突する。その衝突時に
発生した音波をＡＥセンサ２６で検出する。

【００３０】ＡＥセンサ２６で検出された音波は電気信
号に変換され、ＡＥテスタ２７に入力される。ＡＥテス
タ２７では電気信号の増幅や不要信号の除去を行い、電
気信号のイベント解析を行う。

【００３１】このイベント解析では、単位時間あたりの
ＡＥの発生数を計数する。単位時間あたりのＡＥの発生
数は、Ｘ−Ｙレコーダ２８に入力され、図４に示すよう
な、Ｘ軸にＡＥ発生数、Ｙ軸に時間を表したグラフが作
成される。

【００３２】そして、一定時間、スケールの衝突による
ＡＥ信号が検出されなければ、系統内の剥離スケールは
除去されたと判断し、タービンに蒸気を通気させる。以
上のように、音波検出装置を配置することによって、剥
離スケールの飛散によるタービンの磨耗損傷を防止でき
る。

【００３３】ここで、本発明の保護装置が適用される好
適な火力発電プラントについて説明する。図５は、火力
発電プラントの系統図である。図１に示したプラント系
統図との相違点は、図１において、高温再熱蒸気ドレン
温度測定座２５に接続して設置した本発明の保護装置
（ＡＥセンサ２６、ＡＥテスタ２７、Ｘ−Ｙレコーダ２
８）が、図５にはない点である。その他の構成は、図１
と同様なので、図１と重複する構成要素は説明を省略す
る。

【００３４】このような火力発電プラントにおいて、高
温蒸気により伝熱管や配管の内面に水蒸気酸化スケール
が生成する。この水蒸気酸化スケールは、プラント起動
時に剥離し、過熱器バイパス配管、高圧タービンバイパ
ス配管、高温再熱蒸気ドレン配管等を経由して、蒸気と
ともにスケールが系外に排出される。

【００３５】しかし、これらの系統および運転は、剥離
スケールの除去確認装置もないため、タービンへの通気
が実施されると、系統内の剥離スケールがタービンに飛
散してタービンを磨耗損傷する恐れが多分にある。

【００３６】図１に示したように、本発明になる保護装
置を適用することにより、系統内の剥離スケールの除去
が判断できるので、剥離スケールの飛散によるタービン
の磨耗損傷を防止できる。

【００３７】

【発明の効果】上述のとおり、本発明によれば、火力発
電所プラントのボイラにおいて、音波検出装置を配置す
ることにより、系統内の異物の飛散状況を把握できるの
で、剥離した水蒸気酸化スケールのタービンへの飛散を
防ぐことができ、タービンの磨耗損傷を防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のタービン保護装置を適用した火力発電
プラントの系統図である。

【図２】本発明における音波検出装置の温度測定座への
設置状況を示す図である。

【図３】本発明における音波検出装置の配管曲がり部へ
の設置状況を示す図である。

【図４】本発明における音波検出装置の出力グラフであ
る。

【図５】本発明が適用可能な火力発電プラントの系統図
である。

【符号の説明】

１、２、３、４１〜４次過熱器５主蒸気管７高圧蒸気タービン１０復水器１１４次過熱器出口蒸気温度測定座１２高圧蒸気タービン入口蒸気温度測定座１３、１４１〜２次再熱器１５高温再熱蒸気管１７中低圧蒸気タービン１８２次再熱器出口蒸気温度測定座１９中低圧タービン入口蒸気温度測定座２０高温再熱蒸気配管ドレン弁２１過熱器バイパス配管２２高圧タービンバイパス配管２３高温再熱蒸気ドレン配管２４タービンバイパス蒸気温度測定座２５高温再熱蒸気ドレン温度測定座２６ＡＥセンサ２７ＡＥテスタ２８Ｘ−Ｙレコーダ２９熱電対３０ウェル３１下つば３２キャップ３３熱電対保護管３４上つば３５センサ台座

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蒸気タービンに蒸気を通気するための配
管または該配管に設置した付着金物に、該配管内の異物
の衝突時の音波を検出する音波検出手段を配置したこと
を特徴とするタービン保護装置。
【請求項２】前記配管は、火力発電プラントのボイラ
と蒸気タービンとを連絡する配管である請求項１に記載
のタービン保護装置。