CN101449115B - 冷却循环系统、天然气液化设备、冷却循环系统的运转方法及改造方法 - Google Patents

冷却循环系统、天然气液化设备、冷却循环系统的运转方法及改造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种冷却循环系统(61)，其具有：压缩制冷剂的制冷剂压缩机(1)；将用该制冷剂压缩机(1)压缩的制冷剂冷却并凝结的冷凝器(10)；接受用该冷凝器(10)凝结的制冷剂的储液器(11)；使来自该储液器(11)的制冷剂膨胀的膨胀机构(18)；与用该膨胀机构(18)膨胀的制冷剂进行热交换而冷却冷却对象并使向制冷剂压缩机(1)供给的制冷剂蒸发的蒸发机构(19)；以及具有使辅助制冷剂流通并通过储液器(11)内的管道(47)，通过与在该管道(47)内流通的辅助制冷剂进行热交换而在制冷剂压缩机(1)起动之前冷却储液器(11)内的制冷剂的辅助冷却机构(62)。由此，能够降低制冷剂压缩机起动时的所需动力，即使使用起动时的发生转矩较小的驱动源也能够稳定地起动制冷剂压缩机。

Description

冷却循环系统、天然气液化设备、冷却循环系统的运转方法及改造方法
技术领域
本发明涉及冷却循环系统、天然气液化设备、冷却循环系统的运转方法及改造方法。
背景技术
为了将气体天然气做成适于输送的液化天然气，需要将天然气在加压的状态下冷却到-150℃左右的低温之后使其膨胀到外部气压附近。该冷却通过丙烷和混合制冷剂等的多个冷却循环的组合来实现。在进行这些冷却循环的起动时，由于工序内的制冷剂的温度、压力与额定运转时不同，因此制冷剂压缩机的起动所需的转矩(以下称为起动转矩)比额定运转时还大，从而指出根据驱动源的转矩特性有可能不能起动制冷剂压缩机。为了解决该问题，一般已知有如下方法：(a)在制冷剂压缩机的吸入线上设置节流机构并在起动时对吸入流量进行节流的方法；(b)预先设置容量大的驱动源的方法；以及(c)在制冷剂压缩机的排出侧设置放出口将制冷剂向外部排出的方法。根据专利文献1(特开2002-322996公报)，公开了一种按照压缩机的转数来操作设置在压缩机的吸入线上的节流机构的开度而起动压缩机的方法。
在制冷剂压缩机的吸入部上的制冷剂的温度和压力，与用上游侧的蒸发器蒸发的制冷剂的温度和与其对应的饱和压力相等。包括上述专利文献1记载的技术，起动时对压缩机的吸入流量进行节流的方法，虽然可实现吸气的体积流量的减少，但是起动时的制冷剂温度甚至饱和压力与不进行对吸气流量的节流的情况一样，所以降低吸气的质量流量来减轻起动时所需的转矩的效果有限。
另外，预先设置容量大的驱动源的方法，存在降低额定运转时的驱动源的效率的情况，设备成本也增大。
起动时将从制冷剂压缩机排出的制冷剂向外部排出的方法，虽然可实现制冷剂压缩机的压力波动的避免和起动转矩的降低，但是在制冷剂压缩机的排出压力的上升上花费时间而存在直到冷却循环的起动结束所需的时间延长的倾向。而且，浪费制冷剂也是一个缺点。
发明内容
于是，本发明的目的是提供一种能够降低制冷剂压缩机的起动时的所需动力，即使使用起动时的发生转矩较小的驱动源也能够稳定地起动制冷剂压缩机的冷却循环系统、天然气液化设备、冷却循环系统的运转方法及改造方法。
为达到上述目的，具有：压缩制冷剂的制冷剂压缩机；接受用该制冷剂压缩机压缩后凝结的制冷剂的储液器；以及在该储液器内通过辅助制冷剂并在上述制冷剂压缩机的起动前冷却储液器内的制冷剂的辅助冷却机构。
本发明具有以下效果。
根据本发明，能够降低制冷剂压缩机的起动时的所需动力，即使使用起动时的发生转矩较小的驱动源也能够稳定地起动制冷剂压缩机。
附图说明
图1是使用了涉及本发明的第一实施方式的冷却循环系统的天然气液化设备的整体结构图。
图2是表示制冷剂压缩机的起动时的转数变化与吸入调整机构的开度变化的图。
图3是表示涉及本发明的第一实施方式的制冷剂压缩机的起动时的压力及流量的变化的图。
图4是表示比较例的制冷剂压缩机的起动时的压力及流量变化的图。
图5是表示涉及本发明的第一实施方式的制冷剂压缩机的起动时的转矩变化的图。
图6是表示比较例的制冷剂压缩机的起动时的转矩变化的图。
图7是使用了涉及本发明的第二实施方式的冷却循环系统的天然气液化设备的整体结构图。
图中：
1-制冷剂压缩机，10-冷凝器，11-储液器，18-膨胀机构，
19-蒸发机构，21-换热器，47-管道，60-第二冷却循环系统，
61-第一冷却循环系统，62-辅助冷却机构，62A-辅助冷却机构，
68-蒸发器，80-蒸发器，81-压缩机，82-冷凝器，83-膨胀阀，
86-燃烧器，90-吸气冷却换热器，91-空气压缩机，92-发电机，
93-涡轮，94-排热回收锅炉，96-吸收式冷却器，97-温度检测单元，
98-控制装置，99-调节阀，101-旁通管道。
具体实施方式
以下使用附图说明本发明的实施方式。
涉及本发明的冷却循环系统，通过与制冷剂进行热交换来冷却被冷却介质。冷却后的被冷却介质供给到将它作为冷热源来利用的热利用设施。作为热利用设施的一例，可举出例如将气体状态的天然气冷却并液化的设施。天然气通过液化体积减少而搬运效率提高。当然，并不局限于液化天然气的设施，只要是将冷却后的被冷却介质可作为热源利用的设施，就可以作为本发明的冷却循环系统的被冷却介质的利用地。
第一实施方式
(结构)
图1是使用了涉及本发明的第一实施方式的冷却循环系统的天然气液化设备的整体结构图。
作为图示的天然气液化设备的主要的结构要素，可举出：冷却液化从天然气导入管道20导入的天然气(气体状态)的主换热器21；利用作为工作介质的制冷剂(以下记为“第一制冷剂”)对冷却天然气的制冷剂(以下记为“第二制冷剂”)进行冷却的第一冷却循环系统61；以及将利用第一冷却循环系统61冷却的第二制冷剂向主换热器21供给的第二冷却循环系统60。第一冷却循环系统61具有利用作为工作介质的制冷剂(以下记为“辅助制冷剂”)冷却第一制冷剂的辅助冷却机构62这一点是特征性结构。
第一冷却循环系统61将丙烷作为工作流体，并具有制冷剂压缩机1、冷凝器10、储液器11、膨胀机构18、蒸发机构19。
制冷剂压缩机1用于压缩来自蒸发机构19的第一制冷剂，具有低压压缩机2、中压压缩机3、高压压缩机4的多极(在本例中为3级)压缩机。在低压压缩机2、中压压缩机3、高压压缩机4上，可分别通过管道56、55、54导入来自蒸发机构19的第一制冷剂。构成制冷剂压缩机1的低压压缩机2、中压压缩机3、高压压缩机4与作为驱动源的电动机5同轴连接，利用电动机5的旋转动力旋转驱动。电动机5利用来自燃气轮机发电装置(未图示)的供电来驱动。
上述冷凝器10通过管道50与制冷剂压缩机1的出口连接，通过与外部气体或海水等冷热源进行热交换，冷却由制冷剂压缩机1压缩的第一制冷剂并使其凝结。
储液器11通过管道49与冷凝器10连接，接受用冷凝器10凝结的第一制冷剂。
膨胀机构18用于使从储液器11供给的液体的第一制冷剂膨胀，在本实施方式中，通过用高压膨胀阀12、中压膨胀阀13、低压膨胀阀14的多个膨胀阀来构成膨胀机构18，从而使第一制冷剂阶段性地膨胀并降温。
蒸发机构19从通过管道41的第二制冷剂吸取热量并且用吸取的热量使第一冷却循环系统61的第一制冷剂蒸发。在本实施方式中，通过用高压蒸发器15、中压蒸发器16、低压蒸发器17的多个蒸发器来构成蒸发机构19，从而与用膨胀机构18使其膨胀并变成低温的第一制冷剂进行热交换而依次冷却在管道41内流通的第二制冷剂，同时使由膨胀机构18膨胀的第一制冷剂蒸发。
高压蒸发器15通过管道51与储液器11连接，高压膨胀阀12设在管道51的途中。中压蒸发器16通过管道52与高压蒸发器15连接，中压膨胀阀13设在管道52的途中。低压蒸发器17通过管道53与中压蒸发器16连接，低压膨胀阀14设在管道53的途中。蒸发器15-17分别通过管道54、55、56与制冷剂压缩机1的高压压缩机4、中压压缩机3、低压压缩机2连接。
在将蒸发器15-17分别连接在压缩机4、3、2上的管道54-56的途中，分别设有高压吸入调整机构71、中压吸入调整机构72、低压吸入调整机构73，成为根据运转状态可调整制冷剂压缩机1的吸气流量的结构。这些吸入调整机构71-73如图1所示可由阀构成，在压缩机2-4上还可以使用入口导向叶片(IGV：入口导流叶片)。
第二冷却循环系统60的流通第二制冷剂的管道41与气液分离器27连接，利用第一冷却循环系统61冷却到规定温度(例如-35℃)的第二制冷剂，利用气液分离器27进行气液分离，液相成分通过管道43，气相成分通过管道44，分别从气液分离器27流通到主换热器21内部。
从气液分离器27延伸的管道43、44，通过主换热器21的内部之后暂且向主换热器21的外部取出，再与设在主换热器21的内部的喷嘴35、36连接。在管道43、44的暂且导向主换热器21的外部的部分，分别设有膨胀阀33、34，在管道43、44内流通的第二制冷剂用膨胀阀33、34绝热膨胀而降低温度，由此变成低温的第二制冷剂从喷嘴35、36分散到主换热器21的内部。
主换热器21在内部具备传热路径28、29、30、31、32。传递路径28设在管道43的途中，将用气液分离器27与气相成分分离的第二冷却循环系统60中的第二制冷剂的液相成分与主换热器21内的更低温的第二制冷剂进行热交换。传递路径29、30设在管道44的途中，使来自气液分离器27的第二制冷剂的气相成分与主换热器21内的第二制冷剂进行热交换。传递路径31、32设在天然气导入管道20的途中，使在管道20内流通的天然气与主换热器21内的第二制冷剂进行热交换。
另外，虽然未特别图示，但是在天然气导入管道20上，在其上游侧，导入已完成酸性气体除去工序、水分除去工序等液化工序所需的前处理工序的天然气。而且，天然气导入管道20在通过主换热器21之后，延伸到主换热器21的外部。在天然气导入管道20上的主换热器21的下游侧设有膨胀阀37。
第二冷却循环系统60例如将由甲烷、乙烷、丙烷构成的混合制冷剂作为工作流体(即第二制冷剂)，并具备低压压缩机23、高压压缩机24、中间冷却器25、后置冷却器26、电动机85。低压压缩机23通过管道40与主换热器21连接，在低压压缩机23上最初储存在主换热器21内的第二制冷剂通过管道40导入到低压压缩机23的入口。低压压缩机23和高压压缩机24通过管道48连接，从低压压缩机23排出的第二制冷剂通过管道48导入到高压压缩机24的入口。在高压压缩机24的出口连接有通过第一冷却循环系统61的管道41，经过第二冷却循环系统60的第二制冷剂通过管道41导入第一冷却循环系统61中。中间冷却器25设在管道48上，后置冷却器26设在管道41上。而且，低压压缩机23及高压压缩机24与作为其驱动装置的电动机85同轴连接。电动机85利用未图示的燃气轮机发电装置的供电来驱动。
辅助冷却机构62通过与流通管道47内的辅助制冷剂进行热交换，冷却储存在储液器11内的第一制冷剂，并冷却第一冷却循环系统61的第一制冷剂。在本实施方式中，辅助冷却机构62也将丙烷作为制冷剂，但在辅助冷却机构62中使用的辅助制冷剂的种类不限。辅助冷却机构62包括：电动机84、利用电动机84驱动的压缩机81、使由压缩机81压缩的辅助制冷剂向大气或海水散热并凝结的冷凝器82、使由冷凝器82凝结的辅助制冷剂膨胀并产生低温的膨胀阀83、以及与用膨胀阀83膨胀而得到的低温的辅助制冷剂进行热交换来冷却储液器11内的第一制冷剂的蒸发器80。管道47从压缩机81的排出口通过储液器11内的蒸发器80连接在压缩机81的吸入口上。冷凝器82、膨胀阀83在从管道47的压缩机81与蒸发器80连接的部分从上游侧以此顺序进行设置。
另外，辅助冷却机构62的辅助制冷剂并不一定是丙烷，但是丙烷具有作为自然制冷剂对地球变暖的影响小、能够与第一冷却循环系统61共用、容易得到等的优点，
(正常运转时的动作)
首先，说明图1所示的天然气液化设备的正常运转时的动作。而且，以下适当记载的成套设备各处的温度、压力是运转时所设想的状态量的一个例子，并不限定成套设备的规格。
在第一冷却循环系统61中，储存在储液器11内的40℃、1.5MPa左右的液体丙烷的第一制冷剂，在流过管道51的途中被高压膨胀阀12减压到0.63MPa左右，通过绝热膨胀成为与0.63MPa的丙烷的饱和温度对应的9℃左右的气液混合状态。
在高压蒸发器15中，9℃左右的第一制冷剂中的液相部分蒸发，通过吸取蒸发潜热，冷却从管道41供给的大约40℃的第二冷却循环系统60的第二制冷剂。之后，气相的第一制冷剂经由管道54供给到高压压缩机4，并压缩到1.5MPa左右。另一方面，液相的第一制冷剂经由管道52供给到中压膨胀阀13，通过绝热膨胀至0.25MPa左右而成为作为饱和温度的-19℃左右的气液混合状态。
在中压蒸发器16中，-19℃左右的第一制冷剂中的液相部分蒸发，通过吸取蒸发潜热，将第二冷却循环系统60的第二制冷剂进一步冷却至低温。之后，气相的第一制冷剂经由管道55供给到中压压缩机3，并压缩到0.63MPa左右。另一方面，液相的第一制冷剂经由管道53供给到低压膨胀阀14，通过绝热膨胀至0.1MPa左右而成为作为饱和温度的-41℃左右的气液混合状态。
在低压蒸发器17中，使-41℃左右的第一制冷剂全部蒸发而将第二冷却循环系统60的第二制冷剂冷却至-35℃左右。已蒸发的第一制冷剂经由管道56供给到低压压缩机2并进行压缩。
另一方面，冷却至-35℃左右的第二冷却循环系统60的第二制冷剂，一部分被液化，所以用气液分离器27使其气液分离。用气液分离器27分离的液相的第二制冷剂，从管道43供给到主换热器21的传热路径28，与更低温的第二制冷剂进行热交换而冷却至大约-100℃左右。大约-100℃的第二制冷剂通过用膨胀阀33绝热膨胀而冷却至大约-120℃，并向主换热器21的喷嘴35供给。从喷嘴35分散的第二制冷剂在主换热器21的内部，分别冷却传热路径28的液相的第二制冷剂、传热路径29的气相的第二制冷剂、传热路径30的天然气。
气液分离器27的气相的第二制冷剂，从管道44供给到主换热器21的传热路径29，与更低温的第二制冷剂进行热交换而冷却至大约-100℃。而且，在下游侧的传热路径30，与从喷嘴35分散的大约-170℃的第二制冷剂进行热交换而冷却至大约-150℃，大部分凝结。该大约-150℃的第二制冷剂通过用膨胀阀34绝热膨胀而冷却至大约-170℃，并向主换热器21的喷嘴36供给。从喷嘴36分散的低温的第二制冷剂在主换热器21的内部，将传热路径30的第二制冷剂、传热路径32的天然气分别冷却至大约-150℃。
这样冷却至大约-150℃的天然气，经由管道45导入膨胀阀37，在此绝热膨胀至大气压附近并作为-162℃左右的液化天然气取出。
在传热路径0、32进行热交换并温度上升的第二制冷剂，在下游侧被再利用于传热路径28-30的冷却。冷却传热路径28-30之后的第二制冷剂通过管道40，供给到第二冷却循环系统60的低压压缩机23。以下，经过利用低压压缩机23的压缩和利用中间冷却器25的冷却、利用高压压缩机24的压缩和利用后置冷却器26的冷却而成为大约40℃、5MPa的第二制冷剂，利用低压冷却循环系统61冷却至-35℃并再次供给到主换热器21，利用于原料天然气的液化。
(起动时的动作)
接着用图1-图3说明起动时的动作。
构成天然气液化设备的各设备，最好以辅助冷却机构62、第一冷却循环系统61、第二冷却循环系统60、主换热器21的顺序起动。
在起动前的时刻，第一冷却循环系统61的储液器11的第一制冷剂的温度通过外部气体加温而上升至大约40℃，储液器11及管道49-56的内部成为作为40℃的第一制冷剂(丙烷)的饱和压力的大约1.4MPa。在本实施方式中，在该时刻(制冷剂压缩机1的起动前)起动辅助冷却机构62，将第一冷却循环系统61的储液器11的第一制冷剂冷却至作为设想冷却温度的大约-25℃。通过将储液器11的第一制冷剂冷却至-25℃左右，第一冷却循环系统61的第一制冷剂的压力下降到作为-25℃的丙烷的饱和压力的0.2MPa左右。
此时，高压膨胀阀12、中压膨胀阀13、低压膨胀阀14的开度，预先设定成使额定运转时的各阀的出口压力分别成为0.63MPa、0.25MPa、0.1MPa左右。
图2(a)是表示起动后的第一冷却循环系统61的制冷剂压缩机1的转数变化(运转时间表)的一例的图。
在该图2(a)所示的运转时间表中，设想若制冷剂压缩机1的负载为容许范围以下，则转数在30秒左右达到额定值。
图2(b)是表示高压吸入调整机构71、中压吸入调整机构72、低压吸入调整机构73的开度的变化的图。
如图2(b)所示，起动时这些吸入调整机构71-73微开(例如开度30％左右)，降低低压压缩机2、中压压缩机3、高压压缩机4的吸入流量和吸入压力，并降低起动转矩、吸入压力、排出压力。之后，随着时间的经过，增加吸入调整机构71-73的开度，将吸入流量、吸入压力增加到额定值(全开：开度100％)。
图3是表示本实施方式中的制冷剂压缩机1的起动时的压力、流量的变化的图。
在此使用图3说明起动时的低压压缩机2、中压压缩机3、高压压缩机4的动作。
在本实施方式中，在储液器11所保有的制冷剂被冷却至-25℃左右，起动时的第一冷却循环系统61内的第一制冷剂的压力，成为作为-25℃的丙烷的饱和压力的0.25MPa。从而，在制冷剂压缩机1起动后的储液器11的内部压力为0.2MPa左右，但是通过低压膨胀阀14及低压吸入调整机构73的压力损失作用，低压压缩机2的吸入管道56的压力向作为额定运转条件的0.1MPa下降(图3(a))。低压压缩机2的压力比与制冷剂压缩机1的转数一起上升，低压压缩机2的排出压力向作为额定条件的0.25MPa上升(图3(b))。
中压压缩机3的吸入压力由来自管道55的吸气流量和低压压缩机2的排出压力决定，但是伴随着制冷剂压缩机1的转数上升而向作为额定运转条件的0.25MPa上升(图3(a))。中压压缩机3的压力比与制冷剂压缩机1的转数一起上升，中压压缩机3的排出压力向作为额定条件的0.63MPa上升(图3(b))。
高压压缩机4的吸入压力由来自管道54的吸气流量和中压压缩机3的排出压力决定，但是伴随着制冷剂压缩机1的转数上升而向作为额定运转条件的0.63MPa增加(图3(a))。高压压缩机4的压力比与制冷剂压缩机1的转数一起上升，高压压缩机4的排出压力向作为额定条件的1.5MPa上升(图3(b))。
这些在制冷剂压缩机1的内部流动的第一制冷剂的质量流量的时间变化如图3(c)所示。在该图中表示将额定运转时的高压压缩机4的吸入质量流量作为1.0的相对值。流入中压压缩机3的第一制冷剂，由于合流从管道55吸入的第一制冷剂和从低压压缩机2排出的第一制冷剂，因此比低压压缩机2的流量还多。另外，流入高压压缩机4的第一制冷剂，由于合流从管道54吸入的第一制冷剂和从中压压缩机3排出的第一制冷剂，因此比中压压缩机3的流量更多。这些流量的变化特性由各自的制冷剂压缩机1的转数、吸入温度、入口压力、出口压力来决定。
从高压压缩机4排出的第一制冷剂成为超过100℃的高温，但是利用冷凝器10冷却至40℃左右，根据压力条件以液体或气液混合的状态流入到储液器11。在储液器11中，与当初为-25℃的第一制冷剂混合而最终温度上升至40℃左右。额定运转时的高压压缩机4的排出压力为1.5MPa左右，比饱和压力还高，因此第一制冷剂作为液体储存在储液器11中。
储液器11的第一制冷剂利用高压膨胀阀12减压，在高压膨胀阀12的出口最终成为作为额定条件的0.63MPa，温度成为作为饱和温度的9℃左右。
在高压蒸发器15中，第一制冷剂的液相部分蒸发，通过吸取蒸发潜热来冷却第二冷却循环系统60的第二制冷剂。气相的第一制冷剂从管道54向高压压缩机4供给并进行压缩。另一方面，液相的第一制冷剂从管道52向中压膨胀阀13供给，并绝热膨胀而朝向作为额定运转条件的0.25MPa、-19℃的状态。
在中压蒸发器16中，用中压膨胀阀13绝热膨胀的液相的第一制冷剂蒸发，通过吸取蒸发潜热而进一步冷却第二冷却循环系统60的第二制冷剂。气相的丙烷制冷剂从管道55向中压压缩机3供给并进行压缩。另一方面，液相的第一制冷剂从管道53向低压膨胀阀14供给，并绝热膨胀而成为作为额定运转条件的0.1MPa、-41℃的状态。
在低压蒸发器17中，用低压膨胀阀14绝热膨胀的液相的第一制冷剂蒸发，冷却第二冷却循环系统60的第二制冷剂，已蒸发的第一制冷剂从管道56向低压压缩机2供给并进行压缩。
(作用效果)
图5是表示本实施方式中的丙烷制冷剂压缩机的起动时的转矩变化的图。
制冷剂压缩机1的驱动转矩与将必要动力用转数除去的值成比例，必要动力与压缩机的吸入质量流量和比热含变化成比例。图5中“低压”、“中压”、“高压”的记载分别是低压压缩机2、中压压缩机3、高压压缩机4的必要转矩，“合计”的记载是这些必要转矩的合计值。另外，该图中的“驱动源”的记载是一般的感应电动机的转矩曲线。感应电动机具有以比额定转数稍微低的转数产生最大转矩的特性，在起动过程中驱动转矩总是比额定运转时还大，从而可知通过如图2所示的制冷剂压缩机1的运转程序和吸入调整机构的操作可自然地起动。
另一方面，省略了辅助冷却机构62的场合的起动时的压缩机出入口的压力、质量流量的变化作为比较例用图4表示。
在该比较例中，起动前的第一冷却循环系统61的储液器11的第一制冷剂的温度，也通过外部气体加温而上升至40℃左右。而且，储液器11及管道49-56的内部上升至作为40℃的丙烷的饱和压力的1.4MPa左右。
在起动制冷剂压缩机1之后，低压压缩机2、中压压缩机3、高压压缩机4的吸入压力向额定值逐渐下降(图4(a))。这些压缩机2-4的排出压力也根据压缩机的压力比特性暂且上升之后，向额定值逐渐下降(图4(b))。
在压缩机2-4的内部流动的第一制冷剂的质量流量具有如图4(c)所示的倾向。压缩机2-4的吸入流量具有转数相同时体积流量大致一定的特性，  流体的压力高的场合质量流量增加。在图4(c)中表示将额定运转时的高压压缩机4的吸入质量流量作为1.0的相对值。起动后，直到系统内的压力下降的期间，高压压缩机4的吸入质量流量能达到额定值的1.5倍至2倍。
图6是表示图4的比较例的制冷剂压缩机1的起动时的转矩变化的图。
图6的各线所示的内容与图5对应。在比较例中，就在起动之后，吸入质量流量比额定时增加，因此可知起动时所需的转矩比额定运转时还大，超过驱动源的发生转矩。从而，在图4的比较例中图2所示的运转程序不成立，不能起动第一冷却循环系统61。
对此在本实施方式中，如上所述通过用辅助冷却机构62在起动制冷剂压缩机1之前冷却好第一制冷剂，能够大幅度减少制冷剂压缩机1的吸气的质量流量，所以能够降低制冷剂压缩机1的起动所需的驱动转矩(所需动力)，即使起动时的驱动源的发生转矩小，也能够稳定地起动第一冷却循环系统61、即制冷剂压缩机1。
另外，由于起动时从制冷剂压缩机1排出的制冷剂不向外部排出，所以能够缩短制冷剂压缩机1的排出压力的上升所需的时间，能够缩短直到冷却循环的起动结束所需的时间。而且也不会浪费制冷剂。
在此，如上所述，通过使辅助冷却机构62在制冷剂压缩机1的起动时驱动，能够降低第一冷却循环系统61的起动时的转矩，但是在正常运转时并不一定需要使辅助冷却机构62、具体地说电动机48及压缩机81工作。但是，在额定运转时使辅助冷却机构62工作的场合，具有使储液器11的第一制冷剂的温度下降的效果，即使在由于气象条件等冷凝器10的冷却能力不足的场合，也能够冷却储液器11的第一制冷剂，由此可实现即使大气温度或海水温度高也能将第一冷却循环系统61的制冷剂流量维持为额定流量的效果，还有助于通过全年的液化天然气的稳定生产。
第二实施方式
(结构)
图7是使用了本发明的第二实施方式的冷却循环系统的天然气液化设备的整体结构图。
本实施方式与第一实施方式相同涉及具有冷却循环系统的天然气液化设备，由于第一冷却循环系统61和第二冷却循环系统60、主换热器21的结构与第一实施方式相同，所以除了第一冷却循环系统61的一部分之外省略图示。对于第一冷却循环系统61，简单地仅图示了制冷剂压缩机1、冷凝器10、储液器11、膨胀机构18、蒸发机构19。在本实施方式中，第一冷却循环系统61和冷却循环60的各压缩机也是通过电动机驱动的结构，在本实施方式的天然气液化设备上，设有产生对这些电动机供给的电力的发电用燃气轮机设备100、以及对该燃气轮机设备100的吸气进行冷却的吸气冷却系统200。
发电用燃气轮机设备100具有：从吸气通道87吸入外部气体并压缩机的空气压缩机91；混合已压缩的空气和燃料并使其燃烧而生成高温高压的燃烧气体的燃烧器86；使燃烧气体膨胀并转换为动能的涡轮93；以及将涡轮93的动能转换为电力的发动机92。在发电用燃气轮机设备100上连接有：从涡轮93的排气回收排热并产生水蒸气的排热回收锅炉94、以及将通过了排热回收锅炉94的排气向大气放出的烟囱95。
对发电用燃气轮机设备100的吸气进行冷却的吸气冷却系统200具备：利用吸气冷却换热器90冷却吸入的外部气体的吸气冷却换热器90；以及用于吸气冷却换热器90与辅助冷却机构62A的辅助制冷剂进行热交换的蒸发器68。
吸气冷却换热器90设在吸气通道87上的空气压缩机91的上游侧，通过管道65、66与蒸发器68环状连接。在管道65、66内流通的制冷剂(以下记为“第三制冷剂”)是乙撑二醇混合水等防冻溶液，利用设在管道66的途中的泵69在管道65、66内循环，在通过蒸发器68时与吸收式冷却器96(后述)的辅助制冷剂进行热交换被冷却，经由管道65返回吸气冷却换热器90并与空气压缩机92的吸气进行热交换而被加热之后，再次经由管道66吸入到泵69。
而且，吸气冷却系统200具备：具有调节阀99的旁通管道101；检测在管道65内流通的第三制冷剂温度的温度检测单元97；以及按照温度检测单元97的检测信号控制调节阀99的开度的控制装置98。旁通管道101连接管道66上的泵69的排出侧和管道65，若打开调节阀99则从泵69排出的第三制冷剂的一部分或全部不通过蒸发器68而流过管道65与第三制冷剂合流。温度检测单元97设置在管道65上，温度检测单元97的检测信号输出到控制装置98。控制装置98以预先设定好的制冷剂温度和调节阀99的开度的相关关系为基础，按照来自温度检测单元97的检测信号来调整调节阀99的开度。
辅助冷却机构62A通过与在管道57-59内流通的辅助制冷剂进行热交换而冷却储存在储液器11内的第一制冷剂，并冷却第一冷却循环系统61的第一制冷剂。该辅助冷却机构62A除了储液器11内的蒸发器80之外，还具备将由排热回收锅炉94生成的水蒸气作为热源来驱动并冷却辅助制冷剂的吸收式冷却器96。在本实施方式中作为吸收式冷却器96的辅助制冷剂设想使用可冷却至-60℃左右的氨，但是辅助冷却机构62A所使用的辅助制冷剂的种类不限。
吸收式冷却器96分别通过管道58、59、102与储液器11内的蒸发器80、蒸发器68、排热回收锅炉94连接。而且，连接吸收式冷却器96和蒸发器68的管道58，通过蒸发器68与连接储液器11内的蒸发器80和吸收式冷却器96的管道59合流。从管道58分叉的管道57与储液器11内的蒸发器80连接，并利用通过蒸发器80内的管道与管道59连接。
在管道57、59的途中分别设有断流阀75a、75b，在管道58上的蒸发器68的上游侧及下游侧，分别设有断流阀76a、76b。
在吸收式冷却器96生成的低温的辅助制冷剂的供给目的地，通过如上所述构成管道，进行断流阀75a、75b、76a、76b的转换操作，从而可以转换为冷却循环系统61的储液器11的蒸发器80和燃气轮机的吸气冷却系统的蒸发器68。
(起动时的动作)
在丙烷制冷剂循环61的起动时，在发电用燃气轮机设备100起动之后，首先在打开断流阀75a、75b并关闭断流阀76a、76b的状态下，使辅助冷却机构62动作。于是，从利用来自排热回收锅炉94的水蒸气驱动的吸收式冷却器96向蒸发器80供给低温的辅助制冷剂，通过辅助制冷剂用蒸发器80蒸发，冷却循环系统61的储液器11的第一制冷剂被冷却。第二冷却循环系统60和主换热器21的动作与第一实施方式相同。
然后，在起动丙烷制冷剂循环61之后，关闭断流阀75a、75b，打开断流阀76a、76b，向燃气轮机的吸气冷却系统的蒸发器68供给辅助制冷剂。于是，在蒸发器68中，被泵69驱动的温度15℃左右的第三制冷剂，伴随着辅助制冷剂的蒸发被冷却至-30℃左右。被冷却至-30℃左右的第三制冷剂与从调节阀99的路径流入的温度15℃左右的第三制冷剂混合，成为5℃左右的第三制冷剂。5℃左右的第三制冷剂从管道65向吸气冷却换热器90供给，与燃气轮机的吸气进行热交换后加热至15℃左右。此时，燃气轮机的吸气由从吸气通道87吸入时的30℃左右被冷却至10℃左右，并向空气压缩机91供给。
此时，调节阀99的阀开度利用接受了温度检测单元97的输出信号的控制装置98，被反馈控制成流入管道65的第三制冷剂的温度成为5℃左右。
(作用效果)
在本实施方式中，通过设置辅助冷却机构62A也能够得到与第一实施方式同样的效果。
而且，例如在夏天等气温高的条件下，由于吸气的密度下降而存在燃气轮机的输出功率下降的可能性，但是在本实施方式中通过冷却燃气轮机的吸气而能够抑制燃气轮机的输出功率下降。另外，还存在以补充燃气轮机的输出功率下降的目的而准备其他发电设备的情况，但是在本实施方式的场合，难以产生不得不另外准备发电设备的状况，还能够将发电设备抑制到必要最低限度。
还有，在燃气轮机的吸气冷却系统中，还具有如下优点，即通过利用具有调节阀99的旁通路径来调节第三制冷剂的温度，从而防止由于过度的冷却而在吸气冷却换热器90的表面上冻结吸气中的水分的情况。
(改造方法)
辅助冷却设备62、62A用于冷却具有压缩机的冷却循环系统的制冷剂，由此降低冷却循环系统的压缩机的起动转矩。因此，可以在原有的冷却循环系统上追加，通过追加设置辅助冷却机构62、62A，可构成本发明的冷却循环系统。具体来讲，若已经有如下冷却循环系统，即该冷却循环系统具有：压缩制冷剂的制冷剂压缩机；将用该制冷剂压缩机压缩的制冷剂冷却并使其凝结的冷凝器；接受用该冷凝器凝结的制冷剂的储液器；使来自该储液器的制冷剂膨胀的膨胀机构；以及与用该膨胀机构膨胀的制冷剂进行热交换来冷却冷却对象并使向制冷剂压缩机供给的制冷剂蒸发的蒸发机构，则对该原有的冷却循环系统，将使辅助制冷剂流通的管道通过上述储液器内，通过与在该管道内流通的辅助制冷剂进行热交换，从而在上述制冷剂压缩机起动之前冷却储液器内的制冷剂，由此可构成本发明的冷却循环系统。
(其他)
另外，在以上方式中，在冷却循环系统61的制冷剂压缩机1和冷却循环系统60的压缩机23、24的驱动源上使用了电动机，但是也可以使用将燃气轮机与各压缩机的驱动轴连接的燃气轮机作为驱动源。燃气轮机可以是单轴式也可以是双轴式，但是起动时的发生转矩较小的单轴式燃气轮机在本发明的应用效果更大。在将燃气轮机用于压缩机的驱动源上的场合，在上述第二实施方式中做成冷却燃气轮机的吸气来防止发电输出功率下降的结构，但是也可以做成对冷却循环61的制冷剂压缩机1和冷却循环60的压缩机23、24的驱动用燃气轮机的吸气进行冷却的结构。该场合，即使在气温高的情况下，也能够防止各冷却循环的压缩机的输出功率下降，得到通过全年稳定地保持天然气液化的生产量的效果。
另外，作为在辅助冷却机构62、62A中使用的辅助制冷剂使用了丙烷或氨，但是只要满足冷却温度的条件就可以使用其他制冷剂物质。而且，使用辅助冷却机构62、62A并设想储液器11的第一制冷剂的冷却温度为-25℃左右，但是只要是有助于制冷剂压缩机1的起动转矩的降低的设想温度即可。例如，作为在利用辅助冷却机构62、62A的制冷剂压缩机1的起动时刻的储液器11内的第一制冷剂的设想冷却温度的例子，可举出冷凝器10的出口的制冷剂温度以下，或者与制冷剂压缩机1的额定运转时的吸入压力相对应的制冷剂的饱和温度以下。但是，虽然第一制冷剂的冷却温度越低起动时的转矩越小，可是若冷却温度过低则与额定运转时的温度条件的差异变大，存在起动后到达额定运转条件的时间变长的情况。因此，以不超过制冷剂压缩机1的驱动源的转矩的方式，并按照实际的驱动源的转矩特性以不成为过冷却的程度，设定储液器11内的第一制冷剂的冷却温度即可。
还有，在本实施方式中，以在单独的第一冷却循环系统61上设置专用的辅助冷却机构62、62A的情况为例进行了说明，但是还可以考虑在具有制冷剂压缩机的多个冷却循环系统上设置共用的辅助冷却机构。在该场合，如果以将起动各冷却循环系统的时间错开的方式编制运转程序，就无需增设除了设置在各冷却循环系统的储液器内的蒸发器以外的机器(图1的压缩机81、冷凝器82、膨胀阀83、电动机84、图7的吸收式冷却器96等)，所以能够抑制设备成本的增加。

Claims (10)

1.一种冷却循环系统，其特征在于，
具有：压缩制冷剂的制冷剂压缩机；
将用该制冷剂压缩机压缩的制冷剂冷却并凝结的冷凝器；
接受用该冷凝器凝结的制冷剂的储液器；
使来自该储液器的制冷剂膨胀的膨胀机构；
与用该膨胀机构膨胀的制冷剂进行热交换而冷却冷却对象并使向上述制冷剂压缩机供给的制冷剂蒸发的蒸发机构；
具有使辅助制冷剂流通并通过上述储液器内的管道，通过与在该管道内流通的辅助制冷剂进行热交换而在上述制冷剂压缩机起动之前冷却上述储液器内的制冷剂的辅助冷却机构；以及，
控制装置，该控制装置在制冷剂压缩机起动之前首先将储液器的制冷剂温度冷却到规定值，其次起动制冷剂压缩机，并且在制冷剂压缩机运转时进行控制进而即使上述冷凝器的冷却能力不足的场合也能够冷却储液器的制冷剂。
2.根据权利要求1所述的冷却循环系统，其特征在于，
上述辅助冷却机构在上述制冷剂压缩机起动之前将上述储液器内的制冷剂冷却至上述冷凝器的出口的制冷剂温度以下。
3.根据权利要求1所述的冷却循环系统，其特征在于，
上述辅助冷却机构在上述制冷剂压缩机起动之前将上述储液器内的制冷剂冷却至与上述制冷剂压缩机的额定运转时的吸入压力相对应的制冷剂的饱和温度以下。
4.根据权利要求1所述的冷却循环系统，其特征在于，
上述辅助冷却机构具备：压缩辅助制冷剂的压缩机；使由该压缩机压缩的辅助制冷剂凝结的冷凝器；使由该冷凝器凝结的辅助制冷剂膨胀的膨胀阀；以及设置在上述储液器内并与用上述膨胀阀膨胀且在上述管道内流通的辅助制冷剂进行热交换而冷却上述储液器内的制冷剂的蒸发器。
5.根据权利要求1所述的冷却循环系统，其特征在于，
上述辅助冷却机构具备：冷却辅助制冷剂的吸收式冷却器；以及设置在上述储液器内并与用上述吸收式冷却器冷却且在上述管道内流通的辅助制冷剂进行热交换而冷却上述储液器内的制冷剂的蒸发器。
6.一种天然气液化设备，其特征在于，
具备：作为权利要求1～5中任一个冷却循环系统的第一冷却循环系统；
将用该第一冷却循环系统冷却的被冷却介质作为制冷剂来冷却天然气并液化的换热器；以及，
压缩用该换热器冷却天然气的被冷却介质并向上述第一冷却循环系统供给的第二冷却循环系统。
7.一种天然气液化设备，具备权利要求5所述的冷却循环系统，其特征在于，
还具备：发电用的燃气轮机；从该燃气轮机的排气中回收排热而产生水蒸气的排热回收锅炉；冷却上述燃气轮机的吸气的吸气冷却系统；以及设在该吸气冷却系统上并使上述辅助冷却系统的辅助制冷剂和吸气冷却用的制冷剂进行热交换的蒸发器，
上述辅助冷却机构构成有管道，该管道可以将辅助制冷剂的供给目的地转换成设置于上述储液器内的蒸发器和设置于上述吸气冷却系统上的蒸发器。
8.一种冷却循环系统的运转方法，该冷却循环系统具备：压缩制冷剂的制冷剂压缩机；将用该制冷剂压缩机压缩的制冷剂冷却并凝结的冷凝器；接受用该冷凝器凝结的制冷剂的储液器；使来自该储液器的制冷剂膨胀的膨胀机构；以及与用该膨胀机构膨胀的制冷剂进行热交换而冷却冷却对象并使向上述制冷剂压缩机供给的制冷剂蒸发的蒸发机构，其特征在于，
通过使辅助制冷剂通过上述储液器内并与辅助制冷剂进行热交换，从而在上述制冷剂压缩机起动之前冷却上述储液器内的制冷剂，
在制冷剂压缩机起动之前首先将储液器的制冷剂温度冷却到规定值，其次起动制冷剂压缩机，并且在制冷剂压缩机运转时进行控制进而即使上述冷凝器的冷却能力不足的场合也能够冷却储液器的制冷剂。
9.根据权利要求8所述的冷却循环系统的运转方法，其特征在于，
在使上述制冷剂压缩机起动之后，将向设置在上述储液器内的蒸发器供给了的辅助制冷剂用于燃气轮机的吸气冷却用的制冷剂。
10.一种冷却循环系统的改造方法，该冷却循环系统具备：压缩制冷剂的制冷剂压缩机；将用该制冷剂压缩机压缩的制冷剂冷却并凝结的冷凝器；接受用该冷凝器凝结的制冷剂的储液器；使来自该储液器的制冷剂膨胀的膨胀机构；以及与用该膨胀机构膨胀的制冷剂进行热交换而冷却冷却对象并使向上述制冷剂压缩机供给的制冷剂蒸发的蒸发机构，其特征在于，
将使辅助制冷剂流通的管道通过上述储液器内，通过与在该管道内流通的辅助制冷剂进行热交换，从而在上述制冷剂压缩机起动之前冷却上述储液器内的制冷剂，并具备控制装置，该控制装置在制冷剂压缩机起动之前首先将储液器的制冷剂温度冷却到规定值，其次起动制冷剂压缩机，并且在制冷剂压缩机运转时进行控制进而即使上述冷凝器的冷却能力不足的场合也能够冷却储液器的制冷剂。
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