JP4848386B2 - 発電プラントの復水系統 - Google Patents

Description

本発明は、発電プラントにおける復水系統に係り、特にグランド蒸気復水器や空気抽出器復水器が設けられている復水系統に関する。

蒸気タービンを用いる発電プラントでは、蒸気タービンからの排気蒸気を凝縮して得られる復水を蒸気発生源（原子炉やボイラ）に送水する復水系統が設けられている。こうした復水系統として、グランド蒸気復水器や空気抽出器復水器を有する復水系統がある。

図５に、そのような復水系統の構成を原子力発電プラントの場合における従来の一般的な例として模式化して示す。この例の復水系統Ｔｐは、復水器１、復水配管２、低圧復水ポンプ３、復水ろ過装置４、復水脱塩装置５、空気抽出器復水器６、及びグランド蒸気復水器７を含んでいる。

復水器１は、図示を省略の経路で蒸気タービン８からの排気蒸気を凝縮させて復水を生成する。復水器１で生成された復水は、低圧復水ポンプ３による昇圧を受けつつ復水配管２により図外の高圧復水ポンプまで送水され、その高圧復水ポンプによる昇圧を受け、最終的に図外の原子炉に送水される。そしてその間に復水配管２を流下する復水は、復水ろ過装置４と復水脱塩装置５による処理を経た後、空気抽出器復水器６による熱交換を受け、さらにグランド蒸気復水器７による熱交換を受ける。

空気抽出器復水器６は、復水配管２を流下する復水から空気を抽出するために用いた蒸気及び復水器１からの随伴蒸気を凝縮させるのに機能し、そのために復水配管２を流下する低温の復水と熱交換を行う。一方、グランド蒸気復水器７は、蒸気タービン８などからのグランド蒸気を凝縮してグランド蒸気復水とするのに機能し、そのために復水配管２を流下する低温の復水と熱交換を行う。なお図５では、グランド蒸気復水器７へのグランド蒸気の供給が蒸気タービン８からのグランド蒸気戻り配管９でなされる場合としてある。

このような復水系統Ｔｐには、電源喪失時に空気抽出器復水器６やグランド蒸気復水器７に起因してウォーターハンマが発生するという問題がある。

図６に示すのは、グランド蒸気復水器７に起因するウォーターハンマ発生のメカニズムである。なお図６は、図５中の四角で囲んだ部分に対応するが、説明の都合上で図の形態を変えてある。

復水系統Ｔｐに電源喪失が発生すると、低圧復水ポンプ３や高圧復水ポンプへの給電が停止し、それにより低圧復水ポンプ３と高圧復水ポンプが停止し、そのために復水配管２中で復水が停滞することになる。こうした状態にあってもグランド蒸気復水器７にはグランド蒸気が流入し続け、そのグランド蒸気により復水が停滞状態で加熱される。このためグランド蒸気復水器７の近傍においては停滞復水の温度が上昇することになる。

ここで、グランド蒸気復水器７と復水配管２の接続は、復水配管２の縦管部２ｖでなされるのが通常で、そのために復水配管２は、グランド蒸気復水器７の上流側でグランド蒸気復水器７に対して空間的に高い位置に位置する横管部２ｈを有することになる。こうした復水配管２にあっては、グランド蒸気復水器７による加熱で発生した高温復水１１がその比重差により縦管部２ｖを上昇して横管部２ｈに至る。横管部２ｈは、縦管部２ｖに比べて水頭圧が小さい。したがって横管部２ｈに達した高温復水１１がフラッシュして蒸気となり、その蒸気により蒸気溜り１２が形成される場合がある。そして蒸気溜り１２が形成された場合、その蒸気溜り１２に低温の復水１３が接触することでその蒸気に急激な凝縮を生じるとウォーターハンマを発生する可能性がある。なお、以上のようなウォーターハンマ発生のメカニズムは、縦管部２ｖと同様な縦管部に設けられている空気抽出器復水器６についてもあてはまる。

以上が電源喪失時のウォーターハンマ問題である。こうしたウォーターハンマ問題を解消する手法としては、特許文献１に開示の手法が知られている。特許文献１には、３通りの手法が開示されている。第１の手法は、復水配管に逆止弁を設け、グランド蒸気復水器による高温復水の上昇を抑えることでウォーターハンマ問題を解消し、第２の手法は、ヘッドタンクを設け、このヘッドタンクによる水頭圧を利用して高温復水のフラッシュを抑えることでウォーターハンマ問題を解消し、第３の手法は、非常用ポンプを設け、この非常用ポンプで復水配管に冷却水を供給して高温復水のフラッシュを抑えることでウォーターハンマ問題を解消する。

特開平７−２６０３７５号公報

上述の特許文献１に開示の各手法は、それぞれ実用性に問題を残している。すなわち第１の手法は、逆止弁の設置により系統圧損が上昇することや空気抽出器復水器については有効でないなどのことから実用性に問題を残し、また第２、第３の各手法は、ヘッドタンクの追加設置や非常用ポンプと冷却水供給用配管の追加設置を必要とすることからコスト上で実用性に問題を残している。

こうしたことから、現状では人手に頼って電源喪失時のウォーターハンマ問題に対応せざるを得ないというのが実情で、そのために運転員の負担を増加させることになり、また対応遅れや過誤操作などの人為的ミスの可能性を排除できないという問題を抱えていた。

本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、発電プラントの復水系統について、電源喪失時のグランド蒸気復水器や空気抽出器復水器に起因するウォーターハンマ問題を系統構造により解消できるようにし、ウォーターハンマ問題に対する運転員の負担を軽減できるようにすることを課題としている。

上記課題を解決するについて、本発明では、電源喪失による復水ポンプの停止で復水配管中に停滞した復水中にグランド蒸気復水器による加熱で発生する蒸気、つまりウォーターハンマ原因蒸気（復水系統に空気抽出器復水器も設けられている場合であれば、空気抽出器復水器による加熱で発生する蒸気もこれに含まれる）を復水配管から逃すようにすることでウォーターハンマ問題を解消できるようにする。このようにすることで、系統構造によりウォーターハンマ問題を解消することができ、したがって実質的に人手に頼らずともウォーターハンマ問題に対応できるようになり、しかもそれに必要な系統構造のために追加設置する配管類や機器類を実用上で問題のない範囲で済ませることができる。

こうした考えに基づく本発明による発電プラントの復水系統は、復水器で生成された復水を蒸気発生源に送水する復水配管、前記復水配管に設けられ、前記復水を昇圧する復水ポンプ、及び前記復水ポンプより下流側で前記復水配管に接続され、前記復水配管を流下する前記復水と熱交換するグランド蒸気復水器と空気抽出器復水器のいずれか一方、又は両方を含んでなり、前記復水配管の曲折部の頂部に蒸気逃し配管が接続され、電源喪失による前記復水ポンプの停止時に前記グランド蒸気復水器での前記熱交換により前記復水配管中で停滞の前記復水に発生する蒸気を前記蒸気逃し配管により前記復水配管から逃すことができるようにされていることを特徴としている。

上記のような復水系統については、前記蒸気逃し配管に自動止め弁を設け、前記電源喪失について得られる電源喪失信号により前記自動止め弁を開にすることができるようにするのが好ましい。

このようにすることにより、蒸気逃し配管による蒸気逃しを自動化でき、したがって全く人手に頼らずにウォーターハンマ問題に対応できるようになり、運転員の負担をさらに軽減することができる。

また上記のような復水系統については、前記復水配管から前記復水を前記復水器の冷却スプレイ用として取り出すアテンペレータスプレイ配管又は前記復水配管から前記復水を低圧タービン排気室の冷却スプレイ用として取り出す低圧タービン排気室スプレイ配管を前記グランド蒸気復水器の上流で前記復水配管に接続するようにし、これらアテンペレータスプレイ配管又は低圧タービン排気室スプレイ配管を前記蒸気逃し配管として用いるようにするのが好ましい。

このようにすることにより、一般的な復水系統で通常的な配管類として設けられているアテンペレータスプレイ配管や低圧タービン排気室スプレイ配管を利用してウォーターハンマ原因蒸気を逃すことができ、追加設置の配管類や機器類を実質的に不要とすることができる。

このようにアテンペレータスプレイ配管や低圧タービン排気室スプレイ配管を利用する場合についても、蒸気逃しを自動化できるようにするのが好ましく、それには、前記アテンペレータスプレイ配管に設けられているアテンペレータスプレイ弁又は前記低圧タービン排気室スプレイ配管に設けられている排気室スプレイ弁を前記電源喪失について得られる電源喪失信号により開にすることができるようにする。

以上のような本発明によれば、電源喪失時のグランド蒸気復水器や空気抽出器復水器に起因するウォーターハンマ問題を系統構造により解消できるようになり、したがってウォーターハンマ問題に人手に頼らずに対応できるようになって運転員の負担を軽減することができる。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、以下で説明する各実施形態の復水系統は、その基本的な構成については図５に関して説明した従来の復水系統Ｔｐのそれと同様である。したがって以下では各実施形態の復水系統に特徴的な構成について説明し、その他の構成については、各実施形態に関する図において図５におけるのと同一の符号を付して示し、上での説明を援用するものとする。

図１に、第１の実施形態による復水系統２０の構成を模式化して示す。本実施形態の復水系統２０は、蒸気逃し配管２１が設けられている。蒸気逃し配管２１は、ウォーターハンマ原因蒸気、つまり復水系統２０の電源喪失による低圧復水ポンプ３の停止により復水配管２中で停滞した復水中にグランド蒸気復水器７や空気抽出器復水器６による加熱で発生する蒸気を復水配管２から復水器１に逃すのに機能する。そのために蒸気逃し配管２１は、グランド蒸気復水器７の上流側における復水配管２の曲折部の頂部、つまりグランド蒸気復水器７が接続する縦管部２ｖの直近上流（これは空気抽出器復水器６が接続する縦管部の直近下流でもある）における横管部２ｈで復水配管２に一端側を接続され、他端側を復水器１に接続されている。また蒸気逃し配管２１は、止め弁２２が設けられ、必要時にこの止め弁２２を開くことで復水器１に向けて蒸気逃しをなせるようにされている。

本実施形態の復水系統２０では、蒸気逃し配管２１を追加設置するだけで、運転員による止め弁２２の操作を除いて人手に頼らずにウォーターハンマ問題に対応できるようになる。

図２に、第２の実施形態による復水系統３０の構成を模式化して示す。本実施形態の復水系統３０は、第１の実施形態による復水系統２０と基本的に同様で、第１の実施形態における止め弁２２に代えて自動止め弁３１を蒸気逃し配管２１に設けている点で相違している。自動止め弁３１は、開指令信号として電源喪失信号３２が入力するようにされている。ここで、電源喪失信号３２は、所内電源喪失などとして生じる復水系統３０の電源喪失、より具体的には低圧復水ポンプ３の停止をもたらすことになる電源喪失を検出して得られる信号である。

本実施形態の復水系統３０では、自動止め弁３１を電源喪失信号３２により開とすることができる。このため全く人手に頼らずにウォーターハンマ問題に対応できるようになり、運転員の負担をさらに軽減することができる。

図３に、第３の実施形態による復水系統４０の構成を模式化して示す。本実施形態の復水系統４０では、アテンペレータスプレイ配管４１に第１の実施形態における蒸気逃し配管２１と同じ機能を負わせるものとしている。アテンペレータスプレイ配管４１は、プラント起動・停止時などにエネルギーの大きいタービンバイパス蒸気が復水器１に排出するので、復水器１の上部胴に冷たい復水をスプレイして冷却することにより、復水器１に接続されている蒸気タービン８をタービンバイパス蒸気から保護している。つまり、アテンペレータスプレイ配管４１は、復水器１の冷却スプレイ用として復水を復水配管２から取り出すための配管要素で、一般的な電力プラントの復水系統で通常的に設けられる配管要素である。こうしたアテンペレータスプレイ配管４１を蒸気逃し配管２１と同様に機能させる、つまりウォーターハンマ原因蒸気を復水配管２から復水器１に逃すのに機能させるために、アテンペレータスプレイ配管４１を横管部２ｈで復水配管２に接続するようにし、そのアテンペレータスプレイ配管４１が有するアテンペレータスプレイ弁４２を必要時に開くことで復水器１に向けて蒸気逃しをなせるようにしている。

本実施形態の復水系統４０では、一般的な復水系統で通常的な配管類として設けられているアテンペレータスプレイ配管４１を利用してウォーターハンマ原因蒸気を逃すことができ、追加設置の配管類や機器類を実質的に不要とすることができる。

ここで、本実施形態の場合、アテンペレータスプレイ配管４１に代えて低圧タービン排気室スプレイ配管を利用するようにしてもよい。低圧タービン排気室スプレイ配管は、復水配管から復水を低圧タービン排気室の冷却スプレイ用として取り出すための配管要素で、一般的な電力プラントの復水系統で通常的に設けられる配管要素であり、このような低圧タービン排気室スプレイ配管をウォーターハンマ原因蒸気の逃しに利用することで、アテンペレータスプレイ配管４１の利用の場合と同様な効果が得られる。

図４に、第４の実施形態による復水系統５０の構成を模式化して示す。本実施形態の復水系統５０は、第３の実施形態による復水系統４０と基本的に同様で、第２の実施形態におけるとの同様な電源喪失信号３２を開指令信号としてアテンペレータスプレイ弁４２に入力できるようにした点で相違している。

本実施形態の復水系統５０では、アテンペレータスプレイ弁４２を電源喪失信号３２により開とすることができる。このため全く人手に頼らずにウォーターハンマ問題に対応できるようになり、運転員の負担をさらに軽減することができる。なお、本実施形態の場合もアテンペレータスプレイ配管４１に代えて低圧タービン排気室スプレイ配管を利用するようにしてもよいことは、第３の実施形態の場合と同様である。ただし、低圧タービン排気室スプレイ配管を利用する場合には、その排気室スプレイ弁を電源喪失信号で制御できるようにすることになる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、これらは代表的な例に過ぎず、本発明はその趣旨を逸脱することのない範囲で様々な形態で実施することができる。

第１の実施形態による復水系統の構成を示す図である。 第２の実施形態による復水系統の構成を示す図である。 第３の実施形態による復水系統の構成を示す図である。 第４の実施形態による復水系統の構成を示す図である。 原子力発電プラントにおける従来の一般的な復水系統の構成を示す図である。 ウォーターハンマ発生について説明する図である。

符号の説明

１ 復水器
２ 復水配管
３ 復水ポンプ
７ グランド蒸気復水器
２０ 復水系統
２１ 蒸気逃し配管
３０ 復水系統
３１ 自動止め弁
３２ 電源喪失信号
４０ 復水系統
４１ アテンペレータスプレイ配管
４２ アテンペレータスプレイ弁
５０ 復水系統

Claims (4)

1. 復水器で生成された復水を蒸気発生源に送水する復水配管、前記復水配管に設けられた復水ポンプ、及び前記復水ポンプより下流側で前記復水配管に接続され、前記復水配管を流下する前記復水と熱交換するグランド蒸気復水器と空気抽出器復水器のいずれか一方、又は両方を含んでなる発電プラントの復水系統において、
   前記復水配管の曲折部の頂部に蒸気逃し配管が接続され、電源喪失による前記復水ポンプの停止時に前記グランド蒸気復水器での前記熱交換により前記復水配管中で停滞の前記復水に発生する蒸気を前記蒸気逃し配管により前記復水配管から逃すことができるようにされていることを特徴とする発電プラントの復水系統。
2. 前記蒸気逃し配管に自動止め弁が設けられ、前記電源喪失について得られる電源喪失信号により前記自動止め弁を開にすることができるようにされていることを特徴とする請求項１に記載の発電プラントの復水系統。
3. 前記復水配管から前記復水を前記復水器の冷却スプレイ用として取り出すアテンペレータスプレイ配管又は前記復水配管から前記復水を低圧タービン排気室の冷却スプレイ用として取り出す低圧タービン排気室スプレイ配管を前記グランド蒸気復水器の上流で前記復水配管に接続するようにし、これらアテンペレータスプレイ配管又は低圧タービン排気室スプレイ配管を前記蒸気逃し配管として用いるようにされていることを特徴とする請求項１に記載の発電プラントの復水系統。
4. 前記アテンペレータスプレイ配管に設けられているアテンペレータスプレイ弁又は前記低圧タービン排気室スプレイ配管に設けられている排気室スプレイ弁を前記電源喪失について得られる電源喪失信号により開にすることができるようにされていることを特徴とする請求項３に記載の発電プラントの復水系統。

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