ГАЗОВЫЙ КОМПРЕССОР Российский патент 2008 года по МПК F25B31/00 

Уровень техники

Производство сжиженного природного газа может быть достигнуто путем охлаждения и конденсации потока газа во множественных потоках хладагента, подаваемых рециркуляционными системами охлаждения. Охлаждение подаваемого природного газа может быть выполнено с помощью различных циклов процесса охлаждения, таких как хорошо известный каскадный цикл, в котором охлаждение обеспечивается тремя различными холодильными контурами. Один такой каскадный цикл последовательно использует метан, этилен и пропан, чтобы обеспечить охлаждение на трех различных температурных уровнях. Другой хорошо известный цикл охлаждения использует цикл с предохлажденным пропаном, цикл смешанного хладагента, в котором многокомпонентная смесь хладагентов производит охлаждение в выбранном температурном интервале. Смешанный хладагент может содержать углеводороды, такие как метан, этан, пропан и другие легкие углеводороды, а также может содержать азот. Варианты этой системы охлаждения используются на многих действующих заводах по производству сжиженного природного газа во всем мире.

Эти и другие типы процессов охлаждения для сжижения природного газа включают использование холодильных компрессоров, приводимых в движение газовыми турбинами. В последние годы для этой цели используются газовые турбины с одним валом. Во время блокировки выпуска компрессора сжатый охладитель обычно выпускается в систему сжигания, которая должна иметь такие размеры, чтобы справиться с ожидаемыми потоками сброса во время такой блокировки. Из уровня техники также известны другие системы, некоторые из которых обсуждены ниже.

Термин "завод по производству сжиженного природного газа с базовой нагрузкой", как он используется здесь, означает сооружение, которое непрерывно производит сжиженный природный газ посредством охлаждения, по меньшей мере, через один из многих циклов процесса охлаждения, известных из уровня техники. Сооружение может быть наземной площадкой, плавучим средством производства, хранения и выгрузки для добычи природного газа со дна моря/океана или системой с гравитационным основанием, площадкой по производству, хранению и выгрузке, которая закреплена якорем к морскому дну в конкретном местоположении.

Для специалистов в данной области будет понятно, что полезная мощность, которую можно получить от газовой турбины, используемой для приведения в движение холодильного компрессора на заводе по производству сжиженного природного газа с базовой нагрузкой, является функцией нескольких переменных, включая, но без ограничения, окружающую температуру (наибольшая мощность доступна при холодных температурах), потери на впускной/выпускной трубе, фрикционные потери и загрязнение компрессора с течением времени.

В патенте US-A-4,799,359 раскрыт криогенный компрессор охлаждения, содержащий регулируемый снаружи предохранительный клапан между выпускным отверстием компрессора и всасывающими линиями. Это позволяет криогенной жидкости проходить из выпускного отверстия компрессора во всасывающую линию, когда давление выпуска превышает заданное значение.

В патенте US-A-4,566,885 раскрыт процесс сжижения с двумя циклами охлаждения замкнутого контура. В каждом контуре компрессоры приводятся в движение газовой турбиной. Во время низкого потребления энергии компрессорами в первом контуре, мощность турбины отводится на генератор. Генератор дополняет мощность, произведенную турбиной второго контура.

В публикации WO-A-88/06674 раскрыт процесс, применимый к плавучим и стационарным платформам, чтобы сбрасывать выпуск газа под высоким давлением на дно моря. Любой газ под низким и/или средним давлением выпускается через обычный факел. Это уменьшает необходимый диаметр и длину факельной свечи, выступающей из платформы.

В публикации WO-A-97/33131 раскрыт процесс сжижения природного газа, характеризуемый тем, что компрессоры циклов хладагента механически взаимосвязаны и приводятся в движение газовой турбиной с одним валом. Также описан перепускной клапан между впускным и выпускным отверстиями каждого компрессора для использования во время начала процесса.

В патенте US-A-5,408,840 раскрыт процесс восстановления хладагента. В случае избыточного давления в цепи охлаждения хладагент после прохождения через клапан сброса давления собирается в резервуаре, а не выпускается в атмосферу.

В патенте US-A-5,319,945 раскрыт процесс, в котором в случае избыточного давления хладагент отводится из контура охлаждения в удерживающий резервуар. Объем удерживающего резервуара должен быть достаточно большим, чтобы уменьшить избыточное давление прежде, чем будет достигнуто давление для сброса.

В патенте US-A-3,855,810 раскрыта вставка достаточного буферного объема на стороне низкого давления в цепи охлаждения, обеспечивающая приспособление к росту давления, когда компрессор отключается. Это устраняет необходимость сжигания хладагента через клапаны сброса давления.

Как описано выше, большинство холодильных компрессоров, используемых на заводах по производству сжиженного природного газа с базовой нагрузкой, приводятся в движение газовыми турбинами. Во многих применениях используются газовые турбины с одним валом, в которых газовая турбина и один или более компрессоров или ступеней компрессора смонтированы на одном валу. Если выпуск компрессора блокируется непредвиденным обстоятельством процесса, сжатый хладагент обычно выпускается в трубопровод и систему сжигания, которая должна быть таких размеров, чтобы справиться с ожидаемыми потоками разгрузки во время такого обстоятельства процесса. Желательно минимизировать размер трубопровода и системы сжигания, требуемый для того, чтобы справиться с такими потоками. Также может быть желательным по экономическим и экологическим причинам минимизировать количество газа, сжигаемого во время сбоев процесса или событий блокировки выпуска компрессора.

Варианты осуществления настоящего изобретения отвечают этим потребностям и включают устройство и способ минимизации потоков разгрузки на заводах с базовой нагрузкой для производства сжиженного природного газа и, в частности, имеют отношение к устройству и способу, в которых используется преимущество характеристик замедления газовых турбин с одним валом, используемых для приведения в движение холодильных компрессоров для того, чтобы минимизировать нагрузку факела сжигания во время блокирования выпуска компрессора.

Сущность изобретения

В первом варианте настоящее изобретение обеспечивает устройство для сжатия газа, содержащее:

газовый компрессор, имеющий газовпускное отверстие и газовыпускное отверстие;

привод, приводящий в движение газовый компрессор; при этом привод замедляется, когда потребность газового компрессора в мощности превышает максимальную мощность привода, и отключается на низкой скорости;

устройство сброса давления повторного цикла, находящееся в сообщении по текучей среде с газовыпускным отверстием для приема потока сжатого газа, открывающееся, когда давление выпуска из газовыпускного отверстия достигает установленного давления и

трубопроводные средства, находящиеся в сообщении по текучей среде между газовпускным отверстием и устройством сброса давления повторного цикла для подвода к газовпускному отверстию сжатого газа от устройства сброса давления повторного цикла, когда давление нагнетания достигает установленного давления, посредством этого увеличивается массовая скорость потока через компрессор и регулируется привод.

Предпочтительно приводом является газовая турбина и компрессором является холодильный компрессор.

Предпочтительно приводом является газовая турбина с одним валом.

Предпочтительно устройством сброса давления повторного цикла является клапан.

Предпочтительно трубопроводные средства содержат резервуар, находящийся в сообщении по текучей среде с газовпускным отверстием.

Предпочтительно устройство дополнительно содержит, по меньшей мере, одно дополнительное устройство сброса давления повторного цикла, находящееся в сообщении по текучей среде с газовыпускным отверстием для приема дополнительного потока сжатого газа, открывающееся, когда давление нагнетания из газовыпускного отверстия достигает соответствующего установленного давления, и трубопроводные средства, которые находятся в сообщении по текучей среде между газовпускным отверстием и дополнительным устройством (устройствами) сброса давления повторного цикла для доставки к газовпускному отверстию сжатого газа из дополнительного устройства (устройств) сброса давления, когда давление выпуска достигает соответствующего установленного давления, посредством этого увеличивая массовую скорость потока через компрессор.

Предпочтительно устройство (устройства) сброса давления повторного цикла открывается, когда привод достигает соответствующего установленного процентного отношения от максимальной мощности привода.

Предпочтительно компрессор является многоступенчатым газовым компрессором, имеющим газовпускное отверстие для каждой ступени и газовыпускное отверстие для каждой ступени, соответствующее устройство сброса давления повторного цикла, находится в сообщении по текучей среде с каждым газовыпускным отверстием, и трубопроводные средства находятся в сообщении по текучей среде, по меньшей мере, между одним из газовпускных отверстий и соответствующими устройствами сброса давления повторного цикла.

Предпочтительно трубопроводные средства обеспечивают сообщение по текучей среде между каждым газовпускным отверстием и соответствующим устройством сброса давления повторного цикла, принимающим сжатый газ от той же самой ступени.

Предпочтительно трубопроводные средства обеспечивают сообщение по текучей среде между газовпускным отверстием промежуточной ступени и, по меньшей мере, некоторым из соответствующих устройств сброса давления повторного цикла, принимающим сжатый газ из более поздней ступени (ступеней).

Предпочтительно устройство дополнительно содержит, по меньшей мере, одно предохранительное устройство сброса давления, находящееся в сообщении по текучей среде с газовыпускным отверстием для приема дополнительного потока сжатого газа, открывающееся, чтобы выпустить сжатый газ, когда давление выпуска из газовыпускного отверстия достигает установленного давления, превышающего давление, при котором открываются все устройства сброса давления повторного цикла, принимающие сжатый газ из выпускного отверстия.

Предпочтительно трубопроводные средства содержат средства охлаждения для увеличения плотности текущей среды возвращенного сжатого газа.

В другом варианте настоящее изобретение обеспечивает способ регулирования привода, приводящего в движение газовый компрессор, имеющий газовпускное отверстие и газовыпускное отверстие; при этом привод замедляется, когда потребность газового компрессора в мощности превышает максимальную мощность привода, и отключается на низкой скорости, причем, когда давление выпуска сжатого газа из газовыпускного отверстия достигает установленного давления, по меньшей мере, часть сжатого газа возвращают в газовпускное отверстие, посредством этого увеличивая массовую скорость потока через компрессор.

Предпочтительно дополнительные порции сжатого газа возвращают в газовпускное отверстие по мере того, как давление нагнетания достигает одного или более соответствующих более высоких установленных давлений.

Предпочтительно соответствующее установленное давление определяют исходя из установленного процентного отношения от максимальной мощности привода.

В еще другом варианте настоящее изобретение обеспечивает способ ограничения загрузки факела во время блокировки выпуска компрессора на заводе по производству сжатого природного газа с базовой нагрузкой, содержащего газовый компрессор, имеющий газовпускное отверстие и газовыпускное отверстие и привод, приводящий в движение газовый компрессор, при этом привод замедляется, когда потребность газового компрессора в мощности превышает максимальную мощность привода, и отключается на низкой скорости, причем когда давление выпуска сжатого газа из газовыпускного отверстия достигает установленного давления, которое ниже чем давление, при котором происходит отвод газа для сжигания, по меньшей мере, часть сжатого газа возвращают в газовпускное отверстие, посредством этого увеличивая массовую скорость потока через компрессор и замедляя привод.

Предпочтительно дополнительные порции сжатого газа возвращают в газовпускное отверстие по мере того, как давление нагнетания достигает одного или нескольких соответствующих более высоких установленных давлений, которые ниже, чем давление, при котором происходит отвод газа для сжигания.

Предпочтительно соответствующее установленное давление определяют исходя из установленного процентного отношения от максимальной мощности привода.

В первом варианте осуществления устройство для регулирования привода, приводящего в движение газовый компрессор, имеющий газовпускное отверстие и газовыпускное отверстие, причем привод, имеющий максимальную мощность, включает два элемента. Первый элемент представляет собой устройство сброса давления повторного цикла, находящееся в сообщении по текучей среде с газовыпускным отверстием, при этом устройство сброса давления повторного цикла приспособлено для приема потока сжатого газа, имеющего давление выпуска из газовыпускного отверстия. Второй элемент представляет собой трубопровод, находящийся в сообщении по текучей среде с газовпускным отверстием, посредством этого газовпуское отверстие принимает, по меньшей мере, часть потока сжатого газа, поданного в трубопровод из устройства сброса давления повторного цикла, когда давление выпуска достигает установленного давления.

Приводом может быть газовая турбина, и, по меньшей мере, частью сжатого газа является хладагент. Предпочтительно, чтобы приводом была газовая турбина с одним валом и компрессором - холодильный компрессор. Соответственно устройством сброса давления повторного цикла является клапан.

Второй вариант осуществления устройства аналогичен первому варианту осуществления, но включает резервуар, находящийся в сообщении по текучей среде с трубопроводом и газовпускным отверстием. Третий вариант осуществления устройства аналогичен первому варианту осуществления, но включает, по меньшей мере, одно дополнительное устройство сброса давления повторного цикла, находящееся в сообщении по текучей среде с газовыпускным отверстием, причем дополнительное устройство сброса давления повторного цикла приспособлено для приема дополнительного потока сжатого газа из газовыпускного отверстия. По меньшей мере, часть потока сжатого газа может быть подана в трубопровод из устройства сброса давления повторного цикла, когда привод достигает первого установленного процента максимальной мощности, и, по меньшей мере, часть дополнительного потока сжатого газа может быть подана в трубопровод из дополнительного устройства сброса давления повторного цикла, когда привод достигает второго установленного процента максимальной мощности.

В четвертом варианте осуществления устройство для регулирования, по меньшей мере, одного привода, приводящего в движение, по меньшей мере, один многоступенчатый газовый компрессор, имеющий множество ступеней, газовпускное отверстие для каждой ступени и газовыпускное отверстие для каждой ступени, включает два элемента. Первым элементом является, по меньшей мере, одно устройство сброса давления повторного цикла, находящееся в сообщении по текучей среде с каждым газвыпускным отверстием, при этом устройство сброса давления повторного цикла приспособлено для приема, по меньшей мере, одного потока сжатого газа, имеющего давление выпуска из газовыпускного отверстия. Вторым элементом является, по меньшей мере, один трубопровод, находящийся в сообщении по текучей среде, по меньшей мере, с одним газовпускным отверстием, посредством чего, по меньшей мере, одно газовпускное отверстие принимает, по меньшей мере, часть, по меньшей мере, одного потока сжатого газа, поданного, по меньшей мере, в один трубопровод из устройства сброса давления повторного цикла, когда давление нагнетания достигает установленного давления. Как и в других вариантах осуществления, предпочтительно, чтобы приводом была газовая турбина с одним валом, и компрессором - холодильный компрессор.

Пятый вариант осуществления устройства аналогичен четвертому варианту осуществления, но включает, по меньшей мере, один резервуар, находящийся в сообщении по текучей среде, по меньшей мере, с одним трубопроводом и, по меньшей мере, одним газовпускным отверстием.

В шестом варианте осуществления устройство для регулирования одновальной газовой турбины, приводящей в движение холодильный компрессор, имеющий газовпускное отверстие и газовыпускное отверстие, причем газовпускное отверстие, по выбору находящееся в сообщении по текучей среде, по меньшей мере, с одним резервуаром, включает два элемента. Первым элементом является, по меньшей мере, один клапан сброса давления повторного цикла, находящийся в сообщении по текучей среде с газовыпускным отверстием холодильного компрессора, причем каждый клапан сброса давления повторного цикла приспособлен для приема отдельного потока сжатого газа, имеющего давление выпуска из газовыпускного отверстия холодильного компрессора. Вторым элементом является, по меньшей мере, один трубопровод, находящийся в сообщении по текучей среде с газовпускным отверстием и, по выбору, по меньшей мере, с одним резервуаром, посредством чего газовпускное отверстие и, по выбору, каждый резервуар получает, по меньшей мере, часть потока сжатого газа, поданного, по меньшей мере, в один трубопровод из клапана сброса давления повторного цикла, когда давление выпуска достигает установленного давления.

Другой вариант осуществления изобретения относится к заводу по производству сжатого природного газа с базовой нагрузкой, использующий устройство по любому из вариантов осуществлений или аспектов обсуждаемого здесь устройства.

Первый вариант осуществления способа регулирования привода, приводящего в движение газовый компрессор, имеющий газовпускное отверстие и газовыпускное отверстие, причем привод имеет максимальную мощность, включает размещение устройства сброса давления повторного цикла, находящегося в сообщении по текучей среде с газовыпускным отверстием, причем устройство сброса давления повторного цикла приспособлено для приема потока сжатого газа, имеющего давление нагнетания из газовыпускного отверстия, определение установленного давления для давления выпуска, обеспечение трубопровода, находящегося в сообщении по текучей среде с газовпускным отверстием, и подачу, по меньшей мере, части потока сжатого газа в трубопровод от устройства сброса давления повторного цикла, когда давление нагнетания достигает установленного давления.

Существует несколько аспектов первого варианта осуществления способа. В одном аспекте приводом является газовая турбина, и, по меньшей мере, часть сжатого газа является хладагентом. В другом аспекте приводом является газовая турбина с одним валом, а компрессором является холодильный компрессор. В еще одном аспекте устройством сброса давления повторного цикла является клапан.

Второй вариант осуществления способа аналогичен первому варианту осуществления способа и также включает размещение резервуара, находящегося в сообщении по текучей среде с трубопроводом и газовпускным отверстием и подачу, по меньшей мере, части, по меньшей мере, порции потока сжатого газа из трубопровода в резервуар.

Третий вариант осуществления способа аналогичен первому варианту осуществления способа и также включает размещение, по меньшей мере, одного дополнительного устройства сброса давления повторного цикла, находящегося в сообщении по текучей среде с газовыпускным отверстием, причем дополнительное устройство сброса давления повторного цикла приспособлено для приема дополнительного потока сжатого газа из газовыпускного отверстия. По меньшей мере, часть дополнительного потока сжатого газа подают в трубопровод, когда давление выпуска достигает установленного давления. В аспекте третьего варианта осуществления способа, по меньшей мере, часть потока сжатого газа подают в трубопровод из устройства сброса давления повторного цикла, когда привод достигает первого установленного процентного отношения от максимальной мощности, и, по меньшей мере, часть другого потока сжатого газа подают в трубопровод из дополнительного устройства сброса давления повторного цикла, когда привод достигает второго установленного процента максимальной мощности.

Четвертый вариант осуществления способа регулирования, по меньшей мере, одного привода, приводящего в движение, по меньшей мере, один многоступенчатый газовый компрессор, имеющий множество ступеней, газовпускное отверстие для каждой ступени и газовыпускное отверстие для каждой ступени. Способ включает размещение, по меньшей мере, одного устройства сброса давления повторного цикла, находящегося в сообщении по текучей среде с каждым газовыпускным отверстием, причем устройство сброса давления повторного цикла приспособлено для приема, по меньшей мере, одного потока сжатого газа, имеющего давление выпуска из газовыпускного отверстия, определение установленного давления для давления выпуска, размещение, по меньшей мере, одного трубопровода, находящегося в сообщении по текучей среде, по меньшей мере, с одним газовпускным отверстием, и, подачу, по меньшей мере, части, по меньшей мере, одной порции потока сжатого газа, по меньшей мере, в один трубопровод из устройства сброса давления повторного цикла, когда давление выпуска достигает установленного давления, посредством чего, по меньшей мере, одно газовпускное отверстие принимает, по меньшей мере, часть, по меньшей мере, порции, по меньшей мере, одного потока сжатого газа. Как и для других вариантов осуществления, предпочтительно, чтобы приводом была газовая турбина с одним валом, и компрессором - холодильный компрессор.

Пятый вариант осуществления способа аналогичен четвертому варианту осуществления способа и включает размещение резервуара, находящегося в сообщении по текучей среде, по меньшей мере, с одним трубопроводом и газовпускным отверстием и подачу, по меньшей мере, части, по меньшей мере, порции потока сжатого газа, по меньшей мере, из одного трубопровода в резервуар.

Шестой вариант осуществления способа относится к способу регулирования газовой турбины с одним валом, приводящей в движение холодильный компрессор, имеющий газовпуское отверстие и газовыпускное отверстие, причем газовпускное отверстие, по выбору, находится в сообщении по текучей среде, по меньшей мере, с одним резервуаром. Способ включает размещение, по меньшей мере, одного клапана сброса давления повторного цикла, находящегося в сообщении по текучей среде с газовыпускным отверстием холодильного компрессора, причем каждый клапан сброса давления повторного цикла приспособлен для приема отдельного потока сжатого газа, имеющего давление выпуска из газовыпускного отверстия холодильного компрессора, определение установленного давления для давления выпуска, и размещение, по меньшей мере, одного трубопровода, находящегося в сообщении по текучей среде с газовпускным отверстием и, по выбору, по меньшей мере, с одним резервуаром, подачу, по меньшей мере, части потока сжатого газа в трубопровод из клапана сброса давления повторного цикла, когда давление выпуска достигает установленного давления, посредством чего газовпускное отверстие и, по выбору, каждый резервуар получает, по меньшей мере, часть потока сжатого газа, поданного, по меньшей мере, в один трубопровод из клапана сброса давления повторного цикла, когда давление выпуска достигает установленного давления.

Предпочтительно обеспечивается система сжатия газа, содержащая:

(a) привод,

(b) холодильный компрессор, приводимый в движение приводом и имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие,

(c) предохранительный клапан сброса давления, имеющий впускное отверстие, находящееся в сообщении по потоку с выпускным отверстием холодильного компрессора, выпускное отверстие и заданное значение, и

(d) предохранительный клапан давления повторного цикла, имеющий впускное отверстие, находящееся в сообщении по потоку с выпускным отверстием холодильного компрессора, выпускное отверстие, находящееся в сообщении по потоку с впускным отверстием холодильного компрессора, и заданное значение, которое ниже, чем заданное значение предохранительного клапана (с) сброса давления.

Предпочтительно система сжатия газа дополнительно содержит:

(e) дополнительный компрессор, приводимый в движение приводом, и имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, при этом впускное отверстие приспособлено для приема газа из выпускного отверстия холодильного компрессора,

(f) предохранительный клапан сброса давления, имеющий впускное отверстие, находящееся в сообщении по потоку с выпускным отверстием дополнительного компрессора, выпускное отверстие и заданное значение, и

(g) предохранительный клапан давления повторного цикла, имеющий впускное отверстие, находящееся в сообщении по потоку с выпускным отверстием дополнительного компрессора, выпускное отверстие, находящееся в сообщении по потоку с впускным отверстием дополнительного компрессора, и заданное значение, которое ниже чем, заданное значение предохранительного клапана (f) сброса давления.

Предпочтительно система сжатия газа содержит дополнительный предохранительный клапан сброса давления повторного цикла, имеющий впускное отверстие, находящееся в сообщении по потоку с выпускным отверстием холодильного компрессора, выпускное отверстие, находящееся в сообщении по потоку с впускным отверстием холодильного компрессора, и заданное значение, которое ниже, чем заданное значение предохранительного клапана (с) сброса давления, при этом приводом является газовая турбина, имеющая максимальную мощность, предохранительный клапан (d) сброса давления повторного цикла приспособлен к открыванию, когда газовая турбина достигает первого процентного отношения от ее максимальной мощности, и дополнительный предохранительный клапан давления повторного цикла приспособлен к открыванию, когда газовая турбина достигает второго процентного отношения от ее максимальной мощности, которое больше, чем первое процентное отношение от ее максимальной мощности.

Предпочтительно обеспечивается способ управления холодильным компрессором, приводимым в движение газовой турбиной с одним валом, содержащий следующие этапы:

(a) обеспечение системы сжатия, включающей:

(1) холодильный компрессор и газовую турбину с одним валом, приспособленную для приведения в движение холодильного компрессора, причем холодильный компрессор имеет впускное отверстие и нагнетательный трубопровод, проходящий в выпускное отверстие компрессора,

(2) предохранительный клапан сброса давления, имеющий впускное отверстие, находящееся в сообщении по потоку с нагнетательным трубопроводом холодильного компрессора, выпускное отверстие и заданное значение, и

(3) предохранительный клапан давления повторного цикла, имеющий впускное отверстие, находящееся в сообщении по потоку с нагнетательным трубопроводом, выпускное отверстие, находящееся в сообщении по потоку с впускным отверстием холодильного компрессора, и заданное значение, которое ниже, чем заданное значение предохранительного клапана сброса давления,

(b) блокирование выпускного отверстия компрессора,

(c) открытие предохранительного клапана давления повторного цикла для обеспечения возможности сжатого газа проходить в впускное отверстие холодильного компрессора для увеличения производительности холодильного компрессора, потребления всей доступной мощности газовой турбины и замедления газовой турбины,

(d) отключение газовой турбины на низкой скорости.

Краткое описание чертежей

Далее следует описание только посредством примера и со ссылкой на сопровождающие чертежи предпочтительных вариантов осуществления изобретения. На чертежах:

Фиг.1 - схематическая блок-схема, иллюстрирующая один вариант осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 - схематическая блок-схема, иллюстрирующая другой вариант осуществления настоящего изобретения;

Фиг.3 - график, иллюстрирующий результат моделирования замедления газовой турбины с одним валом; и

Фиг.4 - график, иллюстрирующий давление выпуска из компрессора во время блокировки выпуска в системе, использующей настоящее изобретение.

Подробное описание изобретения

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к устройству и способу, которые обеспечивают потребление холодильным компрессором, используемым в производстве сжиженного природного газа, всей доступной мощности газовых турбин с одним валом, приводящих в движение холодильный компрессор во время блокировки выпуска. Задача заключается в том, чтобы замедлить газовую турбину с одним валом и отключить ее на низкой скорости, прежде чем будет достигнуто расчетное давление по проекту (установка сброса в факел для сжигания).

Первое преимущество изобретения заключается в сокращении капитальных затрат для завода по производству сжиженного природного газа. Например, могут быть уменьшены диаметр и длина криогенного трубопровода, используемого в системе сжигания газа на заводе по производству сжиженного природного газа, и может быть сокращена высота факельной стойки. Кроме того, может быть снижено количество сжигаемого газа, достигая таким образом экономических и экологических выгод.

Газовые турбины с одним валом используются для того, чтобы приводить в движение холодильные компрессоры на существующих заводах по производству сжиженного природного газа, и рассматриваются для будущих заводов. Особенность газовой турбины с одним валом заключается в том, что она замедляется в ответ на несоответствие мощности между доступной мощностью устройства и мощностью, требуемой процессом. Замедление газовой турбины с одним валом уникально в том, что оно является случаем положительной обратной связи. Когда устройство начинает замедляться, воздушный компрессор, подающий воздух для горения в газовую турбину также замедляется, так как он находится на том же самом валу. Таким образом, газовая турбина будет получать меньше воздуха для сжигания, что приводит к меньшей передаваемой мощности, и это будет нарастать до тех пор, пока газовая турбина не остановится на низкой скорости.

Ввиду этой особенности замедления, система сброса давления повторного цикла настоящего изобретения может устранить блокированный выпуск компрессора как управляющее состояние, которое традиционно влияет на размер головной части факела для завода по сжижению природного газа. Он часто оценивается через максимальную скорость потока хладагента в системе или максимальную пропускную способность компрессора (точка блокировки). Обходной/возвратный поток газа сдвигает рабочую точку компрессора вправо, понижая степень сжатия. Давление всасывания и массовая скорость потока могут быть увеличены, пока компрессор работает около точки блокировки.

Первый вариант осуществления изобретения проиллюстрирован на фиг.1. На каждой ступени предохранительный клапан (102, 202, 302) давления повторного цикла, который может быть расположен на выпускном отверстии компрессора (104, 204, 304) или ниже по потоку вторичного охладителя (106, 206, 306), пропускает сжатый газ обратно к дополнительному барабану (108, 208, 308) всасывания. На фиг.1 предохранительный клапан давления повторного цикла расположен ниже по потоку вторичного охладителя на каждой ступени, и сжатый хладагент подается на дополнительный барабан всасывания. Каждый предохранительный клапан давления повторного цикла имеет более низкое заданное значение, чем предохранительный клапан (110, 210, 310) сброса давления, который открывается во время блокировки выпуска.

В вариантах осуществления настоящего изобретения может использоваться одна или более ступеней, хотя изобретение проиллюстрировано в вариантах осуществления, имеющих три ступени на фиг.1 и 2. Кроме того, некоторые из элементов в вариантах осуществления, показанных на фиг.1 и 2, являются необязательными, в том числе вторичный охладитель (106, 206, 306), барабан (108, 208, 308) всасывания, предохранительный клапан (110, 210, 310) сброса давления на фиг.1 и второй или последующие клапаны (122, 222, 322) сброса давления повторного цикла на фиг.2. Например, в одном аспекте, в котором нет барабана всасывания, предохранительный клапан (102, 202, 302) давления повторного цикла пропускает материал непосредственно обратно во входное отверстие компрессора (104, 204, 304).

Во время блокировки выпуска, массовая скорость потока хладагента через компрессор (104, 204, 304) увеличивается, таким образом потребляя больше мощности. Когда мощность, требуемая холодильными компрессорами, превышает доступную мощность газовой турбины и необязательной вспомогательной приводной/паровой турбины (не показана), газовая турбина начнет замедляться. Предохранительный клапан (102, 202, 302) давления повторного цикла в каждой ступени имеет такой размер, чтобы газовая турбина замедлялась и останавливалась на низкой скорости прежде, чем установленное давление достигнет системы сжигания (112, 212, 312). Это устраняет необходимость увеличивать в размерах систему сжигания в ответ на блокировку холодильного компрессора. Предохранительный клапан давления повторного цикла на каждой ступени может также служить как резерв для клапанов (114, 214, 314) для защиты от скачка давления.

Существует несколько путей достижения установленного давления для давления выпуска, при котором открывается предохранительный клапан (102, 202, 302) давления повторного цикла и сжатый газ подается в газовпускное отверстие компрессора (104 204, 304). Например, во время блокировки выпуска предохранительный клапан давления повторного цикла может открыться, как только в компрессоре происходит скачок давления. В точке скачка система будет иметь определенное давление, которое является функцией нескольких переменных, которые будут различными на каждом заводе по производству сжиженного природного газа. Ключевыми переменными являются кривые производительности компрессора, объем системы и ограничения безопасности. В качестве альтернативы, клапан повторного цикла может быть открыт при давлении, которое не соотносится с точкой скачка давления компрессора. Это может быть необходимо для гарантии, что газовая турбина остановится на низкой скорости перед тем, как будет достигнуто выбранное ограничение безопасности. Таким ограничением безопасности может быть, например, требование к максимальному давлению, достигнутому в течение блокировки, которое не должно превышать 92% от давления сброса на факел. Выбранное ограничение или ограничения безопасности будут отличаться для каждого конкретного случая. Например, в примере, обсуждаемом ниже, имеется ограничение безопасности к давлению конечного контура, которое должно быть меньше, чем 95% от давления сброса на факел, как показано на фиг.4.

Существующие клапаны для защиты от скачка давления могут не подходить для применения для повторного цикла сброса давления, так как клапаны для защиты от скачка давления имеют размеры специально для того, чтобы справиться со скоростями потока, необходимыми для удержания компрессора от границы скачка давления (слабый поток). Подобным образом управляющие устройства для защиты от скачка давления часто настраиваются так, чтобы удержать компрессор от скачка давления, но не обязательно, чтобы замедлить механизм.

В аспекте первого варианта осуществления каждый предохранительный клапан (102, 202, 302) сброса повторного цикла может быть заменен автоматическим или ручным контрольным клапаном, подобранным по размеру для той же функции, что и каждый предохранительный клапан сброса повторного цикла, показанный в первом варианте осуществления.

Другой вариант осуществления изобретения проиллюстрирован на фиг.2. Как показано, ряд параллельных клапанов (122, 222, 322) сброса давления повторного цикла (предохранительный клапан давления, контрольный клапан или их комбинация) может использоваться вместо одного клапана. Этот ряд клапанов может быть ступенчатым, чтобы клапаны открывались при установленных процентных отношениях от максимальной доступно мощности газовой турбины (например, расчетное значение) и/или при установленных процентных отношениях от давления выброса на факел. Например, первый клапан сброса давления повторного цикла может открываться, когда газовая турбина достигает 75% от максимальной мощности; второй клапан сброса давления повторного цикла может открываться, когда газовая турбина достигает 85% от максимальной мощности; и третий клапан сброса давления повторного цикла может открываться, когда газовая турбина достигает 95% от максимальной мощности. Многоступенчатые клапаны сброса давления повторного цикла обеспечивают дополнительную степень гибкости и безопасности, чтобы гарантировать, что во время блокировки выпуска компрессора газовая турбина действительно замедлится и остановится на низкой скорости прежде, чем откроется клапан выброса на факел.

В еще одном варианте осуществления изобретения охлаждающие элементы установлены в каждой линии повторного цикла, чтобы увеличить плотность текучей среды. Это обеспечивает увеличение массовой скорости потока через компрессор, таким образом расходуя доступную мощность быстрее.

Настоящее изобретение также может быть полезным, когда завод по производству сжиженного природного газа работает на загиб. Если блокировка выпуска компрессора произойдет на более низких уровнях производства, то изобретение вызовет менее серьезную ситуацию, такую как, например, разгрузку корпуса, которая происходит, когда блокируется выпускное отверстие главного теплообменника сжиженного природного газа.

Настоящее изобретение также может использоваться с многоступенчатым компрессором. Для n-ступенчатого компрессора, размещенного внутри одного кожуха (например, компрессора пропана в цикле сжижения C3MR), клапан сброса давления повторного цикла ниже по потоку компрессора может выпускать отработанный газ обратно к любому из барабанов всасывания, отдельно или в комбинации. Предпочтительно возвращать выпускаемый газ в барабан всасывания первой ступени, так чтобы газ проходил через весь n-ступенчатый компрессор, таким образом расходуя больше мощности.

Настоящее изобретение также может обеспечить уменьшение серьезности разгрузки, когда теряется охлаждающаяся вода к пароохладителю пропана в цикле сжижения.

Пример

Вариант осуществления изобретения согласно фиг.1 проиллюстрирован для ситуации, в которой клапан 114 для защиты от скачка давления выходит из строя. Имеют место следующие шаги процесса:

(1) Во время = 0,0005 часа, моделируется блокировка выпуска компрессора 104.

(2) Во время = 0,0041 часа, компрессор 104 готов войти в скачок давления. Предохранительный клапан 102 давления повторного цикла открывается, и сжатый газ проходит обратно в барабан всасывания 108.

(3) Во время = 0,0061 часа, возвращаемый материал хладагента, проходящий назад в барабан всасывания и увеличивающий производительность компрессора 104, потребляет всю доступную мощность газовой турбины. Газовая турбина начинает замедляться.

(4) Во время = 0,0083 часа, газовая турбина достигает своего заданного предупреждения остановки на низкой скорости, и моделирование останавливается. Газовая турбина останавливается на низкой скорости прежде, чем будет достигнуто давление выброса на факел, и, таким образом, предохранительный клапан 110 сброса давления не открывается.

На фиг.3, которая является результатом моделирования остановки одновальной газовой турбины, показана мощность, потребляемая компрессорами 104 и 204 во время моделирования, мощность газовой турбины и скорость газовой турбины. Как показано на фиг.3, скорость понижается очень быстро, когда вся доступная мощность газовой турбины израсходована. Данные заканчиваются в точке, в которой газовая турбина достигает остановку на низкой скорости, вызывая начало процесса отключения газовой турбины. Чтобы достичь этого результата, специальный предохранительный клапан давления повторного цикла должен быть правильно подобран по размеру.

На фиг.4 показано давление выпуска компрессора 104 во время блокировки выпуска. Без использования данного изобретения давление продолжало бы повышаться в 0,0045 часа до давления сброса на факел для сжигания, показанного на фиг.4 пунктирной линией, тем самым требуя, чтобы предохранительный клапан 110 давления открылся. В этом случае система сжигания должна была бы иметь такие размеры, чтобы справиться с полным потоком выпуска компрессора. Однако, используя настоящее изобретение, можно заставить газовую турбину отключиться прежде, чем будет достигнуто давление сброса на факел для сжигания и откроется предохранительный клапан 110 давления. На фиг.4 показано, что давление сначала повышается, а затем уменьшается, поскольку открывается предохранительный клапан 102 давления повторного цикла, и давление действительно растет снова в течение длительного времени. Однако пока давление в контуре восстанавливается, происходит замедление, и газовая турбина достигает своей установки низкой скорости без открытия предохранительного клапана 110 сброса давления в систему 112 сжигания.

Хотя данное изобретение проиллюстрировано и описано здесь в отношении определенных конкретных вариантов осуществления, тем не менее, подразумевается, что настоящее изобретение не ограничено показанными элементами. Точнее говоря, различные модификации могут быть внесены в изобретение в пределах объема и сущности эквивалентов формулы изобретения и без отклонения от объема и сущности изобретения.

Газовый компрессор содержит газовпускное отверстие и газовыпускное отверстие, привод, приводящий в движение газовый компрессор, устройство сброса давления повторного цикла, находящееся в сообщении по текучей среде с газовыпускным отверстием для приема потока сжатого газа и открывающееся, когда давление нагнетания из газовыпускного отверстия достигает установленного давления, и трубопроводные средства, находящиеся в сообщении по текучей среде между газовпускным отверстием и устройством сброса давления повторного цикла для подвода в газовпускное отверстие сжатого газа из устройства сброса давления повторного цикла, когда давление нагнетания достигает установленного давления, посредством этого увеличивая массовую скорость потока через компрессор и регулируя привод. Привод замедляется, когда потребность газового компрессора в мощности превышает максимальную мощность привода, и отключается на низкой скорости. Использование изобретения позволит уменьшить загрузку факела для сжигания на заводе по производству сжиженного природного газа с базовой нагрузкой. 6 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство газового компрессора, содержащее газовый компрессор (104; 204; 304), имеющий газовпускное отверстие и газовыпускное отверстие, и привод, приводящий в движение газовый компрессор, причем привод замедляется, когда потребность газового компрессора в мощности превышает максимальную мощность привода, и отключается на низкой скорости, отличающееся тем, что содержит устройство (102; 202; 302) сброса давления повторного цикла, находящееся в сообщении по текучей среде с газовыпускным отверстием для приема потока сжатого газа и открывающееся, когда давление нагнетания из газовыпускного отверстия достигает установленного давления, и трубопроводные средства, находящиеся в сообщении по текучей среде между газовпускным отверстием и устройством сброса давления повторного цикла для подвода в газовпускное отверстие сжатого газа из устройства сброса давления повторного цикла, когда давление нагнетания достигает установленного давления, посредством этого увеличивая массовую скорость потока через компрессор и регулируя привод.2. Устройство по п.1, в котором приводом является газовая турбина и компрессором является холодильный компрессор.3. Устройство по п.2, в котором приводом является газовая турбина с одним валом.4. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором устройством сброса давления повторного цикла является клапан.5. Устройство по п.1, в котором трубопроводные средства содержат резервуар, находящийся в сообщении по текучей среде с газовпускным отверстием.6. Устройство по п.1, дополнительно содержащее, по меньшей мере, одно дополнительное устройство (122; 222; 322) сброса давления повторного цикла, находящееся в сообщении по текучей среде с газовыпускным отверстием для приема дополнительного потока сжатого газа, открывающееся, когда давление нагнетания из газовыпускного отверстия достигает соответствующего установленного давления, и трубопроводные средства, которые находятся в сообщении по текучей среде между газовпускным отверстием и дополнительным устройством (устройствами) сброса давления повторного цикла для доставки к газовпускному отверстию сжатого газа из дополнительного устройства (устройств) сброса давления, когда давление выпуска достигает соответствующего установленного давления, посредством этого увеличивая массовую скорость потока через компрессор.7. Устройство по п.6, в котором устройство (устройства) сброса давления повторного цикла открывается, когда привод достигает соответствующего установленного процентного отношения от максимальной мощности привода.8. Устройство по п.1, в котором компрессор является многоступенчатым газовым компрессором, имеющим газовпускное отверстие для каждой ступени и газовыпускное отверстие для каждой ступени, соответствующее устройство сброса давления повторного цикла находится в сообщении по текучей среде с каждым газовыпускным отверстием и трубопроводные средства находятся в сообщении по текучей среде, по меньшей мере, между одним из газовпускных отверстий и соответствующими устройствами сброса давления повторного цикла.9. Устройство по п.8, в котором трубопроводные средства обеспечивают сообщение по текучей среде между каждым газовпускным отверстием и соответствующим устройством сброса давления повторного цикла, принимающим сжатый газ от той же самой ступени.10. Устройство по п.8, в котором трубопроводные средства обеспечивают сообщение по текучей среде между газовпускным отверстием промежуточной ступени и, по меньшей мере, некоторым из соответствующих устройств сброса давления повторного цикла, принимающим сжатый газ из более поздней ступени (ступеней).11. Устройство по п.1, дополнительно содержащее, по меньшей мере, одно предохранительное устройство сброса давления, находящееся в сообщении по текучей среде с газовыпускным отверстием для приема дополнительного потока сжатого газа, открывающееся, чтобы выпустить сжатый газ, когда давление выпуска из газовыпускного отверстия достигает установленного давления, превышающего давление, при котором открываются все устройства сброса давления повторного цикла, принимающие сжатый газ из выпускного отверстия.12. Устройство по п.5, в котором трубопроводные средства содержат средства охлаждения для увеличения плотности текущей среды возвращенного сжатого газа.13. Завод по производству сжатого природного газа с базовой нагрузкой, содержащий устройство по любому из предыдущих пунктов.14. Способ регулирования привода, приводящего в движение газовый компрессор (104; 204; 304), имеющий газовпускное отверстие и газовыпускное отверстие, при этом привод замедляется, когда потребность газового компрессора в мощности превышает максимальную мощность привода, и отключается на низкой скорости, отличающийся тем, что, когда давление нагнетания сжатого газа от газовыпускного отверстия достигает установленного давления, по меньшей мере, часть сжатого газа возвращают в газовпускное отверстие, увеличивая массовую скорость потока через компрессор.15. Способ по п.14, в котором дополнительные порции сжатого газа возвращают в газовпускное отверстие по мере того, как давление нагнетания достигает одного или более соответствующих более высоких установленных давлений.16. Способ по п.15, в котором соответствующее установленное давление определяют, исходя из установленного процентного отношения от максимальной мощности привода.17. Способ ограничения загрузки факела во время блокировки выпуска компрессора на заводе по производству сжатого природного газа с базовой нагрузкой, содержащем газовый компрессор (104; 204; 304), имеющий газовпускное отверстие и газовыпускное отверстие и привод, приводящий в движение газовый компрессор, причем привод замедляется, когда потребность газового компрессора в мощности превышает максимальную мощность привода, и отключается на низкой скорости,

отличающийся тем, что когда давление выпуска сжатого газа из газовыпускного отверстия достигает установленного давления, которое ниже чем давление, при котором происходит отвод газа для сжигания, при этом, по меньшей мере, часть сжатого газа возвращают в газовпускное отверстие, увеличивая массовую скорость потока через компрессор и замедляя привод.