JP2019509419A - Compressor train startup using variable inlet guide vanes. - Google Patents

Compressor train startup using variable inlet guide vanes. Download PDF

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Abstract

圧縮機列の始動を動作させる方法が開示される。列は、駆動機械(30)と、駆動機械に駆動連結された少なくとも1つの遠心圧縮機(1)と、を含む。遠心圧縮機(1)は、複数の圧縮機段(3,5,7,9,11)と、圧縮機段(3,5,7,9,11)のうちの1つの入口に少なくとも第1の組の可変入口ガイドベーン(17)と、を含む。本方法は、第1の組の可変入口ガイドベーンを少なくとも部分的に閉じるステップと、第1の組の可変入口ガイドベーンが少なくとも部分的に閉じているときに、遠心圧縮機の回転を開始し、遠心圧縮機を最小動作速度まで加速させるステップと、最小動作速度が達成されると遠心圧縮機を通るガス流を増加させるために、少なくとも一組の可変入口ガイドベーンを開くステップと、を含む。
【選択図】図26
A method for operating a compressor train start is disclosed. The row includes a drive machine (30) and at least one centrifugal compressor (1) drivingly coupled to the drive machine. The centrifugal compressor (1) has at least a first at the inlet of the plurality of compressor stages (3, 5, 7, 9, 11) and the compressor stages (3, 5, 7, 9, 11). A set of variable inlet guide vanes (17). The method initiates the rotation of the centrifugal compressor when the first set of variable inlet guide vanes is at least partially closed and when the first set of variable inlet guide vanes is at least partially closed. Accelerating the centrifugal compressor to a minimum operating speed and opening at least one set of variable inlet guide vanes to increase gas flow through the centrifugal compressor when the minimum operating speed is achieved. .
[Selection] Figure 26

Description

本開示は、1つまたは複数の遠心圧縮機と駆動機械とを含む遠心圧縮機列に関する。本明細書で開示される実施形態は、遠心圧縮機列の始動を動作させるための方法およびシステムに関する。   The present disclosure relates to a centrifugal compressor train including one or more centrifugal compressors and a drive machine. Embodiments disclosed herein relate to a method and system for operating a start of a centrifugal compressor train.

遠心圧縮機は、プロセスガスの圧力を高めるために、いくつかの工業的用途に使用されている。例えば、石油およびガスの分野では、天然ガスの液化プラント(LNGプラント)の冷媒流体を処理するために遠心圧縮機が使用されている。混合冷媒およびプロパンなどの冷媒流体は、ガス田から抽出された天然ガスの流れから熱を除去して輸送目的で天然ガスを冷却し液化するためにこのようなプラントで使用される。遠心圧縮機は、例えば電動モータまたはガスタービンエンジンを含むことができる駆動装置によって駆動される。   Centrifugal compressors are used in several industrial applications to increase the pressure of process gas. For example, in the field of oil and gas, centrifugal compressors are used to process refrigerant fluid in natural gas liquefaction plants (LNG plants). Refrigerant fluids such as mixed refrigerants and propane are used in such plants to remove heat from natural gas streams extracted from gas fields and to cool and liquefy natural gas for transportation purposes. The centrifugal compressor is driven by a drive that can include, for example, an electric motor or a gas turbine engine.

準固定速度および固定速度の電動モータで動作する単軸ガスタービンエンジンは、始動時にトルク能力が低下し、加圧状態から停止した後に遠心圧縮機列を始動させなければならない場合に問題が生じる。始動吸込密度は名目上の吸込密度よりもはるかに高い可能性があり、航空派生ガスタービンエンジン、蒸気タービン、可変速電動モータなどの可変速度駆動装置を使用する場合にも始動問題を引き起こす可能性がある。このような状況では、たとえ駆動装置が低速から公称トルク能力を有していても、始動トルクは公称トルクより高くなり、始動シーケンスの失敗を引き起こす可能性がある。   Single shaft gas turbine engines operating with semi-fixed speed and fixed speed electric motors have problems when the torque capacity is reduced at start-up and the centrifugal compressor train must be started after stopping from a pressurized condition. The starting suction density can be much higher than the nominal suction density and can also cause starting problems when using variable speed drives such as aviation-derived gas turbine engines, steam turbines, variable speed electric motors, etc. There is. In such a situation, even if the drive has a nominal torque capability from low speed, the starting torque can be higher than the nominal torque, which can cause the starting sequence to fail.

ターボ機械の始動に必要なトルクを制限するために、遠心圧縮機列が一部を形成している流体回路を空にするか、またはその中の流体の量を減らさなければならない。流体回路を空にし、続いて流体回路を補充することは、時間を浪費し、費用がかかる作業である。   In order to limit the torque required to start the turbomachine, the fluid circuit of which the centrifugal compressor train forms a part must be emptied or the amount of fluid in it must be reduced. Emptying the fluid circuit and subsequently refilling the fluid circuit is a time consuming and expensive operation.

したがって、特に始動時に生じる、現行技術のシステムの欠点を緩和または解決することを目的とする遠心圧縮機を含むプラントおよびシステムの改善の必要性が存在する。   Thus, there is a need for improvements in plants and systems that include centrifugal compressors that are aimed at alleviating or solving the shortcomings of state of the art systems, particularly those that occur during start-up.

米国特許出願公開第2014/000272号明細書US Patent Application Publication No. 2014/000272

第1の態様によれば、圧縮機列の始動を動作させるための方法が本明細書に開示される。圧縮機列は、駆動機械と、駆動機械に駆動連結された少なくとも1つの遠心圧縮機と、を含む。遠心圧縮機は、さらなる機械であり、駆動機械の一部ではない。遠心圧縮機は、複数の圧縮機段と、前記圧縮機段のうちの1つの入口に少なくとも第1の組の可変入口ガイドベーン(以下では、略してIGV)と、を含む。本方法は、
第1の組の可変入口ガイドベーンを少なくとも部分的に閉じるステップと、
可変入口ガイドベーンが少なくとも部分的に閉じている間に、遠心圧縮機の回転を開始し、遠心圧縮機を最小動作速度まで加速させるステップと、
最小動作速度が達成されると遠心圧縮機を通るガス流を増加させるために、少なくとも一組の可変入口ガイドベーンを開くステップと、を含む。
According to a first aspect, a method for operating a start of a compressor train is disclosed herein. The compressor train includes a drive machine and at least one centrifugal compressor drivingly coupled to the drive machine. The centrifugal compressor is a further machine and not part of the drive machine. The centrifugal compressor includes a plurality of compressor stages and at least a first set of variable inlet guide vanes (hereinafter abbreviated IGV) at one inlet of the compressor stages. This method
At least partially closing the first set of variable inlet guide vanes;
Initiating rotation of the centrifugal compressor while the variable inlet guide vane is at least partially closed, accelerating the centrifugal compressor to a minimum operating speed;
Opening at least one set of variable inlet guide vanes to increase gas flow through the centrifugal compressor when a minimum operating speed is achieved.

いくつかの実施形態によれば、最小動作速度は、機械の最小許容速度とすることができる。最小許容速度は、API617の「石油、化学およびガス産業サービスの軸圧縮機および遠心圧縮機および膨張機圧縮機」の規格に従って規定することができる。API617規格は、最小許容速度を、製造者の設計が連続動作を許容する最低速度(rpm)として規定している。   According to some embodiments, the minimum operating speed may be the minimum allowable speed of the machine. The minimum permissible speed can be defined according to the API 617 “Oil, Chemical and Gas Industry Services Axial and Centrifugal and Expander Compressor” standards. The API 617 standard defines the minimum allowable speed as the minimum speed (rpm) that the manufacturer's design allows for continuous operation.

駆動機械が電動モータである場合、最小動作速度は、定格速度または同期速度(すなわち、送電網周波数に対する電動モータの同期の速度)であり得る。   If the drive machine is an electric motor, the minimum operating speed may be the rated speed or the synchronous speed (ie, the speed of the electric motor's synchronization with the grid frequency).

部分的に閉鎖された入口ガイドベーンは、圧縮機を通るガス流を減少させ、したがって圧縮機を駆動するのに必要なトルクを減少させる。より大きなトルクマージンが、遠心圧縮機を加速するために利用可能である。   A partially closed inlet guide vane reduces the gas flow through the compressor and thus reduces the torque required to drive the compressor. A larger torque margin is available for accelerating the centrifugal compressor.

可変入口ガイドベーンは、圧縮機段のうちの最も上流の1つの入口に配置することができる。いくつかの実施形態では、1つまたは複数の追加の圧縮機段の入口側に追加の可変入口ガイドベーンを配置することができる。例えば、圧縮機は背中合わせの構成であり、圧縮機段の各1つのグループの第1の(すなわち、最も上流の)圧縮機段の入口に可変入口ガイドベーンが背中合わせで配置される。これにより、圧縮機の構成が特に簡単で手頃なものとなる。   The variable inlet guide vane can be located at the inlet of the most upstream of the compressor stages. In some embodiments, additional variable inlet guide vanes can be placed on the inlet side of one or more additional compressor stages. For example, the compressors are back-to-back configurations, and variable inlet guide vanes are placed back-to-back at the inlet of the first (ie, most upstream) compressor stage of each group of compressor stages. This makes the compressor configuration particularly simple and affordable.

いくつかの現在の好ましい実施形態によれば、第1の組の可変入口ガイドベーンを少なくとも部分的に閉じるステップは、遠心圧縮機の回転を開始する前に行うことができるが、他の実施形態によれば、圧縮機の回転は、可変入口ガイドベーンを閉じる前に開始することができる。これらの後者は、一旦回転が始まって定常状態の回転速度に達する前に、例えばトルクマージンが許容できない値より低下しないように適時に閉じられる。   According to some currently preferred embodiments, the step of at least partially closing the first set of variable inlet guide vanes can be performed prior to initiating rotation of the centrifugal compressor, although other embodiments According to the above, the rotation of the compressor can be started before closing the variable inlet guide vane. These latter are closed in a timely manner so that, for example, the torque margin does not fall below an unacceptable value once rotation has begun and a steady state rotational speed has been reached.

いくつかの実施形態では、駆動機械は、単軸ガスタービンエンジンおよびスタータを含む。遠心圧縮機の回転を開始して遠心圧縮機を加速させるステップの間に、スタータによって生成された電力がガスタービンエンジンの単一のシャフトを介して遠心圧縮機に供給される。   In some embodiments, the drive machine includes a single shaft gas turbine engine and a starter. During the step of starting the rotation of the centrifugal compressor and accelerating the centrifugal compressor, power generated by the starter is supplied to the centrifugal compressor via a single shaft of the gas turbine engine.

さらなる態様によれば、ガス圧縮機列が本明細書で開示され、ガス圧縮機列は、圧縮機入口と、圧縮機出口と、圧縮機入口と圧縮機出口との間に順次配置された複数の圧縮機段と、前記圧縮機段のうちの1つの入口に少なくとも第1の組の可変入口ガイドベーンと、からなる遠心圧縮機を含む。圧縮機列は、遠心圧縮機に駆動連結された駆動機械と、遠心圧縮機の始動および加速ステップ中に一組の可変入口ガイドベーンを少なくとも部分的に閉じるように構成および配置されたコントローラと、をさらに含む。   According to a further aspect, a gas compressor row is disclosed herein, wherein the gas compressor row is a plurality of compressors, a compressor outlet, and a plurality of gas turbine rows sequentially disposed between the compressor inlet and the compressor outlet. And a centrifugal compressor comprising at least a first set of variable inlet guide vanes at an inlet of one of the compressor stages. The compressor train includes a drive machine drivingly coupled to the centrifugal compressor, and a controller configured and arranged to at least partially close the set of variable inlet guide vanes during the startup and acceleration steps of the centrifugal compressor; Further included.

特徴および実施形態が、本明細書で以下に開示されており、添付の特許請求の範囲においてさらに説明されている。添付の特許請求の範囲は、本明細書の必須の部分を形成する。上記の簡単な説明は、以下の詳細な説明をより深く理解できることを目的とし、さらに当該技術分野に対する本発明の寄与をより評価できるようにするために、本発明の種々の実施形態の特徴を記載している。もちろん本発明には他にも特徴があり、他の特徴は以下に説明され、添付の特許請求の範囲に記載される。この点で、本発明のいくつかの実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の実施形態が、それらの応用において、以下の説明に記載され、あるいは図面に示される構成の詳細および構成要素の配置に制限されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態も可能であり、様々な方法で実施および実行することができる。また、本明細書で用いられる表現および用語は説明を目的とするものであり、限定とみなすべきではないことを理解されたい。   Features and embodiments are disclosed herein below and are further described in the appended claims. The appended claims form an integral part of the specification. The foregoing brief description is intended to provide a better understanding of the following detailed description, and to further evaluate the contribution of the present invention to the art, to characterize various embodiments of the present invention. It is described. There are, of course, other features of the invention, which are described below and set forth in the appended claims. In this regard, before describing some embodiments of the present invention in detail, various embodiments of the present invention, in their application, will be described in the following description or shown in the details of construction shown in the drawings and It should be understood that the arrangement of components is not limited. The invention is capable of other embodiments and of being practiced and carried out in various ways. It should also be understood that the expressions and terms used herein are for purposes of explanation and should not be considered limiting.

このように、当業者であれば、本開示が基づく構想が、本発明のいくつかの目的を実行するための他の構造体、方法、および/またはシステムを設計する基礎として容易に利用することができることを理解するであろう。したがって、本発明の趣旨および範囲から逸脱しない限り、特許請求の範囲はこのような等価な構成を含むとみなすことが重要である。   Thus, one of ordinary skill in the art can readily utilize the concepts on which the present disclosure is based as a basis for designing other structures, methods, and / or systems for carrying out some objectives of the present invention. You will understand that you can. It is important, therefore, that the claims be regarded as including such equivalent constructions insofar as they do not depart from the spirit and scope of the present invention.

本発明の開示された実施形態のより完全な評価および本発明の付随する利点の多くは、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解されよう。   A more complete evaluation of the disclosed embodiments of the present invention and many of the attendant advantages of the present invention will be better understood by reference to the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.

本明細書に記載の実施形態による多段遠心圧縮機システムの概略図である。1 is a schematic diagram of a multi-stage centrifugal compressor system according to embodiments described herein. FIG. 図1の圧縮機段のヘッド曲線を示す図であり、IGVが完全に開いた始動時におけるプロセスガス流に対する圧縮機段のヘッドの変化を示す。FIG. 2 is a diagram showing the head curve of the compressor stage of FIG. 1, showing the change in head of the compressor stage relative to the process gas flow at start-up when the IGV is fully open. 図1の圧縮機段のヘッド曲線を示す図であり、IGVが完全に開いた始動時におけるプロセスガス流に対する圧縮機段のヘッドの変化を示す。FIG. 2 is a diagram showing the head curve of the compressor stage of FIG. 1, showing the change in head of the compressor stage relative to the process gas flow at start-up when the IGV is fully open. 図1の圧縮機段のヘッド曲線を示す図であり、IGVが完全に開いた始動時におけるプロセスガス流に対する圧縮機段のヘッドの変化を示す。FIG. 2 is a diagram showing the head curve of the compressor stage of FIG. 1, showing the change in head of the compressor stage relative to the process gas flow at start-up when the IGV is fully open. 図1の圧縮機段のヘッド曲線を示す図であり、IGVが完全に開いた始動時におけるプロセスガス流に対する圧縮機段のヘッドの変化を示す。FIG. 2 is a diagram showing the head curve of the compressor stage of FIG. 1, showing the change in head of the compressor stage relative to the process gas flow at start-up when the IGV is fully open. 図1の圧縮機段のヘッド曲線を示す図であり、IGVが完全に開いた始動時におけるプロセスガス流に対する圧縮機段のヘッドの変化を示す。FIG. 2 is a diagram showing the head curve of the compressor stage of FIG. 1, showing the change in head of the compressor stage relative to the process gas flow at start-up when the IGV is fully open. 完全に開いたIGVで動作する図1の圧縮機システムの始動時における圧力対時間を示す図である。FIG. 2 shows pressure versus time at start-up of the compressor system of FIG. 1 operating with a fully open IGV. 図2〜図7の条件下で動作する圧縮機システムのトルクマージンおよび流体トルクを示す図である。It is a figure which shows the torque margin and fluid torque of the compressor system which operate | moves on the conditions of FIGS. 図2〜図7の条件下で動作する圧縮機システムのトルクマージンおよび流体トルクを示す図である。It is a figure which shows the torque margin and fluid torque of the compressor system which operate | moves on the conditions of FIGS. 圧縮機システムが始動時に部分的に閉じたIGVで動作する場合の図2〜図9の同じ曲線を示す図である。FIG. 10 shows the same curves of FIGS. 2 to 9 when the compressor system operates with a partially closed IGV at start-up. 圧縮機システムが始動時に部分的に閉じたIGVで動作する場合の図2〜図9の同じ曲線を示す図である。FIG. 10 shows the same curves of FIGS. 2 to 9 when the compressor system operates with a partially closed IGV at start-up. 圧縮機システムが始動時に部分的に閉じたIGVで動作する場合の図2〜図9の同じ曲線を示す図である。FIG. 10 shows the same curves of FIGS. 2 to 9 when the compressor system operates with a partially closed IGV at start-up. 圧縮機システムが始動時に部分的に閉じたIGVで動作する場合の図2〜図9の同じ曲線を示す図である。FIG. 10 shows the same curves of FIGS. 2 to 9 when the compressor system operates with a partially closed IGV at start-up. 圧縮機システムが始動時に部分的に閉じたIGVで動作する場合の図2〜図9の同じ曲線を示す図である。FIG. 10 shows the same curves of FIGS. 2 to 9 when the compressor system operates with a partially closed IGV at start-up. 圧縮機システムが始動時に部分的に閉じたIGVで動作する場合の図2〜図9の同じ曲線を示す図である。FIG. 10 shows the same curves of FIGS. 2 to 9 when the compressor system operates with a partially closed IGV at start-up. 圧縮機システムが始動時に部分的に閉じたIGVで動作する場合の図2〜図9の同じ曲線を示す図である。FIG. 10 shows the same curves of FIGS. 2 to 9 when the compressor system operates with a partially closed IGV at start-up. 圧縮機システムが始動時に部分的に閉じたIGVで動作する場合の図2〜図9の同じ曲線を示す図である。FIG. 10 shows the same curves of FIGS. 2 to 9 when the compressor system operates with a partially closed IGV at start-up. 始動時に部分的に閉じたIGVで第2段から第1段へのガス抽気を伴って圧縮機システムが動作する場合の図2〜図9の同じ図を示す図である。FIG. 10 shows the same view of FIGS. 2 to 9 when the compressor system operates with gas bleed from the second stage to the first stage with the IGV partially closed at start-up. 始動時に部分的に閉じたIGVで第2段から第1段へのガス抽気を伴って圧縮機システムが動作する場合の図2〜図9の同じ図を示す図である。FIG. 10 shows the same view of FIGS. 2 to 9 when the compressor system operates with gas bleed from the second stage to the first stage with the IGV partially closed at start-up. 始動時に部分的に閉じたIGVで第2段から第1段へのガス抽気を伴って圧縮機システムが動作する場合の図2〜図9の同じ図を示す図である。FIG. 10 shows the same view of FIGS. 2 to 9 when the compressor system operates with gas bleed from the second stage to the first stage with the IGV partially closed at start-up. 始動時に部分的に閉じたIGVで第2段から第1段へのガス抽気を伴って圧縮機システムが動作する場合の図2〜図9の同じ図を示す図である。FIG. 10 shows the same view of FIGS. 2 to 9 when the compressor system operates with gas bleed from the second stage to the first stage with the IGV partially closed at start-up. 始動時に部分的に閉じたIGVで第2段から第1段へのガス抽気を伴って圧縮機システムが動作する場合の図2〜図9の同じ図を示す図である。FIG. 10 shows the same view of FIGS. 2 to 9 when the compressor system operates with gas bleed from the second stage to the first stage with the IGV partially closed at start-up. 始動時に部分的に閉じたIGVで第2段から第1段へのガス抽気を伴って圧縮機システムが動作する場合の図2〜図9の同じ図を示す図である。FIG. 10 shows the same view of FIGS. 2 to 9 when the compressor system operates with gas bleed from the second stage to the first stage with the IGV partially closed at start-up. 始動時に部分的に閉じたIGVで第2段から第1段へのガス抽気を伴って圧縮機システムが動作する場合の図2〜図9の同じ図を示す図である。FIG. 10 shows the same view of FIGS. 2 to 9 when the compressor system operates with gas bleed from the second stage to the first stage with the IGV partially closed at start-up. 始動時に部分的に閉じたIGVで第2段から第1段へのガス抽気を伴って圧縮機システムが動作する場合の図2〜図9の同じ図を示す図である。FIG. 10 shows the same view of FIGS. 2 to 9 when the compressor system operates with gas bleed from the second stage to the first stage with the IGV partially closed at start-up. 本開示による多段遠心圧縮機システムのさらなる実施形態の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a further embodiment of a multi-stage centrifugal compressor system according to the present disclosure. 一実施形態による駆動機械部を含む、LNGプラントの遠心圧縮機列の例示的な実施形態を示す図である。FIG. 3 illustrates an exemplary embodiment of a centrifugal compressor train of an LNG plant that includes a drive machine portion according to one embodiment.

例示的な実施形態についての以下の詳細な説明では、添付の図面を参照する。異なる図面における同じ符号は、同一または類似の要素を示す。さらに、図面は必ずしも縮尺通りに描かれていない。また、以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。   In the following detailed description of the exemplary embodiments, reference is made to the accompanying drawings. The same reference numbers in different drawings identify the same or similar elements. Further, the drawings are not necessarily drawn to scale. Also, the following detailed description does not limit the invention. Instead, the scope of the invention is defined by the appended claims.

本明細書全体を通して「一実施形態」「実施形態」または「いくつかの実施形態」への言及は、ある実施形態と結び付けて説明される特定の特徴、構造、または特性が、開示される主題の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体にわたって様々な箇所に現れる「一実施形態では」または「ある実施形態では」、または「いくつかの実施形態では」というフレーズは、必ずしも同じ実施形態を指すとは限らない。さらに、特定の特徴、構造または特性は、1つまたは複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わされてもよい。   Throughout this specification, references to “one embodiment”, “embodiments” or “some embodiments” refer to particular features, structures, or characteristics described in connection with certain embodiments. In at least one embodiment. Thus, the phrases “in one embodiment” or “in one embodiment” or “in some embodiments” appearing in various places throughout this specification are not necessarily referring to the same embodiment. Furthermore, the particular features, structures or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments.

図1は、複数の段3、5、7、9、11を含む多段遠心圧縮機1を概略的に示す。わかり易くするために、圧縮機1の各段は別個のユニットとして示されている。しかしながら、圧縮機段3〜11は、圧縮機吸込側(または圧縮機入口)13および圧縮機吐出側(または圧縮機出口)15を有する同一の圧縮機ケーシング内に配置することができることを理解されたい。多段遠心圧縮機1は、図1には示されていないが、駆動装置によって回転駆動することができる。駆動機械は、電動モータを含むことができる。いくつかの実施形態では、固定速度電動モータと圧縮機1との間に可変速度遊星ギヤなどの可変速度連結を配置することができる。   FIG. 1 schematically shows a multistage centrifugal compressor 1 comprising a plurality of stages 3, 5, 7, 9, 11. For the sake of clarity, each stage of the compressor 1 is shown as a separate unit. However, it is understood that the compressor stages 3-11 can be arranged in the same compressor casing having a compressor suction side (or compressor inlet) 13 and a compressor discharge side (or compressor outlet) 15. I want. Although not shown in FIG. 1, the multistage centrifugal compressor 1 can be rotationally driven by a driving device. The drive machine can include an electric motor. In some embodiments, a variable speed connection, such as a variable speed planetary gear, can be placed between the fixed speed electric motor and the compressor 1.

他の実施形態では、駆動機械は、ガスタービンエンジンを含むことができる。いくつかの例示的な実施形態では、駆動機械は、単軸ガスタービンエンジンを含む。ガスタービンエンジンと組み合わせて、駆動機械は、圧縮機列を始動させるためのモータとして動作する、例えば電気機械などのスタータを含むことができる。   In other embodiments, the drive machine may include a gas turbine engine. In some exemplary embodiments, the drive machine includes a single shaft gas turbine engine. In combination with the gas turbine engine, the drive machine can include a starter, such as an electric machine, that operates as a motor to start the compressor train.

多段遠心圧縮機1は、LNGプラントの複数の冷媒圧縮機のうちの1つであってもよい。例えば、多段遠心圧縮機1は、混合冷媒圧縮機であってもよいし、プロパン圧縮機であってもよい。多段遠心圧縮機1は、冷媒流体を吸込圧力から吐出圧力に圧縮して閉じた冷媒回路内を循環させる。圧縮された冷媒流体は、次に膨張器または膨張バルブ装置内で膨張され、温度が低下する。冷却された膨張冷媒流体は、天然ガス流から熱を除去するために冷却され液化される天然ガスの流れと熱交換関係に置かれ、その後に、多段遠心圧縮機1によって再び処理される前にヒートシンクによる熱交換により冷却される。   The multistage centrifugal compressor 1 may be one of a plurality of refrigerant compressors of the LNG plant. For example, the multistage centrifugal compressor 1 may be a mixed refrigerant compressor or a propane compressor. The multistage centrifugal compressor 1 compresses the refrigerant fluid from the suction pressure to the discharge pressure and circulates in the closed refrigerant circuit. The compressed refrigerant fluid is then expanded in an expander or expansion valve device, causing the temperature to drop. The cooled expanded refrigerant fluid is placed in a heat exchange relationship with a natural gas stream that is cooled and liquefied to remove heat from the natural gas stream, and then processed again by the multi-stage centrifugal compressor 1. It is cooled by heat exchange with a heat sink.

1つか、いくつか、またはすべての遠心圧縮機段3〜9に可変入口ガイドベーンを設けることができる。図1の概略的な実施形態では、第1の遠心圧縮機段3の入口に可変入口ガイドベーン(IGV)が示され、模式的に符号17で示されている。   One, some or all of the centrifugal compressor stages 3-9 can be provided with variable inlet guide vanes. In the schematic embodiment of FIG. 1, a variable inlet guide vane (IGV) is shown at the inlet of the first centrifugal compressor stage 3 and is shown schematically at 17.

1つの圧縮機段の吐出側を別の上流の圧縮機段の吸込側に流体接続する1つまたは複数の抽気ライン、すなわちバイパスラインを設けることができる。図1の例示的な実施形態では、圧縮機段5の吐出側を圧縮機の吸込側13、すなわち第1の圧縮機段3の吸込側に流体結合する抽気ライン19が示されている。抽気ライン19を流れる抽気プロセスガスの量を制御するために、抽気ライン19上に抽気バルブ20を配置することができる。   One or more bleed lines or bypass lines may be provided that fluidly connect the discharge side of one compressor stage to the suction side of another upstream compressor stage. In the exemplary embodiment of FIG. 1, a bleed line 19 is shown that fluidly couples the discharge side of the compressor stage 5 to the suction side 13 of the compressor, ie the suction side of the first compressor stage 3. A bleed valve 20 can be disposed on the bleed line 19 to control the amount of bleed process gas flowing through the bleed line 19.

可変入口ガイドベーン17に作用することにより、多段遠心圧縮機1の動作条件を制御することができる。これらの後者は、例えば、多段遠心圧縮機1を通るガス流量を変更するように作用することができる。   By acting on the variable inlet guide vane 17, the operating conditions of the multistage centrifugal compressor 1 can be controlled. These latter can act, for example, to change the gas flow rate through the multistage centrifugal compressor 1.

図2〜図6は、多段遠心圧縮機1が完全に開いたIGV17で動作する場合の5つの段3〜11の圧縮機曲線プロファイルを示す。図2〜図6の各図は、多段遠心圧縮機1の5つの段のそれぞれについてのヘッド対流量曲線を示す。図7は、多段遠心圧縮機1が流体回路の一部を形成している流体回路がプロセスガスで満たされている場合に、始動時の同じ動作条件の下での、多段遠心圧縮機1の吸込側圧力および吐出側圧力を時間の関数として示す。多段遠心圧縮機1は、時刻t=0に始動する。   2-6 show the compressor curve profiles of five stages 3-11 when the multistage centrifugal compressor 1 operates with the fully open IGV 17. Each of FIGS. 2 to 6 shows a head versus flow curve for each of the five stages of the multistage centrifugal compressor 1. FIG. 7 shows the multistage centrifugal compressor 1 under the same operating conditions at start-up when the fluid circuit in which the multistage centrifugal compressor 1 forms part of the fluid circuit is filled with process gas. The suction side pressure and the discharge side pressure are shown as a function of time. The multistage centrifugal compressor 1 starts at time t = 0.

図8は、トルクマージン(%)を、ゼロ速度から始まる圧縮機速度の関数として示す。トルクマージンは、駆動機械からの利用可能なトルクのパーセンテージである。始動時における圧縮機列の適正な動作のために、駆動機械製造業者によって要求される駆動機械速度スケジュールに従って圧縮機列の加速を保証するために、前記トルクマージンはゼロより大きくなければならない。   FIG. 8 shows the torque margin (%) as a function of compressor speed starting from zero speed. Torque margin is the percentage of available torque from the drive machine. For proper operation of the compressor train at start-up, the torque margin must be greater than zero to ensure acceleration of the compressor train according to the drive machine speed schedule required by the drive machine manufacturer.

図9は、5つの圧縮機段3〜11の流体トルク対圧縮機速度を示す。曲線T3、T5、T7、T9、T11は、それぞれ段3、5、7、9、11によって吸収されたトルクを表す。   FIG. 9 shows fluid torque versus compressor speed for five compressor stages 3-11. Curves T3, T5, T7, T9 and T11 represent the torque absorbed by steps 3, 5, 7, 9, and 11, respectively.

図8からわかるように、多段遠心圧縮機1が完全に開かれたIGVおよび完全に満たされた圧縮機回路で始動された場合には、所与の圧縮機速度でトルクマージンが0より下に低下する。したがって、多段遠心圧縮機1の始動は、始動前に圧縮機回路を少なくとも部分的に空にする必要がある。あるいは、始動時に十分なトルクを供給するために、寸法が超過した駆動機械を使用しなければならない。あるいは、入口スロットリングバルブ(アンチサージループに配置されている)などの他の装置を考慮して、圧縮機始動時の吸収されるトルクを低下させることができる。駆動機械が電動モータである場合には、起動時に大きなトルク要求に対処するために、定常状態の条件下で圧縮機列を駆動するのに必要な出力率を超える出力率を有するオーバーサイズの電動モータが必要である。   As can be seen from FIG. 8, when the multistage centrifugal compressor 1 is started with a fully opened IGV and a fully filled compressor circuit, the torque margin is below zero at a given compressor speed. descend. Therefore, starting the multi-stage centrifugal compressor 1 requires at least partially emptying the compressor circuit before starting. Alternatively, an oversized drive machine must be used to provide sufficient torque at start-up. Alternatively, other devices such as an inlet throttling valve (located in the antisurge loop) can be taken into account to reduce the absorbed torque when starting the compressor. If the drive machine is an electric motor, an oversized electric motor with an output rate that exceeds the output rate required to drive the compressor train under steady-state conditions to handle large torque demands at start-up A motor is required.

駆動機械が単軸ガスタービンエンジンを含む場合には、多段遠心圧縮機1を始動させるには、電動モータまたは蒸気タービンなどの別個のスタータが必要である。そのような場合、スタータの定格出力は、始動時に十分なトルクが得られるような寸法にしなければならない。スタータのコストと寸法は非常に高くなる。さらに、スタータによって供給される高い出力率は、ガスタービンエンジンのシャフトを介して伝達することができないので、スタータは、ガスタービンエンジンの反対側の圧縮機列のシャフトラインの端部に配置しなければならない。これは、ターボ機械へのアクセス可能性の点で欠点を生じ、圧縮機列の遠心圧縮機のメンテナンス中に問題を引き起こす。   If the drive machine includes a single shaft gas turbine engine, a separate starter such as an electric motor or a steam turbine is required to start the multi-stage centrifugal compressor 1. In such a case, the rated output of the starter must be dimensioned so that sufficient torque is obtained at start-up. Starter costs and dimensions are very high. In addition, the high power rate supplied by the starter cannot be transmitted through the shaft of the gas turbine engine, so the starter must be placed at the end of the compressor line shaft line on the opposite side of the gas turbine engine. I must. This creates drawbacks in terms of accessibility to the turbomachine and causes problems during the maintenance of the centrifugal compressors in the compressor train.

本明細書に開示した主題のいくつかの実施形態によれば、トルクマージンの低下を低減し、したがって、より性能の低いスタータで始動時に必要なトルクおよび動力に対処するために、多段遠心圧縮機1の可変IGV17は、始動時に少なくとも部分的に閉じられる。これにより、多段遠心圧縮機1を横切るプロセスガス流が減少し、その結果、多段遠心圧縮機1を回転させるのに必要なトルクが減少する。   In accordance with some embodiments of the presently disclosed subject matter, a multi-stage centrifugal compressor is used to reduce torque margin degradation and thus address the torque and power required at start-up with lower performance starters. One variable IGV 17 is at least partially closed during start-up. This reduces the process gas flow across the multi-stage centrifugal compressor 1 and, as a result, reduces the torque required to rotate the multi-stage centrifugal compressor 1.

図10〜図17は、多段遠心圧縮機1の始動を部分的に閉じたIGV17で動作させる場合の図2〜図9と同じ図を示す。IGV17が第1の圧縮機段3の入口に配置されているので、第1段3(図10)のヘッド曲線は所与のプロセス流体流に対して最大となり、その後減少する。   FIGS. 10 to 17 show the same views as FIGS. 2 to 9 when starting the multistage centrifugal compressor 1 with the partially closed IGV 17. Because the IGV 17 is located at the inlet of the first compressor stage 3, the head curve of the first stage 3 (FIG. 10) is maximized for a given process fluid flow and then decreases.

トルクマージンに関しては、これは所定の圧縮機速度での最小トルクマージン(図16を参照)に反映され、その後トルクマージンが増加するので、この例ではトルクマージンが約14%より下に低下することはない。圧縮機段を横切る質量流量は実質的に減少する。   As for torque margin, this is reflected in the minimum torque margin (see FIG. 16) at a given compressor speed, and then the torque margin increases, so in this example the torque margin drops below about 14%. There is no. Mass flow across the compressor stage is substantially reduced.

図17は、多段遠心圧縮機1の5つの段3〜11の各々によって吸収されるトルクを示す。可変IGV17を閉じることによって、第1段3によって吸収されたトルクは、図9に示す動作条件で吸収されたトルクに対して減少し、所与の圧縮機速度で最大に達する。前記圧縮機速度値を超えると、トルクが低下し、トルクマージンが増加する(図16を参照)。第1段の下流のガスの密度低下のために、第2段以降の絶対トルクも減少することに留意されたい。   FIG. 17 shows the torque absorbed by each of the five stages 3 to 11 of the multistage centrifugal compressor 1. By closing the variable IGV 17, the torque absorbed by the first stage 3 decreases relative to the torque absorbed under the operating conditions shown in FIG. 9, and reaches a maximum at a given compressor speed. When the compressor speed value is exceeded, the torque decreases and the torque margin increases (see FIG. 16). It should be noted that the absolute torque after the second stage also decreases due to the lower gas density downstream of the first stage.

トルクの低減に関するさらなる利点は、圧縮機段のうちの1つから上流の圧縮機段の吸込側に戻るプロセスガスの一部を抽気することによって達成することができる。図1の実施形態では、抽気ライン19は、第2の圧縮機段5の吐出側と第1の圧縮機段3の吸込側との間に配置されている。圧縮機段5の吐出側から第1の圧縮機段3の吸込側へのプロセスガス流のパーセンテージを抽気することによって、第1の圧縮機段3のヘッド曲線は、流量を増加させることによってさらに低下し、多段遠心圧縮機1によって吸収された総トルクが減少する。   A further advantage with respect to torque reduction can be achieved by extracting a portion of the process gas returning from one of the compressor stages to the suction side of the upstream compressor stage. In the embodiment of FIG. 1, the bleed line 19 is arranged between the discharge side of the second compressor stage 5 and the suction side of the first compressor stage 3. By extracting the percentage of the process gas flow from the discharge side of the compressor stage 5 to the suction side of the first compressor stage 3, the head curve of the first compressor stage 3 is further increased by increasing the flow rate. The total torque absorbed by the multistage centrifugal compressor 1 decreases.

図18〜図25は、追加のプロセスガス抽気を伴う図10〜図17と同じ図を示す。特に図24および図25を図16および図17と比較することによって理解されるように、トルクマージンはこの場合には20%を下回らず、第1段3によって吸収されるトルクはゼロになり得る。   18-25 show the same view as FIGS. 10-17 with additional process gas bleed. As can be seen in particular by comparing FIGS. 24 and 25 with FIGS. 16 and 17, the torque margin in this case does not fall below 20% and the torque absorbed by the first stage 3 can be zero. .

始動時のトルク低下は、可変IGV17に作用するプロセス流体流を減少させることによって達成される。現在好ましい実施形態では、可変IGV17は、多段遠心圧縮機1の回転を開始する前に閉じられる。しかし、これは厳密には必要ではない。実際、図2、図10、図18および図8、図16、図24のヘッド曲線に示すように、多段遠心圧縮機1を始動するとヘッドが徐々に増加し、トルクマージンが徐々に低下する。したがって、完全に開いたIGV17で始動手順を開始し、IGV17を徐々に閉じて、ヘッドの増加およびトルクマージンの低下を制限することが可能である。   Torque reduction at start-up is achieved by reducing the process fluid flow acting on the variable IGV 17. In the presently preferred embodiment, the variable IGV 17 is closed before starting the rotation of the multistage centrifugal compressor 1. However, this is not strictly necessary. Actually, as shown in the head curves of FIGS. 2, 10, 18, 18, 8, 16, and 24, when the multistage centrifugal compressor 1 is started, the head gradually increases and the torque margin gradually decreases. Therefore, it is possible to start the starting procedure with the fully opened IGV 17 and gradually close the IGV 17 to limit the head increase and the torque margin decrease.

可変IGV17は、多段遠心圧縮機1が最小動作速度に達すると再び開くことができる。固定または準固定速度で動作するターボ機械列の場合、最小動作速度は、駆動機械の定格速度であってもよい。いくつかの実施形態では、最小動作速度は、API617規格(API617規格、2002年版、段落1.5.22を参照)の下での最小許容速度として設定することができる。   The variable IGV 17 can be opened again when the multistage centrifugal compressor 1 reaches a minimum operating speed. In the case of a turbomachine train operating at a fixed or semi-fixed speed, the minimum operating speed may be the rated speed of the drive machine. In some embodiments, the minimum operating speed can be set as the minimum allowable speed under the API 617 standard (see API 617 standard, 2002 edition, paragraph 1.5.22).

図26は、多段遠心圧縮機1のさらなる例示的な実施形態を示す。図26の概略図には、電動モータおよび/またはガスタービンエンジン、好ましくは単軸ガスタービンエンジンから構成することができる駆動機械30が示されている。   FIG. 26 shows a further exemplary embodiment of the multistage centrifugal compressor 1. The schematic diagram of FIG. 26 shows a drive machine 30 that can be comprised of an electric motor and / or a gas turbine engine, preferably a single shaft gas turbine engine.

図示する実施形態では、多段遠心圧縮機1は、背中合わせの配置で、第1の組の圧縮機段31と第2の組の圧縮機段33とを含む。第1の組の圧縮機段31のガス流は概ね矢印F31の方向であり、第2の組の圧縮機段33のガス流は概ね矢印F33の方向である。第1の組の最も下流の圧縮機段31の吐出側は、第2の組の最も上流の圧縮機段33の吸込側に流体結合されている。   In the illustrated embodiment, the multi-stage centrifugal compressor 1 includes a first set of compressor stages 31 and a second set of compressor stages 33 in a back-to-back arrangement. The gas flow in the first set of compressor stages 31 is generally in the direction of arrow F31, and the gas flow in the second set of compressor stages 33 is generally in the direction of arrow F33. The discharge side of the first set of the most downstream compressor stages 31 is fluidly coupled to the suction side of the second set of the most upstream compressor stages 33.

いくつかの実施形態では、第1の組の可変入口ガイドベーン17が多段遠心圧縮機1の吸込側に配置され、第2の組の可変入口ガイドベーン18が第2の組の圧縮機段33の最も上流の圧縮機段の吸込側に配置される。可変入口ガイドベーン17、18の一方または両方の組を制御して始動時のプロセスガス流を減少させることができ、多段遠心圧縮機1の始動回転に必要な総トルクを低減することができる。   In some embodiments, a first set of variable inlet guide vanes 17 is located on the suction side of the multi-stage centrifugal compressor 1 and a second set of variable inlet guide vanes 18 is a second set of compressor stages 33. Is arranged on the suction side of the most upstream compressor stage. One or both of the variable inlet guide vanes 17 and 18 can be controlled to reduce the process gas flow at start-up, and the total torque required for the start-up rotation of the multi-stage centrifugal compressor 1 can be reduced.

いくつかの実施形態では、図26に示すように、中間の圧縮機段と流体連通する側流を提供することができる。側流の配置は、LNG用途の冷媒圧縮機で一般的である。図26の概略図では、主プロセス流体流は、多段遠心圧縮機1の吸込側13に入り、側流34、35、37が中間の圧縮機段と流体連通して設けられている。側流34、35は、第1の組の圧縮機段31の段に流体結合され、側流37は、第2の組の圧縮機段33の段の最も上流の段の吸込側に流体結合される。したがって、第3の側流37は、第1の組の圧縮機段31の出口39から第2の組の圧縮機段33の入口41に流れる部分的に圧縮されたプロセス流体と合流する。したがって、第2の組の可変入口ガイドベーン18を使用して、側流を通る流量を調整することができる。   In some embodiments, as shown in FIG. 26, a side stream in fluid communication with the intermediate compressor stage can be provided. The arrangement of the side flow is common in refrigerant compressors for LNG applications. In the schematic of FIG. 26, the main process fluid stream enters the suction side 13 of the multi-stage centrifugal compressor 1 and side streams 34, 35, 37 are provided in fluid communication with the intermediate compressor stage. Sidestreams 34 and 35 are fluidly coupled to the stages of the first set of compressor stages 31 and sidestreams 37 are fluidly coupled to the suction side of the upstream stage of the second set of compressor stages 33. Is done. Accordingly, the third side stream 37 merges with the partially compressed process fluid flowing from the outlet 39 of the first set of compressor stages 31 to the inlet 41 of the second set of compressor stages 33. Thus, a second set of variable inlet guide vanes 18 can be used to regulate the flow through the side flow.

多段遠心圧縮機1の始動時に得られる出力の低下は、多段遠心圧縮機1を駆動する電動モータの定格出力を低下させる可能性があり、あるいは、定格出力を低下させる可能性があるガスタービンエンジン、スタータおよび駆動機械の一部を形成するガスタービンエンジンなどの原動機と組み合わせて使用されるスタータの定格出力を低下させる可能性がある。   A reduction in output obtained at the start of the multistage centrifugal compressor 1 may reduce the rated output of the electric motor that drives the multistage centrifugal compressor 1, or may reduce the rated output. The starter and the rated output of the starter used in combination with a prime mover such as a gas turbine engine that forms part of the drive machine may be reduced.

より低い出力率により、より小型でより安価な機械が得られるが、さらなる利点が得られ、それは遠心圧縮機配置および関連する駆動機械のさらなる実施形態を示す図27の構成を参照するとより明らかになる。   The lower power rate results in a smaller and less expensive machine, but provides additional advantages, more clearly with reference to the configuration of FIG. 27 showing further embodiments of the centrifugal compressor arrangement and associated drive machine Become.

図27のシステムは、一例として、第1の多段遠心圧縮機1Aと第2の多段遠心圧縮機1Bとからなり、両方とも駆動機械30によって駆動される圧縮機列2を含む。2つの多段遠心圧縮機1A、1Bを使用して、同じまたは異なるプロセスガスを処理することができる。例えば、圧縮機列2は、LNG冷凍回路の一部とすることができる。いくつかの実施形態では、第1の多段遠心圧縮機1Aをプロパンを処理するように構成することができ、第2の多段遠心圧縮機1Bを混合冷媒を処理するように構成することができる。他の実施形態では、2つの多段遠心圧縮機1A、1Bは、例えば、メタン、エタン、プロパン、エチレン、窒素、アンモニア、ブタン、イソブテン、プロピレン、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、いくつかの可能な冷媒流体のうちのいずれか1つを処理するように構成することができる。大まかに言えば、ASHRAE(米国暖房、冷凍、および空調技術者協会)の標準冷媒指定に属するガスを使用することができる。   The system of FIG. 27 includes, as an example, a compressor row 2 that includes a first multistage centrifugal compressor 1A and a second multistage centrifugal compressor 1B, both driven by a drive machine 30. Two multistage centrifugal compressors 1A, 1B can be used to process the same or different process gases. For example, the compressor row 2 can be part of an LNG refrigeration circuit. In some embodiments, the first multi-stage centrifugal compressor 1A can be configured to process propane, and the second multi-stage centrifugal compressor 1B can be configured to process a mixed refrigerant. In other embodiments, the two multi-stage centrifugal compressors 1A, 1B may be any number selected from the group consisting of, for example, methane, ethane, propane, ethylene, nitrogen, ammonia, butane, isobutene, propylene, and combinations thereof. Any one of the possible refrigerant fluids can be processed. Broadly speaking, gases belonging to the standard refrigerant designation of ASHRAE (American Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers Association) can be used.

多段遠心圧縮機1A、1Bは、垂直に分割された圧縮機であってもよいし、両方の水平に分割された圧縮機であってもよい。例えば、圧縮機1A、1BはどちらもMCLシリーズの圧縮機であってもよく、両方ともBCLシリーズの圧縮機であってもよい。2つの圧縮機のうちの一方が、例えばBCLシリーズの圧縮機のような、垂直に分割された圧縮機である場合には、いくつかの好ましい構成では、前記垂直に分割された圧縮機は、圧縮機列2の端部、すなわち駆動機械30の反対側に配置される。   The multistage centrifugal compressors 1A and 1B may be vertically divided compressors, or both horizontally divided compressors. For example, the compressors 1A and 1B may both be MCL series compressors, and both may be BCL series compressors. If one of the two compressors is a vertically divided compressor, such as a BCL series compressor, in some preferred configurations, the vertically divided compressor is: It is arranged at the end of the compressor row 2, that is, on the opposite side of the drive machine 30.

駆動機械30は、ガスタービンエンジン43で構成することができる。例えば、ガスタービンエンジン43は、単軸ガスタービンエンジン43を含むことができる。ガスタービンエンジン43は、空気圧縮機部45、燃焼器部47、およびタービン部49から構成されてもよい。タービン部49により生成された動力は、空気圧縮機部45および圧縮機列2を駆動する。   The drive machine 30 can be composed of a gas turbine engine 43. For example, the gas turbine engine 43 may include a single shaft gas turbine engine 43. The gas turbine engine 43 may include an air compressor unit 45, a combustor unit 47, and a turbine unit 49. The power generated by the turbine unit 49 drives the air compressor unit 45 and the compressor train 2.

符号51は、ガスタービンエンジン43の単一のシャフトを概略的に示す。シャフト51は、ガスタービンエンジン43の吸込側すなわち低温側に第1のシャフト端部51Aを有し、ガスタービンエンジン43の圧力側すなわち高温側に第2のシャフト端部51Bを有する。電気スタータがガスタービンエンジン43と反対側の圧縮機列2の端部に配置されている現在の技術の一般的に使用される構成とは対照的に、開示された構成では、スタータとして動作する電気機械53がシャフト51の第1の端部51Aに駆動連結されている。電気機械53は、発電機モードまたはモータモードで選択的に動作可能な可逆的電気機械であってもよい。このように、電気機械53は、電動モータモードで動作するときにはスタータとして、ヘルパーとして、あるいは発電機として動作することができる。シャフト51の第2の端部51Bは、圧縮機列2に駆動連結されている。   Reference numeral 51 schematically represents a single shaft of the gas turbine engine 43. The shaft 51 has a first shaft end 51 </ b> A on the suction side of the gas turbine engine 43, i.e., on the low temperature side, and a second shaft end 51 </ b> B on the pressure side of the gas turbine engine 43, i.e., on the high temperature side. In contrast to the commonly used configuration of the current technology where an electric starter is located at the end of the compressor train 2 opposite the gas turbine engine 43, the disclosed configuration operates as a starter. An electric machine 53 is drivingly connected to the first end 51 </ b> A of the shaft 51. The electric machine 53 may be a reversible electric machine that can selectively operate in a generator mode or a motor mode. Thus, the electric machine 53 can operate as a starter, a helper, or a generator when operating in the electric motor mode. The second end 51 </ b> B of the shaft 51 is drivingly connected to the compressor row 2.

同じ駆動機械30は、図1および図26の構成と組み合わせて使用することができる。   The same drive machine 30 can be used in combination with the configuration of FIGS.

始動時に1つまたは複数の多段遠心圧縮機1A、1BのIGV17および/または18を操作することにより、始動時のガス圧縮機列2を通るガス流量が減少する。圧縮機列を始動させるためには、現在の技術の遠心圧縮機列と比較して、必要な電力量はより少なくてすむ。したがって、電気機械53の総出力率は、現在の技術のプラント構成におけるものよりも低くすることができる。   By operating the IGVs 17 and / or 18 of one or more multi-stage centrifugal compressors 1A, 1B at start-up, the gas flow rate through the gas compressor train 2 at start-up is reduced. In order to start the compressor train, less power is required compared to centrifugal compressor trains of the current technology. Thus, the total output rate of the electric machine 53 can be lower than that in the current technology plant configuration.

したがって、電気機械53は、単一のシャフト51を介してガスタービンエンジン43を横切って伝達される必要がある機械的動力が減少したおかげで、圧縮機列2の反対側のガスタービンエンジン43の側に配置することができる。   Thus, the electric machine 53 is connected to the gas turbine engine 43 on the opposite side of the compressor row 2 thanks to the reduced mechanical power that needs to be transmitted across the gas turbine engine 43 via a single shaft 51. Can be placed on the side.

ガスタービンエンジン43の圧縮機列2の反対側にスタータを配置することにより、圧縮器列のメンテナンスが容易になる。特に、垂直方向に分割された多段遠心圧縮機1Bの開放およびその内部へのアクセスは重要でなく、ラインシャフトを分解することなく得ることができる。   By arranging the starter on the opposite side of the compressor row 2 of the gas turbine engine 43, maintenance of the compressor row is facilitated. In particular, the opening of the multistage centrifugal compressor 1B divided in the vertical direction and access to the inside thereof are not important, and can be obtained without disassembling the line shaft.

上述の実施形態はLNG用途に具体的に言及されているが、本明細書に開示した革新的な特徴は、圧縮機の始動時に同様の問題が発生する他のシステムにおいても実施することができる。   Although the embodiments described above are specifically referred to LNG applications, the innovative features disclosed herein can be implemented in other systems where similar problems occur when starting the compressor. .

さらに、上記の説明は、特に単軸ガスタービンを含む駆動機械を指しているが、始動時に可変IGVを使用することにより、駆動機械が電動モータを含む場合にも利点が得られる。始動時の消費電力がより少なくてすむようになると、電動モータの定格出力、サイズ、したがってコストを低減することができる。   Furthermore, while the above description refers specifically to a drive machine that includes a single shaft gas turbine, the use of a variable IGV during start-up also provides advantages when the drive machine includes an electric motor. If less power is consumed at start-up, the rated output, size, and hence cost, of the electric motor can be reduced.

本明細書で説明される主題の開示された実施形態が図面に示され、いくつかの例示的な実施形態と結び付けて具体的および詳細に上で十分に説明されてきたが、多くの修正、変更、および省略が、本明細書に記載された新たな教示、原理、および概念、ならびに添付の特許請求の範囲に述べられる主題の利点から著しく逸脱することなく可能であることが当業者には明らかであろう。したがって、開示される技術革新の適切な範囲は、すべてのそのような修正、変更、および省略を含むように、添付の特許請求の範囲を最も広く解釈することによってのみ定められるべきである。また、いかなる方法または方法ステップの順序または並びは、代替的な実施形態によって変更、または再度順序付けすることもできる。   While the disclosed embodiments of the subject matter described in this specification have been illustrated in the drawings and have been fully described above in particular and detail in connection with certain exemplary embodiments, many modifications, Those skilled in the art will recognize that changes and omissions may be made without departing significantly from the new teachings, principles and concepts described herein, and the advantages of the subject matter recited in the appended claims. It will be clear. Accordingly, the proper scope of disclosed innovations should only be determined by interpreting the appended claims in the broadest sense so as to include all such modifications, changes and omissions. In addition, the order or sequence of any methods or method steps may be changed or re-ordered according to alternative embodiments.

1 多段遠心圧縮機
1A 第1の多段遠心圧縮機
1B 第2の多段遠心圧縮機
2 圧縮機列
3、5、9、7、11 圧縮器段
13 吸込側
17 可変入口ガイドベーン
18 可変入口ガイドベーン
19 抽気ライン
20 抽気バルブ
30 駆動機械
31 第1の組の圧縮機段
33 第2の組の圧縮機段
34、35、37 側流
39 出口
41 入口
43 ガスタービンエンジン
45 空気圧縮機部
47 燃焼器部
49 タービン部
51 シャフト
51A 第1のシャフト端部
51B 第2のシャフト端部
53 電気機械
1 Multistage Centrifugal Compressor 1A First Multistage Centrifugal Compressor 1B Second Multistage Centrifugal Compressor 2 Compressor Rows 3, 5, 9, 7, 11 Compressor Stage 13 Suction Side 17 Variable Inlet Guide Vane 18 Variable Inlet Guide Vane 19 Extraction line 20 Extraction valve 30 Drive machine 31 First set of compressor stages 33 Second set of compressor stages 34, 35, 37 Side flow 39 Outlet 41 Inlet 43 Gas turbine engine 45 Air compressor section 47 Combustor Part 49 turbine part 51 shaft 51A first shaft end 51B second shaft end 53 electric machine

Claims (19)

駆動機械(30)と、前記駆動機械(30)に駆動連結された少なくとも1つの遠心圧縮機(1)と、を含む圧縮機列(2)の始動を動作させるための方法であって、前記遠心圧縮機(1)は、複数の圧縮機段と、前記圧縮機段のうちの1つの入口に少なくとも第1の組の可変入口ガイドベーン(17)と、を含み、前記方法は、
前記第1の組の可変入口ガイドベーン(17)を少なくとも部分的に閉じるステップと、
前記第1の組の可変入口ガイドベーン(17)が少なくとも部分的に閉じている間に、前記遠心圧縮機(1)の回転を開始し、前記遠心圧縮機(1)を最小動作速度まで加速させるステップと、
前記最小動作速度が達成されると前記遠心圧縮機(1)を通るガス流を増加させるために、前記第1の組の可変入口ガイドベーン(17)を開くステップと、を含む方法。
A method for operating a start of a compressor train (2) comprising a drive machine (30) and at least one centrifugal compressor (1) drivingly coupled to the drive machine (30), comprising: The centrifugal compressor (1) includes a plurality of compressor stages and at least a first set of variable inlet guide vanes (17) at one inlet of the compressor stages, the method comprising:
At least partially closing said first set of variable inlet guide vanes (17);
While the first set of variable inlet guide vanes (17) is at least partially closed, the centrifugal compressor (1) begins to rotate and accelerates the centrifugal compressor (1) to a minimum operating speed. Step to
Opening the first set of variable inlet guide vanes (17) to increase gas flow through the centrifugal compressor (1) when the minimum operating speed is achieved.
前記第1の組の可変入口ガイドベーン(17)は、前記遠心圧縮機(1)の最も上流の圧縮機段の前記入口に配置される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the first set of variable inlet guide vanes (17) is disposed at the inlet of the most upstream compressor stage of the centrifugal compressor (1). 前記駆動機械(30)は、単軸ガスタービンエンジン(43)とスタータとを含み、前記遠心圧縮機(1)の回転を開始して前記遠心圧縮機(1)を加速させる前記ステップの間に、前記スタータによって生成された電力が前記遠心圧縮機(1)に供給される、請求項1または2に記載の方法。   The drive machine (30) includes a single-shaft gas turbine engine (43) and a starter, and starts the rotation of the centrifugal compressor (1) to accelerate the centrifugal compressor (1). The method according to claim 1 or 2, wherein the power generated by the starter is supplied to the centrifugal compressor (1). 前記スタータは、電動モータおよび蒸気タービンのうちの一方である、請求項3に記載の方法。   The method of claim 3, wherein the starter is one of an electric motor and a steam turbine. 前記スタータは、前記単軸ガスタービンエンジン(43)の第1の端部に駆動連結され、前記遠心圧縮機(1)は、前記単軸ガスタービンエンジン(43)の第2の端部に駆動連結される、請求項3または4に記載の方法。   The starter is drivingly connected to a first end of the single shaft gas turbine engine (43), and the centrifugal compressor (1) is driven to a second end of the single shaft gas turbine engine (43). The method according to claim 3 or 4, wherein the methods are linked. 前記圧縮機段のうちの1つの吐出側からガスを抽気するステップと、前記遠心圧縮機(1)の回転を開始し、前記遠心圧縮機(1)を加速させるステップの少なくとも一部の間に、前記抽気ガスを前記吐出側の上流の圧縮機段入口に戻すステップと、をさらに含む、請求項1乃至5の1つまたは複数に記載の方法。   During at least part of the steps of extracting gas from the discharge side of one of the compressor stages and starting the rotation of the centrifugal compressor (1) and accelerating the centrifugal compressor (1) Returning the bleed gas to an upstream compressor stage inlet on the discharge side. 前記遠心圧縮機(1)の回転を開始し、前記遠心圧縮機(1)を加速させる前記ステップの少なくとも一部の間に、前記複数の圧縮機段のうちの中間の1つまたは最も下流の1つの上流に配置された第2の組の可変入口ガイドベーン(18)を少なくとも部分的に閉じるステップをさらに含む、請求項1乃至6の1つまたは複数に記載の方法。   During at least part of the step of initiating rotation of the centrifugal compressor (1) and accelerating the centrifugal compressor (1), an intermediate one of the plurality of compressor stages or the most downstream The method according to one or more of the preceding claims, further comprising at least partly closing a second set of variable inlet guide vanes (18) arranged upstream one. 前記第1の組の可変入口ガイドベーン(17)と前記第2の組の可変入口ガイドベーン(18)との間で、前記圧縮機段のうちの中間の1つにガス側流を供給するステップをさらに含む、請求項7に記載の方法。   A gas side stream is fed to an intermediate one of the compressor stages between the first set of variable inlet guide vanes (17) and the second set of variable inlet guide vanes (18). The method of claim 7, further comprising a step. 前記第1の組の可変入口ガイドベーン(17)と前記第2の組の可変入口ガイドベーン(18)は、背中合わせの構成で配置されたそれぞれの圧縮機段の前記入口に配置される、請求項7または8に記載の方法。   The first set of variable inlet guide vanes (17) and the second set of variable inlet guide vanes (18) are arranged at the inlets of respective compressor stages arranged in a back-to-back configuration. Item 9. The method according to Item 7 or 8. ガス圧縮機列(2)であって、
圧縮機入口と、圧縮機出口と、前記圧縮機入口と前記圧縮機出口との間に順次配置された複数の圧縮機段と、前記圧縮機段のうちの1つの入口に少なくとも第1の組の可変入口ガイドベーン(17)と、からなる遠心圧縮機(1)と、
前記遠心圧縮機(1)に駆動連結された駆動機械(30)と、
前記遠心圧縮機(1)の始動および加速ステップ中に前記一組の可変入口ガイドベーンを少なくとも部分的に閉じるように構成および配置されたコントローラと、を含むガス圧縮機列(2)。
A gas compressor train (2),
A compressor inlet, a compressor outlet, a plurality of compressor stages sequentially disposed between the compressor inlet and the compressor outlet, and at least a first set at one inlet of the compressor stages; A variable inlet guide vane (17), and a centrifugal compressor (1) comprising:
A drive machine (30) drivingly connected to the centrifugal compressor (1);
A gas compressor train (2) comprising: a controller configured and arranged to at least partially close the set of variable inlet guide vanes during startup and acceleration steps of the centrifugal compressor (1).
前記第1の組の可変入口ガイドベーン(17)は、前記遠心圧縮機(1)の最も上流の圧縮機段の前記入口に配置される、請求項10に記載のガス圧縮機列(2)。   The gas compressor train (2) according to claim 10, wherein the first set of variable inlet guide vanes (17) is arranged at the inlet of the most upstream compressor stage of the centrifugal compressor (1). . 前記駆動機械(30)は、単軸ガスタービンエンジン(43)とスタータとを含み、前記スタータは、前記単軸ガスタービンエンジン(43)に駆動連結される、請求項10または11に記載のガス圧縮機列(2)。   The gas according to claim 10 or 11, wherein the drive machine (30) comprises a single shaft gas turbine engine (43) and a starter, the starter being drivingly connected to the single shaft gas turbine engine (43). Compressor train (2). 前記スタータは、電動モータおよび蒸気タービンのうちの一方である、請求項12に記載のガス圧縮機列(2)。   The gas compressor train (2) according to claim 12, wherein the starter is one of an electric motor and a steam turbine. 前記スタータは、前記単軸ガスタービンエンジン(43)の第1の端部に駆動連結され、前記遠心圧縮機(1)は、前記単軸ガスタービンエンジン(43)の第2の端部に駆動連結される、請求項12または13に記載のガス圧縮機列(2)。   The starter is drivingly connected to a first end of the single shaft gas turbine engine (43), and the centrifugal compressor (1) is driven to a second end of the single shaft gas turbine engine (43). Gas compressor train (2) according to claim 12 or 13, which is connected. 前記圧縮機段のうちの1つの吐出側と前記圧縮機段のうちの1つの入口との間に配置された抽気ラインをさらに含む、請求項10乃至14の1つまたは複数に記載のガス圧縮機列(2)。   15. Gas compression according to one or more of claims 10 to 14, further comprising a bleed line disposed between the discharge side of one of the compressor stages and the inlet of one of the compressor stages. Machine train (2). 前記抽気ラインの出口は、前記圧縮機段の最も上流の段の入口に接続される、請求項15に記載のガス圧縮機列(2)。   The gas compressor row (2) according to claim 15, wherein an outlet of the bleed line is connected to an inlet of an upstream stage of the compressor stage. 前記複数の圧縮機段のうちの中間の1つまたは最も下流の1つの上流に配置された第2の組の可変入口ガイドベーン(18)をさらに含み、前記コントローラは、前記始動および加速ステップ中に前記第2の組の可変入口ガイドベーン(18)を少なくとも部分的に閉じるように構成および配置される、請求項10乃至15の1つまたは複数に記載のガス圧縮機列(2)。   The controller further includes a second set of variable inlet guide vanes (18) disposed upstream of one of the plurality of compressor stages or one of the most downstream, wherein the controller is configured to perform the starting and accelerating steps. The gas compressor row (2) according to one or more of the claims 10 to 15, wherein the gas compressor row (2) is constructed and arranged to at least partly close the second set of variable inlet guide vanes (18). 前記遠心圧縮機(1)は、第1の組の圧縮機段(31)と、前記第1の組の圧縮機段(31)の下流に配置された第2の組の圧縮機段(33)と、を含み、前記第1の組の圧縮機段(31)および前記第2の組の圧縮機段(33)は、それぞれ少なくとも1つの圧縮機段を含み、前記第1の組の圧縮機段(31)および前記第2の組の圧縮機段(33)は背中合わせの構成で配置され、前記第2の組の可変入口ガイドベーン(18)は、前記第2の組の圧縮機段(33)の前記圧縮機段のうちの1つの入口に配置される、請求項17に記載のガス圧縮機列(2)。   The centrifugal compressor (1) comprises a first set of compressor stages (31) and a second set of compressor stages (33) arranged downstream of the first set of compressor stages (31). ), And the first set of compressor stages (31) and the second set of compressor stages (33) each include at least one compressor stage, and the first set of compression stages The machine stage (31) and the second set of compressor stages (33) are arranged in a back-to-back configuration, and the second set of variable inlet guide vanes (18) are arranged in the second set of compressor stages. A gas compressor row (2) according to claim 17, arranged at the inlet of one of the compressor stages of (33). 前記第1の組の可変入口ガイドベーン(17)と前記第2の組の可変入口ガイドベーン(18)との間に側流が供給される、請求項17または18に記載のガス圧縮機列(2)。   19. A gas compressor train according to claim 17 or 18, wherein a side flow is provided between the first set of variable inlet guide vanes (17) and the second set of variable inlet guide vanes (18). (2).
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