JPS6017963B2 - 熱交換器の２次流体温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は主として蒸気発生プラントに適用される熱交
換器の２次流体温度制御装置の改良に関する。

向流型熱交換器を備え、原子炉等を熱源とする蒸気発生
プラントとして、第１図に示されるものが知られている
。

図中、１６は原子炉や中間熱交換器等の熱源で、加熱流
体を高温に加熱するところである。

ここで高温に加熱された加熱流体は配管２５を通じて蒸
気発生器に輸送される。蒸気発生器は過熱器１、蒸気器
２、およびこれらを連絡する配管２７，２８とで構成さ
れ、輸送された加熱流体は過熱器１を経たのち、配管２
８を介して蒸発器２に送られる。一方、給水ポンプ１４
から， ２３を通じて蒸気発生器に水が供給される。
この水は蒸発器２で加熱流体と熱交換して蒸気を発生し
、この蒸気は配管２７を介して過熱器１に送られ、ここ
で加熱流体とさらに熱交換を行なって、過熱度を高める
。得られた過熱蒸気は蒸気配管２４を介してタービン等
の負荷機器に供給されるが、通常は蒸気配管２４に圧力
調節弁１５を設けて、所定の圧力値に調整される。また
、蒸発器２で熱交換を終えた加熱流体は低温となり、配
管２６を通して再び熱源１６に戻される。

このような蒸気発生プラントは、蒸発器２の出口蒸気温
度に大変動が生ずると、材料強度および運転操作に悪影
響を及ぼすから、蒸気温度を適切に調節する必要がある
。

そのため、従来よりつぎに述べるような温度制御操作が
行なわれてきた。

出力要求信号発生器３から、タービン等の負荷の大きさ
に応じて出力要求信号が発せられ、これに合致するよう
に給水流量調節弁９が給水流量を調節する。

図示の例では出力要求信号は蒸気流量、すなわち給水流
量に換算されて発信されるので、加算器６による修正を
受ける前では、給水流量目標信号と等しい。ところで、
出力変更時あるいは他の外乱を受けた場合は、蒸発器２
出口蒸気温度が変動する。

そこで、温度検出器４で検出した温度信号を温度目標信
号発信器１７にフィードバックし、ＰＩ調節器（以下、
Ｐ調節器は比例動作によるもの、１調節器は積分動作に
よるものを示す）５で給水流量を修正操作し、これによ
って蒸発器２の出口蒸気温度を制御する。この場合、Ｐ
Ｉ調節器５の発生信号は加算器６で出力要求信号に加算
され、加算器６の発生信号に給水流量検出器８の流量信
号が負帰還され、ＰＩ調節器７が給水調節弁９の操作信
号を発信する。

一方、加熱流体については蒸気発生器部分負荷特性に合
わせて、関数発生器１０より流量目標信号が発信され、
これに加熱流量検出器１１からの信号がフィードバック
され、流量調節器１２が循環ポンプ１３の回転速度を操
作する。上述した制御操作では、加熱流体の流量もしく
は入口温度等の変動により、蒸発器２出口蒸気温度に変
動が生じたのち、調節器５による制御が行なわれるため
、制御動作が遅れる煩向があり、十分な温度変動防止作
用が得られない問題がある。

とくに循環ポンプ１３が停止して加熱流体流量が急速に
減少する事故が生ずると、給水流量と加熱流体流量のバ
ランスが大きく損なわれ、蒸発器２出口蒸気温度が大き
く変動するので、上記の問題点は一層顕著となる。なお
、制御性能を改善するため、調節器５に微分動作を取入
れることも考えられるが、現実にはノイズの点で問題が
あり、実用的な対策ではない。この発明は上記事情に鑑
みてなされたもので、たとえば前述した蒸気発生プラン
トを例にとれば、それが加熱流体流量や加熱流体入口温
度の変動という影響の強い外乱を受けた場合でも、蒸発
器出口蒸気温度の大変動を抑止してこれを設計許容範囲
内にとどめ、また急激な蒸気温度の変化による蒸気発生
器の損傷を避けることができる、熱交換器の２次流体温
度制御装置を提供するものである。

すなわちこの発明は向流型熱交換器を介して熱交換関係
を保持する１次流体循環系と２次流体循環系とを具備し
た装置において、１次流体循環系に設けられ中央指令器
に連絡された第１の流量制御器と、２次流体循環系に設
けられた第２の流量制御器と、１次流体循環系に設けら
れた流量検出器を含む２次流体流量指令器と、２次流体
循環系の熱交換器出口側に設けられた温度検出器を含む
温度補償器と、この温度補償器と上記流量指令器とに連
絡され両者の出力を受けるとともに上記第２の流量制御
器に連絡された位相調節器と、を鯨設したことを特徴と
する。

以下、第２図に示す蒸気発生プラントの実施例に基づい
て、この発明を詳細に説明する。

なお、給水、蒸気発生、過熱蒸気および加熱流体の挙動
については、第１図と同じなので、説明を省略する。１
０は加熱流体流量目標信号発生器で、これは出力要求信
号発生器３の発生信号を受けて、加熱流体流量調節器１
２の制御目標値を発生する。

１２は加熱流体流量調節器で、加熱流体流量検出器１１
からの信号を負帰還し、ＰＩ動作によって循環ポンプ１
３の回転速度を操作する。

２１は関数発生器で、加熱流体流量信号を１１から受信
することによって、給水流量目標信号を発生する。

１９も関数発生器で、同様にして加熱流体温度目標信号
を発生する。

加熱流体温度検出器１８の信号と加熱流体温度目礎信号
発生器１９の目標信号はＰ調節器２０に送られる。Ｐ調
節器２０は１８の信号と１９の信号の偏差に対し所定の
倍率で増幅を行なった信号を発信し、この信号は加算器
２９において、関数発生器２１の給水流量目標信号に加
算修正を加える。加算器６では、加算器２９とＰＩ調節
器５からの信号を加算する。２２は位相進み補償器で、
加算器６の発信した給水流量目標信号に対し位相進み補
償を与えるところである。

ＰＩ調節器７は、位相進み補償器２２の発信した給水流
量目標信号に給水流量検出器８からの流量信号を負帰還
させることにより、給水調節弁９の操作信号を発信し、
給水流量を調節する。上述した装置構成によると、要求
出力に応じて蒸気発生器部分負荷特性に合致した加熱流
体流量目標値が関数発生器１０によって与えられるから
、加熱流体流量は目標値に迫値制御される。

同時に、加熱流体流量と蒸発発生器部分負荷特性上のバ
ランスのとれた給水流量目標値が関数発生器２１によっ
て与えられ、給水流量はこの目標値に追値制御される。
したがって加熱流体流量と給水流量とは、蒸気発生器部
分負荷特性上のバランスが常時保たれ、蒸気発生器の入
熱と出熱のバランスも保たれる。蒸気発生器が制御誤差
やその他の外乱を受けて、蒸発器２出口蒸気温度に変動
が生じると、温度調節器５のＰＩ制御動作が働いて給水
流量が調節され、蒸発器２出口蒸気温度の変動を最小限
にとどめることができる。一方、蒸発器２入口加熱流体
温度が変動した場合は蒸発器２出口蒸気温度の大きな変
動応答が引起こされるが、このような場合は、加熱流体
実流量検出値に対し蒸気発生器部分負荷特性に合致した
標準の加熱流体温度が関数発生器１９から発信せられ、
加熱流体温度検出値と標準温度との偏差に基づき、Ｐ調
節器２０が給水流量目標値を補正する。

この補正によって給水流量の先行的な修正調節がなされ
る結果、前記変動応答は有効に抑制される。また、加熱
流体流量が循環ポンプ１３の故障等により大幅な変動を
生じた場合には、給水流量の目標値が実際の加熱流体流
量の変動に応じた値で関数発生器２１によって与えられ
るため、常時、加熱流体流量と給水流量のバランスが確
保され、蒸発器２の入熱出熱のバランスも確保され、そ
の結果、蒸発器２出口蒸気温度の変動は最小限に抑制さ
れる。

一方、加算器６から発生される修正ずみの給水流量目標
値に追従した給水流量を得るため、給水流量調節器７の
制御動作遅れに起因する給水流量応答の遅れを補償する
ことが、必要である。

この補償作用を、この発明では位相進み補償器２２で行
なわせる。たとえば弁に遅れがなく、給水流量を負帰還
させたときのＰＩ調節器伝達特性は、通例、次式で与え
られる。

Ｔ，Ｓ＋１ …‘１’ＧＰ，（Ｓ
）＝（１十・／ＫＰ）Ｔ，Ｓ＋１たゞしＧＰ，（Ｓ）；
ＰＩ調節器伝達特性 ＫＰ；比例ゲイン Ｔ，；積分時定数 Ｓ；ラプラス演算子 したがってＧＰ，（Ｓ）による遅れを補償するためには
、つぎの特性Ｇｃ（Ｓ）を持つ補償要素を用いればよい
。

１＝ＧＰ，（Ｓ）・Ｇｃ（Ｓ） ．・．Ｇｃ（Ｓ） １ （１十１／ＫづＴ，Ｓ＋１ 一ＧＰ，６） Ｔ，Ｓ＋１ ．・・．・・．・・・・・‘２１ たゞし‘２１式で示される補償特性は単なる一例を示す
ものであり、類似の特性を持つ他の伝達関数式による補
償要素を用いても、作用は同じである。

以上で明らかな如く、従来装瞳では出口要求信号に応じ
て給水流量目標値が与えられていたが、この発明の装置
によれば、実際の加熱流体流量に基き蒸気発生器部分負
荷特性に合致した給水流量が得られるために、出力変更
時などプラント過渡時において、蒸気発生器の入熱と出
熱のバランスが常に確保される。

その結果、蒸発器出口蒸気温度の変動発生が常に最小限
に抑制されるという効果を奏することができる。また蒸
発器入口加熱流体の温度が蒸気発生器部分負荷特性から
偏位した異常温度になった場合は、その偏差に応じて給
水流量を先行的に修正調節するのでｔ蒸発器の入熱と出
熱のバランスが常に保たれ、その結果、蒸発器出口蒸気
温度の変動発生が最小限に抑制されるという、効果が発
現する。さらに、給水流量目標値は従来と異なって最終
的に位相進み補償を行なうので、給水流量の操作遅れが
解消され、蒸発器の入熱、出熱のバランスをより完全に
保持することができ、その結果、蒸発器出口蒸気温度の
変動発生を最小限に抑制することができる。

さらにまた、従釆では加熱流体循環ポンプの故障等によ
り加熱流体流量が大幅かつ急激に変動したような場合、
給水流量のバランスをとる操作が、蒸発器出口蒸気温度
の変動があったのちに、温度変動を回復するための制御
動作として行なわれていたので、とかく蒸発器出口蒸気
温度の大変動が生じ易い問題があったが、この発明によ
れば加熱流体の実流量と常にバランスのとれた給水流量
が得られるという、効果が発揮されるので、蒸発器出口
蒸気温度の変動発生を最小限に抑えることができる。

したがってこの発明はＦＢＲ用蒸発器過熱器分離型貫流
式蒸気発生器に限らず、向流型熱交換器を結合した熱交
換器一般分野において、工業的に大きな貢献をするもの
である。

【図面の簡単な説明】

図面は蒸気発生プラントを示すもので、第１図は従来例
、第２図はこの発明の一実施例の構成図である。 １…・・・過熱器、２・・・・・・蒸発器、３・・…・
出力要求信号発生器、４・・・…蒸発器出口蒸気温度検
出器、５・・…・蒸発器出口蒸気温度ＰＩ調節器、６…
・・・蒸発器出口蒸気温度調節加算器、７……給水流量
ＰＩ調節器、８…・・・給水流量検出器、９・・・…給
水流量調節弁、１０…・・・加熱流体流量目標信号発生
器、１１・・…・加熱流体流量検出器、１２・・・…加
熱流体流量調節器、１３・・・…加熱流体循環ポンプ、
１４・・・・・・給水ポンプ、１５・・・・・・蒸気発
生器出口弁、１６・・・・・・加熱流体熱源、１７…・
・・蒸発器出口蒸気温度目標信号発生器、１８・・・…
蒸発器入口加熱流体温度検出器、１９・・・・・・加熱
流体温度目標信号発生器、２０・…・・加熱流体温度偏
差信号増幅用Ｐ調節器、２１・…・・給水流量目標信号
発生器、２２・・・…位相進み補償器、２９……入口加
熱流体温度補正加算器。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 向流型熱交換器を介して熱交換関係を保持する１次
   流体循環系と２次流体循環系とを具備した装置において
   、１次流体循環系に設けられ中央指令器に連絡された第
   １の流量制御器と、２次流体循環系に設けられた第２の
   流量制御器と、１次流体循環系に設けられた流量検出器
   を含む２次流体流量指令器と、２次流体循環系の熱交換
   器出口側に設けられた温度検出器を含む温度補償器と、
   この温度補償器と上記流量指令器とに連絡され、これら
   の出力を受けるとともに上記第２の流量制御器に連絡さ
   れた位相調節器と、を配設したことを特徴とする熱交換
   器の２次流体温度制御装置。