JPH0668361B2 - 給水加熱器ドレン系統 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、発電プラントの給水加熱器ドレンポンプアツ
プシステムに係り、特に急激な負荷変化時のドレンポン
プ入口の、フラツシユ防止、キヤビテーシヨン防止に好
適な、系統構成とポンプ型式に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は給水加熱器ドレンを復水給水系統に注入す
るシステムにおいて、負荷しや断等によりプラント負荷
が急激に減少した場合は、給水加熱器器内圧力の急激な
低下に対して、ドレン温度の低下が遅れるので、ドレン
ポンプ入口圧力が不足し、フラツシング発生、キヤビテ
ーシヨン発生を生じるのでドレンポンプをトリツプさせ
ていた。一方、ドレンポンプトリツプにより蒸気発生器
への給水供給量は急激に減少してしまうが、原子炉は負
荷急減時にも原子炉熱出力急変を防止して原子炉を保護
する為に、タービンバイパス弁により余剰蒸気を復水器
に放出するので、蒸気発生器への給水供給量も急激しな
い様確保する必要がある。この為、蒸気発生器への給水
供給量は、ドレンポンプが停止した分上流の復水ポンプ
によつて給水する必要が生じる。この時復水系統の復水
流量は急激に増大するので圧力損失も増大するので下流
の給水ポンプ入口圧力が不足してキヤビテーシヨン発生
してしまうことになる。これを防止する為に、給水加熱
器にバイパス配管と止弁を設置して、負荷急減時に止弁
を急速に全開して給水ポンプ入口圧力を確保する様にし
ている。

本従来技術はＰＷＲプラントにおけるものであるが、Ｂ
ＷＲプラントにおける負荷しや断等の出力負荷率はＰＷ
Ｒプラントに比ではなく、急激であるのでＢＷＲプラン
トの特質における問題点については示されていない。す
なわち、ＢＷＲプラントでは負荷変化率が大きいので、
以下に示す問題点がある。

まず、負荷変化率が大きい事から給水加熱器内の圧力降
下速度も速くなるので、給水加熱器内ドレンのフラツシ
ユにより水上昇する。一方ドレンを排出を行うドレンポ
ンプはトリツプさせるので給水加熱器内水は更に上昇す
る。ここで、給水加熱器には、水位異常上昇時に復水器
に直接ドレンを排出するラインが有り、本ラインの水位
調節弁が関してドレンを排出しようとするが、給水加熱
器内ドレンがフラツシユしているので配管内でチヨーキ
ングを起し排出能力が著しく低下してしまう。よつて、
給水加熱器水位の異常上昇や、フラツシユ蒸気の主ター
ビンへの逆流の要素があり、給水加熱器水位制御や、主
タービン速度制御に対して著しい外乱を生じてしまう問
題点がある。

次に、給水加熱器ドレンポンプをトリツプさせてしまう
事から、原子炉への給水供給能力が低下してしまう。す
なわち、ドレンポンプによつて給水系統に注入されるド
レン量は、原子炉への定格給水流量の約２５％に相当す
る大きな量であり、逆に、給水ポンプ上流側の復水ポン
プ、復水昇圧ポンプは定格給水流量の７５％を移送する
能力しか有していない。また、低圧給水加熱器や復水浄
化装置も同様に７５％の処理能力しか有していない。一
方、負荷しや断等の負荷急減時にも、原子炉は急激な熱
出力変化から保護する為に、必要な給水流量は急激には
減少せず、１００％給水流量を必要とする。よつて、復
水ポンプや、復水昇圧ポンプは仕様点以上の流量で運転
されるので、吐出圧力は低下や、ポンプ駆動用電動機の
過出力を生じてしまい、復水昇圧ポンプ、原子炉給水ポ
ンプは入口圧力低下によるトリツプや、復水ポンプ、復
水昇圧ポンプは電動機の過出力によるトリツプを生じる
可能性があり、原子炉は冷却水を喪失する事になりスク
ラムしてしまう。これらは低圧給水加熱器にバイパス配
管と止弁を配置して負荷急減時に、止弁を急速に全開す
る方法を行つても、復水ポンプや、復水昇圧ポンプの運
転流量の増加は防止できない。

〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術は、ＰＷＲプラントにおける適用例であ
り、ＢＷＲプラントの場合に負荷しや断時等の負荷変化
率の大きい点について配慮されておらず、負荷急激時に
ドレンポンプ保護の為にドレンポンプをトリツプさせて
しまうと、給水加熱器水位制御、主タービン速度制御の
外乱となり安定した制御を保つ事ができない事、復水給
水系ポンプのトリツプによる原子炉冷却水喪失、及び原
子炉スクラムの発生する問題があつた。

本発明の目的は、ＢＷＲプラントの様に、負荷変化率の
大きいプラントにおいて、負荷急減時に、ドレンポンプ
の保護と共に、給水加熱器水位制御、主タービン速度制
御の安定性確保と、復水給水系ポンプのトリツプを防止
して、原子炉冷却水量の安定確保を計り、原子炉スクラ
ムを防止する事にある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、給水加熱器からドレンポンプへの入口配管
に、復水給水系へのドレン注入点より上流側から冷却水
として復水を注入する事によつて、給水加熱器ドレン温
度を器内圧力の飽和温度よりも充分低く保つと共に、給
水加熱器ドレンポンプ形式にポンプ内保有水量の少い立
形ポンプを採用して、ポンプ復水の温度降下を速く、大
きくすることによつて、プラント負荷急減時にもドレン
ポンプ入口でのキヤビテーシヨン発生を防止して保護す
ることにより、ドレンポンプを安定して運転継続可能に
する事になり、ドレンポンプをトリツプさせる必要をな
くすことにより、給水加熱器水位制御及び主タービン速
度制御に対する外乱をなくし、復水給水系ポンプに過大
な流量を流さず原子炉に安定した給水流量を確保するこ
とにより達成される。

〔作用〕

給水加熱器からドレンポンプへの入口配管に、ドレンポ
ンプ出口のドレンを復水系に注入する注入点よりも上流
側から取り出した復水配管を接続し、常時、給水加熱器
ドレンよりも温度の低い冷却水を注入しておく。さら
に、ドレンポンプは給水加圧器内圧力の急激な低下に対
して、時間遅れなくポンプ内ドレン温度が速やかに低下
するように、保有水量の少ない横形ポンプを採用する。
それによつて、負荷しや断時等のプラント負荷急減時
に、給水加熱器内圧力の急減な低下が生じても、給水加
熱器からドレンポンプ入口までのドレン温度は、給水加
熱器内圧力の飽和温度よりも充分に低く保たれると共
に、ドレン温度は給水加熱器内圧力降下に対して、時間
遅れを持つ事なく速やかに降下する。

よつて、ドレンポンプ入口でのドレンのフラツシユの防
止と、キヤビテーシヨン発生を防止できるので、ドレン
ポンプはトリツプさせる必要がなく、安定して運転継続
する事ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

まず全体構成と、流体の流れについて説明する。原子炉
１で発生した蒸気は高圧タービン２、低圧タービン３な
送られ、両タービンを駆動した蒸気は復水器４に流入す
る。復水器４には図示しない冷却水が供給されており、
低圧タービン３の排気蒸気を冷却して凝縮させて復水に
する。復水器４内で復水は一時的に貯溜され復水ポンプ
５によつて抽出されて、復水浄化装置６で不純物を除去
された後、復水昇圧ポンプ７に送水される。

復水昇圧ポンプ７は復水をさらに昇圧して、低圧給水加
熱器８を通つて昇温された後、原子炉給水ポンプ９に送
水される。原子炉給水ポンプ９で復水をさらに昇圧し
て、高圧給水加熱器１０を通つてさらに昇温された後、
原子炉１に冷却水を供給する。

低圧タービン３からの抽出蒸気は低圧給水加熱器８に送
られ、復水と熱交換し、凝縮してドレンとなり復水器４
に回収され、低圧タービン３の排気蒸気の凝縮水と共に
原子炉１に供給される。高圧タービン２の抽気蒸気は高
圧給水加熱器１０に送られ、復水と熱交換し、凝縮して
ドレンとなり、ドレンタンク１１に送られる。ドレンタ
ンク１１内で一時的に貯溜されたドレンはドレンポンプ
１３によつて昇圧されて原子炉給水ポンプ９の入口復水
管１５に注入されて原子炉１に供給される。

ドレンポンプ１３の入口には、ドレンポンプ１３からの
ドレンを注入する復水管１５の注入点より上流から、冷
水注管１６を取り出し冷水を注入している。ドレンポン
プ１３の形式にはポンプ内保有水量の小さい横形ポンプ
を採用している。

また、負荷しや断時等のプラント負荷急減時に原子炉１
で発生する余剰蒸気を復水器４に放出するタービンバイ
パス弁１７が設けられている。

次に本図における主要な制御について説明する。高圧タ
ービン２、低圧タービンの速度制御は、図示しない蒸気
加減弁によつて制御される。

原子炉１への給水流量制御は、原子炉１の発生蒸気によ
つて原子炉給水ポンプ９を駆動する図示しない蒸気ター
ビンの回転数を調節することによつて制御される。

高圧給水加熱器１０で発生するドレンは、ドレンタンク
１１に入り、ドレンタンク１１に設けた水位検出装置１
２によつて水位検出し、ドレンポンプ１３の吐出側に設
けた水位制御弁１４の開度を調整して、ドレンポンプ１
３の吐出流量、すなわち、復水管１５への注入ドレン量
を調節することによつて制御される。

ここで、高圧給水加熱器１０の高温ドレンを復水器４に
排出しないで、復水配管１５に注入して熱回収している
のでプラント効率の向上と、復水ポンプ５、復水浄化装
置６、復水昇圧ポンプ７、低圧給水加熱器８の容量を、
高圧給水加熱器１０のドレン量２５％分低減して、７５
％に低減できる給水加熱器ドレンアツプシステムの利点
を損なつてはいない。というのは、ドレンポンプ１３の
入口に、冷水注入を行つているが、ドレンポンプ１３入
口の温度を低下させて安定化計つているものであり、高
圧給水加熱器１０の高温ドレンの熱エネルギ回収は、復
水配管１５の注入点において全量回収され、系外に放出
していないからである。

次にドレンポンプ１３の形式について第２図によつて説
明する。

ドレンポンプ１３は、約２００℃の高温の飽和ドレンを
取扱う事から、従来においては、通常運転時のＮＰＳＨ
を確保して安定運転を計る為、定常状態においてはＮＰ
ＳＨ確保が比較的容易な立形ポンプを採用していた。し
かし、定常状態だけでなく負荷しや断等の急激な負荷変
発生時の過渡状態においては、高圧給水加熱器１０及
び、ドレンタンク１１の器内圧力は急激に低下する。こ
の時、ドレンタンク１１、及びドレンポンプ１３に保有
しているドレンの温度は高い状態にあり、圧力変化に対
して時間遅れを持つて温度降下するのでドレンポンプ１
３内の高温ドレンがフラツシユし、ＮＰＳＨを確保でき
ずキヤビテーシヨン発生して、ドレンポンプ１３は運転
継続が困難になり、運転継続するとポンプ損傷に至つて
しまう。第２図に示す様にドレンポンプ保有水量は、立
形ポンプ約６m₃に対して、横ポンプを採用すると、約
０．３m₃と約５％の保有水量に低減できるので、ポンプ
内の温度降下速度に時間遅れがなくなりフラツシユ防止
が可能となる。

本実施例の特徴とするところは、ドレンポンプ１３の入
口に、給水加熱器１０の凝縮ドレンを復水配管１５に注
入する注入点よりも上流側から取り出した復水を注入し
て、ドレンポンプ１３入口のドレン温度を給水加熱器１
０及びドレンタンク１１の器内圧力の飽和温度より充分
低く保つと共に、ドレンポンプ１３の形式を横形ポンプ
として保有水量を小さくして、給水加熱器１０、ドレン
タンク１１の器内圧力が急激に低下する過渡状態におい
てもドレンポンプ１３内の温度降下速度を速くし、ドレ
ンポンプ１３入口でのフラツシング発生、キヤビテーシ
ヨン発生を防止するものである。

本実施例におけるプラント負荷しや断時のドレンポンプ
入口圧力等の変化について第３，４図によつて説明す
る。

第３，４図は、プラント負荷しや断時の負荷急減時にお
けるドレンポンプ１３の入口圧力、温度、ＮＰＳＨを、
動特性解析により求めたものである。

まず、第３図は従来技術と本発明の実施例それぞれの場
合におけるプラント負荷しや断時のドレンポンプ１３の
入口における圧力と温度変化を解析により求めたもので
ある。

第３図に示す様に、本発明の実施例では、従来技術を比
較して、通常運転時にもポンプ入口温度は約２０℃低く
保つ事ができる。さらに、負荷しや断発生時におけるポ
ンプ入口温度は、入口圧力の降下と共に降下し、時間遅
れがないので、フラツシユ発生を防止できる。

次に第４図は第３図と同様に、ドルンポンプ１３の必要
ＮＰＳＨと、有効ＮＰＳＨを示したものである。

第４図に示す様に、本発明の実施例によれば、従来技術
と比較して、ドレンポンプの必要NPSHに対して、有効Ｎ
ＰＳＨを充分高く保つことができるので、キヤビテーシ
ヨンの発生を防酔できるのでドレンポンプ１３は安定し
た運転を継続する事ができる。

本発明の実施例によれば、プラント負荷しや断時等の負
荷急減時に給水加熱器内圧力も急減に減少しても、ドレ
ンポンプ入口でのフラツシユ発生、キヤビテーシヨン発
生を防止する効果があるのでドレンポンプの保護と同時
に安定して運転継続できる効果がある。

さらに、ドレンポンプが安定して運転継続できるので、
従来技術で示した様にドレンポンプ保護のためにトリツ
プさせる必要がなくなり、給水加熱器水位制御、主ター
ビン速度制御への外乱要素がなくなり安定して運転でき
ると共に、復水ポンプ復水昇圧ポンプの過出力運転の防
止、及び、原子炉給水ポンプ、復水昇圧ポンプの入口圧
力も高く保つ事ができるので、原子炉への冷却水量は安
定して確保でき、原子炉スクラムを防止できる効果があ
る。

本発明の他の実施例を第５図によつて説明する。

系統の構成、流体の流れは第１図とほぼ同様であるが、
本実施例の特徴とするところは、低圧給水加熱器８の凝
縮ドレンを復水器４に回収せず、低圧ドレンタンク４１
に回収して一時的に貯溜して低圧ドレンポンプ４３によ
つて昇圧し、復水昇圧ポンプ７の上流の低圧復水管４５
に注入して原子炉１に給水しており、低圧ドレンポンプ
の入口に、先のドレン注入点より上流の復水を低圧冷水
注入管４６により冷却水として注入すると共に、低圧ド
レンポンプは保有水量の少ない横形ポンプを採用してい
る事にある。

本実施例においても、第１図の実施例と同様の効果が得
られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、負荷しや断時等のプラント負荷急減時
に、給水加熱器内圧力低下と共に、ドレンポンプ入口圧
力が急激に低下しても、ドレンポンプ入口に冷却水を注
入している事、ならびにドレポンプに保有水量の少い横
型ポンプを採用する事により、ドレンポンプ入口での圧
力降下速度に時間的な遅れを持つ事なく入口温度が降下
するので、ドレンポンプ入口での、フラツシユ発生を防
止する効果、及び、ドレンポンプのキヤビテーシヨン発
生を防止して、安定に運転継続できる効果がある。

さらに、ドレンポンプは安定に運転継続できるので、ポ
ンプ保護の為にトリツプさせる必要がなくなるので、給
水加熱器ドレン水位制御、主タービン速度制御に外乱を
与える事がなく安定して運転継続できる効果があると共
に、復水ポンプ、復水昇圧ポンプが過出力運転されない
ので両ポンプのトリツプを防止でき、原子炉に安定して
冷却水供給できるので、原子炉スクラムを防止できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統図、第２図はドレンポ
ンプの構造図、第３図は負荷しや断時のドレンポンプ入
口圧力温度の線図、第４図は負荷しや断時のＮＰＳＨの
線図、第５図は本発明の他の実施例の系統図である。 １……原子炉、２……高圧タービン、３……低圧タービ
ン、４……復水器、５……復水ポンプ、６……復水浄化
装置、７……復水昇圧ポンプ、８……低圧給水加熱器、
９……原子炉給水ポンプ、１０……高圧給水加熱器、１
１……ドレンタンク、１２……水位検出装置、１３……
ドレンポンプ、１４……水位調整弁、１５……復水配
管、１６……冷水注入管、１７……タービンバイパス
弁、４１……低圧ドレンタンク、４２……水位検出装
置、４３……低圧ドレンポンプ、４４……水位調節弁、
４５……低圧復水管、４６……低圧冷水注入管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発電プラントにおける給水加熱器と、給水
   加熱器ドレンタンクと、ドレンポンプを有し、給水加熱
   器ドレンを復水給水系統に注入する給水加熱器ドレン系
   統において、復水給水系統の給水加熱器ドレン注入点よ
   り上流側から、ドレンポンプ入口側に接続する導水管を
   設けて冷却水を供給すると共に、ドレンポンプ形式を横
   形ポンプとする事により、プラント負荷急減時等の給水
   加熱器内圧力、ならびにドレンポンプ入口圧力急激時
   に、ドレンポンプ入口側でのドレンのフラツシユ防止と
   ドレンポンプのキヤビテーシヨン防止を可能にした事を
   特徴とする給水加熱器ドレン系統。