JP2007529674A - 回転式圧縮機の循環装置、回転式圧縮機、及び回転式圧縮機の操作方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、封止ガスを回転式圧縮機（２ａ）の乾燥ガスシール装置（２ｂ）の封止室へ送る循環装置（１）に関する。本循環装置は、本装置（１）を封止ガス回路と連結する流体路を形成する管路（１ａ，１ｂ）と、圧縮機（１ｃ）と、流体を案内するように管路路（１ａ，１ｂ）と連結される加熱装置（１ｅ）を含む。本循環装置はまた、圧縮機（１ｃ）及び加熱装置（１ｅ）を制御する制御装置（４）を含む。

Description

本発明は、請求項１の前文に記載の回転式圧縮機の循環装置に関する。本発明はまた、請求項５の前文に記載の回転式圧縮機に関する。本発明はまた、請求項９の前文に記載の回転式圧縮機の操作方法に関する。

ターボ圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン、或いはガス圧縮機等の回転式圧縮機は、ガス、特に天然ガス等の炭化水素を圧縮するものとして知られており、ハウジング及回転軸間に結果的に生じる間隙を封止するために、非接触乾燥ガスシールを使用する。

これらシールは回転軸に沿って配置されると共に、機械ハウジングの内部に配置され且つ環境圧からの圧力を受ける処理室を隔離する。封止装置は一般的には、処理室から隔離された封止室に配置されると共に、好適にはラビリンスシールとして構成される。封止ガスは封止のために必要なガスを使用可能とするために、封止室へ供給される。例えば窒素等の外部源からのガス、又は回転式圧縮機によって圧縮されるプロセスガスが、封止ガスとして適当である。封止ガスを封止ガス供給システムを介して封止室へ供給するために、対応する供給路及び通路が設けられる。

この非接触乾燥ガスシールの欠点は、これらが頻繁に破損させられる点である。

従って、本発明の目的は、回転式圧縮機がより有利に、より好ましい費用で、またより確実に作動させられることを可能にする装置及び方法を提案することにある。

本目的は、請求項１の特徴を有する循環装置によって満たされる。従属の請求項２乃至５は更に有利な実施形態に関する。本目的はまた、請求項６の特徴を有する圧縮機によって満たされる。従属の請求項７及び８は更に有利に構成された圧縮機に関する。本目的はまた、請求項９の特徴を有する方法によって満たされる。従属の請求項１０乃至１３は更に有利な方法工程に関する。

本目的は特に、封止ガスを回転式圧縮機の乾燥ガスシールの封止室へ運ぶ循環装置によって満たされる。本装置は装置を封止回路へ連結するために流体経路を形成する管路を含む。本装置は管路に流体導通するように連結される封止ガス圧縮機及び加熱装置を含む。本装置はまた、封止ガス圧縮機及び加熱装置を制御する制御装置を含む。天然ガス等のプロセスガスが、好適には封止ガスとして使用される。

本発明に係る循環装置の効果としては、露点位置のために乾燥ガスシールに水和物等の液体又は固体物を沈着させないように加熱された封止ガスが、封止室へ供給される。封止ガスは、ジュール・トムソン効果の結果として冷却するように、乾燥ガスシールを介して部分的に緩和される。本発明に係る装置又は本発明に係る方法は、液体又は固体物が乾燥ガスシールに沈着しないことを確実にする。これは、気体物のみが乾燥ガスシールに存在することを確実にして、たとえ圧縮機の長期に亘る停止の間でも破損させられることなく、乾燥ガスシールの確実且つ長期に亘る運転を保証する。

プロセスガスが好適には封止ガスとして使用されるが、別のガスが封止用に使用されてもよい。

本目的はまた、乾燥ガスシールを有する回転式圧縮機の電源を切る方法によって満たされる。乾燥ガスシールには停止の間に、加熱された封止ガス又はプロセスガスが供給される。

また本方法は特に、回転式圧縮機の圧力が本質的に維持されるように、停止の間にプロセスガスが排出されることなく、回転式圧縮機の電源が切られ且つ停止させられる時に有利である。回転式圧縮機の圧力は、用途に応じて、例えば１０から５００バールの間に達する。回転式圧縮機の電源が切られ且つプロセスガスが排出されなくなった時には、回転式圧縮機ではプロセスガスの均圧が生じ、この均圧の圧力は圧縮機の吸込圧力よりも高い。圧縮機が停止した後には、プロセスが時間の経過と共に環境温度まで冷却し、プロセスガスの圧力は本質的に維持される。プロセスガスの露点が環境温度よりも高いならば、液体や水和物等の固体物でさえも、特に乾燥ガスシールに沈着する恐れがある。これら沈着物は、特に圧縮機が再度運転された時に、乾燥ガスシールを破損させる恐れがある。本発明方法は、液体又は固体物の沈着が阻止されるように、加熱された封止ガス又はプロセスガスが乾燥ガスシールに供給されるという効果を有する。

有利な実施形態では、使用されるプロセスガスの相図が記憶されると共に、相図及びプロセスガスの温度及び／又は圧力等の測定値に基づいて、液体又は固体成分が乾燥ガスシールに沈着しないように、プロセスガスは加熱される。相図は夫々使用される封止ガス又はプロセスガスに基づく。圧縮機によって汲み上げられる夫々のプロセスガス、例えば汲み上げられる天然ガスの特定の成分に基づいて、その成分に従って適合する相図が使用される。好適な実施形態では、炭化水素（ＣｎＨｍ）、例えばメタン、エタン、ブタン・・・ヘクタン、オクタンが汲み上げられ、本発明に係る装置又は本発明に係る方法は、他のガスを汲み上げるのにも適している。従って、封止ガスとしてのプロセスガス炭化水素の使用は、この封止ガスが２０から５０度の間の温度で液体又は固体物を早くも沈着させることから、特に望まれる。

本発明方法の効果としては、乾燥ガスシールが破損させられる恐れがなく、圧縮機が長期間、例えば数日間停止させられる一方で、運転圧力が本質的に維持される点がある。従って本発明方法は、圧縮機が確実に且つ費用についても有利に電源が切られ、また再度始動させられることを可能にする。

更なる効果としては、圧縮機が停止する間に、より長期に亘り圧力を受ける点にある。従って、停止の間にプロセスガスを排出する必要がなくなる。プロセスガスの排出は、例えば天然ガスを適用する等、プロセスガスが環境を破壊する成分を有する時に特に問題である。

本発明を、実施形態を参照して詳細に説明する。

図１は、圧縮機２に連通される循環装置１の実施形態を示す。循環装置１は２個のプロセスガス管路１ａ，１ｂを含み、プロセスガス管路１ａ，１ｂの間には、封止ガス又はプロセスガスをプロセスガス管路１ａを介して吸引するために、昇圧機、加熱装置１ｅ、また逆止弁１ｆとも称されるガス圧縮機１ｃが配置されており、封止ガス又はプロセスガスをガス圧縮機１ｃ及び加熱装置で圧縮及び加熱し、続いて封止ガスをプロセスガス管路１ｂを介して圧縮機２へ供給する。有利な実施形態では、ガス圧縮機１ｃは、ガスの循環流を可能にするべく、封止ガス又はプロセスガスの１〜２バールの圧力上昇をもたらす。加熱装置１ｅは異なるように構成されると共に、また例えばプロセスガス管路１ａ，１ｂの内部に配置される。ガス圧縮機１はまた、プロセス管路１ａ，１ｂに流体導通するように連結されると共に、圧縮機１ｃによって発生させられる脈動性の振動を減衰させるように作用する蓄圧機を含む。

ガス圧縮機１ｃは駆動装置１ｄに連結される。装置１ｃ，１ｄは２個のシリンダを備えたピストン圧縮機として構成され、一方のシリンダは駆動要素として作用すると共に、他方のシリンダは圧縮機要素として作用し、駆動要素にはシリンダを駆動するために圧縮空気が供給される。

循環装置１は独立ユニットとして構成され、例えば既存の圧縮機２を組み込むために、例えば必要な構成要素全てがラックに配置される。しかしながら循環装置１はまた、圧縮機２の一部を形成する。

循環装置１は、固形物及び／又は液体のガスを浄化するために、流体経路に配置されるフィルタ１ｉを付加的に含む。循環装置１は更に、温度センサ１ｈ及び／又は圧力センサ１ｇを含む。これらの構成要素１ｉ,１ｇ,１ｈは循環装置１自体に配置され、或いは図１に係る実施形態に示されるように、圧縮機２の構成要素と共に、特に封止ガス回路に沿って配置される。温度センサ１ｈは図１では、乾燥ガスシール領域における封止ガスの温度を測定するように配置される。温度センサ１ｈは、例えばプロセスガス管路２ｍ，２ｎ又は２ｏにおける封止ガスの温度を測定するために、この位置にも配置される。

電子制御装置４は循環装置１を制御するように作用し、この制御装置４は循環装置１の一部、又は圧縮機２の一部を形成し得、或いは独立して追加される構成要素として構成されてもよい。

電子制御装置４は信号ライン４ａを介して、制御可能な各構成要素１ｄ，１ｅ，１ｇ，１ｈに連結される。

回転式圧縮機２はそれ自体が周知の方法で構成されると共に、圧縮機ハウジング２ａと、軸受け２ｄの助けを得て回転可能に軸支される軸２ｃとを含む。図示されていない圧縮機ホイールは軸２ｃに固定連結されると共に、圧縮機ハウジング２ａの内部において、別の構成要素と共に、吸引側２ｅ及び圧力側２ｈと流体導通するように連結される圧縮空間を形成する。

ガスシール２ｂは軸２ｃに沿って、封止室がそれらの間に形成されるように配置される。ガスシール２ｂは非接触ガスシールとして、好適にはラビリンスシールとして構成される。一個の封止室にはプロセスガスがプロセスガス管路２ｍ，２ｏを介して供給される一方、別の封止室には封止ガス又はバッファガス、例えば窒素が供給路３ａ，３ｃを介して供給される。この封止ガスは例えば、吐出管路３ｂを介してフレアへ、或いは管路３ｄを介して大気へ送られる。

圧縮機２は第１封止即ちプロセスガス回路２ｌ，２ｍ，２ｎを含み、それに沿ってプロセスガスは圧縮機２の作動の間に循環する。プロセスガスはプロセスガス管路２ｌの助けを得て、吸込圧力よりも僅かに高い圧力で、圧縮機ハウジング２ａから抜き取られ、その後に固体又は液体成分を阻止するフィルタ２ｋに供給されてから、プロセスガス管路２ｍ，２ｎ，２ｏを介して図示する封止室へ供給される。本発明に係る循環装置１は第２封止ガス回路を形成しており、プロセスガスはプロセスガス管路１ａの助けを得て、吸引側２ｅから抜き取られると共に、圧縮機１ｃへ供給される。プロセスガス管路１ｂはフィルタ２ｋへ開口する。夫々の圧力状態に基づいて、第１封止ガス回路２ｌ，２ｍ，２ｎ，２ｏ或いは第２封止ガス回路１ａ，１ｂ，２ｍ，２ｎ，２ｏのいずれかを形成するように無抵抗に作用する２個の逆止弁１ｆ，２ｐが設けられる。

圧縮機２の通常運転の間には、封止空間及び乾燥ガスシール２ｂに管路２ｎ，２ｏを介してガスが連続供給されるように、第１封止ガス回路は開放すると共に、第２封止ガス回
路は閉鎖する。

回転式圧縮機２の電源が切れた時、或いは回転式圧縮機２の停止の間には、圧縮機１の電源が入れられて、結果的に第２封止ガス回路が開放され且つ第１封止ガス回路が閉鎖されるように、逆止弁１ｆ，２ｐが自動的に移動させられる。停止の間に、回転式圧縮機２は好適には通気させられず、結果的にプロセスガスの圧力がハウジング２ｓ内と等しくなると共に、圧力が吸込圧力よりも実質的に高くなる。回転式圧縮機２がより長期間停止する時には、プロセスガスが冷却されて、乾燥ガスシールの良好な封止作用の結果、プロセスガスの圧力が本質的に保たれ、或いは僅かに減少する。この状態では、乾燥ガスシールを流通する非常に小さい割合のプロセスガスが、乾燥ガスシールに残る液体或いは固体物質でさえも沈着させて、特に圧縮機２の準備中に乾燥ガスシールが破損或いは破壊する恐れがある。この作用を阻止するために、圧縮機２の停止の間には第１封止回路が閉鎖すると共に第２封止回路が開放し、且つプロセスガスが圧縮機で僅かに圧縮させられた後に加熱されることにより、乾燥ガスシールに加熱プロセスガスが確実に供給され、これによって乾燥ガスシールに残る液体又は固体物質の沈着が阻止される。

プロセスガスに代えて、乾燥ガスシールを沈着から保護するために加熱及び循環させられる別の利用可能な封止ガスも利用され得る。この目的のために、図１に示す実施形態の管路２ｎ，２ｏは管路３ａ及び／又は３ｃと連結されると共に、管路１ａは管路３ｂ又は３ｄと連結されなければならない。

更に有利な方法では、封止ガス又はプロセスガスの圧力及び／又は温度が、対応して設けられたセンサ１ｈ，１ｇによって測定されると共に、測定された温度及び／又は圧力に基づいて、封止ガス又はプロセスガスが循環装置１によって汲み上げられ或いは加熱される。

図２は温度Ｔ及び圧力Ｐの関数としてのプロセスガスの二相図５を示す。線５ａ，５ｃは、プロセスガスの明瞭な気体状態又は液体状態間の境界を形成する。線５ａの内部には、移行相が存在し、その中ではプロセスガスは液体又は実際に固体成分を有する。線５ｂは固体物を形成する、即ち水和物を形成する線を表す。

本発明方法の重要な点は、プロセスガス又は封止ガスが、線５ａによって境界が定められた液体及び固体物が沈着する状態に決して到達しないように加熱されるという事実に見られる。

有利な方法では、関連する個々の二相図が各特定のプロセスガス又は封止ガスに対して決められる共に、制御装置４の記憶装置４ｂに記憶される。

図２は、一例として点６において、停止の間の特定時間における圧縮機２内のプロセスガスの圧力値及び温度値を示す。プロセスガスの連続的な冷却の間に、点６は二相図５の線６ａに沿って、略一定の圧力で移動する。制御装置４に記憶された二相図５の助けを得て、またセンサ１ｈによって測定されたプロセスガスの温度の助けを得て、特に乾燥ガスシール領域において点６が線５ａの外側にあるようにプロセスガスは汲み上げられ、且つ加熱装置１ｅの助けを得て加熱されることにより、液体沈着物又は固形沈着物が乾燥ガスシールに生じることがない。

図１に示す圧縮機は例を示しているに過ぎない。本発明に係る循環装置１又は本発明に係る方法は、多くの様々な圧縮機、例えばターボ圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン又はガス圧縮機等と共に、また様々なプロセスガス及び／又は封止ガスと共に使用される。

図３は循環装置１の別の構成を、圧縮機２と関連して示す。第１封止ガス回路はプロセ
スガス管路２ｌ，２ｍ，２ｎ，２ｏと、フィルタ２ｋを含む。第２封止ガス回路はプロセスガス管路２ｌ，１ａ，１ｂ，２ｎ，２ｏを含む。プロセスガス管路２ｌはプロセスガスを圧縮機２ａから中間段階で抜き取る。循環装置１はプロセスガス管路２ｍへの迂回路として設けられると共に、図３では、管路１ａ，１ｂによって管路２ｍ或いは循環装置１のいずれかを通る液体流の向け直しのために必要とされる弁は図示されていない。循環装置１は同様に電子制御装置４及び信号線４ａを含み、これらは図示されていない。プロセスガス管路２ｌはまた、プロセスガスを圧縮機２ａから圧力側２ｈで得る。

循環装置を備えた圧縮機の概略詳細図。 プロセスガスの二相図。 圧縮機の循環装置の別の装置を示す概略図。

Claims (14)

1. 封止ガスを回転式圧縮機（２ａ）の乾燥ガスシール（２ｂ）の封止室へ運ぶ循環装置（１）であって、該装置（１）を封止ガス回路と連結するために流体経路を形成する管路（１ａ，１ｂ）を含み、該管路（１ａ，１ｂ）に流体導通するように連結される圧縮機（１ｃ）及び加熱装置（１ｅ）を含み、また該圧縮機（１ｃ）及び加熱装置（１ｅ）を制御する制御装置（４）を含むことを特徴とする循環装置（１）。
2. 前記管路（１ａ，１ｂ）の流体経路に沿って配置されるフィルタ（１ｉ）を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の循環装置（１）。
3. 温度センサ（１ｈ）が前記封止ガス回路における封止ガスの温度を測定するように配置されると共に、前記制御装置（４）は該温度センサ（１ｈ）の値を検出し、且つ測定値に基づいて前記加熱装置（１ｅ）を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の循環装置（１）。
4. 前記制御装置（４）は相図（５）記憶手段（４ｂ）を含むと共に、前記加熱装置（１ｅ）が該相図（５）及び／又は前記温度センサ（１ｈ）の測定値に基づいて制御されるように該制御装置（４）は構成されることを特徴とする請求項３に記載の循環装置（１）。
5. 前記圧縮機（１ｃ）は圧縮空気駆動装置を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の循環装置（１）。
6. 前記管路（１ａ，１ｂ）は前記封止ガス回路の一部を形成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の循環装置（１）を含む圧縮機（２）。
7. 前記封止ガス回路はプロセスガスを導くように構成されることを特徴とする請求項６に記載の圧縮機（２）。
8. 前記圧縮機（２）は第１封止ガス回路（２ｌ，２ｍ，２ｎ，２ｏ）を含み、該圧縮機（２）は前記循環装置が配置される第２封止ガス回路（１ａ，１ｂ，２ｎ，２ｏ）を含み、且つ該第１封止ガス回路或いは第２封止ガス回路のいずれかが弁（１ｆ，２ｐ）を通り流体誘通するように該弁（１ｆ，２ｐ）は配置されることを特徴とする請求項６又は７に記載の圧縮機（２）。
9. 乾燥ガスシール（２ｂ）を有する回転式圧縮機（２）の電源を切る方法であって、停止の間に該乾燥ガスシール（２ｂ）には加熱封止ガスが供給されることを特徴とする方法。
10. 前記封止ガスとしてプロセスガスが使用されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 停止の間に前記プロセスガスの圧力は減少させられず、また前記回転式圧縮機（２ａ）は停止の後に再度始動させられることを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
12. 前記封止ガス又はプロセスガスの圧力及び／又は温度が測定されると共に、該封止ガス又はプロセスガスは該測定温度及び／又は圧力に基づいて加熱されることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記封止ガス又はプロセスガスに対応する相図が記憶されると共に、前記乾燥ガスシール（２ｂ）に液体又は固体成分が沈着しないように、該封止ガス又はプロセスガスは加熱されることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の方法で操作される圧縮機又は圧縮機システム。

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