JPH04148101A - 給水調節弁切替時の蒸気ドラム水位制御方法 - Google Patents

給水調節弁切替時の蒸気ドラム水位制御方法

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JPH04148101A
JPH04148101A JP2273600A JP27360090A JPH04148101A JP H04148101 A JPH04148101 A JP H04148101A JP 2273600 A JP2273600 A JP 2273600A JP 27360090 A JP27360090 A JP 27360090A JP H04148101 A JPH04148101 A JP H04148101A
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隆 飯島
Hideyuki Takahashi
秀幸 高橋
Katsumi Kishiwada
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Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)
  • Control Of Non-Electrical Variables (AREA)

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】 [産業上の利用分野] 本発明は、原子力発電プラント等の給水調節弁の切替え
時における蒸気ドラム水位flI111方法に関する。
更に詳しく述べると、例えば原子炉低出力領域にて行わ
れる主給水調節弁と低流量給水調節弁の切替え時に、蒸
気−水混合流体を気水分離する蒸気ドラム内の水位を一
定に制御する方法に関するものである。
[従来の技術] 以下、新型転換炉発電プラントを例にとって説明する。
新型転換炉発電プラントにおける蒸気ドラムは、原子炉
から生じる蒸気と水の混合した冷却材を集めて気水分離
し、蒸気のみをタービン系へ送り、水はタービン系から
戻ってきた給水と混合して再び原子炉へ送り込む役割を
もつ。この時、原子炉の中の燃料の除熱を確保するとと
もに、タービンへの水のキャリーオーバを防ぐ意味から
、蒸気ドラム水位は適切な範囲に保たれていなければな
らない。そのため、蒸気ドラム水位を設定値に維持する
ように給水流量を制御する。この水位を一定に制御する
には、原理的には気水分離された蒸気の流量と給水の流
量か合致するように給水調節弁によって給水流量を#御
すればよい。
ところでタービン系から蒸気ドラムに至る給水系には、
通常、容量の異なる2種の給水調節弁が並列に設置され
ており、原子炉出力に応じて使い分けられている。具体
的には原子炉出力約18%以下の低出力領域(低流量領
域)では低流量給水調節弁が使用され、それ以上の高出
力領域(高流量領域)では主給水調節弁が使用されてい
る。そのため原子炉出力か約18%のところで給水調節
弁の切替えを行っている。
[発明が解決しようとする課題] この給水調節弁の切替えは、運転員の手動調節により行
われているため、蒸気ドラムの水位変動か比較的大きく
なる傾向があり、この領域における弁切替えの簡素化、
自動化が望まれていた。
給水調節弁切替え時に蒸気ドラム水位を一定に保つには
、常に原子炉出力に見合った給水流量を確保すればよい
が、原子炉出力約18%程度の領域では給水流量が少な
いため給水流量の精度良い測定値が得られない。そのた
め運転員は、少しずつ弁を操作して蒸気ドラム水位の変
化を監視しながら慎重に切替え作業を行っており、切替
え時間が長くなり、運転員の負担も大きい欠点があった
。
本発明の目的は、給水調節弁切替え時間の短縮、蒸気ド
ラム水位制御の性能向上及び運転員の負担軽減を図るこ
とができ、自動化も可能となるような蒸気ドラム水位制
御方法を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明は、炉から生じる蒸気と水との混合流体を気水分
離する蒸気ドラムと、発生した蒸気をタービン系へ送る
蒸気系と、タービン系から前記蒸気ドラムに至る給水系
と、蒸気ドラムの水を浄化して戻す炉浄化系を具備する
システムで、前記給水系に容量の異なる2種の給水調節
弁を並設して、それら給水調節弁を炉出力に応じて切替
える時に前記蒸気ドラムの水位を制御する方法である。
第1の方法は給水温度監視法であり、給水調節弁入口の
給水温度をT1、炉浄化系戻り水の温度をT1、蒸気ド
ラム入口の給水温度をT、とし、炉浄化系戻り水の流量
をF2としたとき、給水調節弁入口の給水流量F1を、
次式 で求め、切替時にその値と炉出力に応じた目標給水流量
との偏差により給水調節弁開度を調節するように制御す
る。
また第2の方法は給水流量保持法であり、給水調節弁の
前後の差圧を求め、多弁の開度に対するCV値と前記弁
前後の差圧から給水流量を求め、切替期間中、両給水調
節弁の給水流量の和が一定になるように弁開度を自動制
御する。
更に上記2つの方法を組み合わせ、第2の方法(給水流
量保持法)で自動切替えした後、その流量評価誤差に基
づく水位変動を第1の方法(給水温度監視法)で補正す
る複合制御方法もあり、それも本発明に含まれる。
なお、本発明において「蒸気ドラム」とは蒸気と水との
混合流体を気水分離する装置のことを言い、原子炉の蒸
気ドラムの他、それに類似した各種冷却系における気水
分離器、蒸気発生器なとも含まれる。
[作用] 炉出力に応じて、低流量領域では低流量給水調節弁か用
いられ、高流量領域では主給水調節弁が用いられる。こ
れらの給水調節弁の切替えは、例えば原子炉出力的18
%のところで行われる。この時、蒸気ドラム水位を一定
に保つには、常に炉出力に見合った給水流量を確保すれ
ばよいが、低流量領域では給水流量や蒸気流量は精度良
く測定できない。
本発明の制御方法では、給水流量や蒸気流量の測定値を
使用せずに、間接的に給水流量を求めて蒸気ドラム内の
水位を一定に維持する。
第1の方法では給水調節弁まわりの配管系の温度などの
測定値から給水流量を求める。第2の方法では弁の開度
に対するCV値と弁前後の差圧から給水流量を求める。
これらの値に基づき両給水調節弁の開度の調節を行うこ
とにより、給水調節弁切替え時に蒸気ドラム内の水位の
制御が行われる。
[実施例] 第4図は新型転換炉プラントにおける給水・蒸気系統の
一例を示す概略図である。先ずプラント全体の構成につ
いて概略説明する。
原子炉lOで発生した蒸気と水との混合冷却材は蒸気ド
ラム12に入り気水分離される。分離された蒸気は、蒸
気隔離弁14を通り、蒸気止弁16及び蒸気加減弁18
を通ってタービン20に入り発電機22を駆動し、復水
器24に至る。蒸気隔離弁14からの蒸気の一部は、・
タービンバイパス弁26を通って復水器24に至る。復
水器24の水は、復水ポンプ28、脱塩器29、給水加
熱器30、給水ポンプ32、主給水調節弁34又は低流
量給水調節弁35を通って蒸気ドラム12に戻る。これ
か給水系である。この給水は蒸気ドラム12で分離され
た水と混合され、再循環ポンプ36により原子炉lOへ
戻る。また蒸気ドラム12の水の一部は脱塩器38を通
って蒸気ドラム12に戻される。
これが炉浄化系である。
通常状態では、蒸気ドラム12の水位を測定するドラム
水位検出器42、蒸気系の蒸気流量を測定する蒸気流量
計44、給水系の給水流量を測定する給水流量計46の
各信号が給水制御装置48に送られ、その出力で前記主
給水調節弁34及び低流量給水調節弁35の開度が制御
される。
給水調節弁まわりの配管系の概略図を第3図に示す。主
給水調節弁34及び低流量給水調節弁35から蒸気ドラ
ム12までの間に炉浄化系からの戻り配管か合流するよ
うになっており、この温度及び流量を測定する。これら
のプロセス値に関するエネルギーバランスを記述すると
次式のようになる。
h(T1.PI)XFI+h(T2.Pt)XF!=h
(Ts、Ps)x(F+ +Fり    ・・・(1)
h(T、P)  二温度T、圧力Pの水の比エンタルピ
(kcal/kg)を与える関数 T、、P、、F、 :給水調節弁入口の給水温度じC)
。
圧力(at) 、及び流量(kg/h)T、、 P、、
 F2:炉浄化系戻り水の温度(℃)、圧力(at)、
及び流量(kg/h) Ts、Ps   :蒸気ドラム入口の給水温度(”C)
。
及び圧力(at) +11式から給水流量F1は次式で求まる。
(2)式で使用するプロセス値はいずれも計測可能なた
め、これにより給水流量を計算で求めることができるが
、圧カフ0〜120at程度の範囲の飽和温度以下の環
境にあっては、比エンタルピは温度とほぼ同じ数値とな
るため、(2)式は次式のように簡略化できる。
そこで上記(3)式に基づき第1図に示すl制御系のブ
ロック線図により、給水調節弁の切替え動作を行う。こ
れが給水温度監視法である。この実施例では蒸気ドラム
水位!II節計でドラム水位信号と設定水位とを比較し
て水位偏差からPI(比例積分)動作の信号を発生させ
る。また原子炉出力に対する最適給水流量曲線を用いて
目標給水流量を演算し、前記蒸気ドラム水位調節計の出
力と加算して最終目標給水流量を求める。
次に前記(3)式によって給水調節弁まわりの温度Tl
! T1. Tlと流量F、から給水流量F+を演算す
る。
給水流量調節計で水位偏差を考慮した最終目標給水流量
と演算結果の給水流量F1とを比較しカスケードPI動
作によって最終的な#御信号を発生させ、それに合うよ
うに給水l1節弁開度を制御する。これによって給水調
節弁切替え期間において原子炉出力か変化しても、それ
に追従させることかできる。
次に蒸気ドラム水位が安定した状態で給水調節弁を切替
える場合には、主給水調節弁と低流量給水調節弁の合計
流量を常に一定に保てば良いことになる。そこで主給水
調節弁から低流量給水調節弁へ切替える場合には、主給
水調節弁の流量を07曲線と弁前後の差圧から計算によ
り求め、主給水調節弁を閉めることによって減少する流
量を低流量給水調節弁の給水流量調節計の目標値とする
ように制御系を構成する。また低流量給水調節弁から主
給水調節弁に切替える場合には、これと逆の方法で達成
できる。
この切替え方法では、切替えスイッチを運転員が操作す
ることにより、自動的に片方の弁が設定された速度で閉
まり、他方の弁がそれを補償するように自動的に開くよ
うにすることも可能である。
第2図に、この給水流量保持法による給水調節弁切替え
時の制御系ブロック線図を示す。切替え前は、スイッチ
A、、A、は共に通常状態の調節計50.52側に入っ
ており、通常状態の調節計50.52からの信号により
制御されている状態にある。
ここで主給水調節弁から低流量給水調節弁へ切替える場
合を例にとる。切替え命令のスイッチ操作により、スイ
ッチA + 、 A tはカスケードPI動作54.5
6側に入り、主給水調節弁及び低流量給水調節弁は切替
え時の調節計の制御下におかれる。同時にスイッチCか
自己保持側に入り、カスケードPI動作への目標値とし
てその時の給水流量が入力され、以降切替えが終了する
まで自己保持される。次にスイッチBが主給水調節弁自
動開閉速度設定器58側に入り、スイッチB、はカスケ
ードPI動作56側に入る。この状態で給水流量保持回
路が成立し、以降は主給水調節弁自動開閉速度設定器5
8で設定された速度で主給水調節弁は自動的に閉められ
ていく。主給水調節弁が閉まってくると、主給水調節弁
流量演算60の流量か小さくなるため加算器62の出力
か小さくなり、それを補償するようにカスケードPl動
作56か働いて低流量給水調節弁を開く。これを主給水
調節弁が全閉するまで行い、切替えが終了したらスイッ
チAt、Atは共に通常状態の調節計50゜52偏に入
って、以後通常状態の調節計の制御に移行する。
低流量給水調節弁から主給水調節弁への切替えも、基本
的には上記と同様の手順で行われるから、それについて
の説明は省略する。
ここで、弁前後差圧ΔPは次式で求まる。
ΔP =P、−Pl−PI−P。
Pl:給水ポンプ出口圧力 P、:蒸気ドラム圧力 P、:蒸気ドラム中心から給水調節弁までの静水頭 P4:給水調節弁から蒸気ドラムまでの流体摩擦損失 また、弁のCV値から流量を求める式は次の通りである
。
FELow (t)  :低流量給水調節弁流量FEP
III (t)・主給水調節弁流量ρ 流体密度 CVLov (FV LQ−(t)) :低流量給水調
節弁開度FVLo* (t)に対するCV値を与える関
数CVp*+ (FV pal (t)) :主給水調
節弁開度FVp−(1)に対するCV値を与える関数 更に給水流量保持法で自動切替えを行った後、給水温度
監視法による給水温度一定制御を暫く行ってから、通常
制御に切替える複合方法も可能である。それによって給
水流量保持法の流量評価誤差に基づく水位変動を給水温
度監視法の給水温度で補正し、変動をより小さく抑える
ことが可能となる。
なお、これらの制御系はアナログ回路により実現できる
か、制御用デジタルコントローラによっても容易に構成
できることは言うまでもない。また、ここでは制御信号
を得る調節計としてカスケードPI調節計を使用した例
を示したか、目標値に入力信号を合わせる制御信号を得
る手段を備えた調節計であれば他の形式の調節計であっ
てもよい。
[発明の効果] 本発明により、炉の給水調節弁の切替え操作において、
蒸気流量や給水流量の測定値か得られなくても、間接的
に給水流量を求めてその値を保持するように制御するこ
とか可能となり、蒸気ドラム水位変動を小さく抑える給
水調節弁切替え操作が可能となる。また同時に切替え時
間の短縮と運転員の負担軽減を図ることかできる。
更に給水流量保持法によって、給水調節弁の自動切替え
が可能となり、プラント運転制御性能の向上と運転員の
負担軽減に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の給水温度監視法を適用した給水調節弁
切替え時の制御系ブロック線図、第2図は本発明の給水
流量保持法を適用した給水調節弁切替え時の制御系ブロ
ック線図、第3図は給水調節弁まわりの配管系の概略図
、第4図は新型転換炉プラントの給水・蒸気系統概略図
である。 lO・・・原子炉、12・・・蒸気ドラム、20・・・
タービン、34・・・主給水調節弁、35・・・低流量
給水調節弁。 特許出願人 動力炉・核燃料開発事業団代  理  人
     茂  見     積第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、炉から生じる蒸気と水との混合流体を気水分離する
    蒸気ドラムと、発生した蒸気をタービン系へ送る蒸気系
    と、タービン系から前記蒸気ドラムに至る給水系と、蒸
    気ドラムの水を浄化して戻す炉浄化系を具備するシステ
    ムで、前記給水系に容量の異なる2種の給水調節弁を並
    設して、それら給水調節弁を炉出力に応じて切替える時
    に前記蒸気ドラムの水位を制御する方法において、給水
    調節弁入口の給水温度をT_1、炉浄化系戻り水の温度
    をT_2、蒸気ドラム入口の給水温度をT_3とし、炉
    浄化系戻り水の流量をF_2としたとき、給水調節弁入
    口の給水流量F_1を、次式 F_1={(T_3−T_2)/(T_1−T_3)}
    ×F_2で求め、その値と炉出力に応じた目標給水流量
    との偏差により給水調節弁開度を調節することを特徴と
    する給水調節弁切替時の蒸気ドラム水位制御方法。 2、炉から生じる蒸気と水との混合流体を気水分離する
    蒸気ドラムと、発生した蒸気をタービン系へ送る蒸気系
    と、タービン系から前記蒸気ドラムに至る給水系を具備
    するシステムで、前記給水系に容量の異なる2種の給水
    調節弁を並設して、それら給水調節弁を炉出力に応じて
    切替える時に前記蒸気ドラムの水位を制御する方法にお
    いて、前記給水調節弁の前後の差圧を求め、各給水調節
    弁の開度に対するCV値と前記弁前後の差圧から給水流
    量を求め、両給水調節弁の給水流量の和が一定になるよ
    うに弁開度を自動制御することを特徴とする給水調節弁
    切替時の蒸気ドラム水位制御方法。 3、請求項2の方法で自動制御した後、その流量評価誤
    差に基づく水位変動を、請求項1の方法で補正する給水
    調節弁切替時の蒸気ドラム水位制御方法。
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