(57)【要約】【課題】オリフィス頂部に発生した液膜が液滴となって下流に飛散することを阻止することができる液膜除去装置を提供することを目的とする。【解決手段】オリフィス部から曲がり配管を経由して復水器に至る蒸気配管のオリフィス部に設けられた液膜除去装置であって、オリフィス部は、蒸気配管を通る流体の流れ方向に対して上流側の絞り部と、下流側の絞り部で構成され、上流側の絞り部と下流側の絞り部の間に前記蒸気配管を貫通する溝部を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オリフィス部から曲がり配管を経由して復水器に至る蒸気配管の前記オリフィス部に設けられた液膜除去装置であって、
前記オリフィス部は、蒸気配管を通る流体の流れ方向に対して上流側の絞り部と、下流側の絞り部で構成され、上流側の絞り部と下流側の絞り部の間に前記蒸気配管を貫通する溝部を備えることを特徴とする液膜除去装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液膜除去装置であって、
下流側の絞り部の高さが、上流側の絞り部の高さよりも高くされていることを特徴とする液膜除去装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の液膜除去装置であって、
前記蒸気配管を貫通する溝部は開口部が大きく、前記蒸気配管側が小さくされていることを特徴とする液膜除去装置。
【請求項４】
請求項１から請求項４のいずれか1項に記載の液膜除去装置であって、
下流側の絞り部は、その下流側ほど高くされていることを特徴とする液膜除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力、原子力発電プラントなどの蒸気系統配管に設けられたオリフィス部において飽和蒸気が湿り蒸気となることで生じた液膜を除去するための液膜除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力、原子力発電プラントなどの蒸気系統配管の各所には、適宜オリフィスが設置されている。蒸気配管系統に設置されるオリフィスが果たす役割は一般的に２つあり、
一つは流量計としての役割であり、もう一つは減圧機構としての役割である。
【０００３】
ところで、オリフィスが設置される蒸気配管の下流には曲がり配管及び復水器が設置されることがある。係る配管系統の場合に、オリフィスで生じた液滴が下流側に飛散して曲がり部に衝突し、いわゆる液滴衝撃エロージョンによる配管減肉を引き起こすことが知られている。
【０００４】
液滴により配管を痛める現象が、液滴衝撃エロージョンによる配管減肉である。この現象は、主蒸気系配管、または抽気系配管内に、例えば減圧機構のために設置されたオリフィスとオリフィス下流にある曲がり管と復水器を備えた体系で生じやすく、液滴エロージョンにより、主に曲がり管壁面で減肉が発生する可能性がある。
【０００５】
この対策として特許文献１では、液滴に至る前の液膜の状態で、液膜を蒸気配管系統外に除去する装置を提案している。図３は、対策を施さない場合と、特許文献１における液膜除去装置の構成を示した図である。
【０００６】
蒸気配管３の途上には、オリフィス部１６が設けられており、かつその下流側は曲がり部１７を介して復水器９に至っている。プラントの再起動などの状態では、蒸気流２０は湿り蒸気であり、配管３を液膜１９が伝わって、オリフィス部１６の基部１６Ａに至る。無対策の場合、液膜１９はオリフィス部１６の形状に沿ってその頂部１６Ｂに到達し、ここで蒸気流速により吹き飛ばされて液滴１８となり、下流側の曲がり部１７に衝突し、この部位を痛めることにつながる。
【０００７】
オリフィス部１６を一部拡大したのが特許文献1の構成であり、配管３を伝ってきた液膜１９をオリフィス部１６の基部１６Aに設けた流れ方向溝４０によりドレンレンポケット２４に回収するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２０１３−２２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１では、オリフィス上流で生成された液膜１９が、オリフィス部１６で蒸気流速により吹き飛ばされて液滴１８となり、下流側の曲がり部１７に衝突し、この部位を痛めることは防止できる。ただし、これはプラント再起動などにより流体が湿り蒸気であって、上流側で液化し、配管を伝い流れてくる液膜１９に対する対策である。
【００１０】
本発明では、起動が完了し、配管を流れる蒸気が飽和蒸気であることを想定している。流体が飽和蒸気であっても、これがオリフィス部分で湿り蒸気になり、湿り蒸気に含まれている水分の一部分がオリフィス流路内壁面上に液膜として存在し、これが蒸気流速により吹き飛ばされて液滴１８となり、下流側の曲がり部１７に衝突し、この部位を痛めることを対策する。
【００１１】
本発明は、オリフィス部分の頂部（オリフィスの絞り部分、狭くなった部分）に生じた液膜が液滴となって飛散することを対策するものであり、特許文献１の液膜は上流で発生してオリフィス部分の基部（オリフィスの付け根部分、広い部分）に至った液膜を対策したものである。本発明では頂部に発生した液膜を対策する。
【００１２】
本発明では飽和蒸気に対する対策であるが、飽和蒸気から液滴を生じることになるプロセスを以下に説明しておく。原子力発電プラントの復水器上流部の配管内では、飽和蒸気が流れる。係る環境の復水器上流部のオリフィスでは、オリフィス出入口の圧力差が大きいため、オリフィス出口で流体の流速が音速になり、オリフィス流路内の圧力は急激に低下する。そのため、飽和蒸気は湿り蒸気になり、湿り蒸気に含まれている水分の一部分はオリフィス流路内壁面上に液膜として存在する場合がある。
【００１３】
配管内にオリフィス１６のような絞り部が存在すると、圧力比の条件にもよるが、絞り部にて蒸気流２０の流速が音速を超え、それ以上圧力比が大きくなっても流量が変化しなくなるチョーク現象になる。よって、配管内の平均流速に比べ、オリフィス流路内の平均流速は格段に大きくなり、オリフィス流路内流れ方向に対し平行な壁面に液膜が存在すれば、液膜１９はオリフィス流路壁面を流され、引きちぎられ液滴１８となって飛散する。オリフィスの下流に曲がり管１７があれば液滴が衝突し、曲がり管１７が減肉する可能性がある。
【００１４】
本発明は、かかる技術的な課題を解決するためになされたもので、オリフィス頂部に発生した液膜が液滴となって下流に飛散することを阻止することができる液膜除去装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
以上のことから本発明においては、オリフィス部から曲がり配管を経由して復水器に至る蒸気配管のオリフィス部に設けられた液膜除去装置であって、オリフィス部は、蒸気配管を通る流体の流れ方向に対して上流側の絞り部と、下流側の絞り部で構成され、上流側の絞り部と下流側の絞り部の間に前記蒸気配管を貫通する溝部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、オリフィス流路内壁面上で液滴源となる液膜を回収することを可能とし、液滴による配管減肉を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の配管内オリフィス形状と配管系統を示す図。
【図２】一般的な原子力発電プラントの構成を示す図。
【図３】対策を施さない場合と、特許文献１における液膜除去装置の構成を示した図。
【図４】本発明に係るオリフィス部の構造の変形例を示す図。
【図５】本発明に係るオリフィス部の構造の変形例を示す図。
【図６】本発明に係るオリフィス部の構造の変形例を示す図。
【図７】本発明に係るオリフィス部の構造の変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。
【実施例】
【００１９】
図２に一般的な原子力発電プラントの構成を示している。図２の原子力発電プラントは、原子炉容器２と，原子炉容器２内に収納された核分裂性物質を含む炉心１と、原子炉容器２から流出した蒸気を高圧タービン４及び低圧タービン６に送る主蒸気系配管３と、仕事を終えた蒸気を復水器９にて凝縮した水を原子炉容器２に送水する給復水系配管１１と、高圧タービン４および低圧タービン６の軸７に連結された発電機８と、復水器９下流側の給復水系配管１１に連結された復水ポンプ１０と主給水ポンプ１２と給水加熱器１３と、高圧タービン４と低圧タービン６の間にある湿分分離器５から蒸気を主給水ポンプ駆動用タービン１４と復水器９へ送る抽気系配管１５で構成されている。
【００２０】
上記構成の原子力発電プラントでは、炉心１にて加熱された蒸気を、主蒸気系配管３に供給し、この蒸気を高圧タービン４及び低圧タービン６に導いて発電機８を回転駆動し、これによりにより発電を行う。高圧タービン４及び低圧タービン６内での仕事に使用された蒸気は、復水器９で凝縮されて水となり、その後、給水ポンプ１２及び給水加熱器１３を通ってそれぞれ加熱及び昇圧され、再度炉心１に給水される。
【００２１】
また、高圧タービン４と低圧タービン６の間にある湿分分離器５から抽気された蒸気は主給水ポンプ駆動用タービン１４で仕事をし、主給水ポンプ１２を回転させ、その後蒸気は復水器９に送られ水に戻される。なお、主給水ポンプ駆動用タービン１４の軸封部でも、シール部からケーシング外へ漏洩を防ぐために、蒸気を復水器９に送り水に戻す。
【００２２】
このように原子力発電プラントでは、大量の給水を必要とすることから給復水系配管１１に主給水ポンプ１２を設置し、さらにこの主給水ポンプ１２を主給水ポンプ駆動用タービン１４で駆動する構成を採用している。このため、主給水ポンプ駆動用タービン１４に駆動用の蒸気を供給する抽気系統を備えている。
【００２３】
抽気系統は、主蒸気系から抽気された蒸気が、主給水ポンプ駆動用タービン１４を通り復水器９に戻る抽気系であり、抽気された蒸気により、主給水ポンプ駆動用タービン１４が駆動されて給水ポンプ１２が回転する。またこの給水ポンプ駆動用のタービンの軸封部で、シール部からケーシング外へ漏洩を防ぐために、蒸気が使用され復水器に戻る。
【００２４】
また抽気系統は、給水を加熱する目的でも使用される。例えば、プラント熱効率向上のため、復水器９から原子炉炉心１へ向かう給復水系配管１１の途中で、水を加熱する給水加熱器１３に対して抽気を送るため抽気系統が設備される。給水加熱器の加熱源となる蒸気を高圧タービンおよび低圧タービンから抽気しており、加熱に使用した後の蒸気やドレン水を復水器に戻す。なお、図２には給水加熱器１３から復水器に至る蒸気やドレン水の戻り配管の記述を省略している。
【００２５】
原子力発電プラントは、以上のような多くの機器及び配管で構成されているが、これらの配管の中には、内部流体が飽和蒸気であり、配管途上にオリフィスが設置されており、かつ下流側が復水器９に接続されている配管がある。図２の例で言うと、低圧タービン６で仕事をした後の蒸気が復水器９に導かれる主蒸気系配管３Ａ，主給水ポンプ駆動用タービン１４で仕事をした後の蒸気（抽気）を復水器９へ導く抽気系戻り配管３０Ａ，主給水ポンプ駆動用タービン１４の軸封部であるシール部から、蒸気を復水器９へ導く抽気系戻り配管３０Ｂなどがこれに相当する。さらには給水加熱器１３から復水器に至る蒸気の戻り配管などがこれに相当する。
【００２６】
以下、これらの配管を対象として適用される本発明の実施例について図１を参照して説明する。本発明では、オリフィス構造に工夫がされている。オリフィス部１６自体は、配管の途上に設けられた絞り部であるが、蒸気流れ方向に沿って上流側絞り部１６Ｃと、下流側絞り部１６Ｄに分割され、その間にオリフィス１６の流路内壁面から配管壁面まで貫通した溝２３を備える。上流側絞り部１６Ｃに生じた液膜は、溝２３を経由して配管外のドレンポケット２４に回収される。本発明ではオリフィスの構造に特徴を有する。なお、オリフィス１６の流路内壁面とは、図３に示すオリフィス頂部（絞られた狭い部分）１６Ｂの位置に相当し、配管壁面とは、図３に示すオリフィス基部（付け根の部分部分）１６Ａの位置に相当している。さらに上流側絞り部１６Ｃに生じた液膜を除去しやすいように、絞り部及び溝２３の形状などを工夫している。
【００２７】
本発明の図１の実施例では、下流側絞り部１６Ｄに段差２１を与えている。これにより上流側絞り部１６Ｃの部位における配管直径ｄ１よりも、下流側絞り部１６Ｄにおける配管直径ｄ２のほうが段差２１の分だけ狭くなっている。なお段差２１は傾きを有する形状とされている。
【００２８】
図１の実施例によれば、オリフィス１６の流路内壁面に配管径方向の段差２１と、オリフィス出口部での絞り流路２２より生じるオリフィス内壁面と配管壁面の圧力差により、オリフィス１６の流路内壁面から前記配管壁面まで貫通した溝２３に、液膜１９が流れ、その後ドレンポケット２４に流入する。
【００２９】
ドレンポケット２４では、蒸気２５と液膜１９が貯水されたドレン２６が一時的に滞留する。さらにドレンポケット２４の下流に設置されたスチームトラップ２７で、ドレン２６と蒸気２５を分離する。このうちドレン２６をバイパス配管２８に通して復水器９に送る。万一、スチームトラップ２７が作動しない場合には、安全弁２９をスチームトラップ２７とは並列に設置し、ドレン２６を復水器９まで送水するのに支障をきたさないようにする。
【００３０】
かかる構成によると、オリフィスの内壁面に配管径方向の段差を設けることにより、液膜が下流へ移動することを防止することができる。オリフィス出口部で絞り流路、オリフィス流路内壁面から前記配管壁面までを貫通した溝を設け、溝の流路面積がオリフィス内壁面から配管壁面まで縮小することにより、オリフィス流路内壁面と配管壁面の圧力差が大きくすることが可能になる。このため、オリフィス流路内壁面の液膜が溝に流入し、ドレンポケットで回収することができるので、オリフィス流路内壁面上の液膜を低減し、オリフィス流路内壁面上の液膜から蒸気流れによって、引きちぎられることによって発生する液滴を低減できる。
【００３１】
以下、本発明に係るオリフィス部の構造の幾つかの変形例について説明する。図４は図１の事例であり、上流側絞り部１６Ｃと下流側絞り部１６Ｄの間に溝２３を形成し、下流側絞り部１６Ｄの絞り高さ方向に傾きを有する段差２１を与えている。また溝２３には開口部が広い形の傾斜を持たせている。これによりオリフィス流路内壁面の液膜が溝に流入しやすい状態としている。運転中にオリフィス内通路で、圧力効果により、湿り蒸気中の液分がオリフィス内通路壁面に発生する液膜を除去する。
【００３２】
図５は、溝２３は形成するが溝２３に傾きをもたせていない。また下流側絞り部１６Ｄの絞り高さ方向に段差２１を与えているが、段差には傾きを与えていない。これにより液膜の下流移動を防止する。
【００３３】
図６は、上流側絞り部１６Ｃと下流側絞り部１６Ｄの間に溝２３を形成し、下流側絞り部１６Ｄの絞り高さ方向に傾きを有する段差２１を与えている。また溝２３には傾斜を持たせていない。絞り上流で圧力を大きくし、配管内外の圧力差を大きくし、液膜の除去を促進させるための絞り流路である。
【００３４】
図７では、溝２３には開口部が広い形の傾斜を持たせている。段差はつけない。絞り上流で圧力を大きくし、配管内外の圧力差を大きくし、液膜の除去を促進させるための溝流路面積変化を与えている。
【００３５】
以上詳細に述べたように、本発明は原子力発電プラントの低圧タービン出口より下流および主給水ポンプ駆動用タービンから復水器までの戻り配管における液膜除去装置である。具体的には、配管と、配管内の任意の位置に設けられたオリフィスと、オリフィスの下流に設けられた曲がり管と、蒸気を冷却して凝縮させる復水器とを備えた原子力発電プラントにおいて、オリフィス流路内壁面から配管壁面までを貫通した溝と、オリフィス流路内壁面に配管径方向の段差と、オリフィス出口部で絞り流路を設け、溝の流路面積がオリフィス内壁面から配管壁面まで縮小し、溝を流入口とし配管壁面外側に設けられるドレンポケットとドレンポケットに配管で接続されたスチームトラップと、スチームトラップから復水器までのバイパス配管で構成される。
【符号の説明】
【００３６】
１：炉心
２：原子炉容器
３：主蒸気系配管
４：高圧タービン
５：湿分分離器
６：低圧タービン
７：軸
８：発電機
９：復水器
１０：復水ポンプ
１１：給復水系配管
１２：給水ポンプ
１３：給水加熱器
１４：駆動用タービン
１５：抽出系配管
１６：オリフィス
１７：曲がり管
１８：液滴
１９：液膜
２０：主流
２１：流路内壁面に配管径方向の段差
２２：オリフィス出口部での絞り流路
２３：流路内壁面から前記配管壁面まで貫通した溝
２４：ドレンポケット
２５：蒸気
２６：ドレン
２７：スチームトラップ
２８：バイパス配管
２９：安全弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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