CN102269154A - Bog多级容积型压缩机的运转控制方法 - Google Patents

Bog多级容积型压缩机的运转控制方法 Download PDF

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Abstract

提供一种即使低压级侧吸入气体比稳定运转时温度高、也能够防止低压级侧吐出气体的温度超过运转容许温度的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法。在由多个容积型压缩部（9、10）连接而成的用于压缩从液化天然气（1）产生的BOG的BOG多级容积型压缩机（8）的运转控制方法中，进行运转控制，使得符合规定状态时的该BOG多级容积型压缩机（8）的低压级压缩部（9）的载荷与高压级压缩部（10）的载荷的比率即载荷比小于该规定状态以外时的该载荷比。即，以可检测上述BOG多级容积型压缩机（8）的低压级压缩部（9）的吸入温度的方式构成，将上述规定状态设为上述吸入温度的检测温度为预先设定的第1温度以上的状态。

Description

BOG多级容积型压缩机的运转控制方法
技术领域
本发明涉及将在储存液化天然气（LNG）的罐内自然气化而产生的蒸发气体（Boil off Gas，以下称作BOG）压缩、供给到设施中的BOG容积型压缩机的运转控制方法，更详细地讲，涉及在多级容量型压缩机中、用来控制低压级侧吐出气体温度以使该低压级侧吐出气体温度不超过低压级压缩机的运转容许温度的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法。
背景技术
在LNG基地中，将在LNG储存罐内自然气化而产生的BOG通过BOG压缩机升压到向发电设施或城市煤气设备等的天然气的输出压力，合流到从蒸发器出来的主要的天然气中而对上述各设备输出。
在上述BOG压缩机中，由于将BOG绝热压缩，所以如果压缩率变高，则BOG的温度上升。特别是，在BOG压缩机的起动时，被从LNG储存罐导出的BOG的温度上升到常温附近，BOG压缩机的吸入气体温度升温到常温附近的较高的温度（例如30℃），如果将其原样压缩的状态持续，则例如在吐出压力为0.9MPa的情况下，BOG压缩机的吐出气体温度上升到300℃左右，超过压缩机容许运转温度、例如180℃而变得不能运转。
以下，参照图6对解决这样的BOG压缩机的问题的以往技术进行说明。图6是表示应用有关以往技术的运转控制方法的LNG及BOG的处理设备的结构的图。
在有关该以往技术的BOG多级压缩机38中，具备三通阀43、冷却器45、温度检测器41、42、以及管理上述三通阀43的切换的控制装置46。并且，在该BOG多级压缩机38中，通过切换三通阀43，能够切换将低压级侧压缩部39的吐出气体用冷却器45冷却、降低温度后向高压级侧压缩部40供给的运转形态（运转形态1）、和将低压级侧压缩部9的吐出气体不通过冷却器45而向高压级侧压缩部40供给的运转形态（运转形态2）。
在上述运转形态1中，能够使高压级侧压缩部40的吐出气体温度比上述运转形态2低。运转形态1在BOG多级压缩机38的起动时、在低压级侧压缩部39的吸入气体的温度比稳定运转时（例如－130℃）高（例如30℃）、高压级侧压缩部40的吐出气体温度有可能超过运转容许温度的情况下实施。相对于此，运转形态2在BOG多级压缩机38的稳定运转时实施。
两运转形态的切换如以下这样进行。即，在由温度检测器41检测到高压级侧吐出气体的温度比设定温度高的情况下，控制装置46切换三通阀43，中止运转形态2的运转而开始运转形态1的运转。另一方面，在高压级侧吐出气体的温度满足表示不可能超过运转容许温度的条件的情况下，中止运转形态1的运转而开始运转形态2的运转。通过以上的运转控制方法，能够防止高压级侧压缩机40的吐出气体温度超过运转容许温度（参照专利文献1）。
即，根据上述以往技术，在高压级侧吐出气体的温度有可能超过运转容许温度的情况下，通过进行将低压级侧吐出气体用冷却器45冷却、降低温度后向高压级侧压缩部40供给的运转（运转形态1），防止高压级侧吐出气体的温度超过运转容许温度。
有关上述以往技术的BOG多级压缩机38具有控制高压级侧压缩部40的吐出气体温度的功能，但不具有控制低压级侧压缩部39的吐出气体温度的功能。由此，为了防止低压级侧吐出气体温度超过低压级侧运转容许温度，需要减小低压级侧压缩比。
但是，这样压缩机的级数增加，大型化而花费费用。BOG多级压缩机38的低压级侧压缩部39在稳定运转中吸入例如－140℃～－130℃左右的气体，吐出－50℃～－40℃左右的气体。由此，具有不能被用冷却水冷却等的特征。因此，在BOG多级压缩机38的高压级及额定状态下，与吸入常温的气体的压缩机相比，BOG多级压缩机38的低压级被限制运转容许温度。
专利文献1：特开2002－213366号公报。
发明内容
因而，本发明的目的是提供一种即使低压级侧吸入气体比稳定运转时温度高、也能够防止低压级侧吐出气体的温度超过运转容许温度的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法。
为了达到上述目的，采用有关本发明的技术方案1的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法的方案，在由多级容积型压缩部连接而成的用于压缩从液化天然气产生的BOG的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法中，其特征在于，进行运转控制，使得符合规定状态时的该BOG多级容积型压缩机的低压级压缩部的载荷与高压级压缩部的载荷的比率即载荷比小于该规定状态以外时的该载荷比。
另外，本申请中的“载荷”，是“通过容量调节装置达到的气体处理量”与“不使容量调节装置动作的情况下的气体处理量”的比的标称值（“不使容量调节装置动作的情况下的气体处理量”相当于100%载荷的处理量）。
采用有关本发明的技术方案2的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法的方案，在技术方案1所述的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法中，其特征在于，以可检测上述BOG多级容积型压缩机的低压级压缩部的吸入温度的方式构成，将上述规定状态设为上述吸入温度的检测温度为预先设定的第1设定温度以上的状态。
采用有关本发明的技术方案3的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法的方案，在技术方案1所述的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法中，其特征在于，以可检测上述BOG多级容积型压缩机的低压级压缩部的吐出温度的方式构成，将上述规定状态设为从判断为上述吐出温度的检测温度为预先设定的第2设定温度以上时起、到判断为上述检测温度达到比第2设定温度低的预先设定的第3设定温度为止的状态。
根据有关本发明的技术方案1的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法，在由多级容积型压缩机连接而成的用于压缩BOG的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法中，由于进行运转控制，使得符合规定状态时的该BOG多级容积型压缩机的低压级压缩部的载荷与高压级压缩部的载荷的比率即载荷比小于该规定状态以外时的该载荷比，所以进行载荷比R较低的运转，即低压级侧压缩机的压缩比变小，所以相应地低压级侧吐出气体的温度也下降。由此，即使低压级侧吸入气体比稳定运转时温度高，也能够防止低压级侧吐出气体的温度超过运转容许温度。
此外，根据有关本发明的技术方案2的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法，由于以可检测上述BOG多级容积型压缩机的低压级压缩部的吸入温度的方式构成，将上述规定状态设为上述吸入温度的检测温度为预先设定的第1设定温度以上的状态，所以与上述同样，即使低压级侧吸入气体比稳定运转时温度高，也能够防止低压级侧吐出气体的温度超过运转容许温度。
进而，根据有关本发明的技术方案3的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法，由于以可检测上述BOG多级容积型压缩机的低压级压缩部的吐出温度的方式构成，将上述规定状态设为从判断为上述吐出温度的检测温度为预先设定的第2设定温度以上时起、到判断为上述检测温度达到比第2设定温度低的预先设定的第3设定温度为止的状态，所以与上述同样，即使低压级侧吸入气体比稳定运转时温度高，也能够防止低压级侧吐出气体的温度超过运转容许温度。
另外，由于直接检测作为控制的对象的低压级压缩部的吐出气体的温度，将该检测温度作为控制的输入，所以即使是起因于供给目标的气体需要量的变动而低压级侧吐出气体的温度较大地变动那样的情况下，也能够可靠地防止低压级侧吐出气体的温度超过运转容许温度。
附图说明
图1是应用有关本发明的实施方式1的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法的LNG及BOG处理设备的系统图。
图2是表示有关本发明的实施方式1的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法中的刚起动后的BOG温度的随时间变化的图。
图3是应用有关本发明的实施方式2的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法的LNG及BOG处理设备的系统图。
图4是应用有关本发明的实施方式3的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法的LNG及BOG处理设备的系统图。
图5是表示有关本发明的实施方式3的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法中的刚起动后的BOG温度的随时间变化的图。
图6是表示应用有关以往技术的运转控制方法的LNG及BOG的处理设备的结构的图。
具体实施方式
首先，对于有关本发明的实施方式1的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法，以在BOG多级压缩机中应用往复运动式压缩机的情况为例，以下参照图1、图2进行说明。图1是应用有关本发明的实施方式1的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法的LNG及BOG处理设备的系统图，图2是表示有关本发明的实施方式1的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法中的刚起动后的BOG温度的随时间变化的图。
有关本发明的实施方式1的BOG多级容积型压缩机是用来将在储存液化天然气（LNG）1的LNG储存罐2内自然气化而产生的BOG压缩、向未图示的设施供给的，是具备低压级压缩部9和高压级压缩部10的由往复运动式压缩机构成的BOG多级压缩机8。并且，构成为，上述低压级压缩部9能够通过由吸入阀卸载器9a和头端卸载器9b构成的低压级容量调节装置21进行容量调节，上述高压级压缩部10能够通过由吸入阀卸载器10a和头端卸载器10b构成的高压级容量调节装置22进行容量调节。
另一方面，在液化天然气（LNG）1的LNG储存罐2上连接着LNG取出线路3，在该线路3上连接着LNG泵4，并且连接着在海水等中使LNG蒸发的蒸发器5，气化后的气体的气体移送线路6连接在未图示的例如发电设施的燃气轮机等上。在LNG储存罐2的顶部，连接着BOG排出线路7，在该BOG排出线路7上连接着BOG多级压缩机8。
并且，BOG多级压缩机8将低压级压缩部9和高压级压缩部10通过1台驱动马达11同时驱动。BOG排出线路7连接在低压级压缩部9的吸入侧，低压级压缩部9的吐出侧与高压级压缩部10的吸入侧用中间线路12连接。此外，BOG多级压缩机8的高压级压缩部10的吐出侧的吐出线路17经由合流部23连接在气体移送线路6上。
在LNG储存罐2中，设有检测该罐2内BOG的气体压力的压力检测器24，将该检测值输入到控制装置25中。控制装置25进行运转控制，以使得如果由压力检测器24检测出的罐2内BOG的气体压力超过设定压力则将BOG多级压缩机8起动运转、而如果上述罐2内BOG的气体压力下降到规定值则将压缩机8停止。
接着，对于在该设备中实施的有关本发明的实施方式1的运转控制方法，也参照图2进行说明。在图2中，温度曲线A表示低压级侧吸入气体温度，温度曲线B表示图1的中间线路12上的位置P1处的低压级侧吐出气体温度。
<运转控制方法（其1）>
如果起动BOG多级压缩机8，则低压级压缩部9的吸入气体温度（从LNG储存罐2导出的BOG温度）如图2的温度曲线A所示，在很短时间中保持为大致起动时的值之后逐渐下降。并且，在该BOG多级压缩机8的载荷比（在BOG多级压缩机8中，低压级压缩部9的载荷相对于高压级压缩部10的载荷的比率）R与稳定运转相同的情况下，低压级吐出气体的温度如由图2的温度曲线B的双点划线所示，从起动时的值开始出发暂且先上升到峰值温度后、随着上述温度曲线A的变化而逐渐下降。
与此相伴，气体处理用量比R与稳定运转相同的情况下的低压级侧吐出气体的温度如由图2的温度曲线B的双点划线所示，从起动时的值开始出发，超过运转容许温度Th1，暂且先上升到峰值温度后逐渐下降。
如果起动BOG多级压缩机8，则控制装置25将由温度检测器26检测到的低压级侧吸入气体的检测温度、与预先设置在该控制装置25内的第1设定温度T1比较。并且，如果低压级侧吸入气体的检测温度是第1设定温度T1以上，则运转控制低压级容量调节装置21和高压级容量调节装置22，以使载荷比R比稳定运转时低。例如，进行控制以使低压级侧载荷成为25%、高压级侧载荷成为50%。
通过这样的运转控制方法，低压级侧的吐出压力下降，低压级侧吐出气体的温度如图2的温度曲线B的实线所示，其温度上升被抑制，被抑制为运转容许温度Th1以下。并且，低压级侧吸入气体温度如上述那样逐渐下降。
控制装置25将由温度检测器26检测到的低压级侧吸入气体的检测温度与第1设定温度T1比较，如果比较的结果是低压级侧吸入气体的检测温度达到第1设定温度T1（或者低压级侧吸入气体的检测温度比第1设定温度T1低），则运转控制低压级容量调节装置21和高压级容量调节装置22，以使载荷比R与稳定运转时相同。
例如，进行控制，以使低压级侧载荷成为100%、高压级侧载荷成为100%。由此，低压级侧吐出气体的温度暂时上升，但没有达到Th1。然后，低压级侧吸入气体温度和低压级侧吐出气体温度进一步逐渐下降，达到保持规定的一定范围的值的稳定状态。
以上，根据有关本发明的实施方式1的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法，由于以可检测多级容积型压缩机8的低压级压缩部9的吸入温度的方式构成，将上述规定状态设为上述吸入温度的检测温度为预先设定的第1设定温度T1以上的状态，所以与上述同样，即使低压级侧吸入气体比稳定运转时温度高，也能够防止低压级侧吐出气体的温度超过运转容许温度。
<实施例>
这里，也参照图1，以下对有关本发明的实施方式1的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法的实施例进行说明。
在多级容积型压缩机的稳定运转中，1级侧压缩部9和2级侧压缩部10都以100%载荷运转（表1的比较例－1）。在有关本发明的实施方式1的BOG多级容积型压缩机中，例如在起动时，在符合上述规定状态的情况下，通过1级侧压缩部9及2级侧压缩部10的容量调节装置21（吸入阀卸载器9a及头端卸载器9b等）、22（吸入阀卸载器10a及头端卸载器10b等），将1级侧压缩部9以25%的载荷运转，将2级侧压缩部10以50%的载荷运转。即，起动时的载荷比比稳定运转时的载荷比小（参照表1的实施例）。
另外，在表1中，为了表示本发明的效果，举出了有关以往技术的BOG多级容积型压缩机的起动运转状态。一个是使1级侧压缩部9、2级侧压缩部10都进行25%的载荷下的运转的运转形态（表1的比较例－3）。另一个是将1级侧压缩部9、2级侧压缩部10都进行50%的载荷下的运转的运转形态（表1的比较例－2）。比较例－2和比较例－3两者的载荷比都与稳定运转时的载荷比相同。
［表1］
表2表示表1的各运转形态例中的1级侧压缩部9的吸入、吐出温度、以及1级侧压缩部9、2级侧压缩部10各自的吸入、吐出气体压力。如表2的比较例－1所示，在BOG多级容积型压缩机的稳定运转状态下，1级侧吐出温度是－50℃左右。但是，在有关以往技术的BOG多级容积型压缩机的起动运转状态下，如由表2的比较例－2、3所示，1级侧吐出温度也达到155℃左右（具体而言，在比较例－2中是155℃，在比较例－3中是156℃）。
另一方面，在有关本发明的实施方式1的BOG多级容积型压缩机的起动运转状态下，如表2的实施例所示，1级侧吐出温度被抑制为135℃左右（具体而言，在实施例中是136℃）。这是因为，在实施例中，通过使载荷比比稳定运转时小，1级侧吐出压力相对于在比较例－2、3中为405kPa左右（具体而言是404kPa）、在实施例中被抑制为335kPa左右。
［表2］
Figure 761105DEST_PATH_IMAGE002
接着，对于有关本发明的实施方式2的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法，以在BOG多级压缩机中应用螺杆式压缩机的情况为例，以下参照图3进行说明。图3是应用有关本发明的实施方式2的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法的LNG及BOG处理设备的系统图。
但是，本发明的实施方式2与上述实施方式1不同的地方是在BOG多级容积型压缩机的种类和低压级容量调节装置及高压级容量调节装置的结构方面存在差异，除此以外与上述实施方式1是完全相同的结构，所以对与上述实施方式1相同的部分标注相同的附图标记，以下对其差异点进行说明。
即，有关上述实施方式1的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法在由往复运动式压缩机构成的BOG多级压缩机8中，将低压级压缩部9通过由吸入阀卸载器9a和头端卸载器9b构成的低压级容量调节装置21进行容量调节，将高压级压缩部10通过由吸入阀卸载器10a和头端卸载器10b构成的高压级容量调节装置22进行容量调节。
相对于此，图3所示的有关本实施方式2的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法在由螺杆式压缩机构成的BOG多级压缩机18中，构成为，通过由滑阀19a构成的低压级容量调节装置将低压级压缩部19进行容量调节，通过由滑阀20a构成的高压级容量调节装置将高压级压缩部20进行容量调节。
通过这样的有关本发明的实施方式2的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法，也与上述实施方式1同样，以能够检测BOG多级容积型压缩机18的低压级压缩部19的吸入温度的方式构成，由于将上述规定状态设为上述吸入温度的检测温度为预先设定的第1设定温度T1以上的状态，所以即使低压级侧吸入气体比稳定运转时温度高，也能够防止低压级侧吐出气体的温度超过运转容许温度。
接着，对于有关本发明的实施方式3的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法，以在BOG多级压缩机中应用往复运动式压缩机的情况为例，以下参照图4、图5进行说明。图4是应用有关本发明的实施方式3的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法的LNG及BOG处理设备的系统图，图5是表示有关本发明的实施方式3的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法中的刚起动后的BOG温度的随时间变化的图。
但是，本发明的实施方式3与上述实施方式1不同的地方是在温度检测器的安装位置和运转控制方法方面存在差异，除此以外与上述实施方式1是完全相同的结构，所以对与上述实施方式1相同的部分标注相同的附图标记，以下对其差异点进行说明。
即，有关上述实施方式1的BOG多级容积型压缩机8的运转控制方法通过夹装在BOG排出线路7中的温度检测器26检测低压级侧吸入气体的温度，并且通过运转控制方法（其1）进行运转控制，相对于此，图4、图5所示的有关本实施方式3的BOG多级容积型压缩机8的运转控制方法构成为，通过夹装在中间线路12中的温度检测器27检测低压级侧吐出气体的温度，并且通过以下所述的运转控制方法（其2）进行运转控制。
<运转控制方法（其2）>
在该运转控制方法（其2）中，如果起动BOG多级压缩机8，则控制装置25将由温度检测器27检测到的低压级侧吐出气体的检测温度、与预先设定在该控制装置25内的第2设定温度T2比较。如图5所示，由于在刚起动后的极短期间中，低压级侧吐出气体的检测温度比第2设定温度T2低，所以在该期间中，载荷比R与稳定运转时是相同的。并且，控制装置25如果低压级侧吐出气体的检测温度是第2设定温度T2以上，则运转控制低压级容量调节装置21和高压级容量调节装置22，以使载荷比R比稳定运转时低。
例如，进行控制，以使低压级侧载荷为25%、高压级侧载荷为50%。由此，低压级侧的吐出压力下降，低压级侧吐出气体的温度如图5的温度曲线B的实线所示，其温度上升被抑制，被抑制为运转容许温度Th1以下。并且，低压级侧吸入气体温度如上述那样逐渐下降。
进而，如果由温度检测器27检测到的低压级侧吐出气体的检测温度达到（比第2设定温度T2低的）预先设定的第3设定温度T3，则控制装置25运转控制低压级容量调节装置21和高压级容量调节装置22，以使载荷比R与稳定运转时相同。例如，将低压级侧载荷设定为25%，将高压级侧载荷设定为25%。由此，低压级侧吐出气体的温度暂时上升，但达不到Th1。以后，低压级侧吸入气体温度和低压级侧吐出气体温度进一步逐渐下降，成为保持规定的一定范围的值的稳定状态。
这样，根据有关本发明的实施方式3的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法，由于以可检测BOG多级容积型压缩机8的低压级压缩部9的吐出温度的方式构成，将规定的状态设为从判断为上述吐出温度的检测温度为第2设定温度T2以上时起、到判断为上述检测温度达到比第2设定温度T2低的第3设定温度T3为止的状态，所以即使低压级侧吸入气体比稳定运转时温度高，也能够防止低压级侧吐出气体的温度超过运转容许温度。
如以上说明，根据有关本发明的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法，由于进行运转控制，使得符合规定状态时的该BOG多级容积型压缩机的低压级压缩部的载荷与高压级压缩部的载荷的比率即载荷比R、比该规定状态以外时小，所以进行载荷比R较低的运转，即低压级压缩部的压缩比变小，所以相应地低压级侧吐出气体的温度也下降。由此，即使低压级侧吸入气体比稳定运转时温度高，也能够防止低压级侧吐出气体的温度超过运转容许温度。
另外，在上述实施方式中，有关本发明的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法以往复运动式压缩机及螺杆式压缩机为例、此外容量调节装置以吸入阀卸载器、头端卸载器及滑阀为例进行了说明，但本发明并不限定于这些，有关本发明的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法能够应用到各种种类的容积型压缩机、以及具有由各种结构构成的容量调节装置的BOG容积型压缩机中。
附图标记说明
1 液化天然气（LNG），2 LNG储存罐，3 LNG取出线路，4 LNG泵，5 蒸发器，6 气体移送线路，7 BOG排出线路，8 BOG多级（容积型）压缩机（往复运动式压缩机），9 低压级压缩部（1级侧压缩部），9a 吸入阀卸载器，9b 头端卸载器，10 高压级压缩部（2级侧压缩部），10a 吸入阀卸载器，10b 头端卸载器，11 驱动马达，12 中间线路，17 吐出线路，18 BOG多级（容积型）压缩机（螺杆式压缩机），19 低压级压缩部，19a 滑阀，20 高压级压缩部，20a 滑阀，21 低压级容量调节装置，22 高压级容量调节装置，23 合流部，24 压力检测器，25 控制装置，26、27 温度检测器

Claims (3)

1. 一种BOG多级容积型压缩机的运转控制方法，是由多级容积型压缩部连接而成的用于压缩从液化天然气产生的BOG的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法，其特征在于，进行运转控制，使得符合规定状态时的该BOG多级容积型压缩机的低压级压缩部的载荷与高压级压缩部的载荷的比率即载荷比小于该规定状态以外时的该载荷比。
2. 如权利要求1所述的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法，其特征在于，以可检测上述BOG多级容积型压缩机的低压级压缩部的吸入温度的方式构成，将上述规定状态设为上述吸入温度的检测温度为预先设定的第1设定温度以上的状态。
3. 如权利要求1所述的BOG多级容积型压缩机的运转控制方法，其特征在于，以可检测上述BOG多级容积型压缩机的低压级压缩部的吐出温度的方式构成，将上述规定状态设为从判断为上述吐出温度的检测温度为预先设定的第2设定温度以上时起、到判断为上述检测温度达到比第2设定温度低的预先设定的第3设定温度为止的状态。
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