JP2016510099A - ガスタービンのための排出システム - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの流入パイプと、第１の流出パイプと、流入パイプと第１の流出パイプとに別々に接続された圧力容器と、を備える排出システムに関する。絞りオリフィスプレートおよび少なくとも１つの切換バルブが流入パイプの各々に直列接続されており、絞りオリフィスプレートおよび少なくとも１つの切換バルブは排出パイプに直列接続されている。排出システムはさらに圧力解放デバイスを備えており、さらに流入パイプの各々にチェックバルブが直列接続され、圧力容器に圧力測定デバイスが接続され、圧力解放デバイスは、圧力容器に接続された自動圧力制御バルブである。本発明のガスタービンのための排出システムは、ガスタービンの作動中に凝縮物を除去でき、それによって安全な運転を保証する。

Description

本発明は、ガスタービンのための排出システムに関し、特に燃料として天然ガスを用いるガスタービンのための排出システムに関するものである。

燃料に天然ガスを使用するガスタービンでは、複数の接続パイプが天然ガス供給デバイスをガスタービンの燃焼チャンバに接続している。天然ガスは、コンプレッサからの酸素含有ガスと混合された後に燃焼チャンバで燃焼され、それによってガスタービンが駆動される。天然ガスの組成はその調達元や産出場所によって変化することがあるが、その主な成分はアルカン、特にメタンである。使用される天然ガスがメタン以外の成分を高いレベルで含む場合には、所定の作動期間が経つと、ガス供給デバイスや接続パイプの中に凝縮物が生成される。これら凝縮物は、主にプロパン、ブタン、ペンタン、エチレン、プロピレン、およびアセチレンなどからなり、ろう状であり、可燃性および腐食性を有する。なんらかの対策がとられない場合には、凝縮物は、絶え間なく増大し、さらには燃焼チャンバに入り込んで燃焼チャンバのノズルや燃焼安定性に影響を及ぼすことがある。

既存のガスタービンには、タービンの停止時に天然ガス供給デバイスおよび接続パイプからの凝縮水を回収するための排出システムが設けられている。そうした排出システムは天然ガス供給デバイスが停止工程にある（つまり接続パイプ内に天然ガスが存在しない）場合にのみ作動でき、そのためメタン以外の成分を低レベルで含む天然ガスにしか適していない。また、凝縮物の流動性は低いため、そうした排出システムは、メタン以外の成分を高レベルで含む天然ガスによって生成される凝縮物を回収するために使用することはできない。それゆえ、メタン以外の成分を高レベルで含む天然ガスにガスタービンが適するように、どのようにしてさまざまな成分を含む天然ガスに対するガスタービンの順応性を高めるかが当技術分野において迅速な解決が待たれる課題となっている。

本発明の目的は、ガスタービンの運転中に凝縮物を除去するための、ガスタービンのための排出システムを提供することである。この排出システムは、少なくとも１つの流入パイプと、第１の流出パイプと、流入パイプと第１の流出パイプとに別々に接続された圧力容器と、を備える。絞りオリフィスプレートおよび少なくとも１つの切換バルブが、流入パイプの各々において直列接続されており、かつ絞りオリフィスプレートおよび少なくとも１つの切換バルブが第１の流出パイプにおいて直列接続されている。排出システムはさらに圧力解放デバイスを備えており、流入パイプの各々においてチェックバルブが直列接続されており、かつ圧力容器にはさらに圧力測定デバイスが接続されており、圧力解放デバイスは、圧力容器に接続される自動圧力調整バルブである。本発明の排出システムは、天然ガス供給デバイスが作動したままでガス圧力および重力の作用下で凝縮物を圧力容器内に流入できるようにし、その一方でチェックバルブは、すでに圧力容器に流入した天然ガスが、天然ガス供給デバイスまたは接続パイプへ逆流することを防止できる。加えて圧力測定デバイスは圧力容器内の圧力を測定でき、同時に圧力解放デバイスは、圧力測定デバイスによって測定された圧力が所定の値を超える場合に安全性を確保するよう圧力容器内部の圧力を解放できる。

本発明の別の態様によれば、排出システムは、圧力容器に接続された、手動機能を備える安全バルブである別の圧力解放デバイスをさらに備える。自動圧力制御バルブはオペレータによる圧力解放デバイスの作動を容易にする。自動圧力制御バルブと協働する手動機能を備える安全バルブを使用することによって、手動機能を備える安全バルブは、自動圧力制御バルブを補足でき、自動圧力制御バルブが故障した場合でも圧力容器内部の圧力を解放できる。

本発明の別の態様によれば、さらに液体レベル測定デバイス（液体高さ測定デバイス）が圧力容器に接続される。液体レベル測定デバイスは、より多くの凝縮物を回収するために圧力容器内部のスペースを解放するように、液体レベルが特定の値を超えた場合に流出パイプを開けることができる。

本発明の別の態様によれば、圧力容器はさらにバッフルを備える。バッフルは圧力容器のベースプレートに直交しており、凝縮物がバッフルを通過できるようにする開口を有する。バッフルは圧力容器内の液体の高さを安定するよう維持することに役立ち、液体レベル測定デバイスによって測定される液体レベルが、圧力容器内に流入する凝縮物によって引き起こされる変動に起因する影響を受けることを防止することに役立つ。

本発明の別の態様によれば、排出システムは第２の流出パイプをさらに備えており、第２の流出パイプは、第２の流出パイプにおいて直列接続される絞りオリフィスプレートおよび少なくとも１つの切換バルブを備えており、第１の流出パイプの流入部は圧力容器のベースプレートよりも高く、一方で第２の流出パイプの流入部は圧力容器のベースプレートと同じ高さにあり、かつ、第１の流出パイプおよび第２の流出パイプは絞りオリフィスプレートを共同使用している。その流入部が圧力容器のベースプレートよりも高い位置に設けられた第１の流出パイプは、圧力容器内の液体レベルが過度に低くなることを防止できる一方で、圧力容器のベースプレートと同じ高さに設けられた第２の流出パイプは、必要であれば、圧力容器を完全に乾燥させることができる。

本発明の別の態様によれば、圧力容器にはさらに水噴射パイプが接続される。水噴射パイプは、圧力容器を清掃する際に水を噴射するために使用される。

本発明の別の態様によれば、切換バルブは、手動機能を備える安全バルブと圧力容器との間、圧力測定デバイスと圧力容器との間、および水噴射パイプにそれぞれ接続されている。切換バルブは関連する設備へ流れる流体を制御するために使用される。

本発明の別の態様によれば、圧力容器にはさらに温度測定デバイスが接続される。温度測定デバイスは、対応するバルブを制御するために温度が所定の値よりも高いか低い場合に警告を発するために使用される。

本発明の別の態様によれば、２つの切換バルブが流入パイプにおいてそれぞれ直列接続される。この切換バルブは電動切換バルブである。電動切換バルブは、オペレータによる切換バルブの作動を容易にする；２つの切換バルブを使用することは流体制御の信頼性を高めるのに役立つ。

本発明の別の態様によれば、排出システムは５つの流入パイプを備える。複数の流入パイプは、天然ガス供給デバイスまたは接続パイプのさまざまな位置からの凝縮物のより完全な回収を促進する。

以下では、明確で分かりやすい方法で添付の図面を参照して好ましい実施形態について説明し、本発明の上述の特性、技術的特徴および利点ならびにその実施形態をさらに解説する。

以下の添付の図面は、本発明の範囲を規定しない単なる例示であり、本発明を概略的に説明する。

矢印が作動状態にある流体の流動方向を示す、本発明の一実施形態に基づく排出システムの概略図である。

本発明の技術的特徴、目的および効果がより明瞭に理解されるように、添付の図面を参照しながら本発明の特定の実施形態について説明する。図面では同じ参照符号は、同じ構成要素または類似の構造を備えるが機能が同一の構成要素を示す。また、同じ構造または機能を備える構成要素が複数ある場合には、そのうちの１つのみが概略的に図示されるか参照符号が付与される。整然とした見た目の図面を提供するために、本発明に関連する部分のみが概略的に図示されている；図面は製品として本発明の実際の構造を図示するものではない。本明細書において「接続」との用語は直接的な「接続」または第三の構成要素を介する「接続」を意味する。

図１には、本発明の一実施形態に基づく排出システムの概略図が図示される。この排出システムはガスタービンのためのものであり、５つの流入パイプ１１，１２，１３，１４および１５と、１つの第１の流出パイプ３１と、流入パイプ１１，１２，１３，１４および１５と１つの第１の流出パイプ３１とに別々に接続される１つの圧力容器２１と、を備える。絞りオリフィスプレートおよび切換バルブが各流入パイプにおいて直列接続されている。簡略化のために流入パイプ１１における絞りオリフィスプレート１１２および切換バルブ１１１のみに参照符号を付与し、他の流入パイプにおける絞りオリフィスプレート１１２および切換バルブ１１１に関する参照符号は、後述のチェックバルブ１１３の参照符号と同様に省略する。同時に絞りオリフィスプレート３３および少なくとも１つの切換バルブ３１１が第１の流出パイプ３１に直列接続される。排出システムはさらに圧力解放デバイスを備えており、チェックバルブ１１３が流入パイプの各々に直列接続され、また圧力測定デバイス２２が圧力容器２１に接続され、圧力解放デバイスは、圧力容器２１に接続された自動圧力制御バルブ４２である。当業者であれば、特定の要求に応じて、少なくとも１つの流入パイプまたはより多くの流入パイプを設けてもよいことを理解するだろう。本発明の排出システムは、天然ガス供給デバイスが作動したままでも、ガス圧力および重力の作用下で圧力容器２１内に凝縮物を流入させることができる。チェックバルブ１１３は、圧力容器２１にすでに流入した天然ガスが、天然ガス供給デバイスまたは接続パイプに逆流ことを防止できる。このとき流入パイプは好ましくは、要求および実際の状況に応じて天然ガス供給デバイスまたは接続パイプのうちの１つ以上の相対的に低いポイントで接続されている。加えて、圧力測定デバイス２２は圧力容器２１内部の圧力を測定でき、一方で圧力解放デバイスは、圧力測定デバイス２２によって測定された圧力が許容値を超える場合の安全を確保するために、圧力容器内部の圧力を解放できる。圧力容器２１内部の圧力が特定の値よりも低い場合には、圧力は、圧力容器２１内部により多くの天然ガスを導入することによって増大させられる。例えば、凝縮物の気化を避けつつ圧力容器２１内部の凝縮物の流動性を保つために、圧力容器２１内部の圧力は約５バールに保持できる。この圧力は、より多くの凝縮物を回収するために、第１の流出パイプ３１を開くことによって圧力容器２１内部のスペースをそれに続いて解放することを促進する。図１では各流入パイプに直列接続された２つの切換バルブが示されるが、当業者には、１つだけの切換バルブを各流入パイプに直列接続でき、好ましくは流入パイプにおける切換バルブが電動切換バルブであることも理解されるだろう。各流入パイプにおける絞りオリフィスプレートは、圧力容器２１内の圧力およびスペースを解放する工程で生じる天然ガスの損失を低減するのに役立つ。

排出システムはさらに別の圧力解放デバイスを備える。こうした他の圧力解放デバイスは、圧力容器２１に接続された手動機能(a manual function)を備える安全バルブ４１である。自動圧力制御バルブ４２はオペレータによる圧力解放デバイスの作動を容易にする。自動圧力制御バルブ４２と協働して、手動機能を備える安全バルブ４１を使用することによって、手動機能を備える安全バルブ４１は、自動圧力制御バルブ４２を補足でき、自動圧力制御バルブ４２が故障した場合でも圧力容器２１内部の圧力を解放できる。

さらに液体レベル測定デバイス２３が圧力容器２１に接続される。液体レベル測定デバイス２３によって、より多くの凝縮物を回収するために圧力容器２１内部のスペースを解放するよう液体の高さが特定の値を超えた場合に流出パイプを開くことができる。圧力容器２１はさらにバッフル２６を備える。バッフル２６は、圧力容器２１のベースプレートに直交しており、かつ凝縮物がバッフル２６を通過できるようにする開口を有する。バッフル２６は、圧力容器２１の液体レベルを安定して保持するのに役立ち、また液体レベル測定デバイス２３によって測定される液体レベルが、圧力容器２１に流入する凝縮物によって引き起こされる変動に影響されることを防止するのに役立つ。当業者であれば本明細書で使用される「直交」との用語が厳密に直交することを意味するよう使用されておらず、バッフル２６と圧力容器２１のベースプレートとのおおまかな構成を意味しており、液体レベル測定デバイス２３によって測定される液体レベルを安定させる効果が得られることを理解するだろう。

排出システムはさらに第２の流出パイプ３２を備える。絞りオリフィスプレート３３および少なくとも１つの切換バルブ３２１は第２の流出パイプ３２に直列接続される。第１の流出パイプ３１の流入部は、圧力容器２１のベースプレートより高い位置に設けられるが、第２の流出パイプ３２の流入部は圧力容器２１のベースプレートと同じ高さに設けられる。当業者であれば、図１に図示される実施形態では１つの絞りオリフィスプレート３３は第１の流出パイプ３１と第２の流出パイプ３２とによって共同使用されているが、第１の流出パイプ３１および第２の流出パイプ３２に個別の絞りオリフィスプレートを配設できることを理解するだろう。その流入部が圧力容器２１のベースプレートよりも高い位置に設けられた第１の流出パイプ３１は、圧力容器２１内の流体レベルが過度に低くなることを防止でき、一方で圧力容器２１のベースプレートと同じ高さに設けられた第２の流出パイプ３２は、必要な場合に例えば圧力容器２１を清掃する場合に圧力容器２１を完全に乾燥させることを可能にする。また圧力容器２１には水噴射パイプ２５が接続され、圧力容器を清掃する場合に水を噴射できる。

切換バルブ（４２１，２２１，２５１）がそれぞれ、手動機能を備える安全バルブ４１と圧力容器２１との間、圧力測定デバイス２２と圧力容器２１との間、および水噴射パイプ２５上にそれぞれ接続される。これら切換バルブは、関連する設備へ流れる流体を制御するために使用され、好ましくは手動切換バルブである。

また圧力容器２１には温度測定デバイス２４が接続される。温度測定デバイスは、対応するバルブを制御するために、温度が特定の値より高いあるいは低い場合に警告するために使用される。

本明細書において「概略的」との用語は「実際の例として機能する、例示または実例」を意味しており；図面および本明細書における「概略的に」説明された実施形態は、より好ましいあるいはより有利な技術的解決法として解釈されるべきではない。

上述の一連の詳細な説明は単に本発明の実施形態の具体的な例示であり、本発明の保護範囲を限定するよう意図されたものではない。本発明の技術的趣旨から逸脱しない限りすべての同等の実施形態または変更は、本発明の保護範囲に含まれるべきである。

１１， １２， １３， １４， １５ 流入パイプ
１１１， ３１１ 電動切換バルブ
２２１， ２５１， ３１２， ３２１， ４２１ 手動切換バルブ
１１２， ３３ 絞りオリフィスプレート
２１ 圧力容器
２２ 圧力測定デバイス
２３ 液体レベル測定デバイス
２４ 温度測定デバイス
２５ 水噴射パイプ
３１ 第１の流出パイプ
３２ 第２の流出パイプ
４１ 手動機能を備える安全バルブ
４２ 自動圧力調整バルブ

Claims (10)

1. ガスタービンのための排出システムであって、
   少なくとも１つの流入パイプ（１１）と、第１の流出パイプ（３１）と、前記流入パイプ（１１）と前記第１の流出パイプ（３１）とに別々に接続された圧力容器（２１）と、を備えており、
   絞りオリフィスプレート（１１２）および少なくとも１つの切換バルブ（１１１）が、前記流入パイプ（１１）の各々において直列接続されており、かつ、
   絞りオリフィスプレート（３３）および少なくとも１つの切換バルブ（３１１）が前記第１の流出パイプ（３１）において直列接続されており、
   前記排出システムはさらに圧力解放デバイスを備えており、前記流入パイプ（１１）の各々においてチェックバルブ（１１３）が直列接続されており、かつ前記圧力容器（２１）にはさらに圧力測定デバイス（２２）が接続されており、前記圧力解放デバイスは、前記圧力容器（２１）に接続される自動圧力調整バルブ（４２）であることを特徴とする排出システム。
2. 前記排出システムは、前記圧力容器（２１）に接続された、手動機能を備える安全バルブ（４１）である別の圧力解放デバイスをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の排出システム。
3. さらに液体レベル測定デバイス（２３）が前記圧力容器（２１）に接続されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排出システム。
4. 前記圧力容器（２１）はさらにバッフル（２６）を備えており、前記バッフル（２６）は、前記圧力容器（２１）のベースプレートに直交しており、かつ前記バッフル（２６）を凝縮物が通過できるようにする開口を有することを特徴とする請求項３に記載の排出システム。
5. 第２の流出パイプ（３２）を、前記第２の流出パイプ（３２）において直列接続される絞りオリフィスプレート（３３）および少なくとも１つの切換バルブ（３２１）とともに、さらに備えており、
   前記第１の流出パイプ（３１）の流入部は前記圧力容器（２１）の前記ベースプレートよりも高く、一方で前記第２の流出パイプ（３２）の流入部は前記圧力容器（２１）の前記ベースプレートと同じ高さにあり、かつ、
   前記第１の流出パイプ（３１）および前記第２の流出パイプ（３２）は絞りオリフィスプレート（３３）を共同使用していることを特徴とする請求項１に記載の排出システム。
6. 水噴射パイプ（２５）が前記圧力容器（２１）にさらに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の排出システム。
7. 切換バルブ（４２１，２２１，２５１）は、手動機能を備える前記安全バルブ（４１）と前記圧力容器（２１）との間、前記圧力測定デバイス（２２）と前記圧力容器（２１）との間、および前記水噴射パイプ（２５）にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１に記載の排出システム。
8. さらに温度測定デバイス（２４）が前記圧力容器（２１）に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の排出システム。
9. ２つの切換バルブ（１１１）が前記流入パイプ（１１）の各々に直列接続されており、前記切換バルブ（１１１）は電動切換バルブであることを特徴とする請求項８に記載の排出システム。
10. 前記排出システムは前記流入パイプ（１１）を５つ備えることを特徴とする請求項９に記載の排出システム。

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