JP4619958B2

JP4619958B2 - 蒸気タービン用制御弁及び蒸気タービン発電プラント

Info

Publication number: JP4619958B2
Application number: JP2006012656A
Authority: JP
Inventors: 藤蔵進
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: JP2007192168A

Description

本発明は、例えば高温蒸気流路に設けられる蒸気タービン用制御弁、及びその制御弁を備えた蒸気タービン発電プラントに関する。

一般に、蒸気タービン発電プラントにおいては、蒸気タービンに供給される駆動用蒸気を制御するために、主蒸気止め弁，蒸気加減弁，組合せ再熱蒸気弁等の種々の制御弁が付設されている。

図１４は、一般的な蒸気タービン発電プラントの概略構成を示す系統図であり、ボイラー１００で発生した蒸気は主蒸気止め弁１０１、蒸気加減弁１０２を通過し高圧タービン１０３で仕事をした後、逆止弁１０４を経由して再びボイラー１００の再熱器にて加熱され、再熱蒸気止め弁１０５、インターセプト弁１０６を経て中圧タービン１０７、低圧タービン１０８へ流入し仕事をする。低圧タービン１０８で仕事をした蒸気は復水器１０９で復水され、給水ポンプ１１０にて昇圧され再びボイラー１００に供給されるように循環する。

また、プラントの運用効率を高めるために、プラントによっては主蒸気止め弁１０１の前からボイラー１００の再熱器の前に接続された高圧タービンバイパス弁１１１やボイラー１００の再熱器の後から復水器１０９に接続された低圧タービンバイパス弁１１２が設置され、タービンの運転に係わらずボイラー系統単独の循環運転が出来るようになっている。

図１５は、上記蒸気タービン発電プラントの蒸気加減弁等に使用される従来の蒸気制御弁の縦断面図であり、弁胴部１に上蓋２をボルト３にて固定することにより圧力容器状の弁ケーシング４が形成され、その弁ケーシング４内には、弁棒５を介して弁座６に対して接離される主弁７が配設されるとともに、その主弁７の外周部に蒸気中の異物を捕捉するストレーナ８が設けられている。上記弁棒５は案内片９により保持されており、その弁棒５の端部に主弁７を上下方向に作動させる駆動装置（図示せず）が設置されている。

しかして、蒸気管（図示せず）を流れる蒸気は、矢印Ａに示すように弁ケーシング４により形成される蒸気室４ａ内に流入し、主弁７と弁座６の間に形成される流路を通過して矢印Ｂへと流出する。また、弁ケーシング４には弁座前ドレン排出口１０、弁座後ドレン排出口１１が設けられており、タービン起動時に蒸気室４ａの内部に蓄積されたドレンを排出する機能を有している。

ところで、火力発電プラントの蒸気条件の高温・高圧化は、その効率向上に寄与する非常に重要かつ基本的な要因であり、上記各蒸気制御弁はボイラーにて発生した高温の蒸気が直接作用するため非常に厳しい環境下での使用となる。

特に、室温程度まで各タービン１０３、１０７、１０８の温度が低下した状態から低圧タービン１０８などに蒸気を送出して起動を行うコールドスタート（冷気起動）の際には、その上流側に設置されている主蒸気止め弁１０１をはじめとする各蒸気制御弁には従来に比較してかなり高温・高圧の蒸気がそのまま供給される。すると、蒸気室４ａが急激に加熱されて、弁ケーシング４の内側から外側に向かって大きな温度勾配が生じ、最悪の場合には弁ケーシング４にひび割れ等の致命的な損傷が生じる可能性がある。

そこで、このような急激な温度勾配が弁ケーシング４に生じることを避けるために、蒸気制御弁の蒸気室４ａの内部を２重構造とする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、従来の蒸気室（外部蒸気室）の内部に空隙を設けて内部蒸気室を設け、この外部蒸気室と内部蒸気室の間に暖気用の蒸気を流すことにより、各蒸気室の壁に生じる温度勾配を低減させようとするものである。このような構造であれば、内部蒸気室の外側に流通する暖気用蒸気により、例えば高温・高圧の蒸気が内部蒸気室に流入しようとしても、内部蒸気室の壁には、大きな温度勾配は生じなくなり、かつ外部蒸気室も従来と同程度の温度勾配で済むことになる。

一方、内部蒸気室を設ける代わりに、蒸気室内壁を遮熱体で被覆して、この遮熱体の外部を大気により冷却することにより、蒸気室に高温・高圧の蒸気が流通しても内壁には温度勾配が生じないようにする技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特公平７−５４０８９号公報特開昭５８−１２４００９号公報

わが国の火力発電プラントの蒸気条件は標準的に主蒸気圧力２４．１ＭＰａ、主蒸気温度５３８℃、再熱蒸気温度５６６℃が採用されてきた。しかし、オイルショック以来、省エネルギ化が強力に推進され、その後の地球温暖化問題に対する急速な関心の高まりから火力発電プラントの高効率化が押し進められ主蒸気や再熱蒸気温度は、５９３℃、６００℃、６１０℃というようにステップ的に上昇してきている。

昨今の趨勢は、主蒸気や再熱蒸気温度についてより高温化の方向にあり、さらに６３０℃、６５０℃、７００℃、７２５℃以上の蒸気温度の採用が検討されている。

このように概ね６００℃を超すような主蒸気や再熱蒸気温度条件では、従来からこれら弁装置の弁ケーシング材料として使用されているクロム−モリブデン−バナジウム鋼に代表されるフェライト系合金などの耐熱合金鋼の使用が困難となり、自ずとオーステナイト系耐熱鋼を使わなければならない。このことは、従来にも増して製造コストが急騰し採算上大きな問題となる。

そのため、上記特許文献１および２に開示の技術では、高価な耐熱鋼の使用を極力減らし、弁ケーシングについては従来材の使用を可能とするとともに、直接高温・高圧の蒸気に曝される部分にのみ限定して耐熱鋼を使用するというものである。しかし、これらの文献には、実際の蒸気タービン発電プラントの運用を考慮した蒸気弁の構造および蒸気タービン発電プラントの蒸気系統は一切開示されていない。

本発明は、このような点に鑑み、概ね６００℃を越すような主蒸気や再熱蒸気温度条件のプラントにおいても、廉価なコストの蒸気制御弁を用いた蒸気タービン発電プラントの提供を目的とする。

請求項１に係る発明は、蒸気タービンに供給される駆動用蒸気を制御する蒸気タービン用制御弁であって、前記制御弁の弁ケーシングを耐圧容器として機能する外壁と、温度隔壁として機能する内壁とからなる少なくとも２重壁により構成するとともに、前記内壁の肉厚を前記外壁の肉厚より薄く構成し、前記外壁と内壁の間に形成された外側蒸気室内には蒸気または流体を流通させるようにした蒸気タービン用制御弁において、前記外側蒸気室は、弁座部を基準に、少なくとも２個以上の独立した蒸気室に分割されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、分割された各蒸気室には、それぞれ異なる条件の蒸気または流体が流通されることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に係る発明において、分割された各蒸気室を通過した後、その蒸気室から排出された蒸気または流体は、蒸気タービンまたは蒸気タービンサイクルの途中段落において熱回収されることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに係る発明において、耐圧容器として機能する外壁はフェライト系耐熱鋼、Ｃｒ−Ｍｏ鋼もしくはＣｒ−Ｍｏ−Ｖ鋼により形成され、温度隔壁として機能する内壁はオーステナイト系耐熱鋼、またはＮｉ基耐熱合金鋼により形成されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、ボイラと、このボイラの下流側に接続されるとともに、このボイラからの蒸気温度を低減させる減温器と、この減温器の下流側を分岐して一方を請求項１記載の制御弁の外側蒸気室のうち、弁座部より上流側に設けられた蒸気室に導くとともに、他方を請求項１記載の制御弁の外側蒸気室のうち、弁座部より下流側に設けられた蒸気室にインターロック弁を介して導く一方、前記上流側に設けられた蒸気室内の導入蒸気はこの蒸気室の流体出口下流に設けられたインターロック弁を介して蒸気タービンに回収するとともに、前記下流側に設けられた蒸気室内の導入蒸気は流体出口から蒸気タービンに回収することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明において、前記インターロック弁は、前記制御弁が急閉した際に、同時に急閉することを特徴とする。

以上説明したように、本発明は、弁ケーシングを外壁と内壁により２重壁によって構成するとともに、内外壁間に形成された外側蒸気室を弁座部分で上流と下流に分割して、少なくとも２個の独立した上部蒸気室および下部蒸気室として構成するとともに、該外側蒸気室のそれぞれに独立した系統からインターロック止弁を介して蒸気または流体を流通させるように構成したので、例えば蒸気弁が急速に閉鎖した場合においても、上部蒸気室には主弁より上流側の系統とほぼ同一の圧力が負荷されるとともに、下部蒸気室は主弁より下流側の系統とほぼ同一圧力になるように制御されるので、内壁が圧力により大きく変形することはなくなるため、蒸気タービンに供給される駆動用蒸気と直接接する内壁は温度隔壁としての機能を持たせ、また外壁は耐圧容器としての機能を持たせることができる。また、圧力容器となる外壁はフェライト系耐熱鋼等の従来材料を用い、温度隔壁の機能を有する内壁のみに、オーステナイト系耐熱鋼やＮｉ基耐熱合金（固溶強化型超耐熱合金）等を用いる等それぞれの蒸気室の材料を自由に組合せて使い分けすることが可能となり、概ね６００℃を超すような主蒸気や再熱蒸気温度条件のプラントにおいても、廉価なコストの蒸気制御弁を得ることができる。

まず、本発明の実施の形態を説明する前に、その前提となる技術を図６乃至図１３を用いて説明する。

図６は本発明の前提とする技術ににおける主蒸気止め弁１０１の断面形状を示す図であり、図１５に示す従来構造と同一部品には同一符号を附し、その詳細な説明は省略する。

図６に示すように、主蒸気止め弁の弁ケーシングは、圧力容器を形成する肉厚の外壁２０及び温度隔壁を形成する薄肉の内壁２１によって２重壁に構成されている。すなわち、上記外壁２０は圧力容器を形成する肉厚の弁胴部２０ａとその弁胴部２０ａにボルト２０ｂにより固着された上蓋２０ｃにより構成されており、その弁胴部２０ａ内に温度隔壁を形成する薄肉の内部弁胴２１ａが配設され、その内部弁胴２１ａにボルト２１ｂにより内蓋２１ｃを固着することにより内壁２１が形成されている。上記内部弁胴２１ａには弁座２１ｄが形成されており、上記内部弁胴２１ａにより形成された内部蒸気室内には、上記弁座２１ｄに協働する主弁７及びストレーナ８が設けられている。

また、上記弁胴部２０ａには入口短管２２及び出口短管２３が設けられており、その入口短管２２と出口短管２３には、弁座前ドレン排出口１０と弁座後ドレン排出口１１が加工されている。これらの入口短管２２や出口短管２３は、ボイラーや蒸気タービンと図示しない蒸気配管に突合わせ溶接にて取り付けられるが、各短管の先端に一体的にフランジを形成しフランジ取付けとしても良い。

図７は、図６に示す主蒸気止め弁１０１を使用したプラントの系統図であり、ボイラー１００で発生した蒸気は上記主蒸気止め弁１０１および蒸気加減弁１０２を経て高圧タービン１０３に供給される。一方、主蒸気止め弁１０１の上流側から分岐された分岐管には減圧減温装置２６が接続されており、ボイラー１００から発生した主蒸気の一部が主蒸気止め弁１０１の上流から分岐し、上記減圧減温装置２６においてそれぞれの運用条件に応じて調整されて、上記蒸気止め弁１０１の流体入口２７から前記外壁２０及び内壁２１によって形成されている外側蒸気室２５に供給される。上記外側蒸気室２５を通過した蒸気は流体出口２８から排出され、高圧タービン１０３の抽気段に導入される。

ここで、減圧減温装置２６について図８を用いて説明する。

減圧減温装置２６は調圧弁３０より図９の特性の如く、蒸気弁内に供給される蒸気タービン駆動用蒸気圧力Ｐ１に対して出口の流体圧力Ｐ２が同等かまたは若干低圧となる差圧Ｄを持たせ、かつその圧力は少なくとも内側蒸気室の設計応力以下となる圧力（又は差圧）に圧力制御を行うように差圧調節器３１にて演算され調整される。同時に冷却水調節弁３２から供給された冷却水は、減温管３３に設置されたスプレーノズル３４から噴射される。この時の減温管３３内部温度は図１０の特性の如く、蒸気弁内に供給される蒸気タービン駆動用蒸気温度Ｔ１に対して流体温度Ｔ２が若干低温となる温度差Ｃを持たせ、かつその温度は高くとも既存のフェライト系耐熱合金鋼が使用可能な、例えば６００℃程度以下に温度制御を行うように温度調節器３５にて演算調整され、蒸気弁内に供給される蒸気温度Ｔ１が６００℃以上になった場合にも、外側蒸気室２５に流通する流体温度は６００℃を設定温度として一定温度制御に移行する特性となっている。

これら外側蒸気室２５に流通する流体の流量は、当該主蒸気止め弁１０１に流入する蒸気流量（蒸気熱量）に応じて増減させ過度の冷却や加熱を防止するように流量調整され、この流量制御には内壁２１内蒸気および外側蒸気室２５内蒸気の温度監視を行うための図示しない温度検出器を設置しており、冷却や加熱による過度の温度あるいは温度差が設定値（目標値）以上と認められた場合には、外側蒸気室２５に流通する流体の流量を減圧減温装置２６によって増減することは説明するまでもない。

また、当該蒸気弁の未使用中（蒸気が流れていない間）の外側蒸気室に流体を流通せしめる場合も含め、図８における減圧減温装置２６には、差圧調節器３１や温度調節器３５にその運用状態に従って対応可能なように、図示しない外部制御装置からの制御信号が入力できる構成となっており、その流入する蒸気温度、圧力状態に従って温度制御、圧力制御、流量制御を行うばかりか、蒸気タービンプラントの冷却（プラント停止）過程や蒸気タービンプラントの起動（プラント暖気）過程のあらかじめ決められ設定された冷却速度や暖気速度に応じて温度制御、圧力制御、流量制御を行う流体制御システムとなっている。

従って、図６に示す主蒸気止め弁では、外壁２０は蒸気弁内に供給される圧力Ｐ１と同等か又は若干低圧の蒸気圧力が作用する圧力容器となるが、外壁２０の内側すなわち外側蒸気室２５内は６００℃を越すことがない蒸気温度のため、外壁としては従来と同様なフェライト系耐熱鋼が使用可能となる。

一方、内壁２１の内面に作用する蒸気温度は、蒸気弁内に供給される蒸気がそのまま作用することになるため、耐食・耐熱性に優れた例えばＳＵＳ３１６やＳＵＳ３１０系のオーステナイト系耐熱鋼や、例えばインコネル６２５等のＮｉ基耐熱合金（固溶強化型超耐熱合金）が好ましい。なお、設計条件によっては例えば新１２Ｃｒ鋳鋼、新１２Ｃｒ鍛鋼のフェライト系耐熱鋼と組み合わせて使用しても問題はない。また、入口短管２２や出口短管２３の材料は内壁２１と同様のオーステナイト系耐熱鋼やＮｉ基耐熱合金（固溶強化型超耐熱合金）が好ましい。

オーステナイト系耐熱鋼は現在主要弁の蒸気室に使用している低合金鋼の材料特性よりも耐力が格段に小さくなり、かつ熱膨張係数も大きくなる。蒸気室の熱応力は一般的に下記の式で表わされる。
σｔ＝α×Ｅ×ΔＴ＜σys
ここで
σt：熱応力
α：熱膨張係数
ΔT：温度差
σys：オーステナイト系耐熱鋼の耐力値
上式で判る様に熱応力を小さくするためにはΔＴを小さくする必要がある。先述の通りオーステナイト系耐熱鋼の材質はσys が非常に低値で、且つαが大きいため尚一層ΔＴを小さく押える必要がある。

本発明の前提となる技術の内壁は、圧力容器よりむしろ機能的に高温蒸気に曝される単なる温度隔壁となるが、本発明によれば温度差（ΔＴ）を任意に調整（設定）できることから、上記の要請に対して十分に応えるものである。

従って、外側蒸気室は圧力容器となるため肉厚は厚肉となり重量も重くなるが、直接高温蒸気が作用すること無く温度が低いため従来材料を用いることが可能なことから、蒸気室全体を高価なオーステナイト系耐熱鋼等で製作するのに比べ、廉価なコストで弁装置を提供することができることになる。

ここで内外両壁間の外側蒸気室２５に供給される流体は６００℃を越さない温度であり、内壁２１には熱応力の発生が懸念されるが、上述のように、内壁２１には大きな蒸気圧力が作用せず圧力容器の機能を持たないことからその肉厚は薄くできること、および内壁２１に作用する温度差は常に一定となるように制御されることから、内壁２１に発生する熱応力は適正に管理することが可能となる。

しかし、それでも内壁２１に発生する熱応力が許容値を越える場合には、内壁の数を増やして多層化し、それぞれの多層化された各々の外側蒸気室に、各々の減圧減温装置２６を設置して、供給する蒸気温度を内側から外側の外側蒸気室に向かい段階的に減少させた温度設定とすることで、各々の内壁に作用する温度差を小さく押さえることが可能であり、より一層各々の内壁に発生する熱応力を適正に管理することができる。

以上の説明のように、通常の蒸気タービン運転中、少なくとも当該蒸気弁の使用中（蒸気が流れている間）は連続して外側蒸気室に外壁の冷却を目的とした蒸気または流体を流通することができるため、蒸気タービンに供給される駆動用蒸気と直接接する内壁は温度隔壁としての機能を持たせ、また外壁は耐圧容器としての機能を持たせ、各々の肉厚は内、外壁とも同一かまたは内壁のほうが外壁より肉厚を薄く構成することが出来る。

なお、内壁２１の肉厚を薄くした場合には、主弁７が急閉した場合でも弁座２１ｄ部分が変形しないように部分的に肉厚を厚くすることや内壁２１と外壁２０との間に補強リブを追設したり、または内壁２１の肉厚形状をハニカム状に構築する等、その構造物としての剛性を高めるための有効な手段を用いることができる。

また、これら内、外壁は、形状や材質の特性に応じ、その素材は各々鋳造または鍛造や圧延の製造手段により、また整形（造形）はプレスまたは機械加工や製缶溶接の加工手段により、これら異種の製造方法を組合せて構成することが可能である。

以上に説明の構成とすれば、下記のように運用の幅が広がることが明白であり、さらに有効なプラント運用が可能となる。

（１）プラント停止等の蒸気が流れない蒸気タービンの冷却過程において、該外側蒸気室に内、外壁の冷却を目的として蒸気または空気等の流体を流通せしめることにより、特に蒸気温度の高い蒸気タービンプラントにおいては早期に蒸気弁本体を冷却することが可能となり、保守点検（分解点検）開始までの時間短縮を図ることができる。

（２）プラント起動等の蒸気が流れない蒸気タービンの暖気過程において、該外側蒸気室にタービンの起動前に蒸気または流体を流通せしめることにより、早期に蒸気弁本体を昇温（加熱）することが可能となり、起動時間の短縮に有効である。

すでに説明の内外壁間の外側蒸気室に流通する流体の供給源は、図７において当該蒸気弁装置の上流側直前から当該蒸気弁装置に流入する蒸気を分岐して減圧減温装置２６に流入させているが、その他図１４に示す再熱蒸気止め弁１０５等の低圧の再熱蒸気ラインに設置される蒸気弁では、例えば特に図示していないが高圧タービン１０３の抽気蒸気、または蒸気タービンサイクル途中段からの分岐蒸気を外側蒸気室２５に流通する流体の供給源とすることで目的が達成出来る。

また図１１に示すように、蒸気タービン以外の新たに準備した供給源４０から単独に流通せしめる場合や図１２示すように供給源選択装置４１を設け、上流側直前からの分岐と蒸気タービン以外の新たに準備した供給源４０のいずれかを任意に選択できるようにし、たとえば蒸気タービンプラントの冷却（プラント停止）過程や蒸気タービンプラントの起動（プラント暖気）過程の場合には、新たに準備した供給源４０を選択すること等ができる。なお、蒸気タービン以外の新たに準備した供給源４０からの流体は、蒸気に限らず窒素（Ｎ２ガス）や空気等、蒸気タービンプラントの冷却（プラント停止）過程や蒸気タービンプラントの起動（プラント暖気）過程の目的に応じて流体の種類を選定しても目的が達成出来る。

一方、すでに説明の両壁間の外側蒸気室を通過した蒸気は、図７において再び蒸気タービンの抽気段落に接続して熱回収しているが、その他図示していないが蒸気タービンサイクル途中段に接続して熱回収する方法や、図１３に示すようにタービンプラント以外に暖房として消費することや専用の熱回収装置４２を新たに設け熱回収することも可能である。

このように、内外壁間の外側蒸気室に流通する蒸気等の流体の供給源やその外側蒸気室を通過した蒸気等の流体の回収先やそれらの方法や手段の組合せは多種多様であり、ここではそれらを限定するものではない。

以上説明した前提技術を踏まえて、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態である主蒸気止め弁１０１の断面形状を示す図である。なお、図１において、図６に示す構造と同一部品には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

この第１の実施の形態と前提技術との大きな相違点は、内壁２１を弁座部分にて２分割としたことである。

すなわち、弁ケーシングを外壁２０及び内壁２１により２重壁によって構成するとともに、内外両壁２０，２１間に形成された外側蒸気室２５を弁座部分にて上流と下流に分割して、少なくとも２個の独立した上部蒸気室２５ａ、及び下部蒸気室２５ｂとし、該外側蒸気室のそれぞれに独立した系統から蒸気または流体を流通せしめるように構成したものである。

本実施の形態の大きな目的は、蒸気弁の本来の機能に係わる改善である。すなわち図６において、通常の運転状態では主弁７は弁座２１ｄから離れ、主弁７と弁座２１ｄとから形成される幾何学空間をボイラーからの蒸気が流れる。蒸気タービンに異常が発生すると、これら蒸気弁は閉鎖するように動作するため、主弁７は再び弁座２１ｄに着座し流入蒸気を遮断する。この時、弁座２１ｄの上流はボイラーからの蒸気圧力が存在し、一方弁座２１ｄの下流は接続先の圧力（最悪は復水器１０９の器内圧力である真空）まで低下するが、内、外壁の間に設けた外側蒸気室２５には減圧減温装置２６からの蒸気が供給され続けていることから、特に内壁２１の弁座２１ｄの下流に位置した部分には、瞬時に外圧が作用し外圧容器となってしまうため大きな変形を生ずることが懸念される。

このような事象を改善するために、図６に示す温度隔壁を構成した内壁２１と外壁２０により形成された外側蒸気室２５は、本実施の形態である図１では弁座２１ｄ部分にて上下に２分割され、上部蒸気室２５ａと下部蒸気室２５ｂから成り立っている。上部蒸気室２５ａを形成する上部内壁２１ａ_１には弁座２１ｄが形成されており、その下端が外壁２０の内面に溶接等の接続手段により完全に密着するように固定され、かつ上部内壁２１ａ_１には下部蒸気室２５ｂを形成する下部内壁２１ｂ_１が溶接等の接続手段により完全に密着し一体化されている。

蒸気入口Ａ部分の上部内壁２１ａ_１は、入口短管２２と図２に示すように高温割れや熱影響部（HAZ）の鋭敏化を防止する目的に、開先角度を大きめとしてたとえばＶ開先で60〜80°に設定したＴＩＧ溶接２４等の手段にて完全に密着するように固定され、蒸気出口Ｂ部分の下部内壁２１ｂ_１も同様に出口短管２３に固定される。入口短管２２と出口短管２３には、弁座前ドレン排出口１０と弁座後ドレン排出口１１が加工されている。入口短管２２や出口短管２３は、ボイラーや蒸気タービンと図示しない蒸気配管に突合わせ溶接にて取り付けられるが、各短管の先端に一体的にフランジを形成し、蒸気配管とフランジ取付けとしても良い。

このように、本発明では、該外側蒸気室を弁座部分にて上流と下流に分割して、少なくとも２個の独立した外側蒸気室を設けていることが大きな特徴である。

この外側蒸気室には、図３に示すように減圧減温装置２６からの蒸気が、図１の上部流体入口２７ａからそれぞれの運用条件に応じて調整されて供給され、やがて上部流体出口２８ａから常時開のインターロック止弁４４を介して排出されるように流れる。また、減圧減温装置２６から分岐したもう一方の蒸気は、常時開のインターロック止弁４５を介して図１の下部流体入口２７ｂから供給され、やがて下部流体出口２８ｂから排出されるように流れ、再び蒸気タービンの抽気段落に接続して熱回収される。

また、例えば蒸気タービンに異常が発生し主弁７が弁座２１ｄに着座し流入蒸気を遮断した場合には、弁座２１ｄの上流はボイラーからの蒸気圧力が存在し、一方弁座２１ｄの下流は接続先の圧力（最悪は復水器１１３の器内圧力である真空）まで低下する。しかし、本実施の形態においては、常時開のインターロック止弁４４とインターロック止弁４５が、主弁７が弁座２１ｄに着座し流入蒸気を遮断したことを条件に急閉するように構成されている。したがって、主弁７が弁座２１ｄに着座し流入蒸気を遮断した場合においても、上部蒸気室２５ａには減圧減温装置２６からの蒸気が供給され、下部蒸気室２５ｂには減圧減温装置２６からの蒸気が供給されなくなり、接続先の圧力（最悪は復水器１１３の器内圧力である真空）が作用するようになるため、上部内壁２１ａ_１及び下部内壁２１ｂ_１は圧力がバランスし、上部内壁２１ａ_１及び下部内壁２１ｂ_１が変形することはない。

図３では、一つの減圧減温装置２６から蒸気を供給しているが、上部蒸気室２５ａと下部蒸気室２５ｂに各々に減圧減温装置２６を設置することも可能であり、またすでに説明の図１１〜図１３のような系統と組み合わせて運用することが出来る。

また、外側蒸気室の数を多層化したり分割化する場合に、それぞれの外側蒸気室に段階的に低下させた蒸気温度を供給するには、それぞれの外側蒸気室に応じた減圧減温装置２６を個別に設置することも可能である。

図４は本発明の他の実施の形態を示す図である。なお、図中、図１に示す構造と同一部品には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

この実施の形態の大きな相違点は、弁ケーシングが内，外、少なくとも２重壁により構成され、その間に外側蒸気室を設けた蒸気弁であるが、弁座部を基準に外側蒸気室が弁座の上流側にのみ設けられ、弁座の下流側には内壁が設けられていない点である。

また、従来の蒸気弁を例示した図１５では弁棒５に一体的に結合された主弁７を弁座６の下流側から駆動するものであるが、図４では主弁７を上下方向に作動させるアクチュエータ（図示せず）が端部に設置された弁棒５が、上蓋５０ｃを貫通して弁座５０ｄの上流側から駆動するような構造であり、弁座５０ｄの下流は出口管５５となっている。

この実施の形態の大きな目的は、従来構造を示す図１５において、弁座６の上流蒸気室は蒸気中の異物を捕捉するストレーナ８などが格納されること、及び弁座６の下流蒸気室は弁棒５を保持するための案内片９などが格納されるため、その蒸気室は自ずと大きくなり熱応力的には不適切な構造であったことから可能な限り蒸気室の大きさを小型にすることである。その結果、弁座６の下流側に内壁を設置する必要がなくなった。

ボルト５０ｂにより上蓋５０ｃが固着された弁胴部５０ａからなる外壁５０の内部には、内部弁胴５１ａ、内蓋５１ｃ、ボルト５１ｂからなる温度隔壁を構成する内壁５１が配設されている。また内壁５１の内部には従来と同様にストレーナ８や主弁７が組み立てられている。

上記上蓋５０ｃには、弁棒５を囲繞するように第１の弁棒リーク蒸気溝５２ａ及び第２の弁棒リーク蒸気溝５２ｂが形成されている。上記第１の弁棒リーク蒸気溝５２ａはバイパス孔５３により流体入口２７に連通されており、第２の弁棒リーク溝５２ｂは弁棒リークオフ管５４に連通されている。また、内蓋５１ｃの一部は、弁棒５を包囲しながら上蓋５０ｃの第１の弁棒リーク蒸気溝５２ａまで差し込まれている。

しかして、弁棒５からのリークオフ蒸気は第１の弁棒リーク蒸気溝５２ａにて、流体入口２７から分岐されたバイパス穴５３から供給された流体と混合し、やがて第２の弁棒リーク蒸気溝５２ｂに到達後、弁棒リークオフ管５４から排出される。このようにして、蒸気弁内に供給される蒸気タービン駆動用蒸気が、内外壁間に設けられた外側蒸気室２５に混入しないように防止される。

蒸気入口部分Ａの内壁５１ａは、入口短管２２と図２に示すように高温割れや熱影響部（HAZ）の鋭敏化を防止する目的に、開先角度を大きめとしてたとえばＶ開先で60〜80°に設定したＴＩＧ溶接等の手段にて完全に密着するように固定されるとともに、蒸気出口部分Ｂの出口管５５に図５に示すように高温割れや熱影響部（HAZ）の鋭敏化を防止する目的に、開先角度を大きめとしてたとえばＶ開先で60〜80°に設定したＴＩＧ溶接等の手段にて完全に密着するように固定されている。

外壁５０と溶接にて一体化された出口管５５には弁座５０ｄが形成されており、当該出口管５５部分には内壁は設置されていない。入口短管２２には、弁座前ドレン排出口１０が加工されるが、出口管５５にはドレン溜りが存在しないことから、弁座後ドレン排出口は設置されていない。

入口短管２２や出口管５５は、ボイラーや蒸気タービンと図示しない蒸気配管に突合わせ溶接にて取り付けられるが、各短管の先端に一体的にフランジを形成し、蒸気配管とフランジ取付けとしても良い。内壁５１と外壁５０の間に設けた外側蒸気室２５には、図１に示す本発明の実施の形態と同じように温度制御、圧力制御、流量制御を行う流体制御システムが接続されており、同様な効果や作用が得られるので説明は省略する。

以上説明の本発明の実施の形態において、内壁の強度上必要な肉厚は、図１や図４に示す胴の形状が胴長の場合よりも、球体に構成すると半分の肉厚で良いことは機械工学的に知られている。

例えば、図１または図４において弁座を基準に内壁部分をそれぞれ概略球体に形成することは可能であり、肉厚が薄くできることは熱応力的強度が良好な結果となる。

しかも球形の場合は比較的均一化された肉厚にすることが可能で応力集中に関する強度的見地からも好都合であり、結果的に熱応力の集中する箇所を低減でき蒸気室強度を向上させることができることは容易に推定できる。

本発明の一実施の形態の断面図。本発明における部分詳細断面を示す図。本発明の一実施の形態のプラント系統図を示す図。本発明の他の実施の形態の断面図。本発明の他の実施の形態における部分詳細断面を示す図。本発明の前提となる技術を示す図。本発明の前提となる技術のプラント系統図を示す図。本発明の前提となる技術における減圧減温装置の系統図。本発明の前提となる技術における蒸気圧力特性を示す図。本発明の前提となる技術における蒸気温度特性を示す図。本発明の前提となる他の技術のプラント系統図を示す図。本発明の前提となる他の技術のプラント系統図を示す図。本発明の前提となる他の技術のプラント系統図を示す図。従来のプラント系統図を示す図。従来の蒸気弁の断面図。

符号の説明

７主弁
２０外壁
２１内壁
２１ｄ弁座
２２入口短管
２３出口短管
２５外側蒸気室
２５ａ上部蒸気室
２５ｂ下部蒸気室
２６減圧減温装置
２７流体入口
２８流体出口
３０調圧弁
３１差圧調節器
３２冷却水調節弁
３３減温管
３４スプレーノズル
３５温度調節器
４０供給源
４１供給源選択装置
４４、４５インターロック止弁
５０外壁
５１内壁
５２ａ第１の弁棒リーク蒸気溝
５２ｂ第２の弁棒リーク蒸気溝
５５出口管

Claims

蒸気タービンに供給される駆動用蒸気を制御する蒸気タービン用制御弁であって、前記制御弁の弁ケーシングを耐圧容器として機能する外壁と、温度隔壁として機能する内壁とからなる少なくとも２重壁により構成するとともに、
前記内壁の肉厚を前記外壁の肉厚より薄く構成し、
前記外壁と内壁の間に形成された外側蒸気室内には蒸気または流体を流通させるようにした蒸気タービン用制御弁において、
前記外側蒸気室は、弁座部を基準に、少なくとも２個以上の独立した蒸気室に分割されていることを特徴とする蒸気タービン用制御弁。
分割された各蒸気室には、それぞれ異なる条件の蒸気または流体が流通されることを特徴とする、請求項１記載の蒸気タービン用制御弁。
分割された各蒸気室を通過した後、その蒸気室から排出された蒸気または流体は、蒸気タービンまたは蒸気タービンサイクルの途中段落において熱回収されることを特徴とする、請求項１または２記載の蒸気タービン用制御弁。
耐圧容器として機能する外壁はフェライト系耐熱鋼、Ｃｒ−Ｍｏ鋼もしくはＣｒ−Ｍｏ−Ｖ鋼により形成され、温度隔壁として機能する内壁はオーステナイト系耐熱鋼、またはＮｉ基耐熱合金鋼により形成されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸気タービン用制御弁。
ボイラと、
このボイラの下流側に接続されるとともに、このボイラからの蒸気温度を低減させる減温器と、
この減温器の下流側を分岐して一方を請求項１記載の制御弁の外側蒸気室のうち、弁座部より上流側に設けられた蒸気室に導くとともに、他方を請求項１記載の制御弁の外側蒸気室のうち、弁座部より下流側に設けられた蒸気室にインターロック止弁を介して導く一方、
前記上流側に設けられた蒸気室内の導入蒸気はこの蒸気室の流体出口下流に設けられたインターロック止弁を介して蒸気タービンに回収するとともに、前記下流側に設けられた蒸気室内の導入蒸気は流体出口から蒸気タービンに回収することを特徴とする蒸気タービン発電プラント。
前記インターロック止弁は、前記制御弁が急閉した際に、同時に急閉することを特徴とする、請求項５記載の蒸気タービン発電プラント。