JPH07200069A - 冷却水制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、冷却水温度が規定値をこえる運転に
なった場合にも冷却水量の増加を少なくして省エネ運転
が可能な冷却水制御装置を提供することにある。 【構成】本発明は、火力発電プラントや一般産業用のフ
ァン、冷却器又は軸受等の機器から発生する熱を冷却水
で冷却する冷却水制御装置において、前記冷却器入口お
よび出口に温度調節弁と冷却水流量検出器を設け、前記
冷却水流量検出器で検出された冷却水量が規定以上のと
き前記温度調節弁の開度を規定値の開度でロックし，給
油温度一定制御から自動的に給油温度変化運転に移行
し，さらに給油温度の警報設定点をこえると、設定温度
を変更として冷却水量を増加させ，再び給油温度一定制
御運転を行い，これ以上にさらに冷却水温度が上昇する
と，予備の冷却器と並列運転することで当該冷却器出口
温度を設定温度に維持する制御装置を設けているので、
冷却水温度が規定値をこえる運転になった場合にも冷却
水量の増加を少なくして省エネルギー運転ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、火力発電プラントの構
成機器や一般産業用機器を冷却する冷却水制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、多数のプラントにおいて、冷却水
を利用してプラント機器から熱を取り出し、冷却搭で熱
放散させ、再び冷却水として循環させる冷却水システム
が採用されている。

【０００３】例えば、火力発電プラントに注目すると、
冷却対象機器として、ファン、蒸気タービンの油冷却
器、発電機の水素冷却器、真空ポンプ、ボイラ給水ポン
プ、制御用圧縮機、石炭ミルなどがある。この内、冷却
水を多量に必要とする機器は、蒸気タービンの油冷却器
と発電機の水素冷却器であり、プラントの容量などによ
り差はあるが、それぞれ全体の冷却水量の約３０％以上
を使用している。

【０００４】また、冷却機器の設計は、季節や昼夜の大
気温度や湿度の変化と、冷却搭の特性によって決定され
る冷却水温度と、冷却される媒体の運転特性により決定
される媒体温度とを考慮して行なわれる。ちなみに、蒸
気タービンの軸受の潤滑に必要な油の温度は、一般に４
３〜４９℃であり、冷却水による潤滑油の温度制御は、
適宜冷却水量を手動にて制御することにより行なわれて
いる。

【０００５】他方、大形プラントでは省力化のために冷
却媒体の温度を、ある温度に一定に制御するよう機器の
入口又は出口に温度調節弁を設けて、冷却水温度の変化
に対し冷却水量を制御して冷却媒体の温度を一定に制御
している。

【０００６】図２は代表的な冷却水システムの構成図で
あり、油冷却器の入口に温度調節弁を設けたシステム系
統構成を示す。すなわち、同図において、冷却水ポンプ
１Ａを介し給水ライン２で供給された冷却水は分岐さ
れ、一方は温度調節弁３、冷却水入口弁８Ａを経て油冷
却器４Ａへ供給され、他方は温度調節弁３の設置されて
いない冷却器１４へ供給される。油冷却器４Ａでは油と
冷却水の熱交換により温度上昇した冷却水は、冷却水出
口弁９Ａ、ドレンライン１５を介して冷却搭１６へ戻さ
れ、そこで熱放散され、再び冷却水としてポンプ１Ａへ
供給される。また潤滑油は潤滑油入口弁１０Ａから油冷
却器４Ａへ供給され、潤滑油出口弁１１Ａ、循環油ライ
ン１７を通って循環される。７は制御装置である。さら
に、予備として油冷却器４Ｂ、冷却水入口弁８Ｂ、冷却
水出口弁９Ｂ、潤滑油入口弁１０Ｂ、潤滑油出口弁１１
Ｂおよびそのためのラインが図のように設けられてい
る。

【０００７】ところで、上記制御装置７は次のように動
作する。すなわち、冷却水温度が規定値以下であれば、
給油温度が設定値になるように給油温度検出器５の信号
１８により温度調節弁３の開度を制御して冷却水量を絞
っていくが、冷却水温度が上昇すると、冷却水量を増加
させていき、冷却水量が規定値をこえると、温度調節弁
３の開度を規定流量に制限するように制御する。この冷
却水システムは、冷却水温度が低い時に冷却水量を多量
に減らせるので、全体の冷却水量の減少効果が図られ、
結果としてポンプ動力の削減に寄与できるため、冷却水
量を多量に使用する機器に設置される場合が多い。

【０００８】ここで、先に述べた冷却搭の冷却水出口温
度は、プラントが設置される場所の夏場平均日最高温度
と、平均温度を基準に各機器の冷却水量、計画交換熱量
（冷却水量と冷却水温度上昇との積）により決定されて
いるので、夏場平均日最高温度や各機器の交換熱量が計
画より大きくなった場合や、冷却搭それ自身の性能低下
や性能未達の場合には各機器への冷却水供給条件は規定
値を満足しないことになる。

【０００９】一例として、夏場日中など冷却搭から出て
くる冷却水温度が規定値を満足しない場合を考えてみ
る。図３は蒸気タービンの油冷却器で冷却水量をパラメ
ータとする場合の機器冷却水入口温度と油出口温度（蒸
気タービンヘの給油温度）の関係を示す特性曲線であ
る。例えば、冷却水入口温度が３３℃，油出口温度が４
６℃の時、冷却水量が１００％として設計されている場
合、夏場の冷却水温度が上述の理由で３５℃に上昇する
と、油冷却器入口の温度調節弁は油出口温度に規定値の
４６℃に保持すべく開度を増し、冷却水量が２３０％に
なるまで開くことになる。このことは油冷却器が全体の
冷却水量の３０％に設計されているシステムなら冷却水
量が３５℃に増加すると、全体の冷却水量は規定の１３
９％の量を必要とすることになり、通常のポンプ１台運
転では所要の冷却水量を供給することができず、予備機
を投入してポンプ２台運転が必要になる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した油冷却器のよ
うに、温度調節弁を設けた機器では、冷却水温度が規定
の温度より低い場合には冷却水量が減少し、省力化、省
エネルギー化が図れるが、一度規定冷却水温度を越える
と、１℃で１００→１５０％へ、２℃で１００→２３０
％へと冷却水量を急激に増加させなければならない特性
をもっており、夏場の日中など予備機を投入したポンプ
２台運転の必要性について常に注意して運転する必要が
あった。

【００１１】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は冷却水温度が規定値をこえる運転になっ
た場合にも冷却水量の増加を少なくして省エネルギー運
転が可能で、さらに冷却器の清浄度を常時監視し、清浄
度が悪化した場合には適切な切替タイミングが図られ、
予備の冷却器に切り換えられる冷却水制御装置を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の請求項１は、火力発電プラント、一般産
業用のファン，軸受等の機器から発生する熱を、ポンプ
により供給された冷却水と冷却器で熱交換し、この熱さ
せられた水を冷却搭にて熱放散させて再び冷水として前
記ポンプにて循環するように構成された冷却水制御装置
において、前記冷却器入口および出口に温度調節弁と冷
却水流量検出器を設け、前記冷却水流量検出器で検出さ
れた冷却水量が規定以上のとき前記温度調節弁の開度を
規定値の開度でロックし，給油温度一定制御から自動的
に給油温度変化運転に移行し，さらに給油温度の警報設
定点をこえると、設定温度を変更として冷却水量を増加
させ，再び給油温度一定制御運転を行い，これ以上にさ
らに冷却水温度が上昇すると，予備の冷却器と並列運転
することで当該冷却器出口温度を設定温度に維持する制
御装置を設けたことを特徴とする。

【００１３】本発明の請求項２は、請求項１記載の冷却
水制御装置において、冷却器入口側に冷却水温度検出器
を設け、この冷却水温度検出器の検出信号を当該冷却器
の清浄度を示す特性図に基づいて診断する診断装置を設
けたことを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明の冷却水制御装置によると、温度調節弁
を持つ従来の系統に流量検出器を追設し制御装置で演算
させることで規定条件以上に冷却水量が流れた場合に、
検出された冷却水量により温度調節弁の開度を規定値の
開度でロックし、給油温度一定制御から自動的に給油温
度変化運転に移行でき、さらに給油温度の警報設定点を
こえる条件であれば、設定温度（４６→４９℃に設定温
度）を変更として冷却水量を増加させ、再び給油温度一
定制御運転を行なってポンプ２台運転の機会を減少させ
ることができる。また、さらに冷却水温度が上昇した場
合も油冷却器を予備機との並列運転とすることで油出口
温度を設定温度に維持でき、また油冷却器のチューブ内
流速を制限内に抑えることができる。さらに、清浄度を
常時監視することで予備機への切替を適切なタイミング
で実施できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例のシステム構成図であり、
既に説明した図２と同一構成部分には同一符号を付して
説明する。同図において、冷却水ポンプ１Ａにより給水
ライン２を経て供給される冷却水は分岐され、一方は温
度調節弁３及び冷却水入口弁８Ａを経て油冷却器４Ａへ
供給され、他方は温度調節弁３の設置されていない冷却
器１４へ供給される。油冷却器４Ａでは油と冷却水の熱
交換により温度上昇した冷却水は、冷却水出口弁９Ａ、
ドレンライン１５を介して冷却搭１６へ戻され、そこで
熱放散され、再び冷却水としてポンプ１Ａへ戻される。

【００１６】また油冷却器４Ａに接続されるドレンライ
ン１５上には流量検出器６が取り付けられており、この
流量検出器６の電気信号１８と潤滑油ライン１７に設置
されている給油温度検出器５の電気信号１８′とが制御
装置７に入力され、演算されて、温度調節弁３の開度信
号を作り出す。

【００１７】冷却水温度が規定値以下であれば、給油温
度が設定値になるように給油温度検出器５の信号１８′
により温度調節弁３の開度を制御して冷却水量を絞って
いくが、冷却水温度が上昇すると、冷却水量を増加させ
ていき、冷却水量が規定値をこえると、流量検出器６の
信号が優先し、温度調節弁３の開度を規定流量に制限す
るように制御装置７で演算する。

【００１８】さらに冷却水温度上昇があれば、給油温度
検出器５の信号１８′にかかわらず、給油温度を規定上
限以内に上昇させる運転を行なう。給油温度が上限を越
えたら給油温度の設定値を給油温度の上限に設定し直
し、流量検出器６の信号に打ち勝って再び冷却水量を増
加させていく。

【００１９】このように制御装置７による制御によって
冷却水温度の上昇に対する冷却水量の増加を従来より減
少させることができ、ポンプ１Ａ，１Ｂの２台運転の機
会を減少させることが可能となる。

【００２０】またさらに、冷却水温度が上昇し、温度調
節弁３が全開となり給油温度を設定値に維持できなくな
ると、予備の油冷却器４Ｂの冷却水入口弁８Ｂ、冷却水
出口弁９Ｂ及び潤滑油入口弁１０Ｂ、潤滑油出口弁１１
Ｂを開とし油冷却器４Ａ，４Ｂを２台並列運転すると共
に温度調節弁３、バイパス弁２５を開とし、必要冷却水
量を確保し、給油温度を設定値に維持する。

【００２１】以下、本実施例の制御装置７の機能を図５
の機能フロー図及び図６の各信号の相互のレベル関係を
示した特性図を参照して説明する。図５及び図６におい
て、給油温度検出器５の信号ＰＶと設定器１９Ａ又は１
９Ｂの設定信号ＳＶは、切換スイッチ２０Ａで選択さ
れ、比較され、調節計２１にてＰＩＤ調整されＭＶ−１
の信号で低値優先回路（以下ＬＶＧと称す）２３に入力
する。

【００２２】一方、流量検出器６の信号は、開度発信器
２２は入力−出力関係図で示す信号と、設定器１９Ｃと
切換スイッチ２０Ｃとレートリミッタ２４を介した信号
を切換スイッチ２０Ｂで選択し、ＭＶ−２の信号でＬＶ
Ｇ２３に入力する。両信号ＭＶ−１とＭＶ−２は、ここ
で比較され低値信号が優先され、ＭＶ信号として調節弁
３の入力信号となる。また、ＭＶ信号上限か、または冷
却水量が油冷却器チューブ流速制限値以上となる場合に
は、冷却水出入口弁８Ｂ．９Ｂ、潤滑油出入口弁１０
Ｂ，１１Ｂ、温度調節弁バイパス弁２５へ開指令が出力
される。

【００２３】ここで、冷却水温度と冷却水量の関係をい
くつかの制御範囲、例えば以下のように制御範囲（１）
〜（５）に区切って説明する。 ［制御範囲（１）］ある整定条件より冷却水温度が上昇
すると、図３の特性により油出口温度が上昇してくる。
通常は設定器１９Ａで油温度は４６℃にセットされてい
るので偏差信号は調節計２１で演算されＭＶ−１信号で
増加させる。

【００２４】一方、流量検出器６の流量が規定値より少
ない場合には開度発信器２２の信号は１００％の位置に
あり、切換スイッチ２０Ｂはこの値をＭＶ−２信号とし
てＬＶＧ２３へ伝達する。ＬＶＧ２３で両信号は比較さ
れ、低値のＭＶ−１の信号が優先され、ＭＶ信号として
調節弁３の開度信号を作る。

【００２５】［制御範囲（２）］冷却水温度がさらに上
昇していくと、冷却水量が増加していき、冷却水量が規
定値をこえると、流量検出器６の信号は開度発信器で規
定流量を維持する出力信号ＭＶ−２を作る。また給油温
度検出器５のＶＰ信号は流量制限により上昇し、信号Ｓ
Ｖと比較され、偏差信号は調節計２１で演算され、ＭＶ
−１信号となる。両信号はＬＶＧ２３で比較され、低値
のＭＶ−２信号が優先されＭＶ信号として調節弁３の開
度を規定流量に保つので、油出口温度は上昇しつづけ
る。

【００２６】［制御範囲（３）］上記状態よりさらに温
度が上昇すると、冷却水量は一定に保持されているので
油出口温度は４９℃まで上昇しつづける。

【００２７】［制御範囲（４）］油出口温度が４９℃を
越えるような冷却水温度になった時には、温度設定器の
セットは１９Ａより１９Ｂに切換スイッチ２０Ａにより
切換えられて４９℃にセットされ、ＰＶ信号と比較さ
れ、偏差信号は調節計２１で演算され、ＭＶ−１信号と
なる。一方、ＭＶ−２の信号は、切換スイッチ２０Ｂ及
び２０Ｃにより開度発信器２２から設定器１９Ｃ側に切
換えられ、レートリミッタ２４の変化率で増加してい
く。両信号はＬＶＧ２３で比較され、低値のＭＶ−１が
優先されるようになり、冷却水量制限は解除され、再び
設定値４９℃とした冷却水量制御を移行する。

【００２８】［制御範囲（５）］さらに、冷却水温度が
上昇し、ＭＶ信号が上限となるか、または冷却水量が油
冷却器４のチューブ流量制限以上となると、冷却水出入
口弁９Ｂ，８Ｂ、潤滑油出入口弁１１Ｂ，１０Ｂに開指
令が出力され、油冷却器４は２台並列運転となる。ま
た、温度調節弁バイパス弁２５にも開信号が出力され、
必要冷却水量が確保され、設定値を４９℃とした冷却水
量制御が続行される。

【００２９】また、冷却水温度検出器１２の信号、流量
検出器６の信号及び給油温度検出器５の信号は診断装置
１３に入力され、診断装置１３にて図４に示す曲線より
演算され清浄度が求められる。清浄度が悪化し、油冷却
器４の清浄を行う必要がある状態となると、その旨警報
等でガイダンスを行う。

【００３０】以上説明した制御装置７による制御のう
ち、制御範囲（１）乃至制御範囲（５）前半の説明は冷
却水入口温度上昇に伴う対策であり、制御範囲（５）後
半の説明は冷却器自体の劣化に対する対策である。すな
わち、前者においては、冷却水温度が規定値をこえる運
転になった場合に、油冷却器への流量を常時監視してお
き、冷却水量が規定値をこえたなら、温度調節弁の開度
をその状態で固定し、さらにそれ以上に冷却水温度が上
昇する場合には規定流量で油冷却器の油出口温度を変化
させて運転しようとするもので、例えば３５℃に冷却水
温度が上昇した場合には油出口温度は４８℃となり、油
側の運転制限内に油温度を変化させて運転するものであ
る。

【００３１】また通常油出口温度の上限は警報点が設定
されており、これをこえたら再び設定温度を上限（４９
℃）とし、冷却水調節弁の制御を開始させることにより
冷却水量の減少をはかり、冷却水ポンプ２台運転の機会
が減少できる。またさらに冷却水温度が上昇し、冷却水
調節弁が全開となり油出口温度を設定温度に維持できな
くなる場合、もしくは冷却水量が増加し油冷却器のチュ
ーブ流速制限にかかるような場合は、予備側の油冷却器
を活かし油冷却器２台並列運転とすると共に、冷却水調
節弁のバイパス弁を開し、冷却水量を確保することで油
出口温度を設定温度に維持でき、冷却水量の軽減も図れ
る。

【００３２】後者においては、前者とは異なり冷却器自
体の劣化にかかわる問題の解決である。図４に示す油冷
却器で冷却水量を一定とする場合に機器冷却水入口温度
と油出口温度の関係を清浄度のパラメータで示す関係曲
線によると、図３の場合と同じ設計系体とした場合に、
同じ冷却水温度でも清浄度が悪くなれば冷却水温度の上
昇したのと同じように油出口温度が上昇することになる
特性関係があることを示している。

【００３３】一般に、機器の交換熱量は経年的にほとん
ど変化せず、蒸気タービンの負荷にかかわらず一定であ
るので、同じ冷却水温度で油出口温度が上昇したという
ことは、逆に油冷却器の清浄度が悪くなったと推定する
ことができる。たとえば冷却水温度が３４℃の清浄度１
００％での油出口温度は４７℃なので、油出口温度が４
７．８℃になったということは油冷却器の清浄度が９５
％に低下したことになる。このように冷却水量・冷却水
温度・油出口温度から清浄度の変化を監視し、清浄度が
悪化した場合は油冷却器の予備機への切替及び常用機の
清浄を警報等でガイダンスすることにより、切替・清浄
のタイミングを判断できる。なお、予備機への切替を自
動的に行うことも可能であり、また清浄度を表示するこ
とも可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば冷
却水温度が規定値以上になっても従来に比べて冷却水量
の増加を少なく制御でき、冷却水ポンプの２台運転の機
会を減少できるので省エネルギーになり、またポンプ予
備機確保によりシステムの信頼性も向上する。さらに、
冷却水温度が上昇した場合に冷却器を予備機を含めて２
台運転することにより冷却器、冷却搭の設計温度を従来
より下げることも可能である。また、冷却器の清浄度を
常時監視し、清浄度が悪化した場合にガイダンスを行う
ことにより、適切な切替タイミングが図られ、冷却器の
運用が拡がり、プラントのフレキシブルが増加する、と
いう優れた効果を奏する。。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかる冷却水システムの構
成図

【図２】従来の冷却水システムの構成図

【図３】冷却水量に対する冷却水温度と給油温度との関
係を示す特性図

【図４】清浄度に対する冷却水温度と給油温度との関係
を示す特性図

【図５】本発明に係る制御装置の機能フロー図

【図６】本発明に係る各信号の相互のレベル関係を示す
図

【符号の説明】

１…冷却水ポンプ、２Ａ，２Ｂ…給水ライン、３…温度
調節弁、４Ａ，４Ｂ…油冷却器、５…給油温度検出器、
６…流量検出器、７…制御装置、８Ａ，８Ｂ…冷却水入
口弁、９Ａ，９Ｂ…冷却水出口弁、１０Ａ，１０Ｂ…潤
滑油入口弁、１１Ａ，１１Ｂ…潤滑油出口弁、１２…冷
却水温度検出器、１３…診断装置、１４…冷却器、１５
…ドレンライン、１６…冷却搭、１７…潤滑油ライン、
１８，１８′…電気信号、１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ…設
定器、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…切換スイッチ、２１…
調節計、２２…開度発信器、２３…低値優先回路、２４
…レイトリミッタ、２５…温度調節弁バイパス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 火力発電プラント、一般産業用のファ
   ン，軸受等の機器から発生する熱を、ポンプにより供給
   された冷却水と冷却器で熱交換し、この熱させられた水
   を冷却搭にて熱放散させて再び冷水として前記ポンプに
   て循環するように構成された冷却水制御装置において、
   前記冷却器入口および出口に温度調節弁と冷却水流量検
   出器を設け、前記冷却水流量検出器で検出された冷却水
   量が規定以上のとき前記温度調節弁の開度を規定値の開
   度でロックし，給油温度一定制御から自動的に給油温度
   変化運転に移行し，さらに給油温度の警報設定点をこえ
   ると、設定温度を変更として冷却水量を増加させ，再び
   給油温度一定制御運転を行い，これ以上にさらに冷却水
   温度が上昇すると，予備の冷却器と並列運転することで
   当該冷却器出口温度を設定温度に維持する制御装置を設
   けたことを特徴とする冷却水制御装置。
2. 【請求項２】 冷却器入口側に冷却水温度検出器を設
   け、この冷却水温度検出器の検出信号を、当該冷却器の
   清浄度を示す特性図に基づいて診断する診断装置を設け
   たことを特徴とする請求項１記載の冷却水制御装置。