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STAND DER TECHNIK
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Gasdichtungsschalttafeln werden im Allgemeinen konfiguriert, um sauberes, trockenes Dichtungspuffergas zu Wellendichtungen drehender Kompressoren und Turbomaschinen zu liefern. Eine Gasdichtungsschalttafel kann im Allgemeinen mehrere Druck-/Fluss-Steuerventile, Filter und verschiedene Instrumente aufweisen, um das Gas in und aus den Trockengasdichtungen heraus aufzubereiten, zu steuern und überwachen. Das Anordnen aller Bauteile der Gasdichtungsschalttafeln an einem Ort in der Nähe des Kompressors oder der Turbomaschineneinheit vereinfacht die mechanische Konstruktion, die Prozessrohrleitungen und elektrische Installation der Gasdichtungsschalttafeln.
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Das Versorgen mit sauberem Trockengas der Gasdichtungsschalttafel ist angesichts der zahlreichen Industrien, die Druckgastechnik verwenden, eine Herausforderung. Ein aktuelles Verfahren zum Versorgen einer Gasdichtungsschalttafel und der dazugehörenden Gasdichtungen mit sauberem Trockengas ist der Einsatz von Tieftemperaturexpandern, um Kondensate aus dem Versorgungsgasstrom zu entfernen, allerdings erfordern Tieftemperaturexpander extrem niedrige Temperaturen, um effizient zu funktionieren, was sowohl hinsichtlich der Kosten als auch der Technik Herausforderungen für den effektiven Langzeitbetrieb bedeutet. Ein weiteres Verfahren zum Reinigen einer Gasversorgung besteht darin, Schwerkraftabscheider zu verwenden, Schwerkraftabscheider sind jedoch sehr langsam und bieten nicht ein hohes Niveau an aus dem Gasstrom eliminiertem Kondensat. Weitere Verfahren zum Reinigen und Trocknen von Gasversorgungen umfassen den Einsatz von Absorptionsgefäßen und einer Flügelzelleneinheit, einen axialen Zyklonabscheider oder eine Reihe von Kerzenfiltern.
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Alle diese herkömmlichen Gasreinigungssysteme weisen jedoch inhärente Nachteile auf. Zum Beispiel erfordert jedes der oben genannten Systeme viel Platz und regelmäßige Wartung. Zusätzlich und obwohl jedes der oben genannten herkömmlichen Systeme funktioniert, um Feuchtigkeit aus dem Gasstrom zu entfernen, stellt im Allgemeinen keines dieser Systeme ein beeindruckendes Eliminieren oder eine Abscheideffizienz bereit, ohne dass erheblicher Platzbedarf auftritt.
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Daher besteht ein Bedarf an einem effizienten, kompakten und kosteneffektiven System und Verfahren zum Versorgen von Gasdichtungs-Pufferversorgungsleitungen mit sauberem Trockengas.
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KURZDARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
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Ausführungsformen der Erfindung stellen im Allgemeinen ein effizientes, kompaktes und kosteneffektives System und Verfahren zum Versorgen mit sauberem Trockengas für Gasdichtungs-Pufferversorgungsleitungen bereit. Das System weist im Allgemeinen eine Vorrichtung zum Abkühlen eines Gasstroms, einen Rotationsabscheider, eine Druckverstärkervorrichtung, eine Antriebsvorrichtung für den Rotationsabscheider und/oder Druckverstärker und eine Vorrichtung zum Heizen eines Gasstroms auf. Das System kann ferner eine Rezirkulationsschleife zum Bereitstellen gesteigerter Abscheideffizienz aufweisen.
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Ausführungsformen der Erfindung stellen im Allgemeinen ein System zum Abscheiden von Kondensaten aus einem Gasstrom bereit. Das System umfasst im Allgemeinen eine Kühleinheit, die konfiguriert wird, um einen Gasstrom auf eine Temperatur unter dem Taupunkt einer Flüssigkeit in dem Gasstrom abzukühlen, einen angetriebenen Rotationsabscheider, der konfiguriert wird, um einen Gasstrom von der Kühleinheit zu empfangen, und einen Druckverstärker in Kommunikation mit dem angetriebenen Rotationsabscheider, der konfiguriert wird, um einen Druck des Gasstroms zu erhöhen. Das System umfasst ferner eine Drehkraftquelle in Kommunikation mit dem angetriebenen Rotationsabscheider und Druckverstärker und eine Heizeinheit in Kommunikation mit dem Druckverstärker und die konfiguriert wird, um den Gasstrom auf eine Temperatur oberhalb des Taupunkts der Flüssigkeit zu erhitzen, wobei die Kühleinheit, der angetriebene Rotationsabscheider und der Druckverstärker eine Gasrezirkulationsschleife bilden.
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Ausführungsformen der Erfindung können ferner ein Verfahren zum Bereitstellen von sauberem Trockengas für Gasdichtungen in Maschinen bereitstellen. Das Verfahren umfasst das Fließen eines Nassgasstroms durch eine Kühleinheit, das Fließen des abgekühlten Nassgasstroms durch einen angetriebenen Rotationsabscheider und das Fließen einer Trockengasabgabe von dem angetriebenen Rotationsabscheider durch einen Druckverstärker. Das Verfahren umfasst ferner das Rezirkulieren des Trockengasstroms durch die Kühleinheit, den angetriebenen Rotationsabscheider und den Druckverstärker, bis der Trockengasstrom eine erwünschte Trockenheit erreicht, und das Fließen des Trockengasstroms durch eine Heizeinheit nach der Rezirkulation.
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Ausführungsformen der Erfindung können ferner ein System zum Erzeugen eines sauberen Trockengases umfassen, das zu Gasdichtungen in einem Kompressor zu liefern ist. Das System kann ein Kühlmittel zum Abkühlen eines Nassgasstroms auf eine Temperatur unter einem Taupunkt einer Flüssigkeit in dem Gas aufweisen, um flüssige Kondensate in dem Nassgasstrom zu erzeugen, einen angetriebenen Rotationsabscheider zum Trennen der flüssigen Kondensate aus dem Nassgasstrom, wobei der angetriebene Rotationsabscheider in Kommunikation mit einer Drehleistungsquelle ist, und ein Druckverstärkungsmittel zum Verstärken des Drucks eines Trockengasstroms, der den angetriebenen Rotationsabscheider verlässt. Das System kann ferner ein Heizmittel zum Erhitzen des Trockengasstroms auf eine Temperatur aufweisen, die ausreicht, um irgendwelche Kondensate in dem Trockengasstroms in einen Gaszustand umzuwandeln, und eine Rezirkulationsschleife zum Rezirkulieren des Trockengasstroms zurück durch den angetriebenen Rotationsabscheider, bis ein gewünschter Prozentsatz an flüssigen Kondensaten aus dem Gasstrom entfernt wurde.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Offenbarung versteht man am besten in der folgenden ausführlichen Beschreibung, die gemeinsam mit den anliegenden Figuren zu lesen ist. Es wird betont, dass gemäß der Standardpraxis in der Industrie bestimmte Merkmale nicht maßstabgerecht gezeichnet sind. Die Maße der verschiedenen Merkmale können nämlich willkürlich zur Klarheit der Besprechung vergrößert oder verkleinert werden.
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1 veranschaulicht eine höhere schematische Skizze eines beispielhaften Gasdichtungsversorgungssystems der Erfindung;
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2 veranschaulicht einen beispielhaften höheren Rotationsabscheider und Druckverstärker, die in dem System der 1 verwendet werden können;
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3 veranschaulicht einen beispielhaften Expander, der zum Antreiben des beispielhaften Rotationsabscheiders und/oder Druckverstärkers, die in den 1 und 2 veranschaulicht sind, verwendet werden kann;
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4 veranschaulicht eine Querschnittansicht eines beispielhaften Rotationsabscheiders, der in dem beispielhaften erfindungsgemäßen System verwendet werden kann und
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5 veranschaulicht eine seitliche Querschnitt- und Endquerschnittansicht eines beispielhaften erfindungsgemäßen Gasdichtungsversorgungssystems, umgesetzt in einem einzelnen Gehäuse oder Mantel.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Es wird betont, dass die folgende Offenbarung mehrere beispielhafte Ausführungsformen zum Umsetzen unterschiedlicher Merkmale, Strukturen oder Funktionen der Erfindung bereitstellt. Beispielhafte Ausführungsformen der Bauteile, Anordnungen und Konfigurationen werden unten zur Vereinfachung der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
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1 veranschaulicht eine höhere schematische Skizze eines beispielhaften erfindungsgemäßen Gasdichtungsversorgungssystems 100. Das System 100 erhält eine Gasversorgung von einer Gasquelle 102, die Gas aus einem anderen System oder einem Gaswerk entlädt. Die eintreffende Gasversorgung, die im Allgemeinen ein Nassgas ist, läuft durch ein Ventil 104 mit veränderlicher Position, das ein Absperrventil, ein Regelventil oder anderes Ventil sein kann, das konfiguriert wird, um den Druck oder Strom des Gases durch das Ventil zu steuern. In der beispielhaften Ausführungsform, die in 1 veranschaulicht ist, kann das Ventil 104 mit veränderlicher Position ein Ventil des normalerweise geschlossenen Typs sein, das entweder von Hand betätigt oder durch ein elektronisches Steuersystem gesteuert wird, das konfiguriert wird, um die verschiedenen Bauteile des Systems 100 zu steuern. Sobald das Gas durch das Ventil 104 läuft, tritt es in eine Gasaufbereitungsschleife 130 ein und der Strom des Gases in die Aufbereitungsschleife verläuft im Allgemeinen in die Richtung des Pfeils 132. Das Steuerventil 104 kann zum Regeln des Gasstroms verwendet werden. Außerdem kann der Strom durch die Schleife 130 von der Größe und/oder in der Betriebsgeschwindigkeit des Druckverstärkers gesteuert oder geregelt werden, der funktioniert, um die Menge oder den Prozentsatz an flüssigen Kondensaten, die aus dem Nassgasstrom entfernt werden, zu regeln. Wenn daher ein viel trockeneres Gas gebraucht wird, kann die Größe und/oder die Betriebsgeschwindigkeit des Druckverstärkers angepasst werden (in der Konzeptionsphase), um mehr Nassgas mehrmals durch den Rotationsabscheider zu rezirkulieren, bis die gewünschte Gastrockenheit erreicht ist.
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Sobald das Versorgungsgas in die Aufbereitungsschleife 130 eintritt, läuft das Gas durch eine Kühleinheit 116. Die Kühleinheit 116 ist im Allgemeinen zum Abkühlen des Versorgungsgases auf eine Temperatur konfiguriert, die ausreicht, um die Flüssigkeiten, die in dem Versorgungsgas enthalten sind, in flüssige Kondensate zu verwandeln, das heißt, den Zustand der gasförmigen Flüssigkeiten in dem Nassgasstrom in flüssige Kondensate zu verwandeln. Für die vorliegende Offenbarung kann das Kondensieren oder Umwandeln einer gasförmigen Flüssigkeit in Kondensate als der Wechsel des physikalischen Zustands von der Gasphase zur Flüssigkeitsphase definiert werden, der im Allgemeinen eintritt, wenn ein Dampf, der in einem Gasstrom enthalten ist, auf eine Temperatur an oder unter seinem Taupunkt abgekühlt wird. Die Kühleinheit 116 kann daher jeder beliebige geeignete Wärmeaustauscher sein, der in Gaswerken verwendet wird, der konfiguriert wird, um einen Gasstrom auf Temperaturen unter einem Dampftaupunkt für die Flüssigkeiten, die in dem Gasstrom enthalten sind, abzukühlen. Beispielhafte Wärmeaustauscher, die eine Gasversorgung auf einen Taupunkt abkühlen können, können Wasser, Glykol oder jedes andere Kühlmittel verwenden, das gewöhnlich in den Gaswerktechniken verwendet wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann Gas, das aus einem Expander austritt, das ein kaltes Gas ist, das oft gängig in einem Gaswerk verfügbar ist, verwendet werden, um den Gasdichtungsversorgungsstrom abzukühlen, während er durch die Kühleinheit 116 läuft. Der Gebrauch des gängig verfügbaren Expandergases 124, 128 erhöht die Gesamteffizienz des Gasreinigungssystems 100 und des Verfahrens der Offenbarung. Ungeachtet der genauen verwendeten Umsetzung, wird die Kühleinheit 116 im Allgemeinen konfiguriert, um den Gasstrom auf eine geeignete Temperatur zum Erzeugen von Kondensaten in dem Gasstrom abzukühlen. Ausführungsformen der Erfindung sollen nicht auf irgendeinen bestimmten Typ oder eine Konfiguration der Kühleinheit 116 beschränkt sein, und die Erfinder gehen davon aus, dass jede Kühleinheit des Stands der Technik, die einen Gasstrom auf eine Temperatur unter dem Taupunkt des Gasstroms abkühlen kann, für die vorliegenden beispielhaften Ausführungsformen verwendet werden kann.
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Sobald das Dichtungsversorgungsgas abgekühlt ist, kann das Gas zu einem Rotationsabscheidesystem 118 geleitet werden, das in 2 ausführlicher dargestellt ist. Das Rotationsabscheidesystem 118 ist im Allgemeinen konfiguriert, um dem Gas eine Dreh- oder Wirbelbewegung zu verleihen, das heißt das Gas mit einer Geschwindigkeit zu zentrifugieren, die ausreicht, um (schwerere) Kondensate in dem Gas zu veranlassen, zentrifugal aus dem trockenen (leichten) Teil des Gasstroms abgeschieden zu werden. Die Kondensate, die aus dem Gasstrom in dem Rotationsabscheider 118 entfernt werden, können von dem Rotationsabscheider über eine Ausgangsleitung 134 weg geleitet werden. Sobald die Kondensate aus dem Gasstrom entfernt sind, kann der im Wesentlichen trockene Gasstrom zu einem optionalen Druckverstärkungssystem 120 geleitet werden. Das Druckverstärkungssystem 120 funktioniert im Allgemeinen zum Steigern des Drucks des Versorgungsgases. Ganz allgemein verursacht der Prozess des Auferlegens einer Zentrifugalbewegung auf den Gasstrom einen Druckabfall, und daher wird das Druckverstärkungssystem 120 verwendet, um den Druck des Gasstroms auf einen Druck zurück zu erhöhen, der ähnlich ist wie der Gasstromdruck am Einlass des Rotationsabscheiders 118, das heißt, dass der Druckverstärker 120 den inhärenten Druckabfall ausgleichen kann, der mit dem Durchlaufen des Nassgasstroms durch den Rotationsabscheider und Verengungen der Schleife 130 einhergeht.
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Bei mindestens einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Rotationsabscheider 118 und/oder das Druckverstärkungssystem 120 aktiv angetriebene Bauteile des Systems 100 sein. Ein Antriebsbauteil 124 kann zum Beispiel mit dem Rotationsabscheider 118 und/oder dem Druckverstärkungssystem 120 in Kommunikation sein, und der Antriebsbauteil 124 kann diesem Drehkraft/Drehbewegung bereitstellen. Der Antriebsbauteil 124 kann eine Vorrichtung eines beliebigen Typs sein, die konfiguriert wird, um Drehkraft oder Drehbewegung zu erzeugen, wie zum Beispiel ein Elektromotor, eine Turbine oder eine andere bekannte Vorrichtung oder ein anderes bekanntes System. Da die Ausführungsformen der Erfindung aber in einem Gaswerk verwendet werden können, ziehen die Erfinder es in Betracht, dass der Antriebsbauteil 124 ein Expander oder eine Turbine ist, die konfiguriert sind, um ein Gas unter Druck zu erhalten und Drehkraft/Drehbewegung im Austausch für eine Verringerung des Drucks des empfangenen Gases zu erzeugen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform, bei der das System 100 in einem Gaswerk verwendet wird, kann das Versorgungsgas 126 zu dem Expander 124 aus einem Stickstoffnetz oder Brenngasnetz stammen, und das Gas 128, das den Expander 124 verlässt, kann zu Sperrabdichtungen und/oder Zwischenlabyrinthdichtungen für Turbo- oder Kompressormaschinen geleitet werden, was gemäß dem Stand der Technik bekannt ist. Zusätzlich kann das Fluid 128 als Kühlmittel in dem Kühler 116 verwendet werden.
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Was das Trockengas betrifft, das aus dem Rotationsabscheider 118 und/oder dem Druckverstärker 120 austritt, wird es in eine Gasrezirkulationsschleife 130 zurückgeleitet. Da die Gasrezirkulationsschleife 130 das Gas in die Richtung des Pfeils 132 zirkuliert, wird das Trockengas, das den Abscheider 118 verlässt, durch ein Ventil 108 geleitet, das selektiv offen/geschlossen sein kann, um den Strom durch die Rezirkulationsschleife 130 zu regeln.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Gasstrom, der in das System 100 eintritt, etwa 4 bis 10 Mal durch die Rezirkulationsschleife 130 zirkuliert werden, bevor es die Rezirkulationsschleife verlässt. Insbesondere hat der Erfinder festgestellt, dass bei einem Gasstrom, der etwa 10 Mal durch die Rezirkulationsschleife 130 rezirkuliert wird, etwa 99,9% der Partikel, die eine Größe von mehr als 5 Mikrometer haben, aus dem Gasstrom über das System 100 entfernt werden. Daher stellt das Gasdichtungsversorgungssystem 100 anhand des Gebrauchs der Rezirkulationsschleife 130 Filtermerkmale bereit, die gleich oder besser sind als herkömmliche Koaleszenzfilterpatronenanordnungen, ohne dass die Wartung oder die Größeneinschränkungen der Koaleszenzfiltersysteme auftreten. Das beispielhafte Gasdichtungsversorgungssystem 100 stellt eine kompakte Inlinebauweise bereit, die hohe Flüssigkeitsmengen verarbeiten kann, nämlich bis zu 30% Flüssigkeits-Gas-Massenverhältnis und/oder bis zu etwa 4% Flüssigkeits-Gas-Volumenverhältnis.
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Wenn der Gasstrom die Rezirkulationsschleife 130 verlässt, wird er durch eine Heizeinheit 110 gelenkt. Die Heizeinheit 110 kann eine Einheit eines beliebigen Typs von Wärmeaustauscher sein, der konfiguriert wird, um Hitze in einen Gasstrom einzuleiten und ferner, und bei Ausführungsformen der Erfindung, bei welchen das System 100 in einem Gaswerk umgesetzt wird, kann ein Wärmeaustauscher, der heißes Abgas aus einem anderen Prozess/einer anderen Maschine als Hitzequelle verwendet, verwendet werden, um den Gasstrom in der Heizeinheit 110 zu erhitzen. Ungeachtet des Typs oder der Konfiguration der Heizeinheit 110, die in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform umgesetzt wird, wird die Heizeinheit 110 im Allgemeinen konfiguriert, um den Gasstrom auf eine Temperatur zu erhitzen, die ausreicht, um irgendwelche Kondensate (falls sie vorhanden sind), die in dem Gasstrom verbleiben, in einen gasförmigen Zustand zurück zu verwandeln, das heißt um irgendwelche restliche Kondensate von einem flüssigen auf einen gasförmigen Zustand überzuführen. Die Heizeinheit 110 kann verwendet werden, um den Trockengasstrom auf jede gewünschte Temperatur zu erhitzen, das heißt, wenn man eine saubere, trockene, überhitzte Gasversorgungsquelle wünscht, kann die Heizeinheit 110 verwendet werden, um den Trockengasstrom auf die gewünschte überhitzte Temperatur zu erhitzen. Sobald der Gasstrom von der Heizeinheit 110 erhitzt wurde, verlässt das Gas generell das System 100, nachdem es durch ein oder mehrere Ventile 112 gelaufen ist. 1 deutet mit dem Pfeil 114 den Gasstrom an, der das System 100 verlässt.
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2 veranschaulicht einen höheren beispielhaften Rotationsabscheider 202 und einen Druckverstärker 204, die in dem beispielhaften System der 1 verwendet werden können. Die Kombination aus Abscheider 202 und Druckverstärker 204 ist hier als System 200 angezeigt. Der Rotationsabscheiderteil 202 erhält einen Gasstrom an dem Einlass 208. Der Einlass 208 leitet das Gas durch eine Dralldüse oder eine Schaufelmontage 206, die konfiguriert wird, um dem Gas bei seinem Eintreten in die Abscheidertrommel 210 eine Wirbelbewegung zu verleihen. Die angetriebene Abscheidertrommel 210 kann drehbar installiert werden, und des Weiteren kann die Abscheidertrommel 210 an einer drehbaren Welle 214 befestigt werden, die konfiguriert wird, um die Abscheidertrommel 210 anzutreiben. Die Welle 214 kann auch verwendet werden, um den Druckverstärker 204 anzutreiben, der im Allgemeinen konfiguriert wird, um den Druck in dem Gas, das den Abscheider 202 verlässt, zu erhöhen. Der Druckverstärker 204 kann drehende Schaufeln 212 aufweisen, die von der Welle 214 angetrieben werden, die konfiguriert sind, um den Druck des Gases, das durch sie läuft, zu erhöhen, das heißt ein Kompressor.
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Das Bereitstellen einer Antriebskraft für die Abscheidertrommel 210 stellt für das vorliegende System signifikante Vorteile dar. Herkömmliche Rotationsabscheider verwenden im Allgemeinen den Versorgungsgasstrom, um die nötige Drehung zu erzeugen, um die flüssigen Kondensate zentrifugal von dem Gasstrom zu trennen. Daher sind herkömmliche Rotationsabscheider dafür bekannt, nicht effizient zu sein, wenn kein Differenzdruck vorhanden ist (kein Strom), um den drehenden Aufbau anzutreiben, was der Fall des Kompressorabschalt- oder -hochlaufmodus ist. Bei mindestens einer Ausführungsform der Erfindung kann der Rotationsabscheider von der Welle 214 angetrieben werden, und der Rotationsabscheider kann daher von der Welle und nicht durch die Druckdifferenz des Gasstroms auf Betriebsgeschwindigkeit gebracht werden. Ferner kann der angetriebene Rotationsabscheider auf Betriebsgeschwindigkeit gebracht werden, bevor der Nassgasstrom zu ihm geliefert wird, und in diesem Fall kann der angetriebene Rotationsabscheider konfiguriert werden, um mit 100%-iger Abscheideffizienz zu funktionieren, wenn der Nassgasstrom zuerst in den Abscheider 202 eintritt, so dass vermieden wird, dass nasses Gas beim Starten zu den Gasdichtungen geliefert wird (wie das der Fall der bei herkömmlichen Abscheidevorrichtungen ist).
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3 veranschaulicht einen beispielhaften Expander oder eine beispielhafte Turbine 300, die verwendet werden können, um den beispielhaften Rotationsabscheider und/oder Druckverstärker, die in den 1 und 2 veranschaulicht sind, anzutreiben. Der Expander 300 umfasst im Allgemeinen mehrere drehende Schaufeln 306, die konfiguriert werden, um ein mit Druck beaufschlagtes Gas an einem Einlass 310 zu empfangen. Das druckbeaufschlagte Gas 310 veranlasst die Schaufeln 306, die an einer zentralen Welle 304 befestigt sind, zu drehen, während der Druck über die Schaufeln 306 abfällt. Das Drehen kann zum Beispiel in die Richtung des Pfeils 308 erfolgen. Sobald das druckbeaufschlagte Gas über die Schaufeln 306 läuft und sie in Drehung versetzt, kann das Gas den Expander 300 über einen Auslass 312 verlassen.
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Der Expander oder die Turbine 300 kann auch eine Magnetkupplung 302 umfassen, die ein äußeres Deckband 314 umfassen kann, das an der Welle 304 befestigt ist, und das auch mit einer inneren Nabe 316 magnetisch gekuppelt ist, um getrennt gleichzeitig damit zu drehen. Bei dieser Konfiguration wird die Nabe 316, während die Welle 304 und das Deckband 314 drehen, ebenfalls zum Drehen über die magnetische Kupplung mit dem Deckband 314 veranlasst. Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Nabe 316 an der Welle 214 des Rotationsabscheiders und/oder Druckverstärkersystems 200 befestigt werden, um diesen Drehung bereitzustellen. Die kuppelnde äußeren Nabe 312 und inneren Nabe 316 werden von einer Abdeckung getrennt, die jedes Lecken aus dem Abscheider-/Druckverstärkerabschnitt in den Expanderabschnitt verhindert. Das magnetische Kuppeln des Expanders mit dem Druckverstärker oder Abscheider bewirkt, dass das Lecken an Dichtungen verringert wird, das gewöhnlich bei einer direkten Wellenkupplungskonfiguration verwendet würde, und verbessert die Effizienz, Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems.
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4 veranschaulicht eine Querschnittansicht eines beispielhaften Rotationsabscheiders 400, der in dem beispielhaften System 100 der Erfindung verwendet werden kann. Der beispielhafte Abscheider 400 umfasst im Allgemeinen einen Gasstromeinlass 402, der konfiguriert wird, um einen Nassgasstrom aufzunehmen und den Nassgasstrom zu mehreren Leitschaufeln oder Düsen 410 zu übertragen, wobei die Leitschaufeln oder Düsen 410 konfiguriert werden, um dem Nassgasstrom beim Eintreten des Gasstroms in den Abscheider 400 eine Wirbelbewegung zu verleihen. Das Innere des Abscheiders 400 umfasst im Allgemeinen eine Rotationstrommel 414, die in einer Abscheidekammer 416 positioniert ist. Das Drehen der Trommel 414 steigert die Wirbelbewegung oder Umfangsgeschwindigkeit des Nassgasstroms und veranlasst, dass die nassen Kondensate in dem Gasstrom zentrifugal nach außen gegen eine Außenwand 408 der Abscheidekammer 416 geschleudert werden. Die flüssigen Kondensate werden gegen die Außenwand 408 geschleudert und bleiben an dieser haften. Die Kondensate bewegen sich entlang des Gefälles der Außenwand 408 und werden in einem äußeren Behälter 412 gesammelt, in dem die Flüssigkeit von dem Rotationsabscheider 400 abgeleitet werden kann. Der Trockengasstrom dreht und/oder wirbelt durch den Rotationsabscheider 400 und verlässt den Rotationsabscheider 400 an dem Auslass 404, nachdem er durch einen zweiten Satz Schaufeln oder Düsen 406 gelaufen ist, die konfiguriert sind, um den Trockengasstrom bei seinem Verlassen des Abscheiders 400 zu streuen/gerade zu richten.
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Die Anmelder weisen daraufhin, dass die Erfindung nicht auf die Umsetzung irgendeines bestimmten Rotationsabscheiders beschränkt sein soll, und dass verschiedene Änderungen an den Abscheidern, die hier veranschaulicht werden, ausgeführt werden können, ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein Rotationsabscheider, wie zum Beispiel der Rotationsabscheider, der in dem gemeinschaftlich übertragenen
U.S. Patent Nr. US 7 241 392 B2 beschrieben ist, in dem Abscheidesystem der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Der Inhalt des Patents '392 wird hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Offenbarung insoweit eingegliedert, als die Referenz '392 mit der vorliegenden Offenbarung nicht in Widerspruch steht. Die Anmelder weisen daraufhin, dass der Abscheider
10, der in dem Patent '392 gezeigt ist, in einen angetriebenen Abscheider umgewandelt werden kann, indem die zentrale Welle (die mit der Achse „x” durchgehend in
2 gezeigt ist) des Abscheiders
10 mit einem Antrieb, wie oben beschrieben, gekuppelt wird.
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5 veranschaulicht eine seitliche Querschnitt- und Endquerschnittansicht eines beispielhaften Gasdichtungsversorgungsabscheidesystems 500 der Erfindung, bei dem alle Bauteile des Abscheidesystems in einem einzelnen Gehäuse oder Mantel umgesetzt werden. Insbesondere kann das System 500 einen Expander 510 aufweisen, der konfiguriert wird, um ein mit Druck beaufschlagtes Gas zu empfangen und den Druck des Gases in eine Drehbewegung einer Welle 502 umzuwandeln. Die Welle 502 kann magnetisch in 508 an einem angetriebenen Rotationsexpander 504 und/oder Druckverstärker, wie allgemein oben beschrieben, gekuppelt werden. Ein Vorteil, den das Abscheidesystem 500 bereitstellt, besteht darin, dass das gesamte Abscheidesystem in einem einzelnen Gehäuse enthalten ist und nur einen Bruchteil des Raums braucht, der von herkömmlichen Gasabscheidemaschinen und -systemen verwendet wird. Ausführungsformen der Erfindung ziehen es zum Beispiel in Betracht, dass das gesamte Abscheidesystem 500 in einem einzelnen Gehäuse oder soliden Blockgehäuse ausgebildet wird. Zusätzlich können auch Gasstromheiz- und Kühlvorrichtungen, Steuerventile usw. in oder bündig auf dem einzelnen Gehäuse des Systems 500 positioniert werden, so dass noch mehr Raum gespart wird, um das beispielhafte System der Offenbarung umzusetzen.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden daher konfiguriert, um Flüssigkeiten aus Gasdichtungs-Puffergasversorgungsleitungen mit einem Rotationsabscheider zu entfernen, wobei der Rotationsabscheider von einer anderen Vorrichtung angetrieben wird, wie zum Beispiel von einem Motor oder einer Turbine. Daher liefert der angetriebene Abscheider 100 Effizienz bei Kompressorstillstand während des Startens, während herkömmliche Abscheider eine verringerte Abscheidekapazität haben, bis die Drehzahl ein gewünschtes Niveau erreicht, was gewöhnlich durch den Gasstrom durch den Abscheider hindurch bestimmt wird. Durch Bereitstellen eines angetriebenen Abscheiders kann der Abscheider vor dem Einschalten der Puffergasversorgung auf Drehzahl gebracht werden und schützt daher die Gasdichtungen in einem viel höheren Ausmaß als herkömmlich möglich.
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Bei mindestens einer Ausführungsform der Erfindung kann eine einzelne Welle von einem kleinen Expander oder einer kleinen Turbine angetrieben werden, die entweder den Trockengasdichtungsleckstrom oder Leckstrom der Zwischenlabyrinthdichtung, der zur Fackel fließt, als Antrieb verwenden. Eine andere Option wäre es, den Gasstrom zu verwenden, der zur Trenndichtung läuft. Der Zweck des Gebrauchs dieser Leitungen besteht darin, die Antriebskraft des Fackel-/Abgases zu verwenden, um den Rotationsabscheider vor dem Zuführen von Gas zu dem Abscheider zu drehen. Das erlaubt es dem Rotationsabscheider, die Betriebsdrehzahl (Drehzahl für das optimale Abscheiden) vor dem Starten des Trockengasdichtungs-Pufferstroms zu erreichen. Ein weiterer Vorteil der aktuellen Konfiguration besteht darin, dass der angetriebene Rotationsabscheider, wenn er einen Flüssigkeitsschwall erhält, den Antreiber hat, um die geeignete Betriebsdrehzahl aufrecht zu erhalten und einen Verlust an Abscheideffizienz zu vermeiden, der gewöhnlich auftritt, wenn ein Abscheider ohne Antrieb einen Flüssigkeitsschwall erhält. Zusätzlich können die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung konfiguriert werden, um einen Gasstrom zu verarbeiten, auch wenn der das Gas empfangende Bauteil, zum Beispiel der Kompressor oder die Turbomaschine, im Stoppmodus mit Druckbeaufschlagung ist, also in einem Modus, bei dem die Dichtungen für den empfangenden Kompressor oder die empfangende Turbomaschine der größten Gefahr eines Antreffens von Kondensaten ausgesetzt sind.
