蒸気機関の排水システム解説

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一、概要 一般的な疏水は、タービン本体の疏水とシステムの疏水の2つに大別される。タービン本体のドレンには、シリンダーのドレンと、シリンダーに直接接続されている各配管のドレンが含まれる。これには、高圧・中圧の主蒸気弁の後ろ、シリンダーに直接接続されている各段階の抽出蒸気配管のバルブの前、高圧シリンダーの排気逆止弁の前、軸封システムなどが含まれる。その他の疏水は、小機第一級シリンダー、高圧蒸気導管、内部蒸気シール疏水などのように、システム疏水と分類される。機組設計における疏水システムは、さまざまな運転状況下で動作し、蒸気タービンの外部からの水の侵入やタービン本体内の異常な水たまりを防ぎ、かつシステムのウォームアップおよび熱予備状態の要件を満たすものでなければならない。大型タービン機組は、起動、停止、負荷変更時において、蒸気がタービン本体や蒸気配管と接触するため、通常は冷却される。蒸気の温度が、その蒸気圧に対応する飽和温度より低くなると、蒸気は水に凝縮します。これらの凝縮水を適時に排出しないと、一部の配管やシリンダー内に溜まってしまいます。運転中、蒸気と水の密度や流速が異なるため、配管にかかる抵抗も異なり、こうした滞留水が配管内の水撃を引き起こす可能性があります。軽度の場合は配管が振動し、騒音によって環境が汚染されます；ひどい場合は、配管にひびが入ったり、破裂したりすることもあります。さらに深刻なのは、一度水が一部タービン内に入ると、動翼や静翼が水の衝撃を受けて損傷したり破断したりし、金属部品が急激な冷却によって永久的な変形を起こし、最悪の場合は主軸が曲がってしまうことです。また、タービン本体の排出水には一定の容量を考慮する必要があり、機械が停止した際にすぐに蒸気を排出し、タービンの過速や過熱を防ぐことができる。タービンがこれらの過酷な運転状態に陥るのを効果的に防ぐためには、機器の安全な運転を確保するため、シリンダーや蒸気配管内に溜まった凝縮水を迅速に排出しなければならない。同時に、可能な限り適格な品質の撥水剤を回収し、機器の経済性を向上させる。このため、タービンには給排水システムが設けられており、これにはタービンの高圧・中圧主蒸気弁の前後、各主蒸気・中圧調整弁の前後、ならびにこれらの高温高圧弁のバルブロッドからの漏れ蒸気用の給排水配管、抽出蒸気配管、軸封用蒸気母管などが含まれる。また、タービンの補助蒸気システム、小型タービン本体、および高低圧主蒸気弁の前後にある蒸気導管、脱酸器の加熱装置や高低圧過熱器などのシステムも、それぞれ独自のドレンシステムを備えている。これらの疎水は、疎水拡大容器に直接排出されて凝縮器で回収されるものもあれば、直接溝に排出されるものもある。タービンの排出水は、主に以下の部分で構成されている：主蒸気および再熱蒸気配管の低位置からの排水、タービンケーシングおよび主蒸気調整弁、高圧蒸気導管からの排水、抽出蒸気配管からの排水、給水ポンプおよびタービンへの蒸気供給配管からの排水、補助蒸気および脱酸器加熱配管からの排水、軸封システムからの排水とバルブロッドからの漏れ蒸気、その他の補助システムからの排出水などである。二、排水システムの運用
1、本体の排水
蒸気タービンの本体からの排水は、高圧排水と低圧排水に分かれ、DEHによって排水の自動制御が行われる。機組の起動前にすべてのドレンバルブを開き、機組の負荷が定格負荷の20％に達した時点で、高圧側の本体ドレンバルブを自動的に閉じる；負荷が定格負荷の25％に達すると、低圧側本体のドレンバルブが自動的に閉じます。停止時、機組の負荷が定格負荷の25％および20％に達すると、自動的に順次低圧段および高圧段の本体ドレンバルブが開きます。自動装置が故障した場合は、速やかに手動で本体の排水弁の状態を調整する必要があります。また、機組が停止する際には、シリンダーの排水が完全に排出されたことを確認した上で、本体の排水弁を閉じて、上下のシリンダー間の温度差が大きくなり、動的・静的な摩擦が生じるのを防がなければならない。また、重大な事故により真空が破壊され緊急停止が行われた場合、凝縮器の保護装置が作動し、圧力の高いスチームは開放を禁止され、機器の損傷を防ぎます。主再熱蒸気配管の排水およびシリンダ本体の排水は、発電機が起動する前に必ず開放し、十分に排水してタービン内に水が入ったり水が滞留したりするのを防がなければならない。停止時、負荷が一定値まで下がった際に、主再熱蒸気配管のドレンバルブが開いていることを確認する。 2、補助システムの排水：給水ポンプ用排水システム、補助蒸気用排水システム、脱酸器加熱システム、軸封排出水システムなどの補助システムの排水は、これらのシステムを運転開始する前に必ず開放し、十分に排水して配管を温める必要があります。これにより、蒸気と水の衝突による配管の振動やその他の事故を防ぐことができます。加熱が終わったら閉じます。これらの撥水バルブには、自動式と手動式がある。操作時には、運用規程および安全規程の関連規定を厳格に遵守しなければならない。3、タービンの水侵入防止 1）タービンには水侵入防止装置が設けられており、運転中や停止時にシリンダー内に水が入ることで生じる水撃や、上下のシリンダー間の温度差による動静部品間の摩擦、主軸の曲がりなどの事故を防ぎます。タービン本体の金属温度測定ポイントは適切に配置され、正確に表示されなければならない。上下のシリンダー間の温度差が大きい場合は、直ちにその原因を調査し、完全に解消しなければならない。2）各主要蒸気配管のドレンポートにドレンバッグを設置する（高圧逆止弁前、中間連結弁前の蒸気配管）。また、再熱器の低温側配管の低位置にあるドレンポイントにもドレンバッグを追加し、バルブの開閉を制御するために2つの水位センサーを設置する。3）軸封減温水配管に、減温水制御弁を新たに設置した。減温器の後段には軸封蒸気用の蒸水分離器が設置されており、低圧軸封の温度を保ちつつ、軸封蒸気に水分が混入するのを防いでいる。4）排水システム内のすべての空気駆動バルブには、自動制御が故障した際に手動で操作できるように現場操作用のハンドホイールが設置されており、排水弁の状態（開放または閉鎖）は中央制御室で表示される。5）タービンの抽出蒸気配管システムおよび高低圧ヒーターにも、水の侵入を防ぐ自動保護機能が設計されており、これにはヒーター筐体の自動排水システム（システム内の遮断弁を含む）、タービンとヒーター間の抽出蒸気配管上の抽出蒸気用電動バルブ、およびヒーターの水側の入口・出口用電動バルブが含まれる。三、排水弁
1. 蒸気タービンの排水システムの目的は、機械が起動したり負荷をかけたり負荷を切ったり停止したりする際に、水が蒸気タービンの部品に入ったりタービン内に溜まったりするのを防ぐことである。タービンに水が入ると、部品の損傷はほぼ避けられない。水は熱衝撃や機械的衝撃を引き起こし、それによって生じる故障には、ブレードやラップの損傷、スラストベアリングの損傷、ローターの亀裂、ディバイダーカバーの亀裂、ローターの永久的な曲がり、ステータ部の永久的な変形、およびシールプレートの摩耗などがある。2. 蒸気タービンのすべてのドレンバルブの操作原則1　蒸気タービンが停止してから冷却されるまで、常に開いた状態にする。2 タービンの起動およびシールに蒸気を供給する前に必ず開けなければならない。3 エンジンの負荷が上昇する際は開放状態を維持し、負荷が定格負荷の10％に達した時に高圧スチームドレンバルブを閉じ、負荷が定格負荷の20％に達した時に中圧スチームドレンバルブを閉じる。4 エンジンの負荷が低下し、定格負荷の20％になったら中圧スチームドレンバルブを開き、定格負荷の10％になったら高圧スチームドレンバルブを開く。5 主要な除湿弁が開く前に、真空を破壊しないようにしてください。しかし、この提案は緊急時に即座に真空を破壊する必要がある場合や、ユーザーの主蒸気配管のドレンバルブには適していません。3. 疎水拡容器本体
疏水拡容器の役割は、タービン機械本体からの疏水、主蒸気、再熱蒸気の疏水、抽出蒸気システムからの疏水、高圧加熱器の事故時の疏水、低圧加熱器の通常時および事故時の疏水、小型タービンからの疏水、補助蒸気の疏水、脱酸器のオーバーフローなどを受け入れ、これらの疏水を膨張させ、減圧し、冷却することで工質を回収することである。運転時には、本体のスカベンジャーが過熱や振動を起こさないように注意し、装置の損傷やマシンの真空度、機器の運転に悪影響を与えないようにしなければなりません。また、各スカベンジャーの圧力と温度に大きな差があるため、圧力の高いものと低いものを分類して管理します。異なる圧力のスカベンジャー同士が干渉し合い、事故や応力の増加を引き起こすのを防ぐため、圧力が近いスカベンジャーはすべて同じ集約管に接続されます。この機組には高低圧のドレンジボイラーがあり、高圧凝縮器の位置に設置されている。撥水システムには、自動または手動で撥水を制御するものが含まれます；温度調節器の撥水性；スロットルプレート連続排水；通風排気弁も含まれる；バルブシャフトからの漏れガスは直接溝に排出される。