JPS6017997B2 - 熱交換器の保護装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱交換器の保護装置に係り、特に高圧流体及び
低圧流体間で熱の交換を行なわせしめる熱交換器を熱交
去勢不・要時にも藤機すると共に、高圧流体が低圧流体
側に漏洩するのを検知できるようにした熱交換器の保護
装置に関する。

一般に、熱交換器は、高温の流体と低温の流体との間で
熱の移動をさせる機器であり、ボィラプラントや原子力
発電所等において熱交換の必要な部分に配段されている
。

また、上記熱交換器のうちで高圧系統で使用されるもの
にあっては、その高圧に耐え得るように厚肉に構成され
ている。ところで、貫流ボィラを備えたボィラプラント
等における高圧系統に使用される熱交換器にあっては、
プラント起動停止あるいは低負荷時にのみ使用し、通常
運転時には使用しないものがある。しかしながら、この
通常運転時においても、前記熱交換器は、高圧にさらさ
れているため、その高圧の低温流体（例えば、給水）が
漏洩した場合には貫流ボィラの気水分離タンクなどを急
冷してしまい、大事故につながる恐れがあり、さらに主
蒸気温度の急下降はプラント等におけるタービンの事故
にも発展する可能性がある。また、火力発電プラントの
負荷変化率は、周知のように年々高速となってきている
。

このため、熱交換器は、負荷の変化に応じて使用状態（
熱交換状態）から急速に不便用状態（熱交換不要状態）
とされたり、逆に不便用状態から使用状態とされること
になる。このように加熱・冷却が繰り返される状態で使
用される結果「肉厚容器としての熱交換器には高い熱応
力が加わることになり、熱交換器にクラックが発生する
恐れがある。本発明の目的は、上記従来技術の不都合な
点を解消し、熱応力の発生を抑制すると共に、高圧流体
の漏洩を検出することにより保護を図る熱交換器の保護
装置を提供するにある。本発明は、上記目的を達成する
ために、熱交換器の不便用時でも所定量の高温流体を熱
交換器を含む高温流体配管系に流して子熱をしておくと
共に、前記高温流体の流れを一定時間毎に停止しトかっ
この時における熱交換器付近の高温流体配管系の少なく
とも二つの異なる点における高温流体の温度降下を検出
するようにしたものである。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第
１図は、本発明に係る熱交換器の保護装置の実施例を示
す系統図である。

第１図に示すように本発明の第１実施例は、次のように
構成されている。符号１はポンプであり、このポンプ１
は、その吐出側を配管２を介して高圧給水加熱器３の流
入部に接続し、該ポンプーにより低温流体としての給水
を昇圧して高圧給水加熱器３に供給するようになってい
る。この高圧給水加熱器３は、その流入部から供Ｖ給さ
れた高圧の給水を一定の温度にして流出部より流出する
機器であり「その流出部を高圧の低温流体配管としての
給水配管４Ａに接続し、高圧の給水を給水配管亀Ａに流
入させるようになっている。前記給水配管４Ａを低温側
流入部に接続した熱交換器５は、その低温側流出部を給
水配管４Ｂを介してボイラ６に接続してあり、熱交換時
には高圧の給水が熱交換器５の内部を流れるようになっ
ている。菱蓑熱交換器５はト前述の低温側流入部及び低
温側流出部以外にも高温側流入部及び高温側流出部を有
し、高温流体及び低温流体の混合がされることなく熱の
移動交換のみを行なわせる機器である。この熱交換器５
に接続した給水配管４Ａ及び給水配管４Ｂには、バイパ
ス弁７を接続し、熱交換をさせないときには該バイパス
弁７を開放して熱交換器５を給水を流さず、迂回させる
ようになっている。前記ボィラ６は、給水配管４Ｂから
供聯合される給水を節炭器６１、水壁管６２、ケージ壁
管６３、及び天井壁管６４を経て気水分機器６５に供給
し、この気水分離器６５で気水分離された蒸気を、さら
に１次過熱器６６、２次週熱器６７及び３次過熱器６８
で過熱して、蒸気配管８を介してタービン９に供給する
ようになっている。

このタービン９は、その排気側を復水器１０１こ接続し
てある。前記ボィラ６の気水分機器６５において分離さ
れた復水は、低圧の高温流体配管系としての起動バイパ
ス配管１１Ａを介して熱交換器５の高温側流入部から熱
交換器５に供給され、この熱交換器５において熱交換さ
れた後の温水は、高温側流出部からバイパス配管でＩＢ
及び復水回収調節弁１２を介して脱気器１３に循環され
るようになっている。つまり、復水回収調節弁１２は、
該熱交換器５の高温側流出部に接続した低圧の高温流体
配管系としてのバイパス配管１１Ｂの終端部と脱気器１
３との間に配設し、熱交換をさせないときに前記弁１２
を閉鎖することによって熱交換器５に高温流体としての
復水を流さないようになっている。この復水回収調節弁
１２の前後付近の配管には、第１の開閉弁１４を接続し
ｔ熱交換をさせないときに開放させて所定量の高温流体
を前記バイパス配管１ １Ａ、熱交換器６、該バイパス
配管翼亀Ｂ及び該調節弁１２を含む高温流体配管系に流
し、これらを勝機するようになっている。またも該バイ
パス配管ＱＩＡは、その端部をダンプ弁竃５に接続し〜
このダンプ弁１５は復水器１０に接続してある。該バ
イパス配管１１Ａは、該ダンプ弁１５と該バイパス配管
１１Ａとの綾綾部の付近に第２の制御弁１６を接続し、
この第２の制御弁亀Ｓは脱気器１３に接続してある。な
お、脱気器亀３は、ポンプ１の吸入側に接続し、給水を
供給するようになっている。さらに、制御回路１０川ま
、タービン９の回転速度、発電機の状態に関する信号、
その他の信号を取り込んで負荷状態を監視し、起動時に
はバイパス弁７を閉止し、ボィラ最少給水量以下の低負
荷時には前記調節弁１２及びダンプ弁１５を開閉制御す
ると共に第１及び第２の開閉弁１４及び１６を閉止制御
し、高負荷時には前記調節弁１２及びダンプ弁１５を閉
止すると共にバイパス弁７を開放し、かつ第１及び第２
の開閉弁１４及び１６を開放制御するように礎成してあ
る。

上記のように構成された第１実施例の動作を以下に説明
する。まず、給水ポンプ１により昇圧された給水は、高
温給水放熱器３を経てボィラ６に供給されるが、この間
に起動バイパス配管１１Ａを流れる高温流体の熱回収を
行うため熱交換器５を通すようにし、起動時は制御回路
１００の指令により熱交換器５を迂回（バイパス）する
バイパス弁７を全開し、熱交換器５を通して節炭器６１
に供給する。

前記給水は、壁管６２、ケージ壁管６３、天井壁管６４
を経て気水分雛器６５に供給される。この気水分磁器６
５で気水分離された復水は、起動バイパス配管１ １Ａ
を介して熱交換器５に供給される。この熱交換後の温水
は、バイパス配管１ＩＢ及び調節弁１２を介して脱気器
１３に循環される。一方、気水分離器６５において分離
された蒸気は、１次過熱器６６、２次過熱器６７及び３
次過熱器６８で過熱されて、配管８を介してタービン９
に供給される。

また、ボィラ最少給水量以下の低負荷時と制御回路１０
０で判定されると、前記調節弁１２及びダンプ弁１５は
制御回路１０川こより負荷状態に応じて制御される。

高負荷時であると制御回路１００により判定されると、
脱気器１３への復水回収調整弁１２及びダンプ弁１５は
制御回路１００の指令によって全閉されて、ポィラ６へ
の給水はすべて蒸気となり夕−ビン９へ供給される。

従ってこの状態では、気水分雛器６５、起動バイパス配
管１１Ａ、第１及び第２の開閉弁１４及び１６の腰機が
必要であり、起動バイパス系統を勝機するために開閉弁
１４及び１６を開いて起動バイパス系統全体の暖機を行
う。すなわち、気水分雛器６５、起動バイパス配管１１
Ａ、熱交換器５、及び調節弁１２、ダンプ弁１５の前流
側は流体が流れ腰機され、その暖機後の流体は脱気器１
３に回収される。このような本実施例によれば、熱損失
が少く放熱分だけの熱量供ｖ給が可能となる。次に、本
発明の第２実施例を説明する。

第２実施例は、前記第１実施例と同一の構成を有し、か
つ同一の作用をすると共に、次の構成が付加されている
。すなわち、前記熱交換器５の入口側高温流体配管系と
してのバイパス配管１１Ａの異なる２点に少なくとも二
つの高温流体温度検出器２０及び２１を配設し、前記検
出器２０及び２１により温度検出すると共に、前記検出
信号を制御回路１００に取り込むようになっている。制
御回路１００‘ま、一定時間毎に前記第１開閉弁１４を
全閉させると共に、前記温度検出器２０及び２１からの
温度検出信号により規定時間に対する温度降下速度を検
出して比較し、かっこの差が所定値を越えている際に警
報信号あるいは装置を停止させる信号を形成するように
構成されている。前記制御回路１０川ま、第１実施例の
構成を有し、さらに、上記のように付加された構成を有
することは前述した。第２図は、この付加部分の構成を
示すブロック図である。この図において、符号１０１は
プログラムタイマであり、このプログラムタイマ１０１
は一定周期Ｔ毎に規定の時刻ｔだけ第１の開閉弁１４を
閉止する信号を開閉弁１４のソレノイド部１４Ａに出力
するようになっている。このプログラムタイマ１０１か
らの閉止信号によりソレノィド１４Ａが動作して弁体１
４８が閉じると、この開閉弁１４に取り付けてあるリミ
ットスイッチの接点１４Ｃは閉成され、逆に弁１４８が
開くと接点１４Ｃは開放するようになっている。この接
点１４Ｃは、一方の電極を直流電源の正極（十）に接続
し、他方の電極を補助リレ−１０２を介して直流電線の
負極（−）に接続し、接点１４Ｃの閉成で補助リレー１
０２に通鰭するようになっている。この補助リレー１０
２は「接点１０２Ａ，１０２Ｂ及び１０２Ｃを有し、補
助リレー１０２のコイルに通電されると図示矢符方向に
移動するようになっている。符号１０３及び１０４は増
幅回路であり、これら増幅回路１０３及び１０４は温度
検出器２０及び２１からの検出信号を取り込み、所定の
電圧信号に増幅するようになっている。

増幅回路１０３は、その出力端をリレー接点１０２Ａの
常閉側接点に接続し、この接点を介してアナログメモリ
回路１０５に信号を供給するようになっている。このア
ナログメモリ回路１０５は、その出力端を偏差演算回路
竃０６に接続すると共に、接点１０２Ａの常開接点に接
続してある。この偏差演算回路１０６は、増幅回路１０
４の出力信号を取り込み、アナログメモリ回路亀Ｑ５か
らの信号との偏差を出力するようになっており「その出
力端を比例回路亀０７に接続してある。この比例回路軍
離れま、偏差信号を所定の値にするものであり「その出
力端をリレー接点翼Ｑ２８の常開接点に接続し「常開接
点が閉成時にアナログデジタル変換回路（ＡＤ変換回路
）講０８をとその出力信号を供給するようになっている
。このＡＤ変換回路量８８は「その入力された信号をデ
ィジタル化し、その入力信号が所定の値以上となったと
きに接点１８９を閉成するようになっている。この接点
亀蟹９は、接点亀Ｑ２Ｃ及び補助リレー３１６のコイル
と直列接続して直流電源に接続し、両接点１８９及び１
８２Ｃが同時に開成されると補助リレー亀１８のコイル
を通電するようになっている。補助リレー量ＩＱが通電
されると、警報回路亀奪９が警報を発するようになって
いる。また、接点翼亀ＯＡは、装置を停止する信号発生
用として用いてもよい。なおも符号翼１２は信号発生器
であり〜その出力様をリレー接点でＱ２Ｂの常開接点に
接続し、ＡＤ変換回路ｊ館函の不便用時に誤動作をしな
いように常時Ｑ％信号を供給したものである。したがっ
ても誤動作の対策がなされたものは信号発生器富富２は
不要である。上記のように構成された第２実施例の動作
を以下に説明する。

熱交換器Ｓは、給水側の圧力が高いため万一漏洩がある
と高圧の低温流体としての給水が逆流して気水分離器６
６を冷却してしまう。

そこで、本実施例は「一定時間Ｔ毎に規定時間ｔだけ、
開閉弁１４を全開し〜熱交換器５の入口側バイパス配管
竃ＩＡに設けられた温度検出器２Ｑ及び２亀からの検出
信号に基づいて、それら部分の温度降下を測定し、熱交
換器鼠ご漏洩のないことを確認するものである。すなわ
ちｔ高負荷運転になり調節弁翼２及びダンプ弁亀６は制
御回路亀鰭Ｑの指令により閉じると共に〜第１及び第２
の開閉弁亀４及び亀６は開かれる。

次いで、プログラムタイマ愚０８からの信号により「開
閉弁亀川ま一定時間Ｔ毎に規定時間ｔだけ閉じられる。
すると、接点富４Ｃが開成されて補助リレー１０２を通
電する。補助リレー１０２が通電されると、各接点ＩＱ
２Ａ，１０２Ｂ及び１０２Ｃはそれぞれ図示矢符方向に
移動する。アナログメモリ回路もＱ５は、開閉弁１４の
閉止時点の温度検出器２８の検出信号を記憶して偏差演
算回路１０６に供給する。偏差演算回路ＩＱ６では、温
度検出器２１からの信号と前記アナログメモリ回路１０
５からの信号の減算をし、その演算結果を比例回路１瞳
７を介してＡＤ変換回路竃０８に斑給する。前記偏差演
算回路母鼠６からの偏差信号が大きいときは「熱交換器
５内に漏洩が発生しているものとして接点ＩＱ９を閉成
し、リレー接点１０２Ｃが閉成されていることを条件に
補助リレー１１０を通電し、リレー接点１竃８Ａを開成
して警報回路１１８を動作させ〜警報を発報させる。ま
た「偏差演算回路竃Ｑ６からの偏差信号が小さいときに
は「もちろん接点ＩＱ９は開放されたままである。つま
り、この制御回路翼鶴鶴では、開閉弁８４の閉止時にお
ける温度検出器２８からの温度検出信号を記憶しておき
、規定時間ｔだけ温度検出器２１からの温度検出信号を
前記記燈された値と比較し「通常の熱放散の温度降下の
ときの偏差信号では接点亀０９を閉成しないようにしト
熱交換器５に漏洩がある場合には、温度検出器２８が通
常の熱放散で降下するよりも速い降下をし「次いで温度
検出器２１が急速に温度降下する。しかしながら「開閉
弁１４を閉じた直後の検出器２８からの検出温度信号を
記憶し「規定時間ｔの間温度検出器２亀の比較をするの
で「その偏差を必ず検出することができる。第２実施例
は、上述のように動作するものである。さらに、上述の
ように構成したので「温度検出器２Ｑ及び２１の温度降
下を開始する時間差と〜 この間の配管１ １Ａの容積
から概略の漏洩量を知ることができるので〜その後のプ
ラントの処理に極めて有利である。高負荷時には熱交換
器５のバイパス弁れま全開となるが、弁７の圧力損失分
だけの少量の給水が熱交換器５を流れるので給水側の厚
肉部は暖機されている。

以上述べたように本発明によれば、腰機できるようにし
て熱応力の発生を抑制し、かつ高圧流体の漏洩を検出で
きるようにしたので、熱交換器の保護が図れるという優
れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す系統図、第２図は制御回
路の具体例を示すブロック図である。 ４・・・・・・高圧の低温流体配管、５・・・・・・熱
交換器、６……ボィラ、７……バイパス弁、１１……第
１の開閉弁「 ２０及び２１・・・・・・温度検出器、
１００・・…・制御回路。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 低温流体配管係及び高温流体配管系に接続し、前記
   配管内を流れる流体間で熱交換をさせる熱交換器と、前
   記低温流体配管系に接続し熱交換不要時には熱交換器に
   流す低温流体を迂回させるバイパス弁と、前記熱交換器
   の出口側の高温流体配管系に接続して熱交換不要時には
   前記熱交換器に高温流体を流さないようにする調節弁と
   、前記調節弁の前後に接続し熱交換不要時にも所定量の
   高温流体を流す開閉弁と、熱負荷状態を監視し、熱交換
   不要時には前記バイパス弁及び開閉弁を開放すると共に
   調節弁の開閉を制御する制御回路とを含んで構成したこ
   とを特徴とする熱交換器の保護装置。 ２ 低温流体配管系及び高温流体配管系に接続し、前記
   配管内を流れる流体間で熱交換をさせる熱交換器と、前
   記低温流体配管系に接続し熱交換不要時には熱交換器に
   流す低温流体を迂回させるバイパス弁と、前記熱交換器
   の出口側の高温流体配管系に接続して熱交換不要時には
   前記熱交換器に高温流体を流さないようにする調節弁と
   、前記調節弁の前後に接続し熱交換不要時にも所定量の
   高温流体を流す開閉弁と、前記熱交換器の入口側高温流
   体配管の異なる部分に配設した少なくとも二つの温度検
   出器と、熱負荷状態を監視し、熱交換不要時には前記バ
   イパス弁及び開閉弁を開放すると共に調節弁の開閉を制
   御し、かつ一定時間毎に規定時間だけ前記開閉弁を全閉
   させ、このときの前記温度検出器からの温度検出信号に
   基づいて警報あるには装置停止信号を形成する制御回路
   とを含んで構成したことを特徴とする熱交換器の保護装
   置。