Многоступенчатая система компрессора/приводного механизма и способ приведения ее в действие

Способ приведения в действие многоступенчатого компрессора включает изолирование, по меньшей мере, двух ступеней сжатия многоступенчатого компрессора от сообщения по потоку текучей среды друг с другом и одновременно инициирование вращения многоступенчатого компрессора. Система для приведения в действие многоступенчатого компрессора, имеющего множество ступеней сжатия, содержит приводной механизм для вращения многоступенчатого компрессора, множество контуров потока, каждый из которых связан с соответствующей одной из ступеней сжатия и выполнен с возможностью обеспечения сообщения по потоку текучей среды от выпуска к впуску ступени сжатия, с которой он связан, и изолирующий клапан, расположенный по текучей среде между двумя из контуров потока. Система выполнена с возможностью переключения между режимом запуска и нормальным режимом работы. Во время режима запуска изолирующий клапан закрыт для предотвращения протекания текучей среды между двумя из контуров потока, а во время нормального режима изолирующий клапан открыт для обеспечения, таким образом, протекания текучей среды между двумя из контуров потока. Изолирование отдельных ступеней сжатия позволяет турбине достичь нормальных рабочих скоростей вращения по существу без дополнительной мощности от вспомогательного источника. 2 н. и 32 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем относится к турбогенераторным многоступенчатым компрессорам. В другом объекте изобретение относится к усовершенствованной методологии запуска многоступенчатого компрессора, приводимого в действие одновальной газовой турбиной.

Уровень техники

Газовые турбины обычно используют для приведения в действие больших, промышленных компрессоров, таких как компрессоры, которые используются в циклах охлаждения установок для сжиженного природного газа (LNG). Газовые турбины, используемые для приведения в действие больших компрессоров, в общем имеют одновальную конфигурацию или конфигурацию с независимой силовой турбиной. Компрессорные системы, приводимые в действие газовыми турбинами с независимыми силовыми турбинами, обычно отличаются более легким запуском, но одновальные газовые турбины выпускают с более высокими номинальными мощностями. В общем газовые турбины с независимыми силовыми турбинами либо являются коммерчески недоступными, либо не являются жизнеспособными в конкретных экономических условиях при применениях для очень высокой нагрузки, таких как при приведении в действие многоступенчатых компрессоров установки для LNG. Поэтому для приведения в действие очень больших многоступенчатых компрессоров в промышленных применениях обычно выбирают одновальные газовые турбины.

Один недостаток, связанный с использованием одновальной газовой турбины для приведения в действие большого, многоступенчатого компрессора, заключается в расходе электроэнергии на собственные нужды, чтобы способствовать запуску системы компрессора/турбины. В прошлом такая вспомогательная мощность для запуска обычно обеспечивалась электродвигателями. Эти вспомогательные двигатели эксплуатируют на полной или на почти полной мощности в течение запуска, чтобы помочь преодолеть инерционные и аэродинамические силы системы. После запуска вспомогательный двигатель отключают или снижают его мощность, поскольку газовая турбина принимает на себя основную ответственность за снабжение энергией системы. Очевидно, необходимость во вспомогательном источнике вращательной энергии в течение запуска добавляется к полным капитальным затратам системы.

Другой недостаток использования одновальной газовой турбины для приведения в действие большого многоступенчатого компрессора заключается в потенциальной возможности создания вакуума в системе при запуске, который создает механизм для впуска воздуха в систему. Хотя это поддается управлению, загрязнение воздухом рабочей текучей среды является крайне нежелательным и может представлять дополнительные эксплуатационные проблемы и/или проблемы обеспечения безопасности.

Таким образом, существует необходимость в усовершенствованной системе и методологии для эффективного запуска больших, промышленных многоступенчатых компрессоров.

Сущность изобретения

В одном варианте осуществления настоящего изобретения предложен способ приведения в действие многоступенчатого компрессора. Способ включает: (а) изолирование, по меньшей мере, двух ступеней сжатия многоступенчатого компрессора от сообщения по потоку текучей среды друг с другом; и (b) одновременно с этапом (а) инициирование вращения многоступенчатого компрессора.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предложена система для приведения в действие многоступенчатого компрессора, имеющего множество ступеней сжатия, каждая из которых имеет впуск и выпуск. Система содержит приводной механизм для вращения многоступенчатого компрессора, множество контуров потока и изолирующий клапан, расположенный по текучей среде между двумя из контуров потока. Каждый из контуров потока связан со ступенью сжатия и выполнен с возможностью обеспечения сообщения по потоку текучей среды от выпуска к впуску ступени сжатия, с которой он связан. Система выполнена с возможностью переключения между режимом запуска и рабочим режимом. Во время режима запуска изолирующий клапан закрыт, таким образом, предотвращая протекание текучей среды между двумя из контуров потока. Во время нормального режима работы изолирующий клапан открыт, чтобы таким образом обеспечить протекание текучей среды между двумя из контуров потока.

Краткое описание чертежей

Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения более подробно описаны ниже со ссылкой на чертежи, на которых:

Фиг.1 представляет собой схематический вид системы компрессора/приводного механизма, которая включает в себя трехступенчатый компрессор, приводимый в действие одновальной газовой турбиной; и

Фиг.2 представляет собой блок-схему этапов, связанных с запуском системы компрессора/приводного механизма, показанной на фиг.1.

Подробное описание изобретения

Со ссылкой сначала на фиг.1 показана упрощенная система 10 компрессора/приводного механизма, которая в общем содержит газовую турбину 12, многоступенчатый компрессор 14 и систему 16 управления потоком компрессора. В общем газовая турбина 12 приводит в действие многоступенчатый компрессор 14, а система 16 управления потоком направляет поток газа через ступени многоступенчатого компрессора 14.

Газовая турбина 12 может быть любой соответствующей имеющейся в продаже промышленной газовой турбиной. В одном варианте осуществления газовой турбиной 12 является одновальная газовая турбина, имеющая номинальную мощность, превышающую около 35.000 л.с., превышающую около 45.000 л.с. или превышающую 55.000 л.с. Например, газовая турбина 12 может быть одновальной газовой турбиной GE Frame-5, Frame-6, Frame-7 или Frame-9, которые можно приобрести у фирмы GE Power Systems, Atlanta, GA, или эквивалентной им. Газовая турбина 12 принимает поток фильтрованного воздуха из трубопровода 13 и топливо через трубопровод 15 под управлением клапана 19. Сгорание воздуха и топлива обеспечивает энергию для вращения газовой турбины 12. В соответствии с одним вариантом осуществления газовая турбина 12 дополнительно содержит встроенное пусковое устройство (не показано), подсоединенное к воздушной стороне компрессора (то есть к «холодному концу») газовой турбины 12.

Газовая турбина 12 функционально соединена с многоступенчатым компрессором 14 посредством единственного общего ведущего выходного вала 18. Многоступенчатый компрессор 14 содержит множество ступеней сжатия, действующих так, чтобы последовательно сжимать газовый поток до постепенно возрастающих давлений. Компрессор 14 на фиг.1 показан как имеющий три ступени сжатия: низкую ступень 20 сжатия, промежуточную ступень 22 сжатия и высокую ступень 24 сжатия. Многоступенчатым компрессором 14 может быть центробежный компрессор, осевой компрессор или любая их комбинация. В варианте осуществления, показанном на фиг.1, компрессор 14 представляет собой трехступенчатый центробежный компрессор.

Как упомянуто выше, система 10 компрессора/приводного механизма содержит систему 16 управления потоком компрессора, которая может действовать для того, чтобы направлять поток газа, связанный с многоступенчатым компрессором 14. Как показано на фиг.1, система 16 управления потоком содержит множество контуров 26, 28, 30 потока, каждый из которых связан с соответствующей ступенью 20, 22, 24 компрессора в многоступенчатом компрессоре 14. Каждый контур потока может действовать так, чтобы обеспечивать путь протекания текучей среды от выпуска связанной с ним ступени сжатия к впуску той же самой ступени сжатия. Например, контур 26 потока низкой ступени может действовать так, чтобы направлять сжатый газ от спускной трубы низкой ступени 20 сжатия к ее всасывающей трубе через нагнетательный трубопровод 32, промежуточный охладитель 34, трубопровод 36 рециркуляции, противопомпажный клапан 38 и всасывающий трубопровод 40. Контур 28 потока промежуточной ступени может действовать так, чтобы направлять сжатый газ от спускной трубы промежуточной ступени 22 сжатия к ее всасывающей трубе через нагнетательный трубопровод 42, промежуточный охладитель 44, трубопровод 46 рециркуляции, противопомпажный клапан 48 и всасывающий трубопровод 50. Контур 30 потока высокой ступени может действовать так, чтобы направлять сжатый газ от спускной трубы к всасывающей трубе высокой ступени 24 сжатия через нагнетательный трубопровод 52, промежуточный охладитель 54, трубопровод 56 рециркуляции, противопомпажный клапан 58 и всасывающий трубопровод 60.

Система 10 компрессора/приводного механизма согласно настоящему изобретению может функционировать в двух определенных режимах: в режиме запуска и нормальном режиме. Во время нормального режима работы контуры 26, 28, 30 потока сообщаются по потоку текучей среды друг с другом. Как подробно описано ниже, режим запуска работы отличается изолированием контуров 26, 28, 30 потока от сообщения по потоку текучей среды друг с другом. В одном варианте осуществления сообщение по потоку текучей среды между контурами 26, 28, 30 потока управляется первой изолирующей системой 62 и второй изолирующей системой 64. Первая изолирующая система 62 в общем содержит первый трубопровод 66, первый изолирующий клапан 68 и первый перепускной клапан 70. Точно так же вторая изолирующая система 64 в общем содержит второй трубопровод 72, второй изолирующий клапан 74 и второй перепускной клапан 76. Для обеспечения сообщения по потоку текучей среды между контурами 26, 28, 30 потока изолирующие клапаны 68, 74 и/или перепускные клапаны 70, 76 открывают, чтобы таким образом обеспечить протекание сжатого газа между низкой промежуточной и высокой ступенями 20, 22, 24 сжатия. Когда обеспечивают сообщение по потоку текучей среды между ступенями 20, 22, 24 сжатия многоступенчатого компрессора 14, контуры 26, 28, 30 потока, как считают, являются неизолированными. Когда контуры потока 26, 28, 30 не изолированы (то есть во время нормального режима работы), сжатый газ протекает от выпуска низкой ступени 20 сжатия во всасывающую трубу промежуточной ступени 22 сжатия и от спускной трубы промежуточной ступени 22 сжатия к всасывающей трубе высокой ступени 24 сжатия. Чтобы изолировать контуры 26, 28, 30 потока, предотвращая сообщение по потоку текучей среды между низкой промежуточной и высокой ступенями 20, 22, 24 сжатия, изолирующие клапаны 68, 74 и перепускные клапаны 70, 76 закрывают. Способ запуска системы 10 компрессора/приводного механизма будет описан более подробно в следующем разделе.

В соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг.1, система 16 управления потоком компрессора может дополнительно содержать систему 78 газа для запуска, которая действует для управления потоком газа для запуска к ступеням 20, 22, 24 сжатия и контурам 26, 28, 30 потока и от них. Система 78 газа для запуска в общем содержит источник 80 газа для запуска, сообщающийся по текучей среде с контурами 26, 28, 30 потока низкой промежуточной и высокой ступени с помощью соответствующих трубопроводов 82, 84, 86 нагнетания газа для запуска. Каждый трубопровод газа для запуска содержит соответствующий клапан 90, 92, 94 нагнетания газа для запуска, чтобы управлять протеканием газа для запуска от источника 80 газа для запуска в контуры 26, 28, 30 потока. Кроме того, каждый контур 26, 28, 30 потока может дополнительно содержать соответствующий продувочный клапан 96, 98, 100, чтобы сбрасывать газ из установки, когда это необходимо. Во время нормального режима работы клапаны 90, 92, 94 нагнетания газа для запуска и продувочные клапаны 96, 98, 100 обычно закрыты. Как подробно описано в последующем разделе, эти клапаны во время запуска могут быть либо открыты, либо закрыты, чтобы устанавливать положительное давление в контурах 26, 28, 30 потока и ступенях 20, 22, 24 сжатия.

Как показано на фиг.1, система 16 управления потоком компрессора также включает в себя впускной трубопровод 102 для рабочей текучей среды, имеющий расположенный в нем впускной регулирующий клапан 104, и выпускной трубопровод 106 для рабочей текучей среды, сообщающейся по текучей среде с выпускным регулирующим клапаном 108. Во время нормальной работы регулирующие клапаны 102, 108 в основном открыты, чтобы обеспечить протекание рабочей текучей среды в многоступенчатый компрессор 14 и его связанные контуры 26, 28, 30 потока и из них. Как описано более подробно ниже, во время режима запуска работы регулирующие клапаны 104, 108 могут быть закрыты, чтобы изолировать низкую ступень 20 сжатия и высокую ступень 24 сжатия от впуска 102 и выпуска 106 трубопроводов для рабочей текучей среды и другого соответствующего, расположенного выше и ниже по потоку технологического процесса оборудования.

В другом варианте осуществления система 16 управления потоком компрессора также может содержать один или более подводящих потоков промежуточной ступени и/или высокой ступени (не показаны). Если они присутствуют, эти дополнительные подводящие потоки объединяются с выпускаемым газом из расположенной выше по потоку ступени сжатия до введения в ступень сжатия, с которой они связаны.

Режим запуска работы системы 10 компрессора/приводного механизма, показанной на фиг.1, далее будет подробно описан со ссылкой на блок-схему процесса, представленную на фиг.2, и на обобщение положений клапана, представленное в таблице.

Обобщение положений клапана во время режима запуска
Клапан (фиг.1)	Функция	Блок (фиг.2)
200	204	206	208	212	214	216	218
19	Топливо к газовой турбине	С	С	С	О	O	O	О	О
38	Демпфирование низкой ступени	O	O	О	О	О	О	О	ОАС
48	Демпфирование промежуточной ступени	O	O	О	О	О	О	О	ОАС
58	Демпфирование высокой ступени	O	O	О	О	О	О	О	ОАС
68	Первое изолирование	С	С	С	С	С	С	О	O
70	Первый обходной путь	С	С	С	С	С	С	О	С
74	Второе изолирование	С	С	С	С	С	С	О	O
76	Второй обходной путь	С	С	С	С	С	С	О	С
90	Газ для запуска низкой ступени	С	С	О	С	О	С	С	С
92	Газ для запуска промежуточной ступени	С	С	О	С	О	С	С	С
94	Газ для запуска высокой ступени	С	С	О	С	О	С	С	С
96	Продувка низкой ступени	С	О	С	С	С	С	С	С
98	Продувка промежуточной ступени	С	О	С	С	С	С	С	С
100	Продувка высокой ступени	С	О	С	С	С	С	С	С
104	Впуск рабочей текучей среды	С	С	С	С	С	С	С	О
108	Выпуск рабочей текучей среды	С	С	С	С	С	С	С	О
Положения клапана: Открыт (O); Закрыт (С) или Открыт; автоматическое управление (ОАС).

В частности, фиг.2 очерчивает главные этапы, связанные с запуском системы 10 компрессора/приводного механизма, а таблица суммирует положения каждого клапана, показанного на фиг.1, как описано выше, во время режима запуска работы и нормального режима работы.

Как описано выше, режим запуска системы 10 компрессора/приводного механизма на фиг.1 отличается изолированием контуров 26, 28, 30 потока от сообщения по потоку текучей среды друг с другом, как регулируется первой и второй изолирующими системами 62, 64. Таким образом, первый этап запуска системы 10 компрессора/приводного механизма заключается в изолировании каждого контура потока, как показано блоком 200 на фиг.2. Как показано в таблице, это требует, чтобы первый и второй изолирующие клапаны 68, 74, первый и второй перепускные клапаны 70, 76, впускной клапан 104 рабочей текучей среды и выпускной клапан 108 рабочей текучей среды были закрыты, таким образом предотвращая протекание текучей среды между контурами 26, 28, 30 потока, ступенями 20, 22, 24 сжатия и проникновением и выпуском рабочей текучей среды из многоступенчатого компрессора 14 через трубопроводы 102 и 108, соответственно, как показано на фиг.1. Кроме того, во время этого этапа продувочные клапаны 96, 98, 100 и клапаны 90, 92, 94 газа для запуска также закрыты. Противопомпажные клапаны 38, 48, 58 открыты, чтобы создавать путь для сжатого газа, в конечном счете протекающего в закрытом изолированном контуре потока во время последующей стадии режима запуска, как вскоре будет описано более подробно. В этот момент газовая турбина 12 может не вращаться, и топливный клапан 19 может быть закрытым. Как используется в данном описании, термин «закрытый» относится к клапану, который закрыт больше, чем на 75 процентов, больше чем на 85 процентов, больше чем на 95 процентов или больше чем на 99 процентов.

Как только контуры потока 26, 28, 30 изолированы, в каждом контуре потока может быть установлено положительное давление, как представлено в блоке 202 на фиг.2. В одном варианте осуществления положительное давление контуров 26, 28, 30 потока может быть в диапазоне от около 0,5 до около 50 фунтов на квадратный дюйм, от около 0,75 до около 25 фунтов на квадратный дюйм или от 1 до около 20 фунтов на квадратный дюйм. Чтобы регулировать положительное давление в одном или более контурах потока, можно добавлять или удалять газ из изолированных контуров, при необходимости. Если давление в контуре потока слишком высокое, избыточный газ может быть выпущен из системы посредством продувочного клапана. Например, если положительное давление в промежуточной ступени 22 сжатия является слишком высоким, избыточный пар может быть сброшен, как показано в блоке 204 на фиг.2, в систему сжигания углеводорода или направлен к всасывающей трубе низкой ступени другого компрессора посредством открытия продувочного клапана 98, как показано в таблице. Точно так же открытие продувочных клапанов 96, 100, как показано в таблице, может снизить положительное давление в низкой и высокой ступенях 20 и 24 сжатия, соответственно.

Если положительное давление в контуре потока слишком низкое, в систему может вводиться дополнительный газ, как показано в блоке 206 на фиг.2, посредством системы 78 газа для запуска, показанной на фиг.1. Источником 80 газа для запуска может быть любой внутренний или внешний источник, способный поставлять газ в контуры 26, 28, 30 потока при поддержании их соответствующего положительного давления. В одном варианте осуществления газом для запуска может быть содержащий углеводород газ. В общем газ для запуска вводится в низкую, промежуточную и/или высокую ступень 20, 22, 24 сжатия, как это необходимо, посредством открытия соответствующих клапанов 90, 92, 94 нагнетания газа для запуска, как показано в таблице. В одном варианте осуществления в качестве газа для продувки может использоваться газ для запуска, чтобы удалить имеющийся материал из одного или более контуров потока до установления положительного давления.

Поскольку контуры 26, 28, 30 потока остаются изолированными (как показано в таблице) во время этапов, показанных блоками 200, 204 и 206 на фиг.2, положительное давление можно изменять в одном или более отдельных контурах потока, без воздействия на давление в других контурах потока. В одном варианте осуществления положительное давление в одном или более контурах потока может быть в пределах около 50 процентов, около 75 процентов, около 90 процентов или 95 процентов от положительного давления в другом контуре потока. В другом варианте осуществления положительное давление в каждом контуре потока по существу является одинаковым.

Следующий этап в режиме запуска системы 10 компрессора/приводного механизма заключается в инициировании вращения системы компрессора/приводного механизма, как описано в блоке 208 на фиг.2. В одном варианте осуществления система 10 компрессора/приводного механизма, показанная на фиг.1, дополнительно содержит необязательный вспомогательный двигатель 21, подсоединенный к выходному ведущему валу 18 на внешнем конце низкой ступени 20 сжатия для обеспечения дополнительной мощности для вращения газовой турбины 12 во время этого периода пускового процесса. В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения необязательный вспомогательный двигатель обеспечивает менее около 50 процентов, менее около 30 процентов, менее около 20 процентов, менее около 10 процентов или менее 5 процентов от полной мощности, требуемой для инициирования вращения системы 10 компрессора/приводного механизма.

В другом варианте осуществления вращение системы 10 компрессора/приводного механизма инициируется исключительно посредством мощности газовой турбины 12 и ее встроенного пускового устройства (не показано). Как показано в таблице, топливный клапан 19 во время этого этапа может быть открыт, и газовая турбина 12 может быть запущена.

Как только вращение было инициировано, система может быть проверена, чтобы гарантировать, что поддерживается минимальное положительное давление, как показано в блоке 210 на фиг.2. Если положительное давление слишком низкое, в систему может быть введен дополнительный газ для запуска, как представлено блоком 212, посредством системы 78 газа для запуска, показанной на фиг.1, как было описано выше. Как показано в таблице, газ для запуска может вводиться в низкую, промежуточную и/или высокую ступень 20, 22, 24 сжатия посредством открытия клапанов 90, 92, 94 нагнетания газа для запуска, соответственно.

Как только восстановлено адекватное положительное давление, можно обеспечить возможность достижения системой 10 компрессора/приводного механизма минимальной скорости вращения, как показано в блоке 214 на фиг.2. Как иллюстрируется положениями клапана, показанными в таблице, контуры 26, 28, 30 потока остаются изолированными и, поскольку скорость вращения системы 10 компрессора/приводного механизма увеличивается до минимальной скорости вращения, сжатый газ, выпускаемый из каждой ступени сжатия, может быть направлен обратно к ее всасывающей трубе через ее трубопровод рециркуляции и противопомпажный клапан, как было описано выше. Минимальная скорость вращения системы 10 компрессора/приводного механизма зависит от нескольких факторов, включающих в себя размер турбины, размер компрессора и конфигурацию, и т.п. В одном варианте осуществления минимальная скорость вращения составляет, по меньшей мере, около 500 об/мин (оборотов в минуту), по меньшей мере, около 1500 об/мин, или, по меньшей мере, 3000 об/мин. В одном варианте осуществления каждый контур потока поддерживает требуемое минимальное положительное давление. В соответствии с одним вариантом осуществления при поддержании положительного давления во время вращения системы 10 компрессора/приводного механизма предотвращается падение давления в каждом контуре потока ниже атмосферного давления (то есть до вакуума).

После того, как система 10 компрессора/приводного механизма достигает минимальной скорости вращения, контуры потока могут быть не изолированы, как показано блоком 216 на фиг.2. Как описано выше, когда контуры потока не изолированы, обеспечивается протекание газа между двумя или более ступенями многоступенчатого компрессора 14. Как показано в таблице, с контуров 26, 28, 30 потока может быть снято изолирование посредством открытия изолирующих клапанов 68, 74, в то время как система 10 компрессора/приводного механизма продолжает вращаться со своей минимальной скоростью вращения или выше.

В одном варианте осуществления непосредственно перед открытием изолирующих клапанов 68, 74 могут быть открыты перепускные клапаны 70, 76, чтобы уменьшить перепад давления в изолирующих клапанах и выровнять положительное давление между двумя смежными контурами. Например, в соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг.1, открытие перепускного клапана 70 непосредственно перед открытием изолирующего клапана 68 может выровнять давление между изолированными низкой ступенью 20 сжатия и промежуточной ступенью 22 сжатия. Точно так же снижение перепада давления между промежуточной ступенью 22 сжатия и высокой ступенью 24 сжатия может включать в себя открытие перепускного клапана 76 до открытия изолирующего клапана 74. В одном варианте осуществления перепускные клапаны могут иметь меньшие размеры канала, чем их соответствующие изолирующие клапаны. В другом варианте осуществления перепускной клапан может быть расположен параллельно его соответствующему изолирующему клапану. Положения каждого клапана, показанного на фиг.1, во время этапа снятия изолирования с контура потока показаны в таблице.

В этот момент теперь в компрессор может вводиться рабочая текучая среда, как показано в блоке 218 на фиг.2. Как показано в таблице, регулирующий клапан 104 впуска рабочей текучей среды и регулирующий клапан 108 выпуска рабочей текучей среды могут быть открыты, чтобы ввести рабочую текучую среду в низкую ступень 20 сжатия и таким образом выполнить переключение системы 10 компрессора/приводного механизма в ее нормальный режим работы. В одном варианте осуществления во время нормального режима работы противопомпажные клапаны 38, 48, 58 могут быть переведены на автоматическое управление.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения система компрессора, описанная и проиллюстрированная здесь, может использоваться для сжатия одного или более потоков хладагента. Например, турбогенераторные компрессорные системы, описанные в данном описании, могут использоваться для сжатия содержащих углеводород хладагентов, применяемых в виде части механического цикла охлаждения, используемого для охлаждения природного газа в установке для сжиженного природного газа (LNG). В одном варианте осуществления компрессорная система может использоваться в процессе LNG смешиваемых хладагентов, таком как процесс, описанный в патенте США №4445917, который включен сюда посредством ссылки. В другом варианте осуществления обладающая признаками изобретения компрессорная система может использоваться в процессе охлаждения LNG каскадного типа, таком как процесс, описанный в патенте США №6925387, который включен сюда посредством ссылки.

Области числовых значений

Настоящее описание использует области числовых значений для количественного определения некоторых параметров, относящихся к изобретению. Следует понимать, что, когда обеспечиваются области числовых значений, такие области должны истолковываться как обеспечение буквального основания для заявляемого ограничения, которое представляет только нижнее значение области, также как для заявляемого ограничения, которое представляет только верхнее значение области. Например, раскрытая область числовых значений 10-100 обеспечивает буквальное основание для формулы изобретения, содержащей ссылки «больше чем 10» (без верхних ограничений), и формулы изобретения, содержащей ссылки «меньше чем 100» (без нижних ограничений).

Определения

Как используется в данном описании, термин «и/или», когда используется в перечне из двух или больше элементов, означает, что любой из перечисленных элементов может использоваться отдельно либо может использоваться любая комбинация из двух или более из перечисленных элементов. Например, если описана композиция как содержащая компоненты А, В и/или С, композиция может содержать один А; один В; один С; А и В в комбинации; А и С в комбинации; В и С в комбинации; или А, В и С в комбинации.

Как используется в данном описании, термин «противопомпажный клапан» относится к клапану, используемому для регулирования потока от спускной трубы ступени сжатия к всасывающей трубе той же самой ступени сжатия.

Как используется в данном описании, термин «вспомогательный двигатель» относится к электродвигателю или другому приводному механизму, присоединенному к внешнему концу газовой турбины, используемому для обеспечения дополнительной мощности, способствующей вращению газовой турбины во время режима запуска.

Как используется в данном описании, термин «каскадный процесс охлаждения» относится к процессу охлаждения, который использует множество циклов охлаждения, каждый из которых использует отличающийся хладагент беспримесного компонента для последовательного охлаждения природного газа.

Как используется в данном описании, термин «ступень сжатия» относится к одному элементу компрессора, в котором давление поступающего газа возрастает.

Как используются в данном описании, термины «вмещающий», «вмещает» и «вмещают» имеют такое же неограниченное значение, как «содержащий», «содержит» и «содержат».

Как используются в данном описании, термины «содержащий», «содержит» и «содержат» представляют собой неограниченные переходные термины, используемые для перехода от предмета, цитируемого перед термином, к одному из элементов, цитируемых после этого термина, где элемент или элементы, перечисленные после переходного термина, необязательно являются только элементами, которые составляют этот предмет.

Как используется в данном описании, термин «снятие изолирования» относится к действию установления сообщения по потоку текучей среды между двумя или более предварительно изолированными контурами потока. Как используется в данном описании термин «контур потока» относится к каналу потока между спускной трубой ступени компрессора и всасывающей трубой.

Как используются в данном описании, термины «имеющий», «имеет» и «имеют» имеют такое же неограниченное значение, как «содержащий», «содержит» и «содержат».

Как используется в данном описании, термин «содержащий углеводород» относится к материалу, который содержит, по меньшей мере, 5 молекулярных процентов одного или более углеводородных соединений.

Как используются в данном описании, термины «включающий в себя», «включает в себя» и «включают в себя» имеют такое же неограниченное значение, как «содержащий», «содержит» и «содержат».

Как используется в данном описании, термин «промежуточный охладитель» относится к любому устройству, используемому для охлаждения текучей среды между ступенями сжатия.

Как используется в данном описании, термин «многоступенчатый компрессор» относится к компрессору, который использует две или более ступени сжатия для последовательного увеличения давления поступающего газа.

Как используется в данном описании, термин «смешанный хладагент» означает хладагент, содержащий множество различных компонентов, при этом ни один компонент не составляет более 75 молекулярных процентов хладагента.

Как используется в данном описании, термин «положительное давление» относится к давлению выше атмосферного давления.

Как используется в данном описании, термин «хладагент беспримесного компонента» означает хладагент, который не является смешанным хладагентом.

Как используется в данном описании, термин «газ для запуска» относится к потоку внутреннего или внешнего газа, подводимого к системе во время режима запуска для удаления имеющегося материала и/или установления адекватного положительного давления в одном или более контурах потока.

Как используется в данном описании, термин «рабочая текучая среда» относится к газу, сжимаемому во время нормальной работы компрессора.

Описанные выше предпочтительные варианты изобретения должны использоваться только как иллюстрация и не должны использоваться в ограничивающем смысле для интерпретирования объема настоящего изобретения. Очевидные модификации сформулированных выше вариантов осуществления, приведенных в качестве примера, могут быть без труда выполнены специалистами в данной области техники, не выходя при этом за рамки сущности настоящего изобретения.

Авторы изобретения, таким образом, заявляют свое намерение полагаться на доктрину эквивалентов для определения и оценки достаточно обоснованного объема настоящего изобретения, как имеющего отношение к любому устройству, не существенно отклоняющемуся от буквального объема изобретения, сформулированного в последующей формуле изобретения.

1. Способ приведения в действие многоступенчатого компрессора, включающий:
(a) изолирование, по меньшей мере, двух ступеней сжатия многоступенчатого компрессора от сообщения по потоку текучей среды друг с другом, и
(b) одновременно с этапом (а) инициирование вращения многоступенчатого компрессора.

2. Способ по п.1, дополнительно включающий установление положительного давления в, по меньшей мере, двух ступенях сжатия после этапа (а).

3. Способ по п.2, в котором положительное давление находится в диапазоне от около 0,5 до около 50 фунтов на квадратный дюйм.

4. Способ по п.2, в котором положительное давление, установленное в одной из, по меньшей мере, двух ступеней сжатия, составляет около 90% от положительного давления, установленного в другой из, по меньшей мере, двух ступеней сжатия.

5. Способ по п.2, в котором положительное давление устанавливают посредством введения газа для запуска в одну или более из, по меньшей мере, двух ступеней сжатия.

6. Способ по п.5, в котором газ для запуска представляет собой содержащий углеводород газ.

7. Способ по п.5, дополнительно включающий использование газа для запуска для удаления имеющегося материала из, по меньшей мере, двух ступеней сжатия.

8. Способ по п.1, в котором инициирование вращения этапа (b) выполняют с помощью менее чем около 20% от требуемой мощности, подводимой вспомогательным двигателем.

9. Способ по п.1, в котором многоступенчатый компрессор функционально соединен с газовой турбиной.

10. Способ по п.9, в котором газовая турбина представляет собой одновальную газовую турбину.

11. Способ по п.10, в котором инициирование вращения этапа (b) выполняют исключительно от мощности газовой турбины и ее встроенного пускового устройства.

12. Способ по п.1, дополнительно включающий увеличение скорости вращения многоступенчатого компрессора до минимальной рабочей скорости вращения при поддержании изолирования по текучей среде, по меньшей мере, двух ступеней сжатия друг от друга.

13. Способ по п.12, в котором минимальная рабочая скорость вращения составляет, по меньшей мере, около 500 об/мин.

14. Способ по п.12, дополнительно включающий поддержание положительного давления в каждой из, по меньшей мере, двух ступеней сжатия во время увеличения скорости вращения многоступенчатого компрессора.

15. Способ по п.12, дополнительно включающий снятие изолирования с, по меньшей мере, двух ступеней сжатия при вращении многоступенчатого компрессора с минимальной скоростью вращения для обеспечения таким образом сообщения по текучей среде между, по меньшей мере, двумя ступенями сжатия.

16. Способ по п.15, в котором изолирование и снятие изолирования осуществляют посредством закрытия и открытия изолирующего клапана, расположенного по текучей среде между, по меньшей мере, двумя ступенями сжатия.

17. Способ по п.16, дополнительно включающий, до открытия изолирующего клапана, обеспечение протекания текучей среды через перепускной клапан вокруг изолирующего клапана для уменьшения таким образом перепада давления через изолирующий клапан.

18. Способ по п.15, в котором во время увеличения скорости вращения многоступенчатого компрессора каждая из, по меньшей мере, двух ступеней сжатия образует изолированную систему с замкнутым контуром циркулирующей текучей среды.

19. Способ по п.18, в котором каждая из изолированных систем с замкнутым контуром содержит противопомпажный клапан, который является, по меньшей мере, частично открытым во время увеличения скорости вращения многоступенчатого компрессора.

20. Способ по п.18, в котором каждая из изолированных систем с замкнутым контуром содержит промежуточный охладитель.

21. Способ по п.18, в котором снятие изолирования включает открытие изолирующего клапана, расположенного по текучей среде между системами с замкнутым контуром.

22. Способ по п.15, дополнительно включающий, после снятия изолирования, использование многоступенчатого компрессора для сжатия содержащего углеводород хладагента.

23. Способ по п.1, в котором многоступенчатый компрессор используют для сжатия хладагента в цикле охлаждения установки для сжиженного природного газа.

24. Способ по п.1, в котором этап (а) включает изолирование, по меньшей мере, трех ступеней сжатия многоступенчатого компрессора.

25. Система для приведения в действие многоступенчатого компрессора, имеющего множество ступеней сжатия, каждая из которых содержит впуск и выпуск, при этом система содержит:
приводной механизм для вращения многоступенчатого компрессора, множество контуров потока, каждый из которых связан с соответствующей одной из ступеней сжатия и выполнен с возможностью обеспечения сообщения по потоку текучей среды от выпуска к впуску ступени сжатия, с которой он связан, и
изолирующий клапан, расположенный по текучей среде между двумя из контуров потока,
причем система выполнена с возможностью переключения между режимом запуска и нормальным режим работы, при этом во время режима запуска изолирующий клапан закрыт для предотвращения таким образом протекания текучей среды между двумя из контуров потока, а во время нормального режима изолирующий клапан открыт для обеспечения таким образом протекания текучей среды между двумя из контуров потока.

26. Система по п.25, в которой во время рабочего режима изолирующий клапан обеспечивает сообщение по потоку текучей среды между выпуском одной ступени сжатия и впуском другой ступени сжатия.

27. Система по п.26, в которой во время режима запуска каждый из контуров потока закрыт так, что текучая среда, выходящая из выпуска каждой ступени сжатия, направляется к впуску той же самой ступени сжатия.

28. Система по п.25, в которой приводной механизм представляет собой газовую турбину.

29. Система по п.25, в которой приводной механизм представляет собой одновальную газовую турбину.

30. Система по п.29, в которой система не использует электродвигатель для вращения многоступенчатого компрессора во время режима запуска.

31. Система по п.25, дополнительно содержащая источник газа для запуска, сообщающийся по текучей среде с каждой из ступеней сжатия.

32. Система по п.31, в которой источник запуска выполнен с возможностью обеспечения газа для запуска для каждой из ступеней сжатия при положительном давлении.

33. Система по п.25, в которой каждый из контуров потока содержит противопомпажный клапан.

34. Система по п.25, в которой каждый из контуров потока содержит промежуточный охладитель.