JP2009156215A - 塞止弁のウォーミング方法、塞止弁のウォーミングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】駆動蒸気の熱を効率の良く塞止弁のウォーミングに利用できるウォーミング方法を提供する。
【解決手段】下流ドレン弁１６を開き、高温加減弁１２を閉じ、塞止弁１１を開くとともに、駆動蒸気配管１０内の温度が所定の温度未満の場合には上流ドレン弁１５を開き、駆動蒸気配管１０内の温度が所定の温度以上の場合には上流ドレン弁１５を閉じる。
【選択図】図２

Description

本発明は、水蒸気タービンへ駆動蒸気を供給する駆動蒸気配管に設けた塞止弁の熱応力を低減するためのウォーミング方法に関する。

発電所のボイラで生成された主蒸気を蒸気タービンに供給するための駆動蒸気配管には、図１に示すように、蒸気タービン３０への駆動蒸気の供給を切り替えるための塞止弁１１が設けられている。このような塞止弁１１は、タービンを停止した状態から急激に駆動蒸気を供給すると、熱応力により破損する虞があるため、熱応力低減を目的としたウォーミングが必要となる。

ここで、塞止弁１１のウォーミングを行う際に、急激に塞止弁１１を加熱してしまうと、大きな熱応力が生じてしまう。このため、塞止弁１１のウォーミングは、２分間、塞止弁１１を開いて駆動蒸気を内部に流し込む工程（以下、リセットという）と、４分間、塞止弁１１を閉じて、塞止弁１１の温度の偏りを解消する工程（以下、トリップという）とを複数回繰り返すことにより行っていた。

図９に示すように、リセットの工程では、高圧加減弁１２を閉じ、上流ドレン弁１５及び下流ドレン弁１６を開いた状態で塞止弁１１を開く。これにより、主蒸気管４０を流れる駆動蒸気が駆動蒸気配管１０内部に流れこみ、上流ドレン排出口１３及び下流ドレン排出口１４より排出される。リセットの工程では、例えば２分間、このように駆動蒸気配管１０内に駆動蒸気を通過させて、塞止弁１１を加熱する。

次に、図１０に示すように、トリップの工程では、例えば４分間、上流ドレン弁１５及び下流ドレン弁１６を開いた状態のまま、塞止弁１１を閉じる。これにより、駆動蒸気配管１０内部に流れ込んだ駆動蒸気は、上流ドレン排出口１３より排出され、塞止弁１１まで到達することはほとんどない。これにより、塞止弁１１はほとんど温度が上昇することなく、塞止弁１１の温度に偏りが解消され、熱応力が緩和される。

この際、リセット及びトリップの工程で上流ドレン弁１５及び下流ドレン弁１６を開放しているのは、駆動蒸気配管１０内部の温度が低く、駆動蒸気が温度低下により超臨界状態から液体となり、凝縮水が発生した場合に、この凝縮水を配管外部に排出するためである。
なお、本出願人は、塞止弁のウォーミングに関する先行技術文献について調査したが、該当するものは発見されなかった。

ところで、上記のようなウォーミング方法では、上流側のドレン弁を開いた状態でトリップ及びリセットを行っているため、駆動蒸気配管内に送りこまれた駆動蒸気が上流側ドレン弁から流出してしまう。上流側ドレン弁から流出する駆動蒸気は塞止弁の温度の上昇に寄与しない。
図８は、従来の方法によりウォーミングを行った場合の内壁メタル温度及び蒸気量と、経過時間の関係を示すグラフである。同図に示すように、従来のウォーミング方法では、リセット及びトリップを行っている際に、塞止弁の温度上昇に寄与しない駆動蒸気が上流ドレン弁１５より排出されていたため、図中斜線部で示す部分の面積に相当する量の駆動蒸気が必要となり、図中網かけで示す部分の面積に相当する量の駆動蒸気が無駄になっている。（なお、網掛部は後述するように、本発明のウォーミング方法により節約できる部分を示す。）

本発明は、蒸気の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、駆動蒸気の熱を効率良く塞止弁のウォーミングに利用できるウォーミング方法を提供することである。

本発明の塞止弁のウォーミング方法は、駆動蒸気をボイラから水蒸気タービンへ供給する駆動蒸気配管に設けられた塞止弁のウォーミング方法であって、前記駆動蒸気配管は、前記塞止弁の上流側及び下流側に夫々設けられ、配管内部に発生したドレンを外部に排出するための上流側ドレン排出口及び下流側ドレン排出口と、上流側ドレン排出口及び下流側ドレン排出口を夫々開閉する上流ドレン弁及び下流ドレン弁と、前記駆動蒸気配管の前記下流ドレン弁より下流側に設けられた加減弁と、を備え、前記下流ドレン弁を開き、前記加減弁を閉じ、前記塞止弁を開くとともに、前記駆動蒸気配管内の温度が所定の温度未満の場合には前記上流ドレン弁を開き、前記駆動蒸気配管内の温度が前記所定の温度以上の場合には前記上流ドレン弁を閉じるリセットステップを備えることを特徴とする。

上記のウォーミング方法において、前記リセットステップと、前記塞止弁を閉じるとともに、前記駆動蒸気配管内の温度が所定の温度未満の場合には前記上流ドレン弁開き、前記駆動蒸気配管内の温度が前記所定の温度以上の場合には前記上流ドレン弁を閉じるトリップステップと、を繰り返してもよい。

また、本発明の塞止弁のウォーミングシステムは、駆動蒸気をボイラから水蒸気タービンへ供給する駆動蒸気配管に設けられた塞止弁のウォーミングシステムであって、前記塞止弁の上流側及び下流側に夫々設けられ、配管内部に発生したドレンを外部に排出するための上流側ドレン排出口及び下流側ドレン排出口に夫々設けられた上流ドレン弁及び下流ドレン弁と、前記駆動蒸気配管の前記下流ドレン弁の下流側に設けられた加減弁と、前記駆動蒸気配管内の温度を測定する温度センサと、前記塞止弁、上流ドレン弁、下流ドレン弁、及び加減弁の開閉を制御可能な制御部と、を備え、前記制御部は、前記下流ドレン弁を開き、前記加減弁を閉じ、前記塞止弁を開くとともに、前記温度センサにより測定された温度が所定の温度未満の場合には前記上流ドレン弁を開き、前記温度センサにより測定された温度が前記所定の温度以上の場合には前記上流ドレン弁を閉じることを特徴とする。

本発明によれば、駆動蒸気配管内の温度が所定の温度を超えると、上流側ドレン排出口が閉じられるため、トリップの工程の際に、駆動蒸気が上流側ドレン排出口より排出されることがない。このため、効率よく塞止弁のウォーミングを行うことができる。

以下、本発明の塞止弁のウォーミング方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
本実施形態のウォーミング方法は上記図１に示す駆動蒸気配管１０を対象とする。なお、図２は図１に示す駆動蒸気配管１０の模式図を示す。
駆動蒸気配管１０は、主蒸気管４０を流れる駆動蒸気を蒸気タービン３０に供給するための配管であり、主蒸気管４０より、例えば、圧力２４．１ＭＰａ、温度５３８℃の超臨界状態の蒸気が供給される。なお、通常、蒸気は、温度が臨界温度３７３．９５℃以上、かつ、圧力が臨界圧力２２．０６４ＭＰａ以上となると超臨界状態となる。

図１及び図２に示すように、駆動蒸気配管１０には、塞止弁１１及び高圧加減弁１２が取り付けられており、塞止弁１１及び高圧加減弁１２を開くことにより、蒸気タービン３０に駆動蒸気が供給される。また、駆動蒸気配管１０の塞止弁１１の上流側及び下流側には、夫々、上流ドレン排出口１３及び下流ドレン排出口１４が設けられている。上流ドレン排出口１３及び下流ドレン排出口１４は、超臨界状態の蒸気が温度又は圧力が低下することにより駆動蒸気配管１０内に生じた凝縮水を排出するためのものである。上流ドレン排出口１３及び下流ドレン排出口１４には、夫々を開閉する上流ドレン弁１５及び下流ドレン弁１６が設けられている。

蒸気タービン３０の起動時には、超臨界状態の駆動蒸気が主蒸気管４０より駆動蒸気配管１０内に流れ込む。この際、塞止弁１１の温度が低いと、駆動蒸気の熱により塞止弁１１の温度が急激に上昇して、大きな熱応力が作用してしまう。そこで、塞止弁１１の温度が低下するのを抑えるために、蒸気タービン３０を停止した後、駆動蒸気配管１０の内壁の温度（以下、内壁メタル温度という）が３５０℃以下になった場合には塞止弁１１のウォーミングを行う。

図３は、本実施形態のウォーミングシステムを示す構成図である。本実施形態のウォーミングシステム１は、上記説明した塞止弁１１と、高圧加減弁１２と、上流ドレン弁１５と、下流ドレン弁１６と、駆動蒸気配管１０に取付けられた温度センサ１７と、制御部２０と、で構成される。制御部２０は、塞止弁１１、高圧加減弁１２、上流ドレン弁１５、及び下流ドレン弁１６に電気的に接続されており、これらの弁の開閉を制御できる。また、制御部２０は温度センサ１７と電気的に接続されており、温度センサ１７により測定された駆動蒸気配管１０の内壁メタルの温度が入力される。

本実施形態のウォーミングシステム１は、温度センサ１７により測定された内壁メタルの温度が３５０℃以下となると、制御部２０が、塞止弁１１、高圧加減弁１２、上流ドレン弁１５、及び下流ドレン弁１６を適宜開閉させることによりトリップ及びリセットの工程を行う。

ここで、制御部２０には、予め超臨界温度に基づき決定された閾温度が記録されており、トリップ及びリセットの工程において、温度センサ１７により測定された内壁メタル温度が、閾温度未満の場合には、上流ドレン弁１５を開き、閾温度以上の場合には、上流ドレン弁１５を閉じる。

温度センサ１７により測定される内壁メタルの温度が閾温度を超えている場合には、駆動蒸気配管１０内部に駆動蒸気が流れこんでも、駆動蒸気の温度が臨界温度以下となることがない。また、上記の通り、駆動蒸気は臨界圧力以上の圧力を有する。このため、駆動蒸気配管１０内に送られた駆動蒸気の温度及び圧力は臨界温度及び臨界圧力以下にならず、駆動蒸気は超臨界状態のままであり、凝縮水となることはない。このように、凝縮水が発生しないため、上流ドレン弁１５を閉じても、駆動蒸気配管１０内にドレンが溜まることはない。

なお、本実施形態では、ドレンが発生してしまうとタービン翼損傷のそれがあり、また、上流ドレン弁１５を閉止後、塞止弁１１前後の圧力差が増大することで、塞止弁１１が全開出来なくなる可能性があるため、閾温度を、臨界温度（＝３７３．９５℃）に安全のため１０℃の裕度を加えた温度（＝３８３．９５℃）とした。

以下、本実施形態のウォーミング方法について説明する。
温度センサにより測定される内壁メタル温度が閾温度に達するまでは、従来のウォーミング方法と同様に行う。
すなわち、蒸気タービン３０を停止した後、温度センサ１７により測定される内壁メタル温度が３５０度以下となると、図４に示すように、制御部２０は、従来と同様に、高圧加減弁１２を閉じ、上流ドレン弁１５及び下流ドレン弁１６を開いた状態で塞止弁１１を開くリセットの工程を行う。これにより、主蒸気管４０を流れる駆動蒸気が駆動蒸気配管１０内部に流れこみ、上流ドレン排出口１３及び下流ドレン排出口１４より排出される。このように、例えば２分間、駆動蒸気配管１０内に駆動蒸気を通過させて、塞止弁１１を加熱する。

リセットが終了した後、図５に示すように、制御部２０は、上流ドレン弁１５及び下流ドレン弁１６を開いた状態のまま、塞止弁１１を閉じるトリップの工程を行う。これにより、駆動蒸気配管１０内部に流れ込んだ駆動蒸気は、上流ドレン排出口１３より排出され、塞止弁１１まで到達することはほとんどない。これにより、塞止弁１１は加熱されることなく、塞止弁１１の温度に偏りが解消され、熱応力が緩和される。このような状態で例えば、４分間待機する。

制御部２０は、温度センサ１７により測定される内壁メタル温度が閾温度を超えるまで、上記のリセット及びトリップを繰り返す。そして、本実施形態のウォーミング方法では、温度センサ１７により測定された内壁メタル温度が閾温度を超えると、制御部２０は上流ドレン弁１５を閉じた状態でリセット及びトリップを行う。

図６は、上流ドレン弁１５を閉じた状態でリセットを行っている状況を示す図である。同図に示すように、上流ドレン弁１５及び高圧加減弁１２を閉止し、塞止弁１１及び下流ドレン弁１６を開くことにより、主蒸気管４０より駆動蒸気が流れ込み、下流ドレン排出口１６より排出される。このように、上流ドレン弁１５を閉じることにより駆動蒸気配管１０に流れ込んだ駆動蒸気を塞止弁１１の加熱に利用することができる。このような状態で２分間リセットを行った後、塞止弁１１を閉じてトリップを行う。

図７は、上流ドレン弁１５を閉じた状態で、トリップを行っている状況を示す図である。同図に示すように、上流ドレン弁１５及び塞止弁１１を閉じることにより、主蒸気管４０より駆動蒸気が流入することがない。また、上流ドレン弁１５を閉止していることにより、塞止弁１１の加熱に寄与しない駆動蒸気が排出されることを防ぐことができる。なお、この際、上記の通り、駆動蒸気配管１０の内部は閾温度を超えているため、駆動蒸気の圧力が臨界圧力以下となることがなく、ドレンが発生することはない。

このように、上流ドレン弁１５を閉じた状態で上記のリセット及びトリップを繰り返し、温度センサにより測定される温度が所定の温度まで上昇したら、ウォーミングを終了する。

従来技術の欄に記載したように、従来のウォーミング方法では、リセット及びトリップを行っている際に、塞止弁の温度上昇に寄与しない駆動蒸気が上流ドレン弁１５より排出されていたため、図８に網かけして示す部分の面積に相当する量の駆動蒸気が無駄になっていたが、本実施形態のウォーミング方法によれば、内壁メタル温度が閾温度以上となると、上流ドレン弁１５を閉じるため、図８に図中網かけして示した部分の面積に相当する量の駆動蒸気を節約できることとなる。

以上説明したように、本実施形態のウォーミング方法によれば、内壁メタル温度がドレン水が発生しない温度になると、上流ドレン弁を閉じるため、上流ドレン弁より塞止弁の温度の上昇に寄与しない駆動蒸気の流出を防止することができる。これにより、効率的に塞止弁の加熱を行うことができ、コストの削減を図ることができる。

ウォーミング方法の適用の対象となる駆動蒸気配管を示す断面図である。 ウォーミング方法の適用の対象となる駆動蒸気配管の模式図である。 本実施形態のウォーミングシステムの構成を示す図である。 内壁メタル温度が閾温度を超える前のリセットの工程を示す図である。 内壁メタル温度が閾温度を超える前のトリップの工程を示す図である。 内壁メタル温度が閾温度を超えた後のリセットの工程を示す図である。 内壁メタル温度が閾温度を超えた後のトリップの工程を示す図である。 従来の方法によりウォーミングを行った場合の内壁メタル温度及び蒸気量と、経過時間の関係を示すグラフである。 従来のリセットの工程を示す図である。 従来のトリップの工程を示す図である。

符号の説明

１ ウォーミングシステム
１０ 駆動蒸気配管
１１ 塞止弁
１２ 高圧加減弁
１３ 上流ドレン排出口
１４ 下流ドレン排出口
１５ 上流ドレン弁
１６ 下流ドレン弁
１７ 温度センサ
２０ 制御部
３０ 蒸気タービン
４０ 主蒸気管

Claims (3)

1. 駆動蒸気をボイラから水蒸気タービンへ供給する駆動蒸気配管に設けられた塞止弁のウォーミング方法であって、
   前記駆動蒸気配管は、前記塞止弁の上流側及び下流側に夫々設けられ、配管内部に発生したドレンを外部に排出するための上流側ドレン排出口及び下流側ドレン排出口と、
   上流側ドレン排出口及び下流側ドレン排出口を夫々開閉する上流ドレン弁及び下流ドレン弁と、
   前記駆動蒸気配管の前記下流ドレン弁より下流側に設けられた加減弁と、を備え、
   前記下流ドレン弁を開き、前記加減弁を閉じ、前記塞止弁を開くとともに、前記駆動蒸気配管内の温度が所定の温度未満の場合には前記上流ドレン弁を開き、前記駆動蒸気配管内の温度が前記所定の温度以上の場合には前記上流ドレン弁を閉じるリセットステップを備えることを特徴とする蒸気配管の塞止弁のウォーミング方法。
2. 請求項１記載の塞止弁のウォーミング方法であって、
   前記リセットステップと、
   前記塞止弁を閉じるとともに、前記駆動蒸気配管内の温度が所定の温度未満の場合には前記上流ドレン弁開き、前記駆動蒸気配管内の温度が前記所定の温度以上の場合には前記上流ドレン弁を閉じるトリップステップと、を繰り返すことを特徴とする塞止弁のウォーミング方法。
3. 駆動蒸気をボイラから水蒸気タービンへ供給する駆動蒸気配管に設けられた塞止弁のウォーミングシステムであって、
   前記塞止弁の上流側及び下流側に夫々設けられ、配管内部に発生したドレンを外部に排出するための上流側ドレン排出口及び下流側ドレン排出口に夫々設けられた上流ドレン弁及び下流ドレン弁と、
   前記駆動蒸気配管の前記下流ドレン弁より下流側に設けられた加減弁と、
   前記駆動蒸気配管内の温度を測定する温度センサと、
   前記塞止弁、上流ドレン弁、下流ドレン弁、及び加減弁の開閉を制御可能な制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記下流ドレン弁を開き、前記加減弁を閉じ、前記塞止弁を開くとともに、前記温度センサにより測定された温度が所定の温度未満の場合には前記上流ドレン弁を開き、前記温度センサにより測定された温度が前記所定の温度以上の場合には前記上流ドレン弁を閉じることを特徴とする蒸気配管の塞止弁のウォーミングシステム。