JPS6231246B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、火力又は原子力による発電設備の復
水・冷却水系の運転を、復水流量の急激な変動を
生じる過渡期に制御するための復水・冷却水系運
転制御方法に関する。

従来を第１図に示す原子力発電設備の復水・冷
却水系の運転制御方法について以下説明する。第
１図中１は蒸気発生装置、つまりこの例では原子
炉、２は蒸気タービン、３は復水器、４は低圧復
水ポンプ群装置、５は復水浄化装置、６は高圧復
水ポンプ群装置、７は低圧給水加熱器、８は給水
ポンプ群装置、９は高圧給水加熱器で、これらは
上記の順に直列に接続されて閉ループの復水・冷
却水流路をなしている。また、復水浄化装置５は
一例として過部５ａと脱塩部５ｂとを備えてな
り、これらは通常運転時は閉止されている装置バ
イパス弁１０，１１で各別にバイパスされてい
る。なお、図中１２は空気抽出器、１３はグラン
ドコンデンサを示す。そして、上記各ポンプ群装
置４，６，８は、いずれも予備ポンプと複数の常
用ポンプを並列に接続してなり、これらの各ポン
プは夫々自己保護のために或る条件が生じた場合
に自ら作動を停止するインターロツク機構を備
え、この機構によりポンプが停止した場合には直
ちに予備ポンプが起動されるようになつている。
なお、低圧復水ポンプ装置のポンプのインターロ
ツクは、ポンプシール水の流量低下およびポンプ
駆動用電動機の過電流などの電気的異常等により
行われる。高圧復水ポンプおよび給水ポンプのイ
ンターロツクは、軸受の油圧低下や電気的異常等
により行われる。さらに、各ポンプ群装置４，
６，８相互は、復水・冷却水系の運転の安定、つ
まり必要な吸込水頭を保持するために、上流側の
ポンプ運転台数が下流側のポンプ運転台数より少
なくならないように調整されるようになつてい
る。また、各ポンプ群装置４，６，８に夫々使用
されるポンプの種類は夫々異なるものであり、例
えば低圧復水ポンプ群装置４のポンプは、揚程、
必要吸込水頭および回転数が小さく、起動・停止
時間も短かい特性を有している。給水ポンプ群装
置８のポンプは、揚程、必要吸込水頭および回転
数が大きく、起動・停止時間も長い特性を有して
いる。そして、高圧復水ポンプ群装置６のポンプ
は、その揚程、必要吸込水頭および回転数、起
動・停止時間とも、低圧復水ポンプ群装置４と給
水ポンプ群装置８との中間の特性を有している。

したがつて、このようなポンプ特性の違い、お
よび既述の如きポンプ運転台数の制御、予備ポン
プの起動等により、復水流量の急激な変動を生じ
る過渡期において、高圧復水ポンプ群装置６およ
び給水ポンプ群装置８の各上流側で、ポンプ吸込
水頭の低下を来たす。なお、復水浄化装置５を備
えた低圧復水ポンプ群装置４と高圧復水ポンプ群
装置６との間の抵抗損失は、復水浄化装置５が
過部５ａだけの場合でも低圧復水ポンプ群装置４
と高圧復水ポンプ群装置６との間の抵抗損失の約
４割弱、復水浄化装置５が過部５ａと脱塩部５
ｂを備える場合約６〜７割を占めるから、特に高
圧復水ポンプ群装置６の上端側での圧力の落込み
が著しい。そして、このような好ましくない現象
は、各ポンプ群装置４，６，８が備える常用ポン
プがトリツプした場合に生じる他、タービンの負
荷急変による給水要求量の増大、および原子炉の
炉内水位低下の場合にも生じる。また、このよう
なポンプ上流側での瞬間的な圧力の落込みによ
り、ポンプ吸込水頭が運転継続に必要な吸込水頭
以下になる場合には、ポンプはキヤビテーシヨン
を起こし、その吐出圧力の低下により自らの運転
を停止するので、これを起点として原子力発電設
備の運転が停止される危険性がある。

そこで、このような事態に至らないように従来
では、上流側のポンプ群装置の揚程に余剰吸込水
頭を付加する設計とし、過渡期での圧力の急激な
落込みに拘らず下流側のポンプ群装置の必要吸込
水頭以下にならないように構成してある。したが
つて、従来では復水・冷却水系を通常時にも高い
圧力で運転する必要から、復水・冷却水系を構成
する各種の機器、配管が高圧力設計となりコスト
高となる欠点があつた。

なお、過渡期に最も悪影響を受けやすい復水高
圧ポンプ群装置６の上流側に配設してある装置バ
イパス弁１０，１１は、従来、開放に要する時間
が最も効率的な電動機駆動の場合で約２分程度で
ある。一方、過渡期時間は数秒程度であるから、
装置バイパス弁１０，１１でもつて過渡期時に対
処することは、現況では不可能である。そこで、
過渡期時に対処すべく装置バイパス弁１０，１１
を数秒で急速に開放でき、かつその際の開度が復
水・冷却水系に外乱を与えないような範囲に調整
できるように改善することは不可能ではない。但
し、この場合、例えば110万kW級の原子力発電
で実施するとすれば、装置バイパス弁１０，１１
はその口径が180インチ前後の可成り大規模なも
のとなる。しかし、このような装置バイパス弁１
０，１１を新たに開発することは、製作面で可能
であつても多大な開発費と手間等を必要とするも
のであり、実際的ではない。

また、以上の諸事情は原子力発電設備に限ら
ず、火力発電設備でも同様である。

本発明は上記の諸事情のもとに開発されたもの
で、その目的は、過渡期におけるポンプ吸込圧力
の低下を緩和できる発電設備の復水・冷却水系運
転制御方法を提供して、ポンプのキヤビテーシヨ
ンの発生を確実に防止できるとともに、上流側の
ポンプ群装置の低揚程化および復水・冷却水系の
低圧力設計を可能とする等の効果を期待できるよ
うに構成したものである。

以下本発明方法の一実施例を説明するに、まず
同方法を実施する原子力発電設備の復水・冷却水
系の構成について第２図〜第４図を参照して説明
する。

第２図中２１は原子炉で、この出口と入口とは
復水・冷却水流路２２でつないである。復水・冷
却水流路２２には、その上流側から下流側に向け
て蒸気タービン２３、復水器２４、低圧復水ポン
プ群装置２５、空気抽出器２６、グランドコンデ
ンサ２７、復水浄化装置２８、高圧復水ポンプ群
装置２９、低圧給水加熱器３０ａ、給水ポンプ群
装置３１および高圧給水加熱器３０ｂを順次配設
してある。上記空気抽出器２６、グランドコンデ
ンサ２７、復水浄化装置２８、低圧給水加熱器３
０ａは、いずれも各ポンプ群装置２５，２９間
又、は２９，３１間に介装される中間装置であ
る。このような構成の復水・冷却水系において
は、原子炉２１から出た高温高圧の蒸気は、蒸気
タービン２３で仕事をして復水器２４で復水され
る。この復水は低圧復水ポンプ群装置２９により
昇圧され、空気抽出器２６およびグランドコンデ
ンサ２７にて蒸気の冷却に供された後、復水浄化
装置２８に至り浄化される。次に復水は高圧復水
ポンプ群装置２９でより昇圧されてから低圧給水
加熱器３０ａで加熱昇温され、その後給水ポンプ
群装置３１で更に昇圧されてから高圧給水加熱器
３０ｂで更に加熱昇温され、しかる後に原子炉２
１に給水されるようになつている。

そして、低圧復水ポンプ群装置２５は、１台の
予備ポンプ２５ａと複数台（本実施例は２台の場
合を示す。）の常用ポンプ２５ｂ，２５ｃとを並
列に接続して構成してある。同様に、高圧復水ポ
ンプ群装置２９および給水ポンプ群装置３１も、
１台の予備ポンプ２９ａおよび３１ａと２台の常
用ポンプ２９ｂ，２９ｃおよび３１ｂ，３１ｃと
を並列に接続して夫々構成してある。なお、各ポ
ンプ群装置２５，２９，３１は、その常用ポンプ
がいずれも従来と同じくインターロツク機構を有
しているとともに、上流側のポンプ運転台数が下
流側のポンプ運転台数より少なくならないように
従来と同じく調整されるようになつていることは
勿論である。

また、復水浄化装置２８は復水中に含まれるイ
オンや放射性物質を除去するためのもので、本実
施例では上流側の過部２８ａと下流側の脱塩部
２８ｂとから形成してある。さらに復水浄化装置
２８には、その過部２８ａ全体をバイパスする
装置バイパス弁２８ｃを設けてあるとともに、脱
塩部２８ｂ全体をバイパスする他の装置バイパス
弁２８ｄを設けてある。これらバイパス弁２８
ｃ，２８ｄは通常運転時には閉じており、過部
２８ａ又は脱塩部２８ｂ内の差圧異常や故障等の
異常時又は必要に応じて、復水の一部又は全量を
バイパスするように開放されるものである。

上記過部２８ａは第３図に示すように構成し
てある。すなわち、同図中３２は過部入口母
管、３３は過部出口母管で、これらは複数（例
えば10系統）の浄化機器系３４ａ，３４ｂ……３
４ｎで接続してある。互いに並列な、これら浄化
機器系３４ａ，３４ｂ……３４ｎはいずれも同一
構成であり、例えば上流側から下流側に向けて入
口弁３５、過器３６、ストレーナ３７、流量調
整弁３８、流量計３９ａを備える流量調整機構３
９および出口弁４０を順次配設した構成となつて
いる。そして、これら浄化機器系３４ａ，３４ｂ
……３４ｎのうち少なくとも２系統、一例として
本実施例の場合は全ての浄化機器系３４ａ，３４
ｂ……３４ｎに、夫々バイパス流路４１ａ，４１
ｂ，……４１ｎを設けてあり、これらバイパス流
路４１ａ，４１ｂ，……４１ｎには必要時に夫々
復水の一部又は全量をバイパスするように開放さ
れるバイパス弁４２ａ，４２ｂ，……４２ｎを取
付けてある。これらバイパス弁４２ａ，４２ｂ，
……４２ｎは通常時に閉止状態を維持するもので
あり、また圧力低減調整手段として用いられる。
このような構成の浄化機器系３４ａ，３４ｂ，…
…３４ｎの流量調整弁３８は、同系統の流量を一
定に保持するために例えば弁開度が65〜95％の間
で使用され、系統の差圧が高い場合には弁開度が
大きく、かつ逆の場合には弁開度が小さくなるよ
うに作動するものである。なお、浄化機器系３４
ａ，３４ｂ，……３４ｎのうち一系統は、運転中
の過器３６の逆洗又は再生操作の際に交代して
使用される予備の浄化機器系として待機されてい
るものである。

さらに、上記脱塩部２８ｂは第４図に示すよう
に構成してある。すなわち、同図中４３は脱塩部
入口母管、４４は脱塩部出口母管で、これらは複
数（例えば10系統）の浄化機器系４５ａ，４５
ｂ，……４５ｎで接続してある。互いに並列な、
これらの洗化機器系４５ａ，４５ｂ，……４５ｎ
はいずれも同一構成であり、例えば上流側から下
流側に向けて入口弁４６、流量計４７、脱塩塔４
８、ストレーナ４９および出口弁５０を順次配設
した構成となつている。そして、これら浄化機器
系４５ａ，４５ｂ，……４５ｎのうち少なくとも
２系統、一例として本実施例では全ての浄化機器
系４５ａ，４５ｂ，……４５ｎに、夫々バイパス
流路５１ａ，５１ｂ，……５１ｎを設けてある。
これらバイパス流路５１ａ，５１ｂ，……５１ｎ
には、夫々通常時は閉止状態を維持するバイパス
弁５２ａ，５２ｂ，……５２ｎを取付けてある。
これらバイパス弁５２ａ，５２ｂ，……５２ｎを
有するバイパス流路５１ａ，５１ｂ，……５１ｎ
は、必要時に復水の一部又は全量をバイパスする
ように開放されるものであり、圧力低減調整手段
として用いられる。

そして、上記バイパス流路４１ａ，４１ｂ，…
…４１ｎおよび５１ａ，５１ｂ，……５１ｎに設
けたバイパス弁４２ａ，４２ｂ，……４２ｎおよ
び５２ａ，５２ｂ，……５２ｎは、復水流量の急
激な変動を生じる過渡期に、変動の発生原因にも
とづいて発生される起動信号により開放作動され
るものである。この起動信号は、上記各ポンプ群
装置２５，２９，３１のいずれかの常用ポンプが
トリツプした場合に予備ポンプを起動する信号と
ともに発生される他、原子炉２１の炉内水位低下
にもとづいて発生され、また蒸気タービン２３の
負荷急変による給水要求量の増大にもとづいても
発生されるようにしてある。

以上の構成の復水・冷却水系において、一例と
して低圧復水ポンプ群装置２５の常用ポンプ２５
ｃがトリツプした場合、この復水・冷却水系の運
転の制御は以下のように行われる。まず、常用ポ
ンプ２５ｃのトリツプにもとづく指令信号によ
り、高圧復水ポンプ群装置２９および給水ポンプ
群装置３１に対応する常用ポンプ例えば２９ｃ，
３１ｃが一時的に停止され、次に上記指令信号に
もとづいて各ポンプ群装置２５，２９，３１の予
備ポンプ２５ａ，２９ａ，３１ａが夫々起動され
る。ここに至るまでの間、予備ポンプ２５ａ，２
９ａ，３１ａに起動の指令信号が入るまでは各ポ
ンプ群装置２５，２９，３１は常用ポンプ２５
ｂ，２９ｂ，３１ｂだけが運転され、かつ常用ポ
ンプ３１ｂはその特性に応じて徐々に回転数を減
じながら吐出量を減少する。その結果、この状態
が放置されるならば、原子炉２１への送水量が減
少して炉内水位の低下をきたすので、給水量増加
の指令信号が発せられ給水ポンプ群装置３１の運
転継続中の常用ポンプ３１ｂは、給水量増加指令
に応じるために過負荷運転するものであり、した
がつて給水ポンプ群装置３１の上流側および高圧
復水ポンプ群装置２９の上流側で圧力が急激に低
下する。しかしながら、本実施例によれば上記の
ような急激な圧力低下は効果的に緩和される。す
なわち、上記常用ポンプ２５ｃのトリツプに基づ
く指令信号とともに、この信号から分岐した起動
信号により予備ポンプの起動前に各バイパス弁４
２ａ，４２ｂ，……４２ｎおよび５２ａ，５２
ｂ，……５２ｎが急開される。このため、過部
２８ａにおいて復水はその浄化機器系３４ａ，３
４ｂ……３４ｎから夫々各バイパス流路４１ａ，
４１ｂ，……４１ｎに分流して過部２８ａを流
通した後、脱塩部２８ｂにおいて復水はその浄化
機器系４５ａ，４５ｂ，……４５ｎから夫々各バ
イパス流路５１ａ，５１ｂ，……５１ｎに分流し
て脱塩部２８ｂを流通する。したがつて、低圧復
水ポンプ装置２５と高圧復水ポンプ群装置２９と
の間の抵抗損失の約６〜７割を通常運転時に占め
る復水浄化装置２８での抵抗損失を著しく減少で
きる。このようにして復水浄化装置２８での抵抗
損失を高圧復水ポンプ群装置２９の吸込側の圧力
変化に先行して低減調整できるから、下流側の各
ポンプ群装置２９および３１の吸込圧力の急激な
低下を緩和できる。なお、以上の運転制御は他の
起動信号が発生した際にも同様にして実現される
ことは勿論である。

以上詳述した運転制御方法によれば、過渡期に
おける瞬間的な吸込側圧力の落込みを緩和できる
ことにより、吸込側圧力の落込みに基づくポンプ
キヤビテーシヨンの発生およびこれから派生する
原子力発電設備の運転停止等の事態発生を防止で
きる。さらに、上述のように吸込側圧力の低下を
緩和できることから、その分上流側のポンプ群装
置の余剰吸込水頭を小さくすることができる。し
たがつて、上流側ポンプ群装置の低揚程化が可能
で、かつ復水・冷却水系を構成する各種の配管、
機器を低圧力設計することができ、復水・冷却水
系を安価に構成できるものである。

なお、本実施例において抵抗損失の低減調整時
に復水は浄化されないが、過渡期時間は短時間で
あるので浄化されないことによる影響は実際上無
視しても差支えない。

また、本実施例においてバイパス弁を有するバ
イパス流路を全ての浄化機器系ではなく、２系統
以上に設ける場合には予備の浄化機器系を除き任
意の浄化機器系に配設して実施するものである。
このようにすることにより少なくとも一系統のバ
イパス流路が過渡期に対応できる。

さらに、本実施例において過部２８ａおよび
脱塩部２８ｂの各浄化機器系の過器、脱塩塔に
夫々差圧計を設置して、この差圧計が一定値以上
の差圧を検出して際に発生される信号によりバイ
パス弁４２ａ，４２ｂ，……４２ｎおよび５２
ａ，５２ｂ，……５２ｎを開くようにすれば装置
バイパス弁２８ｃ，２８ｄの代わりをすることが
できる。この場合には、装置バイパス弁２８ｃ，
２８ｄを用いる場合のように多量の復水を浄化さ
せずに復水浄化装置２８を通過させる不都合を防
止できる。

また、本発明は第５図に示した第２実施例のよ
うにして実施してもよい。すなわち、本実施例を
以下説明するに、まず復水・冷却水系の構成は上
記第１実施例と同一部分には同符号を符して、そ
の説明を省略し異なる部分についてのみ説明す
る。

すなわち、本実施例は中間装置たる復水浄化装
置２８の構成を簡単化するとともに、復水が浄化
されずに復水浄化装置２８を通過することがない
ようにしたものである。その復水・冷却水系の構
成は、過部２８ａの各浄化機器系３４ａ，３４
ｂ，……３４ｎに必然的に備えられる流量調整弁
３８′……を圧力低減調整手段として利用し、こ
れらに弁開度調整機構３８a′を夫々接続し、かつ
上記第１実施例のバイパス弁およびバイパス流路
を取除いた以外は、上記第１実施例と同一構成で
ある。そして、弁開度調整機構３８a′……は、復
水流量の急激な変動を生じる過渡期に、変動の発
生原因にもとづいて発生される起動信号を受けた
際に、流量調整弁３８′を強制的に全開させるよ
うに構成してある。

したがつて、この第２実施例によれば、低圧復
水ポンプ群装置２５から高圧復水ポンプ群装置２
９に致る流路の抵抗損失の約４割弱を占める過
部２８ａでの抵抗損失を低減調整できる。すなわ
ち、流量調整弁３８′……は浄化機器系３４ａ，
３４ｂ，……３４ｎの流量を一定に保つように
過器３６の状態等に応じて通常弁開度65〜95％の
範囲で調整されるため、弁開度の下限側に調整さ
れる程大きな抵抗損失となるが、上記起動信号に
より弁開度調整機構３８a′を介して流量調整弁３
８′は夫々強制的に全開され、最も抵抗損失が少
ない状態にされるものである。

なお、この第２実施例の場合、各ポンプ群装置
の性能によつては流量回復時に規定以上の抵抗圧
損がない場合には、低圧復水ポンプ群装置が過負
荷運転となることが考えられる。したがつて、そ
のような場合には上記弁開度調整機構３８a′は、
流量調整弁３８′……を現状弁開度に夫夫固定す
るように構成することにより、上記の懸念を回避
し、かつ、過部２８ａでの抵抗損失の低減調整
を実現できる。

また、本発明方法は上記各実施例に制約されな
い。例えば過部２８ａにおいては弁開度調整機
構３８a′で弁開度調整される流量調整弁３８′お
よびバイパス弁４２ａ，４２ｂ，……４２ｎを取
付けた少なくとも２つのバイパス流路を設けて、
これらにより抵抗損失の低減調整を同時に行わ
せ、より安全に実施できるようにしてもよい。さ
らに、復水浄化装置２８は必ずしも過部２８ａ
と脱塩部２８ｂとを備える必要はなく、そのうち
の一方のみを備えるものでもよく、したがつて本
発明方法は既設の発電設備の復水浄化力を向上す
るために、例えば脱塩部だけが備えられている既
設の発電設備に過部を追設する場合にも実施で
きる。なお、この追設を行う場合、従来技術によ
れば追加設備分の抵抗損失に見合うだけ各ポンプ
群装置の余剰吸込水頭を大きくしなければなら
ず、そのために新たな高圧力設計を復水・冷却水
系に要求されるが、本発明方法による追設によれ
ばその抵抗損失の低減調整作用により既設の各ポ
ンプ群装置等を使用でき、大幅な変更を要するこ
となく追設できる。

本発明は以上説明したように、復水流量の急激
な変動を生じる過渡期に、変動の発生原因にもと
づいて発生される起動信号により、吸込側圧力が
低下しようとするポンプ群装置の上流側にある中
間装置に設けた圧力低減調整手段を作動させて、
この中間装置での抵抗損失を上記吸込側圧力が低
下しようとするポンプ群装置の圧力変化に先行し
て低減調整することを特徴とするから、過渡期に
おけるポンプ吸込圧力の低下を緩和できるという
効果を有する。したがつて、本発明方法の実施に
よれば、上流側のポンプ群装置の余剰吸込水頭を
小さくしてその低揚程化を図り得るとともに、復
水・冷却水系を低圧力設計して安価に構成し得、
かつその場合にポンプキヤビテーシヨンの発生も
確実に防止できるものであり、しかも既設の発電
設備への実施も設備の大幅な変更を必要とするこ
となく可能である等、実用上の有用性はきわめて
大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の復水・冷却水系を示す系統図、
第２図は本発明方法を実施する復水・冷却水系を
示す系統図、第３図は第２図中部の拡大系統
図、第４図は第２図中部の拡大系統図、第５図
は本発明方法を実施する他の復水・冷却水系にお
ける上記第３図相当図である。 ２２……復水・冷却水流路、２５……低圧復水
ポンプ群装置、２５ａ……予備ポンプ、２５ａ，
２５ｃ……常用ポンプ、２８……復水浄化装置
（中間装置）、２８ａ……過部、２８ｂ……脱塩
部、２９……高圧復水ポンプ群装置、２９ａ……
予備ポンプ、２９ｂ，２９ｃ……常用ポンプ、３
１……給水ポンプ群装置、３１ａ……予備ポン
プ、３１ｂ，３１ｃ……常用ポンプ、３４ａ，３
４ｂ〜３４ｎ……浄化機器系、４１ａ，４１ｂ〜
４１ｎ……バイパス流路（圧力低減調整手段）、
４２ａ，４２ｂ〜４２ｎ……バイパス弁、４５
ａ，４５ｂ〜４５ｎ……浄化機器系、５１ａ，５
１ｂ〜５１ｎ……バイパス流路、５２ａ，５２ｂ
〜５２ｎ……バイパス弁、３８′……流量調整弁
（圧力低減調整手段）、３８a′……弁開度調整機
構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予備ポンプおよび複数の常用ポンプを並列に
   接続してなる複数組のポンプ群装置を、夫夫の間
   に中間装置を介装して直列に接続して形成した復
   水・冷却水流路を備える発電設備の復水・冷却水
   系運転方法において、復水流量の急激な変動を生
   じる過渡期に、変動の発生原因にもとづいて発生
   される起動信号により、吸込側圧力が低下しよう
   とするポンプ群装置の上流側にある中間装置に設
   けた圧力低減調整手段を作動させて、この中間装
   置での抵抗損失を上記吸込側圧力が低下しようと
   するポンプ群装置の吸込側圧力変化に先行して低
   減調整することを特徴とする発電設備の復水・冷
   却水系運転制御方法。 ２ 上記抵抗損失の低減調整を、中間装置たる復
   水浄化装置が備える互いに並列な浄化機器系のう
   ち少なくとも２系統の浄化機器系に夫々設けた、
   圧力低減調整手段たるバイパス流路の開放により
   行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の発電設備の復水・冷却水系運転制御方法。 ３ 上記抵抗損失の低減調整を、中間装置たる復
   水浄化装置が備える互いに並列な浄化機器系が
   夫々有した圧力低減調整手段たる流量調整弁の開
   度調整により行うことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の発電設備の復水・冷却水系運転制
   御方法。 ４ 上記流量調整弁の開度調整が全開であること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の発電設
   備の復水・冷却水系運転制御方法。 ５ 上記流量調整弁の開度調整が現状弁開度に固
   定することであることを特徴とする特許請求の範
   囲第３項記載の発電設備の復水・冷却水系運転制
   御方法。