JPH02176302A - ドレン水位制御装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、発電プラント等における給水加熱器等の水位
制御装置に係り、特に負荷変化が大きくドレンがフラッ
シュして急激な水位上昇が発生した場合においても、適
切な水位制御ができるようにしたドレン水位制御装置に
関する。

（従来の技術） 一般に、火力または原子力発電プラントにおいては、プ
ラントの熱効率を高めるために複数個の給水加熱器を配
設し、タービンからの抽気によりボイラまたは原子炉に
送る給水の加熱を行なっている。そして、上記給水加熱
器内で給水との熱交換によって発生したドレンは、器内
圧力が高い給水加熱器から順次圧力の低い給水加熱器へ
流し、熱回収するカスケードドレン方式によりドレンを
回収している。

すなわち、通常負荷においては、高圧給水加熱器のドレ
ンは脱気器に回収し、低圧給水加熱器のドレンはドレン
ポンプにより復水系統に押し込んでいる。一方、負りｆ
が減少して高圧給水加熱器の圧力が低下し、ドレンを高
所の脱気器に回収することが不可能となると、上記ドレ
ンは低圧給水加熱器へ回収する。

第４図は、上記給水加熱器の水位制御系統を示す図であ
って、脱気器１に貯水されている給水は、給水ポンプ２
によって給水管３を介して第１の高圧給水加熱器４に送
られ、そこで抽気蒸気５と第２の高圧給水加熱器（図示
せず）から排出されるドレン６と熱交換されて加熱され
た後、上記第２の高圧給水加熱器に送給される。

一方、上記第１の高圧給水加熱器４で熱回収が終了した
ドレンを排出するため、その第１の高圧給水加熱器４は
、第１の調節弁７を介して脱気器１に、第２の調節弁８
を介して低圧給水加熱器９に、また第３の調節弁１０を
介して復水器１１に接続されている。

そこで、上記第１の高圧給水加熱器４には、水位検出器
１２が設けられており、ドレン水位が第１の調節計１３
の標準水位設定値（ＮＷＬ）以上となるとその設定値と
の偏差信号により第１の調節弁７が開方向に制御され、
ドレンが脱気ｖｉ１へ排出され、ドレン水位が第２の調
節計１４のＮＷＬより高い第２の水位設定値（ＮＷＬ＋
α）以上になると、その設定値との偏差信号により第２
の調節弁８が開方向に制御されて、ドレンが低圧給水加
熱器９に排出される。モしてドレン水位がさらに上昇し
て第３の調節計１５の第３の水位設定値（ＮＷＬ＋β）
以上になると、さらにその設定値との偏差信号により第
３の調節弁１０が開方向に制御されて、ドレンが復水器
１１に排出される。

しかして、このような系統において、高負荷帯より低負
荷帯への移行が著しく短い時間で行なわれる場合、すな
わち負荷降下率が大きい場合（例えばＰＣＢ運転運転セ
ン、抽気は負荷変化に比例して変化するが、ドレン温度
の低下は遅れるため、ドレンポンプの飽和圧力より第１
の調節弁７の前圧力が低くなり、ドレンがその第１の調
節弁７の上流側で減圧沸騰する。

この現象によって、ドレンの容積流量が増大し、所謂気
液二層状態゛となり、第１の調節弁７における排出流量
が極端に減少し、この結果高圧給水加熱器４の水位が上
昇し、水位はＮＷＬからＮＷＬ＋αまで達する。そこで
、第２の調節計１４が作動され第２の調節弁８が開動作
され、水位がＮＷＬ＋αに保持されるように制御される
。

（発明が解決しようとする課題） ところが、負荷降下率が大きいと、減圧沸騰の発生スピ
ードも速くかつ調節弁の動作遅れ等により、水位が設定
水位より大きく越えるような水位上昇が発生する。そこ
で、調節弁の応答を早くするには、各調節工１の比例ゲ
インを高めたり、積分時間を短くしたり、調節弁にブー
スタリレーを付加することもできるが、低流足時に不安
定な制御となる。また、負荷降下率がさらに大きくなる
と、減圧沸騰が調節弁前のドレン配管だけでなく、高圧
給水加熱器４のドレン出口部においても同様の現象が発
生する。

すなわち、第５図に示すように、負荷が曲線Ａに従って
降ドすると、タービン抽気圧力も曲線Ａと同様に曲線Ｂ
で示すように降下し、高圧給水加熱器内の圧力も変化す
る。しかしながら、これと熱交換を行う給水は、脱気器
１より供給されるものであって、その脱気器に貯水され
ている給水が負荷降下前の高い温度となっており、また
その貯水量も約２０〜４０ｆｆｌと多いため、熱交換さ
れるドレンも、脱気器内の貯水が負６：ｊ変化に見合っ
た温度となるまでその温度降下が遅れる。また、負荷降
下率が大きい程給水ポンプでの吐出流量の単位時間当り
の減少率が大きくなり、脱気器内の貯水を汲み出す時間
が長くなるため、前記現象が顕、とに現われる。

この結果、ドレン温度の飽和圧力Ｃが器内圧力Ｂと交差
する点Ｘ１から減圧沸騰する。この現象はＸＩＥ点まで
継続し、前述のように容積流量が増大し水位の異常上昇
となる。

このように、上記従来の装置においては給水加熱器の水
位のみでの制御となっているため、減圧沸騰による排出
能力低下を検知するタイミングが遅くなり、大きな水位
上昇を招く等の問題があり、また減圧沸騰中であっても
回収光の振り分けが脱気器、低圧給水加熱器、および復
水器となるため、バックアップが遅くなり、前述と同様
に大きな水位上昇を招く等の問題がある。

本発明はこのような点に鑑み、上述の如き異常な水位上
昇を招くことがないようにしたドレン水位制御装置を得
ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、熱交換により凝縮した蒸気のドレンを、その
水位と標準水位設定値との偏差信号によって制御される
第１の制御弁を介して低圧側に排出するとともに、標阜
水位より高い水位設定信号との偏差信号によって制御さ
れるバックアップライン調節弁を介して、より低圧側に
排出するようにしたドレン水位制御装置において、上記
ドレン温度の飽和圧力を演算し、各調節弁前での減圧沸
騰率とこれに対するバックアップ調節弁の必要開度を演
算する演算器と、ドレン水位信号による上記バックアッ
プライン調節弁開度制御信号に上記演算器からの出力信
号を加算し、その加算信号をバックアップライン調節弁
への制御信号として出力する加算器とを有することを特
徴とする。

（作　用） 給水加熱器等の熱交換器の人口および出口の給水温度お
よ、び器内圧力と、伝熱面積、伝熱率等の諸条件により
、演算器において、熱交換器出口のドレン温度を算出し
て、そのドレン温度の飽和圧力を求め、さらにこの飽和
圧力と器内圧力により、初期減圧沸騰ポイントより全量
減圧沸騰ポイントおよび減圧沸騰率を算出し、これに見
合うバックアップライン調節弁の弁開度を求め、この弁
開度制御信号が従来の水位信号による弁制御信号に加算
される。したがって、上１だｅＩ算器からの制御信号が
バックアップライン１週節弁に先行的に付加され、その
調節弁が開動作され、水位の異常上昇が押えられる。

（実施例） 以下、第１図乃至第３図を参照して本発明の一実施例に
ついて説明する。

第１図において、脱気器１に貯水されている給水は、給
水ポンプ２によって給水管３を介して第１の高圧給水加
熱器４に送られ、そこで油気蒸気５と次段の高圧給水加
熱器（図示せず）から排出されるドレン６と熱交換され
て加熱された後、次段の高圧給水加熱器に送給され、以
後同様にして段数の高圧給水加熱器で順次加熱された後
（図示しない）ボイラ等の蒸気発生装置に送給される。

一方、上記高圧給水加熱器４は、ドレン配管１６により
第１の調節弁７を介して脱気器１に接続され、バックア
ップライン調節弁を構成する第２の調節弁８を介して低
圧給水加熱器９に接続され、さらに他のバックアップラ
イン調節弁を構成する第３の調節弁１０を介して復水器
１１に接続されている。

ところで、上記各調節弁７，８．１０は水位調節計１７
からの制御信号により作動される。この水位調節計１７
には、高圧給水加熱器４に設けられた水位検出器１２、
圧力検出器１８、および給水人口部の温度を検出する第
１の温度検出器１９、並びに給水出口部の温度を検出す
る第２の温度検出器２０からの検出信号が人力されてい
る。

すなわち、上記水位調節計１７は第２図に示すように構
成されており、水位検出器１２からの検出信号が水位調
節計内において、標準水位設定値（ＮＷＬ）　、第２の
水位設定値（ＮＷＬ＋α）および第３の水位設定値（Ｎ
ＷＬ＋β）とそれぞれ比較され、それらの偏差信号が調
節計１３．１４１５を介して第１、第２、第３の調節弁
７．８゜１０に加えられる。

一方、第１の高圧給水加熱器４に設けられた圧力検出器
１８からの圧力信号、および第１の温度検出器１９と第
２の温度検出器２０からの給水入口温度と出口温度信号
とが、第１の演算器２１に人力される。この第１の演算
器２１には第１の高圧給水加熱器４の伝熱面積、伝熱率
等の諸条件も入力されており、そこで上記入力条件によ
り第１の高圧給水加熱器４の出口ドレン温度が演算され
、さらにドレン温度の飽和圧力が演算される。これによ
り減圧沸騰はじまり点Ｘ１が算出され、各調節弁の設置
位置による位置差補正を行ない、この結果各排出ライン
毎の減圧沸騰はじまり点が算出される。

一方、上記第１の演算器２１で求められたドレン温度と
圧力検出器１８からの圧力信号とによって、第２の演算
器２２においてそれぞれのエンタルピを求め、この値に
より蒸気流量率が演算される。

すなわち、蒸気流量率は一般に下記式で表わされる。

１’−１ ビ　：弁前ドレンのエンタルピ（飽和水）Ｉ′　：　　
　　　　　　　　　　（飽和蒸気）Ｉｏ　　：給水加熱
器出口のドレンエンタルピ（飽和水） また、同様に下記式によって平均比容積が演算される。

−Ｖ’　　（１−Ｘ）＋Ｖ’ ｖ′：比容積（飽和水） ｖ′　：比容積（飽和蒸気） さらに、上記（［均比容積の時間に対する変化を常時監
視演算を行なう。この変化割合が減圧沸騰率となり、こ
の減圧沸騰率が第３の演算器２３に人力される。

この第３の演算器２３には、減圧沸騰率に対応する必要
弁開度が予め求められ近似関数化したものがメモリーさ
れており、上記第２の演算器２２において演算された減
圧沸騰率によってバックアップライン調節弁である第２
の調節弁８および第３の調節弁９の必要開度が求められ
る。また、上記第３の演算器２３は、第２の演算器２２
により演算された各排出ライン毎の減圧沸騰はじまりポ
イントにより開動作順番を決める機能も有している。

具体的には、脱気器ライン減圧１１１ｃ１１１ｉ！はじ
まりポイント（Ｘｌ）となると（第３図参照）、第２の
調節弁８の開動作信号を出力し、さらに高圧給水加熱器
内の圧力降下が継続し、上記第２の調節弁８においても
減圧沸騰はじまりポイント（Ｘ２）となると、第３の調
節弁１０の開動作信号を出力する。

これらの演算動作は減圧沸騰終了ポイント（Ｘ１Ｅ、　
Ｘ、、お）まで行なわれ、上記開動作信号は常用の第２
及び第３の調節計１４．１５からの出力信号に加算器２
４．２５においてそれぞれ加算される。

このようにして、減圧沸騰率に対するバックアップライ
ン１週節弁の必要開度信号が通常のドレン水（ｉ　ｉａ
号による弁制Ｈ，？号に先行的に付加され、上記バック
アップライン調節弁が制御され、負荷降下に伴ない発生
する調節弁減圧沸騰による高圧給水加熱器の水位上昇が
押えられ、安定した水位制御が行なわれる。

なお、上記実施例においては、ドレン出口ｌＨ度を演算
するに際し、高圧給水加熱器に設けられた圧力検出器１
８、および高圧給水加熱器給水入口側並びに出口側に設
けられた温度検出器１９゜２０による給水出口温度並び
に給水出口温度により行なっているが、圧力検出器の代
りにタービン抽気圧力でもよく、給水加熱器給水人口側
温度は脱気器貯水槽温度または脱気器器内圧力でもよい
。

ただし、脱気器器内圧力の場合は、脱気器器内圧力を飽
和温度に演算し、さらに貯水容量に見合った遅れを加味
する必要がある。

また、上記実施例においては高圧給水加熱器のドレン水
位制御装置について説明したが、湿分分離器についても
適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明においては各調節弁前での減
圧沸騰率とこれに対するバックアップライン調節弁の必
要開度を演算し、この開度信号を通常のドレン水位信号
による弁制御信号に先行的に付加し、バックアップライ
ン調節弁を制御するようにしたので、負荷降下に伴なう
減圧沸騰によるドレン水位上昇が確実に抑えられ、安定
した水位制御を行なうことができる。

器、２１・・・第１の演算器、２２・・・第２の演算器
、２３・・・第３の演算器、２４．２５・・・加算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱交換により凝縮した蒸気のドレンを、その水位と
   標準水位設定値との偏差信号によって制御される第１の
   制御弁を介して低圧側に排出するとともに、標準水位よ
   り高い水位設定信号との偏差信号によって制御されるバ
   ックアップライン調節弁を介して、より低圧側に排出す
   るようにしたドレン水位制御装置において、上記ドレン
   温度の飽和圧力を演算し、各調節弁前での減圧沸騰率と
   これに対するバックアップライン調節弁の必要開度を演
   算する演算器と、ドレン水位信号による上記バックアッ
   プライン調節弁開度制御信号に上記演算器からの出力信
   号を加算し、その加算信号をバックアップライン調節弁
   への制御信号として出力する加算器とを有することを特
   徴とする、ドレン水位制御装置。 ２、第１の調節弁は給水加熱器と脱気器間に設けられ、
   バックアップライン調節弁は給水加熱器と低圧給水加熱
   器或は復水器間に設けられていることを特徴とする、請
   求項１記載のドレン水位制御装置。