JPS6312201B2 - - Google Patents

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JPS6312201B2
JPS6312201B2 JP56078124A JP7812481A JPS6312201B2 JP S6312201 B2 JPS6312201 B2 JP S6312201B2 JP 56078124 A JP56078124 A JP 56078124A JP 7812481 A JP7812481 A JP 7812481A JP S6312201 B2 JPS6312201 B2 JP S6312201B2
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water
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pressure
low
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JP56078124A
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Toyohiko Masuda
Hirotsugu Nagai
Hitoshi Ishimaru
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Hitachi Ltd
Hitachi Industry and Control Solutions Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Engineering Co Ltd Ibaraki
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Engineering Co Ltd Ibaraki, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Engineering Co Ltd Ibaraki
Priority to JP7812481A priority Critical patent/JPS57192712A/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、給水加熱器のドレン制御装置に係
り、特に原子力発電所に用いられる給水加熱器の
ドレン制御装置に関するものである。
原子力プラント、例えば沸騰水型原子力プラン
トを例にとつて説明する。蒸気発生装置である原
子炉で発生した蒸気は、タービンを通つて復水器
に送られ、復水器にて凝縮される。蒸気の凝縮に
よつて生じた復水、すなわち冷却水は、脱塩器等
の浄化装置および給水加熱器を通つて原子炉内に
導かれる。タービンより抽気された蒸気は、給水
加熱器に供給され、そこを通過する冷却水を加熱
する。給水加熱器は、給水配管の上流側に配置さ
れる低圧給水加熱器と給水配管の下流側に配置さ
れる高圧給水加熱器があり、それぞれ複数系例が
並列に配置されている。高圧および低圧給水加熱
器は、一系列に複数段設置されている。抽気蒸気
は、給水配管の下流側に配置された給水加熱器内
で凝縮されてドレンになり、給水配管の上流側に
配置された次段の給水加熱器に順次導かれる。
給水加熱器でチヨーキング現象が発生して給水
加熱器内のドレン水位が上昇すると、タービン側
にドレンが侵入してウオーターインダクシヨンを
引起こす可能性がある。
本発明の目的は、チヨーキング現象が発生する
給水加熱器からドレンを安定に排出することにあ
る。
本発明の特徴は、給水配管の一部であつてしか
もそれぞれに複数の給水加熱器が設けられる並列
に存在する複数の分岐管部の1つへの給水の供給
が停止された時、他の分岐管部に設けられる給水
加熱器に流入するドレン量を制限することにあ
る。
本発明は、給水加熱器で発生するチヨーキング
現象を詳細に検討し、その原因を究明することに
よつてなされたものである。その結果を以下に述
べる。
給水配管に接続される低圧給水加熱器として、
復水器に取付けられ、タービンより復水器内に排
出される蒸気によつて加熱されるものが用いられ
ている。この低圧給水加熱器は、復水器の蒸気流
入口と復水器内に設けられて内部に海水が流れる
冷却管群との間の狭い空間に設置されるため、直
径を小さくして長さを長くする必要がある。低圧
給水加熱器内に設けられるドレンクーラも、幅が
狭くなつて長さが長くなる。したがつて、低圧給
水加熱器内のドレン流路の圧力損失は、構造上大
きなものになつている。このような構造であつて
も、三系列の低圧給水加熱器が正常に働いている
場合には別段問題はない。しかし、原子炉の定格
運転時に一系列の1つの低圧給水加熱器が破損し
てその系列への冷却水の供給を停止するヒータカ
ツトを行なうと、原子炉の出力を保持するために
他の二系列の低圧給水加熱器によつて今まで三系
列に流していた冷却水量を加熱する必要がある。
このため、二系列の個々の低圧給水加熱器に供給
される抽気蒸気量が増大し、低圧給水加熱器内に
おいて蒸気の凝縮によつて発生したドレン流量が
増大する。もともと、構造上、圧力損失が大きい
上に、ドレン流量が著しく増大するので、低圧給
水加熱器のドレンクーラ部における流動抵抗すな
わち、圧力損失が急増する。したがつて、低圧給
水加熱器のドレン出口の前におけるドレンの圧力
が、ドレンの飽和圧力まで降下し、ドレンがフラ
ツシユ(自己蒸発)する。低圧給水加熱器のドレ
ン出口では、気液二相流となる。このような二相
流の発生によつて低圧給水加熱器の圧力損失がさ
らに増大し、所定のドレン量を低圧給水加熱器か
ら排出することが困難になる。この現象をチヨー
キング現象という。チヨーキング現象の発生によ
り当該低圧給水加熱器内のドレン水位が上昇し、
蒸気抽気管を通つてタービン側にドレンが逆流す
ると、ウオーターインダクシヨンという大事故が
引起こす。
発明者等は、このようなチヨーキング現象が生
じた場合の対策を種々検討した結果、低圧給水加
熱器内のドレン流量が急激に増大する場合でも、
低圧給水加熱器内のドレン流量を排出可能な適正
なドレン流量にすればよいとの結論に達した。ド
レン出口でチヨーキング現象を生じている低圧給
水加熱器には、低圧タービンから抽気された蒸気
が直接供給されるほかに、当該低圧給水加熱器の
上段に存在する高圧給水加熱器および低圧給水加
熱器から吐出されるドレンが流入している。これ
ら上段に存在する給水加熱器からのドレンの流入
を停止すれば、当該低圧給水加熱器におけるチヨ
ーキング現象を回避できることがわかつた。
上記の検討結果に基づく本発明の好適な一実施
例を第1図、第2図、第3図および第4図に基づ
いて説明する。第1図は、沸騰水型原子炉の系統
図である。原子炉1で発生した蒸気は、主蒸気管
2を通つて高圧タービン3に送られ、さらに湿分
分離器4を介して低圧タービン6に導かれる。低
圧タービン6から排出された蒸気は、復水器7内
で海水により凝縮されて給水となる。この復水
は、冷却水として原子炉1内に供給される。給水
(以下、冷却水という)は、給水配管10によつ
て復水過脱塩器および復水脱塩器等の復水浄化
装置11に送られ、浄化される。冷却水は、2台
の復水ポンプ12Aおよび12Bにより昇圧され
る。
復水ポンプ12Aおよび12Bの下流で、給水
配管10は、3本の給水配管10A,10Bおよ
び10Cに分岐される。4基の低圧給水加熱器1
3,14,15および16が、給水配管10A,
10Bおよび10Cにそれぞれ設けられる。給水
配管10A,10Bおよび10Cには、給水止め
弁22A,22B,22C,23A,23Bおよ
び23Cがそれぞれ設けられる。給水配管10A
に設けられる4基の低圧給水加熱器13,14,
15および16は、第2図および第3図に示すよ
うに復水器7に取付けられる。具体的には、4基
の低圧給水加熱器の伝熱管部は、復水器7内に挿
入されて復水器7の冷却管群8Aおよび8Bの上
方で蒸気入口の下方に配置される。9は、冷却管
群8Aおよび8Bに海水を供給する配管である。
沸騰水型原子力発電所は、3台の低圧タービン6
を有し、それぞれの低圧タービン6に復水器7が
1基ずつ設けられている。給水配管10Bおよび
10Cにそれぞれ設けられる4基の低圧給水加熱
器は、給水配管10Aの場合と同様に、他の復水
器に設置される。これらの低圧給水加熱器は、復
水器7内の蒸気の圧力損失を低くする要求があり
しかも設置場所が狭いので、前述したように直径
が小さくて長さが長いものになつている。
低圧タービン6に接続される抽気配管30A,
30B,30Cおよび30Dによつて抽気された
蒸気が、それぞれの低圧給水加熱器に供給され
る。復水ポンプ12Aおよび12Bから吐出され
た冷却水は、給水配管10A,10Bおよび10
C内に分かれて流れ、これらの給水配管を流れる
間に低圧給水加熱器13,14,15および16
によつて加熱される。冷却水の加熱を、第4図に
示す低圧給水加熱器14を用いて詳細に説明す
る。給水配管10Aから下部水室17に流入した
冷却水は、U字状の伝熱管19内を通り、上部水
室18に達する。一方、抽気配管30Bを流れる
抽気蒸気は、シエル20内に流入し、伝熱管19
内を流れる冷却水を加熱する。蒸気の凝縮によつ
て生じたドレンは、ドレンクーラ21内を流れ、
その潜熱によつて伝導管19内を流れる冷却水を
加熱する。加熱された冷却水は、給水ポンプ24
Aおよび24Bでさらに昇圧され、2つの給水配
管25Aおよび25Bに分流される。高圧給水加
熱器26および27が、給水配管25Aおよび2
5Bにそれぞれ設けられている。高圧給水加熱器
26および27には、高圧タービン3に連絡され
る抽気配管30Eおよび30Fによつて抽気され
た蒸気が供給される。高圧給水加熱器26および
27によつて加熱された高温の冷却水が、原子炉
1内に導入される。給水止め弁28A,28B,
29Aおよび29Bが、給水配管25Aおよび2
5Bに設けられる。
高圧給水加熱器27に流入した蒸気が凝縮する
ことによつて発生したドレンは、ドレン配管33
Aを通つて高圧給水加熱器26内に流入する。湿
分分離器ドレンタンク5内の高温のドレンは、制
御弁32を有するドレン配管31を通つて高圧給
水加熱器26に流入する。ドレン配管33および
配管31より流入したドレンおよび高圧給水加熱
器26内で蒸気の凝縮により発生したドレンは、
合流し、ドレン配管33Bを通つて低圧給水加熱
器16に流入する。このドレンは、それぞれの低
圧給水加熱器で発生するドレンを加えながらドレ
ン配管33C,33Dおよび33Eを通つて下流
側(ドレンの流れ方向で)の低圧給水加熱器内に
順次導入される。最終的には、ドレンは、ドレン
配管33Fを通つて復水器7に送られる。水位制
御弁34A,34B,34C,34D,34Eお
よび34Fが、ドレン配管33A,33B,33
C,33D,33Eおよび33Fに設けられる。
各給水加熱器と復水器7とをそれぞれ直接連絡す
る非常用ドレン配管35A〜35Fが、設けられ
る。制御弁36A〜36Fが、各々の非常用ドレ
ン配管35A〜35Fに取付けられる。制御弁3
8を有する37の配管も非常用ドレン配管であ
り、復水器7と直接連絡している。
第4図に本実施例の具体的な構成を示す。給水
止め弁22A,22Bおよび22Cの開度を検出
する開度検出器41A,41Bおよび41Cが設
けられる。開度検出器41Bおよび41Cの出力
が開度制限器42Aに伝えられる。開度制御器4
2Aは、給水配管10Aに設けられる水位制御弁
34Dの開閉を操作する。一系列の4基の低圧給
水加熱器のうちチヨーキング現象を起こす低圧給
水器は、原子炉1への給水流量および抽気蒸気量
等によりあらかじめ決まつてしまう。本実施例で
は、低圧給水加熱器14でチヨーキング現象が生
じる。したがつて、開度制限器42Aの出力は、
低圧給水加熱器14にドレンを導入するドレン配
管33Dに設けられる水位制御弁34Dに伝え
る。図示されていないが、開度検出器41Aおよ
び41Cの出力を入力する開度制限器と開度検出
器41Aおよび41Bの出力を入力する開度検出
器が設けられる。前者の開度検出器は、給水配管
10Bに設けられる低圧給水加熱器14にドレン
を導くドレン配管の水位制御弁を操作する。後者
の開度制限器は、給水配管10Cに設けられる低
圧給水加熱器1ケにドレンを導くドレン配管の水
位制御弁を操作する。
水位計39が、各々の低圧および高圧給水加熱
器に設けられ、その出力信号が水位制御器40に
入力される。水位制御器40の出力信号は、水位
計39が設けられる給水加熱器からドレンを排出
するドレン配管および非常用ドレン配管にそれぞ
れ設けられる水位制御弁および制御弁に入力され
る。
沸騰水型原子力プラントの通常運転時、例えば
定格出力(100%出力)運転時に、給水配管10
A,10Bおよび10Cの三系列の各々の低圧給
水加熱器が正常に機能している場合は、前述した
ように各々の給水配管10A,10Bおよび10
Cに冷却水が供給される。しかし、一系列、例え
ば、給水配管10Bに設けられる低圧給水加熱器
15の伝導管が破損した場合には、その低圧給水
加熱器15への冷却水の供給を停止するために、
給水止め弁22Bおよび23Bが、閉鎖される。
沸騰水型原子力発電所の定格出力運転を維持する
ためには、冷却水の原子炉1への供給量を今まで
通り維持する必要があり、給水配管10Bに供給
していた冷却水量は給水配管10Aおよび10C
に振分けられる。給水止め弁22Bおよび23B
の閉鎖とともに給水配管10Bの各低圧給水加熱
器への抽気蒸気の供給が停止され、給水配管10
Aおよび10Cの各低圧給水加熱器に供給される
抽気蒸気量が、圧力バランスによつて自動的に増
大する。このため、給水配管10Aおよび10C
への冷却水量が増大しても、冷却水温度は三系列
の低圧給水加熱器で加熱していた場合と同じにな
る。しかし、抽気蒸気量の増大は、各低圧給水加
熱器のドレンクーラ21内を流れるドレン量を増
大させることになる。
給水止め弁の開閉操作は、発電所の中央操作室
にいる操作員のボタン操作で行なわれる。給水止
め弁22Bが全閉されると、開度検出器41Bは
それを検出し、その旨の信号を開度制限器42A
に入力する。開度制限器42Aは、給水止め弁2
2Bおよび22Cのいずれか一方の信号を出力し
た場合に水位制御弁34Dを全閉する機能を有す
る。開度検出器41Aおよび41Cの信号を入力
する開度制限器と開度検出器41Aおよび41B
の信号を入力する開度制限器は、1つの開度検出
器の全閉信号を入力することによつて所定の水位
制御弁を全閉する。給水止め弁22Bの全閉に伴
つて水位制御弁34Dが全閉される。このため、
ドレン配管33Dを通してのチヨーキング現象を
起こす低圧給水加熱器14へのドレン供給が停止
される。低圧給水加熱器14のドレンクーラ21
内を流れるドレン量は、抽気配管30Bから供給
された抽気蒸気が凝縮した分だけになり、水位制
御弁34Dを閉鎖しない場合に比べて著しく減少
する。ドレンクーラ21内では気液二相流が発生
せず、低圧給水加熱器14からのドレンの排出が
安定に行なわれる。水位制御弁34Dを閉鎖する
ことによつて、低圧給水加熱器15内のドレン水
位が上昇する。この水位上昇は水位計39によつ
て検出され、所定水位以上になると水位制御器4
0は、制御弁36Dを開く(制御弁36A〜36
Fは、通常閉じている)。低圧給水加熱器15内
のドレンは、非常用ドレン配管35Cを通つて直
後復水器7に導かれる。三系列のすべての低圧給
水加熱器が正常に機能している時に低圧給水加熱
器のドレン水位が上昇した場合には、水位制御器
40が作動して水位制御弁を開き、水位制御弁が
開いてもなおドレン水位が低下しない場合には非
常用ドレン配管の制御弁がさらに開く。これによ
り低圧給水加熱器からドレンを速やかに排出す
る。開度制限器が機能している場合は、水位制御
器による水位制御弁の開操作は、機能しない。開
度制限器からの出力信号で水位制御弁34Dを開
くと同時に制御弁36Dを開くようにしてもよ
い。
本実施例の効果を第5図および第6図を用いて
説明する。第5図は、給水配管10A,10Bお
よび10Cに設けられたすべての低圧給水加熱器
が機能している場合における低圧給水加熱器14
の特性を示している。特性50は低圧給水加熱器
14の内圧力、特性51は低圧給水加熱器14内
のドレンクーラ出口部のドレンの飽和圧力、特性
52はドレン配管の下流側の次段の低圧給水加熱
器13の内圧力および特性53Aは低圧給水加熱
器14のドレンクーラ出口部の圧力である。すべ
ての低圧給水加熱器が正常に機能している場合に
は、沸騰水型原子力発電プラントの負荷の増大に
伴つて各々の圧力は上昇するが、ドレンクーラ出
口部の圧力はドレンクーラ出口部のドレンの飽和
圧力よりも常に高くなつている。このため、低圧
給水加熱器14よりドレンを安定な状態で排出で
きる。54はサブクール度、55は水位制御弁差
および正常運転時のドレンクーラの圧力損失を示
している。一方、給水配管10Bへの冷却水の供
給を停止するヒータカツト運動を行なつた場合に
おいて本実施例の開度制限器42Aを機能を停止
させる場合とそれを機能させない場合の低圧給水
加熱器14の特性を第6図に示す。第5図と同一
の特性は、同一符号で示す。特性53Bは開度制
限器42Aを機能させない場合の低圧給水加熱器
14のドレンクーラ21の出口部の圧力、特性5
3Cは開度制限器42Aを機能させた場合の低圧
給水加熱器14のドレンクーラ21の出口部の圧
力、56Bは開度制限器42Aを機能させない場
合のドレンクーラ21の圧力損失および56Cは
開度制限器42Aを機能させた場合のドレンクー
ラ21の圧力損を示している。開度制限器42A
を機能させない場合には、沸騰水型原子力発電プ
ラントの負荷がP1以上になると、ドレンクーラ
出口部の圧力(特性53B)は、ドレンクーラ出
口部のドレンの飽和圧力(特性51)よりも低下
してしまう。この場合には、前述したように二相
流が発生し、ドレンクーラ21の圧力損失が増加
し、低圧給水加熱器14にチヨーキング現象が発
生する。しかし、本実施例の開度制限器42Aを
機能させた場合には、すべての低圧給水加熱器が
正常に機能する場合と同様に、ドレンクーラ出口
部の圧力はドレンクーラ出口部のドレンの飽和圧
力も常に高くなつている。したがつて、気液二相
流が発生しなく、低圧給水加熱器14のドレン出
口でチヨーキング現象が発生しない。ドレンは、
低圧給水加熱器14から安定に排出される。ドレ
ンの抽気配管30B逆流によるタービンのウオー
タインダクシヨンを、完全に防止できる。本実施
例によれば、一系列の低圧給水加熱器への冷却水
の供給を停止すると同時にチヨーキング現象が発
生する所定の低圧給水加熱器14へのドレン流入
を阻止することができ、チヨーキング現象の発生
を事前に防止できる。さらに低圧給水加熱器14
のドレンクーラ21での局所的な高流速の二相流
の発生を防止することができるので、低圧給水加
熱器14の胴体、伝熱管19およびドレン配管3
3Dのエロージヨン作用による減肉を防止でき
る。
前述した実施例のように開度制限器42Aの作
用により水位制御弁34Dの開度を全閉する必要
はなく、低圧給水加熱器14にチヨーキング現象
が生じない程度であれば、ドレン配管33Dを通
してドレンを供給してもよい。すなわち、給水止
め弁22Bが閉鎖された時、水位制御弁34Dの
開度を1/4にする程度でもよい。
第4図に示す実施例では、開度制限器42Aに
開度検出器41Bおよび41Cの出力信号を入力
しているが、開度検出器を設けないで、中央操作
室で操作員が給水止め弁22Bまたは22Cを操
作した時の操作信号を直接開度制限器42Aに入
力して水位制御弁34Dの操作を行なうようにし
てもよい。他の二つの開度制限器についても同様
である。本実施例も前述の実施例と同様な効果が
得られ、しかも、開度検出器が不要であり、プラ
ントの運転状態により操作員の判断で自由に水位
制御弁の開度制限ができるという効果が生じる。
本発明の他の実施例を第7図に基づいて説明す
る。第1図と同一の構成は同一符号で示し、異な
る部分について説明する。本実施例は、開度制限
器60が給水止め弁23A,23Bまたは23C
の閉鎖信号を入力してドレン配管31に設けられ
る制御弁32を閉鎖する。これにより湿分分離器
4で分離された多量のドレンがドレン配管31を
通して高圧給水加熱器26に流入することを阻止
できる。抽気蒸気は凝縮しても給水加熱器から排
出するドレン量をそれほど増加させることにはな
らない。ドレン配管31から流入する液体のドレ
ンが、給水加熱器内を流れるドレン量の多くを占
めている。ドレン配管31からのドレンの流入を
阻止することによつて低圧給水加熱器14内を流
れるドレン量を減少させることができ、チヨーキ
ング現象の発生を回避できる。湿分分離器ドレン
タンク5内のドレン水位が、制御弁32を閉鎖す
ることにより上昇する。この水位上昇は、水位計
61にて検出される。水位計61で検出した値が
所定水位以上になると、水位制御器62によつて
制御弁38が開く。湿分分離ドレンタンク5内の
ドレンは、非常用ドレン配管37を通つて復水器
7内に送られる。本実施例においても、前述した
実施例と同様な効果を得ることができる。
前述した実施例は、給水止め弁の開閉状態態に
よつて水位制御弁34Dまたは制御弁32の開度
を制限しているが、給水配管10A,10Bおよ
び10Cの冷却水流量を検出し、いずれかの給水
配管の冷却水流量が零になることによつて上記の
制御弁の開度を制限してもよい。冷却水流量が零
になることは、その給水配管の給水止め弁が閉鎖
されたことを意味する。また給水止め弁が開いて
いる給水配管の冷却水流量は設定流量よりも著し
く増加するのでこれを検出しても水位制御弁等を
閉鎖してもよい。さらに開度制限器42Aによつ
て水位制御弁34C〜34Fを閉鎖してもよい。
本発明は、低圧給水加熱器が復水器に取付けら
れていないものであつても、直径が小さくて長さ
が長くドレンクーラ部の圧力損失の大きなものを
用いる場合においても適用できる。さらに、沸騰
水型原子力発電プラントだけでなく、加圧水型原
子力発電プラント、高速増殖炉および重水炉を用
いた原子力発電プラントにも、適用できる。火力
発電プラントは、沸騰水型および加圧水型等の原
子力発電プラントに比べてタービンに供給される
蒸気の過熱度が大きいため、給水加熱器に供給さ
れる抽気蒸気量が少なくて発生するドレン量が少
ない。それだけ前述したチヨーキング現象が生じ
にくいが、本発明を蒸気発生装置としてボイラを
用いる火力発電プラントに適用することによつて
さらに給水加熱器の直径を小さくでき、給水加熱
器がよりコンパクトになる。
本発明によれば、ヒータカツト運転を行なつた
場合でも給水加熱器のチヨーキング現象の発生を
防止でき、給水加熱器からのドレンを常に安定に
排出できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を適用する沸騰水型
原子力発電プラントの系統図、第2図は第1図に
示す復水器での低圧給水加熱器の取付け状態を示
す説明図、第3図は第2図の−矢視図、第4
図は本発明の好適な一実施例の構成図、第5図お
よび第6図は原子力発電プラントの負荷と圧力と
の関係を示す特性図、第7図は本発明の他の実施
例の系統図である。 1……原子炉、3……高圧タービン、66……
低圧タービン、7……復水器、10……給水配
管、13,14,15,16……低圧給水加熱
器、22A,22B,22C……給水止め弁、3
3D,33E……ドレン配管、34D,34E…
…水位制御弁、35D,35E……非常用ドレン
配管、36D,36E……制御弁、39……水位
計、40……水位制御器、41B,41C……開
度検出器、42A……開度制限器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 複数の給水加熱器を直列に配置した分岐配管
    が複数並列に配置されて給水系統を構成して蒸気
    発生器に給水するとともに、各給水加熱器は蒸気
    と給水との熱交換を行ない、これにより発生した
    ドレンをドレン弁を有するドレン配管を介してそ
    の分岐配管の給水上流側の給水加熱器に供給する
    ようにされた給水加熱器のドレン制御装置におい
    て、 並列配置された複数の分岐配管の一部が停止さ
    れたことを検出する検出器、該検出器出力に応じ
    て他の健全な分岐配管上の給水加熱器で発生した
    ドレンをその分岐配管の給水上流側の給水加熱器
    に供給するための前記ドレン配管上のドレン弁開
    度を操作してドレン供給量を制限する手段を備え
    分岐配管停止の際に蒸気発生器出力を低減せずに
    運転継続することを特徴とする給水加熱器のドレ
    ン制御装置。
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JPS5853259B2 (ja) * 1977-08-01 1983-11-28 三菱電機株式会社 温風暖房装置
JPS54130704A (en) * 1978-03-31 1979-10-11 Toshiba Corp Feed water heater drain system
JPS54132005A (en) * 1978-04-05 1979-10-13 Hitachi Ltd Feed water heater critical level rise preventive system

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