JP2019531454A - System and method for incorporating condensed water with improved cooler performance - Google Patents
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
- F25J2210/60—Natural gas or synthetic natural gas [SNG]
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract
プロセス流体を冷却するための方法及びシステムが開示される。タービンの吸入空気流は、吸入空気冷却システムで冷却される。冷却吸入空気流に含まれる水分は、冷却吸入空気流から凝縮されて分離され、開ループ回路内の水流を生成する。水流は、空気冷却器空気流の中に噴射される。混ぜ合わされた空気冷却器空気流及び噴射水流は、空気冷却器を通して送られる。プロセス流体と混ぜ合わされた空気冷却器空気流及び噴射水流との間で熱が交換され、プロセス流体を凝縮、冷却、又は過冷却する。【選択図】図1A method and system for cooling a process fluid is disclosed. The turbine intake air stream is cooled by an intake air cooling system. Moisture contained in the cooling intake air stream is condensed and separated from the cooling intake air stream to produce a water stream in the open loop circuit. The water stream is injected into the air cooler air stream. The combined air cooler air stream and jet water stream are routed through the air cooler. Heat is exchanged between the air cooler air stream and the jet stream mixed with the process fluid to condense, cool, or subcool the process fluid. [Selection] Figure 1
Description
(関連出願の相互参照)
本出願は、2016年8月16日出願の米国特許出願第62/375,705号「改良された冷却器性能をもつ凝縮水を取り入れるためのシステム及び方法」に関し、その開示内容全体は、引用により本明細書に組み込まれる。
(Cross-reference of related applications)
This application is related to US Patent Application No. 62 / 375,705 “System and Method for Incorporating Condensate with Improved Cooler Performance” filed Aug. 16, 2016, the entire disclosure of which is incorporated by reference Is incorporated herein by reference.
本出願は、本出願と同じ出願人で同日に出願された米国仮特許出願第62/375,700号「タービン入口冷却を用いて天然ガスを液化するためのシステム及び方法」の優先権の利益を主張し、その開示内容全体は、引用により本明細書に組み込まれる。 This application is a priority benefit of US Provisional Patent Application No. 62 / 375,700 entitled “System and Method for Liquefaction of Natural Gas Using Turbine Inlet Cooling,” filed on the same day as the present application. The entire disclosure of which is incorporated herein by reference.
(技術分野)
本開示は、一般的にガスタービンに関し、より詳細にはガスタービン又は別のプロセス構成要素の吸入空気冷却に関する。
(Technical field)
The present disclosure relates generally to gas turbines, and more particularly to intake air cooling of a gas turbine or another process component.
本セクションは、本開示に関連し得る技術の種々の態様を紹介することを意図している。本検討は、本開示の特定の態様のさらなる理解を容易にするための骨組みを提供することを意図している。従って、本セクションは、この観点で読むべきであり、必ずしも先行技術を自認するものではないことを理解されたい。 This section is intended to introduce various aspects of the technology that may be relevant to the present disclosure. This discussion is intended to provide a framework for facilitating further understanding of certain aspects of the present disclosure. Accordingly, it should be understood that this section should be read in this regard and is not necessarily an admission of prior art.
多くの工業プロセスは、1又は複数のタービンを用いて発電するか又は機械的負荷を駆動する。例えば、炭化水素生産施設は、燃焼ガスタービンを用いて、天然ガスを気体から液体状態に冷凍するのに必要な圧縮機を駆動する。詳細には、LNG生産施設は、2又は3以上の冷凍回路を用いて、少なくとも流入天然ガスを予冷却した後に液化する。多くの場合、これらの施設における種々の冷凍回路の使用は、最適化されず、冷凍回路の1又は2以上の予冷却能力は、全ての作動条件に対して完全に利用することはできない。広範な周囲温度での作動は、種々の冷凍回路のこのようなアンバランスをもたらす可能性がある要因となる場合がある。 Many industrial processes use one or more turbines to generate electricity or drive mechanical loads. For example, hydrocarbon production facilities use combustion gas turbines to drive the compressors necessary to freeze natural gas from a gas to a liquid state. Specifically, the LNG production facility uses two or more refrigeration circuits to liquefy after at least pre-cooling the incoming natural gas. In many cases, the use of various refrigeration circuits in these facilities is not optimized and one or more pre-cooling capabilities of the refrigeration circuit cannot be fully utilized for all operating conditions. Operation over a wide range of ambient temperatures can be a factor that can lead to such imbalances in various refrigeration circuits.
さらにまた、燃焼ガスタービン駆動装置は、周囲温度の影響を受けやすく、周囲温度の摂氏1度毎の上昇に対して利用可能動力の約0.7%を失う可能性がある。このことは、周囲温度に関係なく所要馬力が利用可能なことを保証するために、多くのLNGプラントは、過度に複雑に設計する必要があることを意味する。 Furthermore, combustion gas turbine drives are sensitive to ambient temperature and can lose about 0.7% of available power for every 1 degree Celsius increase in ambient temperature. This means that many LNG plants need to be overly complex to ensure that the required horsepower is available regardless of the ambient temperature.
Fanning他の米国特許第6,324,867号には、1つの冷凍回路の余剰の冷凍能力を利用して、別の冷凍回路の1又は複数のガスタービン駆動装置のための吸入空気を冷却し、結果的にLNGプラントの全能力を高める、天然ガスを液化するためのシステム及び方法が記載されている。Fanningの開示内容全体は引用により本明細書に組み込まれる。タービンの吸入空気を実質的に一定の低い温度に維持することによって、タービンが生成する出力は、周囲空気温度に関係なく高レベルを維持する。これによって、LNGプラントは、より大きな能力を得るように設計することが可能になり、さらにこのプラントは、年間を通して実質的に一定の生産速度で作動することが可能になる。さらに、Fanningのシステムは、このタイプのLNGシステムに既存の第1の冷媒回路、例えば、冷却剤としてプロパンを含む回路を用いるので、追加の冷却源を必要としない。 US Pat. No. 6,324,867 to Fanning et al. Utilizes the extra refrigeration capacity of one refrigeration circuit to cool intake air for one or more gas turbine drives in another refrigeration circuit. Thus, systems and methods for liquefying natural gas are described that result in increasing the overall capacity of the LNG plant. The entire Fanning disclosure is incorporated herein by reference. By maintaining the turbine intake air at a substantially constant low temperature, the power produced by the turbine remains at a high level regardless of the ambient air temperature. This allows the LNG plant to be designed to gain greater capacity, and allows the plant to operate at a substantially constant production rate throughout the year. In addition, the Fanning system uses an existing first refrigerant circuit for this type of LNG system, for example, a circuit that includes propane as a coolant, so that no additional cooling source is required.
Pierson他の米国特許第8,534,039号には、湿り空気冷却のためにガスタービン吸入空気冷却によって凝縮された水分を使用して有機「ランキン」サイクル凝縮器及び冷媒凝縮器の性能を改良することが記載されている。この冷媒凝縮器は、ガスタービン吸入空気冷却をもたらすシステムの一部である。Piersonでは、凝縮水分は、湿式エアフィン冷却器の下に設けられたボウルに収集され、ポンプは、収集した水分をエアフィンのチューブの上に噴射する。また、Piersonは、補給水を加えてボウルの最低水位を維持する。 US Pat. No. 8,534,039 to Pierson et al. Improves the performance of organic “Rankin” cycle condensers and refrigerant condensers using moisture condensed by gas turbine inlet air cooling for wet air cooling. It is described to do. This refrigerant condenser is part of a system that provides gas turbine intake air cooling. In Pierson, condensed moisture is collected in a bowl provided under a wet air fin cooler, and a pump injects the collected moisture onto the air fin tubes. Pierson also adds makeup water to maintain the lowest water level in the bowl.
しかしながら、Piersonに開示されるようなボウルを使うことを必要とせず、冷却水の大気汚染物質からの可能性のある汚染を最小にするような冷却システムを提供することが望ましい。 However, it would be desirable to provide a cooling system that does not require the use of a bowl as disclosed in Pierson and that minimizes possible contamination from cooling air pollutants.
本開示は、開示された態様によるプロセス流体を冷却するための方法を提供する。タービンの吸入空気流は、吸入空気冷却システムで冷却される。冷却された吸入空気流に含まれる水分は、冷却された吸入空気流から凝縮されて分離され、開ループ回路内に水流を生成する。水流は、空気冷却器空気流の中に噴射される。混ぜ合わされた空気冷却器空気流及び噴射水流は、空気冷却器を通して送られる。熱は、プロセス流体と、混ぜ合わされた空気冷却器空気流及び噴射水流との間で交換され、これによりプロセス流体を凝縮、冷却、又は過冷却する。 The present disclosure provides a method for cooling a process fluid according to the disclosed aspects. The turbine intake air stream is cooled by an intake air cooling system. Moisture contained in the cooled intake air stream is condensed and separated from the cooled intake air stream, creating a water stream in the open loop circuit. The water stream is injected into the air cooler air stream. The combined air cooler air stream and jet water stream are routed through the air cooler. Heat is exchanged between the process fluid and the mixed air cooler air and jet streams, thereby condensing, cooling, or subcooling the process fluid.
また、本開示は、液化天然ガスを生成するために天然ガスを処理する炭化水素プロセスにおいてプロセス流体を冷却するためのシステムを提供する。冷却機は、ガスタービンの入口に配置される。冷却機は、吸入空気流をほぼ乾球温度から湿球温度を下回る温度に冷却するように構成される。分離器は、冷却機の下流に配置され、冷却吸入空気流内の水を分離して開ループ回路内に水流を生成するように構成される。湿式エアフィン冷却器は、水流を空気冷却器空気流と混ぜ合わせて、湿式エアフィン冷却器の中を通るプロセス流体を凝縮、冷却、又は過冷却する。 The present disclosure also provides a system for cooling a process fluid in a hydrocarbon process that processes natural gas to produce liquefied natural gas. The cooler is disposed at the inlet of the gas turbine. The chiller is configured to cool the intake air stream from a substantially dry bulb temperature to a temperature below the wet bulb temperature. The separator is disposed downstream of the chiller and is configured to separate water in the cooled intake air stream to generate a water stream in the open loop circuit. The wet air fin cooler mixes the water stream with the air cooler air stream to condense, cool, or subcool the process fluid passing through the wet air fin cooler.
また、本開示は、プロセス流体を冷却するための方法を提供する。プロセス構成要素の吸入空気流は、吸入空気冷却システムで冷却される。冷却された吸入空気流に含まれる水分は、冷却された吸入空気流から凝縮されて分離され、開ループ回路内に水流を生成する。水流は、空気冷却器空気流の中に噴射される。混ぜ合わされた空気冷却器空気流及び噴射水流は、空気冷却器を通して送られる。熱は、プロセス流体と、混ぜ合わされた空気冷却器空気流及び噴射水流との間で交換され、これによりプロセス流体を凝縮、冷却、又は過冷却する。 The present disclosure also provides a method for cooling a process fluid. The process component intake air stream is cooled by an intake air cooling system. Moisture contained in the cooled intake air stream is condensed and separated from the cooled intake air stream, creating a water stream in the open loop circuit. The water stream is injected into the air cooler air stream. The combined air cooler air stream and jet water stream are routed through the air cooler. Heat is exchanged between the process fluid and the mixed air cooler air and jet streams, thereby condensing, cooling, or subcooling the process fluid.
上記は、以下の詳細な説明をより良く理解することができるように、本開示の特徴を広範に概説する。また、追加の特徴は、本明細書で説明されることになる。 The foregoing has outlined rather broadly the features of the present disclosure in order that the detailed description that follows may be better understood. Additional features will also be described herein.
本開示の上記の及び他の特徴、態様、及び利点は、以下に簡潔に記載される詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付の図面から明らかになるであろう。 The above and other features, aspects, and advantages of the present disclosure will become apparent from the detailed description, claims, and accompanying drawings briefly described below.
各図は単なる例示であり、これによって本開示の範囲が限定されることが意図されていないことに留意されたい。さらに、各図は一般的に縮尺通りに描画されておらず、本開示の種々の態様を好都合かつ明瞭に示す目的で描かれている。 It should be noted that each figure is merely illustrative and is not intended to limit the scope of the present disclosure. Further, the figures are not generally drawn to scale but are drawn for the purpose of conveniently and clearly illustrating various aspects of the present disclosure.
本開示の原理の理解を助けるために、以下では図示された特徴部への参照がなされ、この特徴部を説明するために特定の言語を用いられることになる。それでもなお、本開示の範囲が限定されることは意図されていないことを理解されたい。本明細書で説明するような本開示の原理のあらゆる代替案及びさらなる修正案、及びあらゆるさらなる適用例は、本開示が関連する当業者であれば普通に想到できることが想定される。明瞭化のために、本開示に関連しない一部の特徴部は、図面に示されていない場合がある。 In order to assist in understanding the principles of the present disclosure, reference will now be made to the illustrated feature, and a specific language will be used to describe the feature. Nevertheless, it should be understood that the scope of the present disclosure is not intended to be limited. It is envisioned that any alternatives and further modifications of the principles of the present disclosure as described herein, and any further applications will be commonly conceivable by one of ordinary skill in the art to which this disclosure is related. For clarity, some features not relevant to the present disclosure may not be shown in the drawings.
最初に、参照を容易にするために、本出願で用いる特定の用語及びこれに関連して用いる場合の意味を説明する。本明細書で用いる用語が以下に定義されない限り、当業者にこの用語が少なくとも1つの刊行物又は交付済み特許に示されるように与えられる、最も広範な定義が与えられる。さらに、本発明の技術は、同じ又は同様の目的を果たす全ての均等手段、同義語、新しい進展、及び用語もしくは技術は、本発明の請求項の範囲にあると考えられるので、以下に示す用語の使用によって制限されない。 First, for ease of reference, certain terms used in this application and their meanings when used in this context are described. Unless the terms used herein are defined below, the broadest definition is given to those skilled in the art, as this term is given in at least one publication or issued patent. Further, since the technology of the present invention is considered to be within the scope of the claims of the present invention, all equivalent means, synonyms, new developments, and terms or techniques serving the same or similar purpose are described below. Not limited by the use of.
当業者であれば理解できるように、別の人が同じ特徴又は構成要素を別の名称で参照する場合がある。本明細書は、名称だけが異なる構成要素又は特徴を区別することを意図するものではない。各図は、必ずしも正確な縮尺になっていない。本明細書の所定の特徴及び構成要素は、縮尺又は図の形態が誇張して示される場合があり、従来の要素の一部の詳細は、明確化及び簡略化のために示さない場合がある。本明細書で説明する図を参照する場合、同じ参照番号は、単純化のために複数の図で参照することができる。以下の説明及び請求項では、用語「含む」及び「構成する」は、オープンエンド様式で用いられ、従って、「限定ではないが含む」を意味すると解釈すべきである。 As will be appreciated by those skilled in the art, another person may refer to the same feature or component by another name. This document does not intend to distinguish between components or features that differ only in name. Each figure is not necessarily drawn to scale. Certain features and components of the specification may be shown in exaggerated scale or figure form, and some details of conventional elements may not be shown for clarity and brevity. . When referring to the figures described herein, the same reference numbers may be referred to in several figures for simplicity. In the following description and claims, the terms “including” and “comprising” are used in an open-ended manner and should therefore be interpreted to mean “including but not limited to”.
冠詞「the」、「a」及び「an」は、必ずしもただ1つだけを意味するように限定されず、むしろ随意的に複数の要素を含むように包括的かつオープンエンドである。 The articles “the”, “a” and “an” are not necessarily meant to mean only one, but rather are comprehensive and open-ended to optionally include multiple elements.
本明細書で用いる場合、用語「ほぼ」、「約」、「実質的に」、及び同様の用語は、本開示の主題が関連する当業者によって一般に認められた語法と一致する広い意味をもつことが意図される。これらの用語は、本開示を検討する当業者であれば、これらの特徴の範囲を提示された詳細な数値範囲に限定することなく記載及びクレームされた所定の特徴の説明を可能にすることが意図されることを理解できるはずである。従って、これらの用語は、記載された主題の僅かな又は重要でない修正又は変更を示すと解釈すべきであり、この修正又は変更は本開示の範囲にあると考えられる。 As used herein, the terms “approximately”, “about”, “substantially”, and similar terms have a broad meaning consistent with the wording generally accepted by one of ordinary skill in the art to which the subject matter of the present disclosure relates. Is intended. These terms enable one of ordinary skill in the art reviewing the present disclosure to describe the given features described and claimed without limiting the scope of these features to the detailed numerical ranges presented. You should be able to understand what is intended. Accordingly, these terms are to be construed as indicating minor or insignificant modifications or variations of the described subject matter, and these modifications or variations are considered to be within the scope of the present disclosure.
用語「熱交換器」は、熱を一方の物質から別の物質に効率的に伝達又は「交換」するように設計されたデバイスを指す。例示的な熱交換器の形式は、並流又は向流熱交換器、間接熱交換器(例えば、螺旋巻熱交換器、ろう付けアルミニウムプレートフィン形式のプレートフィン熱交換器、シェルアンドチューブ熱交換器など)、直接接触熱交換器、又はこれらの何らかの組み合わせを含む。 The term “heat exchanger” refers to a device designed to efficiently transfer or “exchange” heat from one material to another. Exemplary heat exchanger types include cocurrent or countercurrent heat exchangers, indirect heat exchangers (eg, spiral wound heat exchangers, plate fin heat exchangers in the form of brazed aluminum plate fins, shell and tube heat exchangers) Etc.), a direct contact heat exchanger, or some combination thereof.
本開示は、吸入空気冷却器(IAC)に収集された凝縮水の開ループ回路を用い、水を湿式エアフィン冷却器に移送して水噴射なしで従来型フィンファン冷却器と比べて有効熱伝達を増加させるシステム及び方法である。開示された方法及びシステムは、全プロセスの効率を高める。IAC内の少なくとも1つのフィルタ要素の下流で凝縮した水は、冷却されて概して清浄であることが期待されが、腐食、生物成長などを抑制するために水噴射システム内で追加の水処理を必要とする場合がある。 The present disclosure uses an open loop circuit of condensate collected in an intake air cooler (IAC) to transfer water to a wet air fin cooler and effectively transfer heat compared to a conventional fin fan cooler without water injection. System and method for increasing The disclosed methods and systems increase the overall process efficiency. Water condensed downstream of at least one filter element in the IAC is expected to be cooled and generally clean, but requires additional water treatment in the water injection system to control corrosion, biological growth, etc. It may be.
本開示の態様では、開示されたシステム及び方法は、(例えば)空気分離、調剤プロセス、統合ガス化複合サイクル発電プラント、他の発電プロセス、医薬品製造、有機及び/又は無機化学物質製造、石油及びガス業界における他のプロセスなどの、ガスタービンを用いる何らかのプロセスで用いることができる。非限定的な実施例として、開示されたシステムは、天然ガス液化プロセスで用いることができ、ここでは、一方の冷凍回路の余剰冷凍能力を利用して、他方の冷凍回路の1又は複数の駆動装置のための吸入空気を冷却し、結果的にLNGプラントの全能力を向上させるようになっている。開示された態様は、ガスタービン吸入空気冷却により凝縮された水分を湿り空気冷却に用いて、ガスタービン吸入空気冷却をもたらすシステムの一部を形成する冷媒凝縮器の性能を改良するようになった従来の解決策を改良するものである。この従来の解決策では、湿式エアフィン冷却器の下に配置されたボウルに凝縮水分を収集し、収集した水分をエアフィンのチューブの上に噴射していた。本開示の態様によれば、凝縮水分を収集するのにボウルは不要であり、実質的にガスタービン吸入空気冷却システムから収集した水分の全ては、実質的に湿式エアフィン空気流内で蒸発して過剰噴射が最小になる。凝縮水分は、ガスタービン空気入口の少なくとも1つのエアフィルタ要素の下流で収集され、大気汚染物質による水の汚染が最小になる。これらの対策の各々は、湿式エアフィンデバイス、ガスタービン吸入空気冷却機、及びガスタービン吸入空気の水分分離デバイスの腐食及び汚染の危険を最小にすることを意図している。さらに、調節可能なファン速度、ピッチ、ルーバー、又は同様のものによる湿式エアフィンに対する空気流の随意的な制御を用いて、少ない空気流での湿り空気冷却に起因するより低い空気温度及びより低い速度と、より高い温度及びより高い速度との間の取引によって、エアフィン性能を改良することができる。 In aspects of the present disclosure, the disclosed systems and methods include (for example) air separation, dispensing processes, integrated gasification combined cycle power plants, other power generation processes, pharmaceutical manufacturing, organic and / or inorganic chemical manufacturing, petroleum and It can be used in any process that uses a gas turbine, such as other processes in the gas industry. As a non-limiting example, the disclosed system can be used in a natural gas liquefaction process where the surplus refrigeration capacity of one refrigeration circuit is utilized to drive one or more of the other refrigeration circuit. The intake air for the device is cooled, resulting in an increase in the overall capacity of the LNG plant. The disclosed aspects have improved the performance of refrigerant condensers that form part of a system that provides gas turbine intake air cooling using moisture condensed by gas turbine intake air cooling to wet air cooling. It is an improvement over conventional solutions. In this conventional solution, condensed water was collected in a bowl placed under the wet air fin cooler, and the collected water was sprayed onto the air fin tube. According to aspects of the present disclosure, a bowl is not required to collect condensed moisture, and substantially all of the moisture collected from the gas turbine intake air cooling system is evaporated in the wet air fin air stream. Over-injection is minimized. Condensed moisture is collected downstream of the at least one air filter element at the gas turbine air inlet to minimize water contamination by atmospheric pollutants. Each of these measures is intended to minimize the risk of corrosion and contamination of wet air fin devices, gas turbine intake air coolers, and gas turbine intake air moisture separation devices. In addition, lower air temperature and lower speed due to wet air cooling with less air flow, with optional control of air flow to wet air fins with adjustable fan speed, pitch, louver, or the like And trade between higher temperatures and higher speeds can improve air fin performance.
本開示は、ガスタービン吸入空気冷却のために用いる冷媒スリップ流を過冷却することによって、及びこの冷媒過冷却の性能を改良するように吸入空気冷却中に凝縮された水分を用いる湿り空気冷却をさらに用いることによって公知の冷却システムを改良する。 The present disclosure provides for wet air cooling by subcooling the refrigerant slip stream used for gas turbine intake air cooling and using moisture condensed during intake air cooling to improve the performance of this refrigerant subcooling. Further improvements improve the known cooling system.
図1及び2は、本開示の態様による液化天然ガス(LNG)のシステム10及びプロセスを示す。システム10は、開示された態様をどのように適用できるかの非限定的な実施例であることを理解された。システム10では、供給ガス(天然ガス)は、入口ライン11を通って調製ユニット12の中に入り、ここでは汚染物質を除去するよう処理される。次に、処理ガスは、調製ユニット12から一連の熱交換器13、14、15、16を通過し、ここでは、第1の冷媒(例えば、プロパン)を蒸発させることによって冷却され、冷媒そのものは、第1の冷凍回路20を通ってそれぞれの熱交換器を流れる。次に、冷却された天然ガスは、分留塔17へ流れ、ペンタン及びより重質炭化水素は、分留ユニット19でさらに処理するためにライン18を通して除去される。
1 and 2 illustrate a liquefied natural gas (LNG)
メタン、エタン、プロパン、及びブタンの残りの混合気は、ライン21を通して分留塔17から除去され、第2の冷凍回路30通って流れる混合冷媒(MR)を含むことができる第2の冷媒でガス混合気をさらに冷却することによって主低温熱交換器22で液化される。窒素、メタン、エタン、及びプロパンのうちの少なくとも1つを含むことができる第2の冷媒は、次にガスタービン24のようなプロセス構成要素によって駆動される圧縮機23a、23bで圧縮される。圧縮後、第2の冷媒は、空気又は水冷却器25a、25bを通過することによって冷却され、次に、第1の冷媒回路20から第1の冷媒を蒸発させることによって熱交換器26、27、28、及び29内で部分的に凝縮される。次に、第2の冷媒は、第2の冷媒の蒸気部から第2の冷媒の凝縮液体部を分離する高圧分離器31へ流れることができる。第2の冷媒の凝縮液体部及び蒸気部は、それぞれライン32及び33で高圧分離器31から産出される。図1で分かるように、高圧分離器31からの凝縮液体部及び蒸気部の両方は、主低温熱交換器22を通って流れ、ここで第2の冷媒を蒸発させることで冷却される。
The remaining mixture of methane, ethane, propane, and butane is removed from fractionator 17 through
ライン32中の凝縮液体流は、主低温熱交換器22の中央部から除去され、その圧力は膨張弁34を横切って低下する。次に、現在低圧の第2の冷媒は、主低温熱交換器22の中に戻され、ここでライン21内のより温かい第2の冷媒流及び供給ガス流によって蒸発する。第2の冷媒蒸気流が主低温熱交換器22の上部に達すると、それは凝縮されて除去され、主低温熱交換器22に戻る前に膨張弁35を横切って膨張される。凝縮された第2の冷媒蒸気は、主低温熱交換器22の中に落下すると、ライン21中の供給ガスとライン32中の高圧の第2の冷媒流との間で熱を交換することによって蒸発する。落下する凝縮された第2の冷媒蒸気は、主低温熱交換器22の中央部の低圧の第2の冷媒液体流と混合し、混合流は、出口36を通る蒸気として主低温熱交換器22の底部を出て、圧縮機23a、23bに逆流して第2の冷凍回路20を完成する。
The condensed liquid stream in line 32 is removed from the central portion of the main
閉じた第1の冷凍回路20を用いて、主低温熱交換器22を通過する前に供給ガス及び第2の冷媒の両方を冷却する。第1の冷媒は、次にガスタービン38などのプロセス構成要素によって駆動される第1の冷媒圧縮機37によって圧縮される。第1の冷媒圧縮機37は、少なくとも1つの圧縮機ケーシングを含むことができ、少なくとも1つのケーシングは、集合的に少なくとも2つの入口を含み、様々な圧力レベルで少なくとも2つの第1の冷媒流を受け取ることができる。圧縮された第1の冷媒は、1又は2以上の凝縮器又は冷却器39で凝縮されて(例えば、海水又は空気冷却されて)、第1の冷媒サージタンク40に収集され、ここから熱交換器(プロパン冷却機)13、14、15、16、26、27、28、29を通ってカスケードされ、ここでは第1の冷媒は蒸発して供給ガス及び第2の冷媒の両方をそれぞれ冷却する。ガスタービンシステム24及び38の両方は、空気濾過デバイス、水分分離デバイス、冷却及び/又は加熱デバイス、又は特定の分離デバイスを含むことができる空気入口システムを含むことができる。
The closed
各手段は、タービンの作動効率を高めるためにガスタービン24及び38の両方への吸入空気70、71を冷却するために、図1のシステム10に設けることができる。基本的には、システムは、システム10で利用できる余剰の冷凍能力を用いて中間流体を冷却することができ、中間流体は、閉じた入口冷却剤ループ50を通って循環されてタービンへの吸入空気を冷却する、水、グリコール、又は他の熱伝達流体を含むことができる。
Each means may be provided in the
図2を参照すると、吸入空気70、71に必要な冷却を提供するために、第1の冷媒のスリップ流は、ライン51を通って第1の冷凍回路20から(すなわち、サージタンク40から)引き出され、膨張弁52を横切って急速に蒸発する。第1の冷凍回路20は、この種のガス液化プロセスですでに利用可能なので、このプロセスで新しい又は別個の冷却供給源を設ける必要がなく、システムの費用が実質的に低減される。膨張した第1の冷媒は、ライン54を通って第1の冷凍回路20に戻る前に、膨張弁52から熱交換器53を通過する。プロパンは、熱交換器53内で蒸発し、これにより中間流体の温度が低下して、中間流体そのものはポンプ56によって貯蔵タンク55から熱交換器53を通って圧送される。
Referring to FIG. 2, in order to provide the necessary cooling for the
次に、冷却された中間流体は、それぞれタービン24、38に対して入口に位置決めされた空気冷却機又は冷却器57、58を通して圧送される。吸入空気70、71がそれぞれのタービンに流入すると、空気冷却機又は冷却器57、58内のコイル又は同様のものを通り過ぎ、これ自体は、空気がそのそれぞれのタービンに送給される前に、吸入空気70、71を冷やす又は冷却する。次に、温められた中間流体は、ライン59を通って貯蔵タンク55に戻る。好ましくは、吸入空気70、71は、より低い温度で氷が形成される可能性があるので、約5℃(華氏41°)以上に冷却されることになる。一部の例では、中間流体に防止剤を含む凍結防止剤(例えば、エチレングリコール)を加えて閉塞、機器損傷を防止して腐食を抑制することが望ましい場合がある。
The cooled intermediate fluid is then pumped through air coolers or
図2には本開示の1つの態様が詳細に示されており、湿式エアフィン冷却器104が第1の冷凍回路20に接続されている。本開示で用いる場合、湿式エアフィン冷却器104は、(a)従来型エアフィン熱交換器と、(b)湿り空気冷却とを組み合わせたものであり、従来型エアフィン熱交換器は、周囲空気がフィン付きチューブを通過するようにファン108を用いることができ、フィン付きチューブを通って流体(例えば、液体又は気体)がほぼ周囲温度(例えば、乾球温度)に冷却されるようになっており、湿り空気冷却は、例えば、噴射ヘッダ112内のノズル110を用いて、周囲空気流内で液体、典型的には水を蒸発させることによって、周囲空気のより低い湿球温度に近づくようにする。
FIG. 2 illustrates one aspect of the present disclosure in detail, with a wet air fin cooler 104 connected to the
湿式エアフィン冷却器104を用いて、サージタンク40からのライン51中の液体の第1の冷媒のスリップ流を過冷却する。過冷却された第1の冷媒は、ライン105を通って熱交換器53に送られる。このプロパンを過冷却することで、熱交換器53の冷凍能力と冷凍システムの成績係数の両方を増大させる。成績係数は、熱交換器53の冷凍能力をこの冷凍をもたらす増分圧縮機動力で除算した比率である。湿式エアフィン冷却器104は、図2及び3のライン51で第1の冷媒のスリップ流を冷却するように配置される。もしくは、湿式エアフィン冷却器104は、1又は2以上の凝縮器又は冷却器39の一部として組み込むことができ、冷却源を(直接又は間接的に)冷却機又は冷却器57、58に供給するためにライン51中の第1の冷媒のスリップ流を除去する前に、液化プロセスの他の部分として役立つ液体プロパンを過冷却するようになっている。しかしながら、ライン51中のプロパンのスリップ流のみを過冷却して、ガスタービン吸入空気冷却に対する利益を最大にすることが好ましい。
The wet
開示された態様によれば、分離器101及び102は、それぞれ冷却機又は冷却器58、57の後方でガスタービン空気入口に配置される。これらの分離器101、102は、吸入空気が周囲乾球温度から湿球温度を下回る温度まで冷却される場合に吸入空気70、71から凝縮された水を除去する。分離器101、102は、当業者に公知の垂直翼、合体要素、低速プレナム、もしくは何らかの他のタイプの水分分離器又はデミスターなどの慣性式とすることができる。ガスタービン空気入口は、エアフィルタ41のような濾過要素を含むことができ、これらは、それぞれ冷却機又は冷却器57、58及び分離器101、102の上流又は下流のいずれか又は両方に配置することができる。好ましくは、少なくとも1つの濾過要素は、冷却機及び分離器の上流に配置される。この空気濾過要素は、商品名GORETEXで販売されるePTFE(膨張PTFE)膜のような防湿障壁を含み、分離器101、102によって除去された凝縮水内に濃縮する可能性のある大気中の霧、塵埃、塩、又は他の汚染物質を除去することができる。少なくとも1つの濾過要素又は同様のデバイスをガスタービン24及び/又は38に関連する冷却機及び分離器の上流に配置することによって、収集された水分(水)中の大気汚染物質を最小にすることができ、冷却機及び分離器の汚染及び腐食を最小にすることができ、湿式エアフィン冷却器104の汚染及び腐食を同様に抑制して最小にすることができる。
According to the disclosed aspects,
ガスタービン吸入空気70、71の冷却中に、冷凍能力のかなりの部分を用いて、単に吸入空気の乾球温度を下げるのではなく、ガスタービン吸入空気70、71中の水分を凝縮させる。一例として、40℃の乾球温度及び24℃の湿球温度の吸入空気が冷却される場合、空気の有効比熱は、40℃と20℃との間の約1kJ/kg/℃であるが、乾球温度を低下させて空気から水分を凝縮させると、24℃の湿球温度以下で約3kJ/kg/℃に劇的に上昇する。このことから、湿球温度(露点)以下に空気を冷却するのに用いる冷凍能力の約3分の2は、ガスタービン24及び/又は38に対する空気のわずかな組成変化が、ガスタービンの利用可能動力へわずかに影響を与えるに過ぎないので無駄になると結論付けることができる。この凝縮水分は、本質的にはガスタービンへの冷却吸入空気と同じ温度にあり、空気流内で空気冷却機又は冷却器57又は58の前方に配置された空気冷却機又は冷却器57又は58に類似した別の冷却コイルを用いて吸入空気70、71の何らかの予冷を行うために利用することができる。しかしながら、この配置は、水の温度を下げるのに使用した冷凍能力の一部を回収できるだけであり、水を凝縮するのに用いた能力の一部ではない。すなわち、水の気化熱は、ガスタービン吸入空気の熱伝達又は湿り空気冷却によって回収することはできない。
During cooling of the gas
ガスタービン吸入空気70、71からの水分を冷却して凝縮するのに利用される冷凍能力の大部分は、分離器101又は102からこの水を収集し、ポンプ103で圧送して、この水を湿式エアフィン冷却器104のチューブの上に噴射することで、又はそうでなければこの水を湿式エアフィン冷却器104への空気流106と混合することによって回収することができる。湿式エアフィン冷却器104に関連するファンによって運ばれた空気の周囲条件及び実際の流量に基づいて、ポンプ103によって圧送された水は、湿式エアフィン冷却器104の空気流を飽和状態にして湿球温度に至らせるのに十分な場合がある。分離器101、102からの余剰の水流は、利用可能であり別の目的に用いることができ、又は空気流を飽和状態にするには不十分な場合がある。後者の場合、別の供給源からの追加の水を供給することができる。加えて、分離器101、102によって分離された水は、開ループ回路内の湿式エアフィン冷却器104に供給され、換言すると、水は、湿式エアフィン冷却器104によって再循環又は再利用されない。ガスタービン吸入空気70、71の冷却は、湿式エアフィン冷却器104によって使用されることになる冷却水の持続的な供給源を実現するので、水は湿式エアフィン冷却器に噴射された後で再循環又は再利用する必要はない。このような開ループ水回路を使用すると、水を湿式エアフィン冷却器で使用した後に再冷却及び/又は濾過する必要性が減るので、開示された態様を利用するシステム10又は何らかの他のシステムのコスト及び複雑性が低減する。追加的に又は代替的に、湿式エアフィン冷却器内に噴射された水は濾過されており比較的清浄なので、この水は、必要な最小の追加の処理で廃棄すること、又はシステム10の他のプロセス用の水供給源として利用することができる。
Most of the refrigeration capacity that is used to cool and condense the water from the gas
表1は、空気入口冷却を改良するように分離器101又は102から収集した水を使用する有効性の例を示す。3つの縦列は、湿式エアフィン冷却器104のような冷却器なし、水噴射なしのエアフィン冷却器、及び分離器101又は102からの凝縮水分を用いる湿式エアフィン冷却器104の効果を示す。
湿式エアフィン冷却器の空気流量を制御する有効性の実施例として、上記同じ実施例に対して、固定UA(熱伝達係数と組み合わせた表面積)を有する湿式エアフィン冷却器が用いられる。この実施例に関して、同じ40℃の乾球、24℃の湿球周囲空気は、冷却空気をこの湿式エアフィン冷却器に提供すると想定される。基礎として、空気流は、1,000,000kg/hrに設定され、ガスタービン吸入空気から凝縮された水の全ては、湿式エアフィン冷却器104の湿り空気冷却に用いられる。水がエアフィンチューブの上に又は空気流流の中(又は両方の組合せ)に噴射されると、水の一部が蒸発してチューブ又は空気流を冷却して空気流の湿球温度に近づく。しかしながら、この水が蒸発すると、この湿潤空気流の含水率も増加するので、同様に湿潤空気流の湿球温度は周囲湿球温度を超えて上昇する。従って、水を蒸発させて周囲湿球温度に近づく湿潤空気流温度に達することは不可能であり、局所条件で水分をガス組成に加えた周囲空気の湿球温度である「湿潤湿球温度(WWBT)」に近づく可能性があるに過ぎない。
As an example of the effectiveness of controlling the air flow rate of the wet air fin cooler, a wet air fin cooler having a fixed UA (surface area combined with a heat transfer coefficient) is used for the same embodiment described above. For this example, the same 40 ° C. dry bulb, 24 ° C. wet bulb ambient air is assumed to provide cooling air to the wet air fin cooler. As a basis, the air flow is set at 1,000,000 kg / hr and all of the water condensed from the gas turbine intake air is used for wet air cooling of the wet
図3は、専用の補助圧縮機114を追加して蒸気を圧縮し、熱交換器53を第1の冷媒圧縮機37の出口圧力と同様の圧力にする、本開示の別の実施形態を示す。これは、図2のシステムの改良案を提供し、LNG液化システムを管理するのに必要な第1の冷媒回路の制御とは無関係の吸入空気冷却システムの制御を可能にする。吸入空気冷却機の着氷又はガスタービン入口に入る吸入空気の氷結がないことを保証するために、中間流体の温度を調節して吸入空気温度を管理して氷結を回避することができることを保証することが好都合な場合がある。中間流体温度を制御するために、熱交換器53を出る第1の冷媒スリップ流の圧力は、スリップ流の温度が−5℃〜20℃になるように調節する必要がある場合がある。これは、図3に示すように、熱交換器53の出口にある制御弁の使用によって行うことができる。しかしながら、補助圧縮機114の能力を調節することは、より効率的でありかつより正確な制御をもたらすことができる。図3に示す態様また、吸入空気冷却システムが既存のLNG液化システムに後付けされる場合に、特に良好な解決策とすることができる。
FIG. 3 shows another embodiment of the present disclosure in which a dedicated
図4は、湿式エアフィン周囲空気流量が基準値の80%から120%に変化するとき、冷却の有効性に対する空気流量の影響を示すチャート400である。この場合に、湿式エアフィン冷却器104の上流の空気のWWBTに達する必要がない何らかの余剰の水分は、無視するか又は本質的に滴下することができる。図4は、冷却機402の最大冷凍能力が、利用可能な給水量の完全な蒸発にほぼ一致する空気流(この実施例では約101%)に至ることを示す。これは、冷凍能力を最大にするのに必要な最適空気流であり、余剰の水分が湿式エアフィン冷却器104の上流で分離されるという制限がある。この最適空気流は、限定されないが、1)水噴射の後で空気流の相対湿度を測定して、約100%相対湿度を目標とすること、2)ガスタービン吸入空気温度を測定して、空気流調節によってガスタービン入口温度を最小にするようにリアルタイムの最適化を行うこと、3)湿式エアフィン冷却器104からの冷媒出口温度を測定して、同様のリアルタイム最適化を行うこと、4)湿式エアフィン冷却器104を横切る空気流を最適にするようにシステムの物理ベースの又は経験的なモデルを構築すること、5)一般的に当業者に公知の別の最適技術、又は6)(1)〜(5)の組み合わせ、を含む複数の手段によって決定することができる。当業者であれば、物理ベースのモデルは、エアフィン空気流の中に蒸発されて飽和状態に達することができる水分量を推定又は決定するために、湿り空気データ及び周囲温度、相対湿度、エアフィン空気流、気圧、噴射水流量、及び噴射水温度を組み込んだもののように単純にすることができることを理解するであろう。
FIG. 4 is a
図4の実施例は、流れ51からの何らかの熱伝達によるこの空気流の何らかの加熱の前の、エアフィン空気流の湿り空気冷却に制限された。エアフィン管束の前方の十分な混合区域を用いて、この空気流は、乾燥するが、何らかの分離された余剰の水分をもつ局所条件において水分で飽和することになる。しかしながら、空気流が図4の最適条件を下回って減少し、何らかの余剰の水分が分離されず、むしろこの空気流と一緒に移動する場合には、新しい最適空気流は、エアフィン束の下流の局所空気流条件で利用可能な水分の完全な蒸発によって特徴付けられることが分かる。元の実施例と同様に、この新しい最適空気流は、何らかの湿度測定が好ましくは湿式エアフィン冷却器の下流の空気流で行われる以外、上記(1)〜(6)で説明したのと同様の技術によって決定することができる。
The embodiment of FIG. 4 was limited to humid air cooling of the air fin air stream before any heating of this air stream by any heat transfer from
図5は、本明細書に開示された態様による冷却システム500を概略的に示す。システム500は、圧縮機、発電機などの負荷504に作動可能に接続されるタービン502を含む。タービンに流入する空気506は、1又は2以上のフィルタ508によって濾過すること、及び一部の態様では冷媒(図示せず)が通過する冷却機又は冷却器510を用いて冷却することができる。1又は2以上の分離器512は、前述のように、冷却空気中の凝縮水を除去することができる。水は、導管514を通って貯蔵タンク516に送ることができ、次に、1又は2以上のポンプ518を用いて導管520を通って湿式エアフィン冷却器522に圧送することができる。次に、水は、噴射ヘッダ524に送られ、ノズル526を通ってファン530を用いて湿式エアフィン冷却器522に向けられた周囲空気528の中に噴射することができる。混ぜ合わさった水噴射及び周囲空気は、フィン付きチューブ532の上又はその周りに向けられる。フィン付きチューブ532は、プロセス流体534が中を通ることができるように構成される。図1及び2に関して前述したように、湿式エアフィン冷却器522はプロセス流体を冷却し、このプロセス流体は536において湿式エアフィン冷却器から流出する。プロセス流体は、冷却されることになる何らかの流体とすることができ、石油及びガス業界において、冷媒、溶媒、天然ガス液、天然ガス、又は他の流体を含むことができる。周囲空気中の水噴射は、フィン付きチューブ532又は他の手段上で凝縮水を収集することによって回収することができ、廃棄すること又は別のプロセスで利用することができる。図5に示す態様では、水の開ループ回路は、分離器512から湿式エアフィン冷却器522を通る水の経路によって図示すことができる。
FIG. 5 schematically illustrates a
吸入空気冷却器(IAC)に収集された凝縮水を用いて、開ループ回路内の湿式エアフィン冷却器に水を移送することで、水噴射なしで従来型フィンファン冷却器に比べて有効熱伝達を増加させる。IAC内の少なくとも1つのフィルタ要素の下流で凝縮した水は、冷却されて概して清浄であることが期待されるが、腐食、生物成長などを抑制するために水噴射システム内で追加の水処理を必要とする場合がある。 Condensed water collected in the intake air cooler (IAC) is used to transfer water to the wet air fin cooler in the open-loop circuit, thereby enabling effective heat transfer compared to conventional fin fan coolers without water injection Increase. The water condensed downstream of the at least one filter element in the IAC is expected to be cooled and generally clean, but additional water treatment is required in the water injection system to control corrosion, biological growth, etc. You may need it.
開示された態様は、多くの場合、水の使用が高容量蒸気システムをもつ大型発電プラントよりもあまり重要でない石油及びガス業界又は他の業界に対して特定の適用性を有する。例えば、開示された態様は、プロセス圧縮機吐出温度制御のような、追加の容量又はプロセス・デボトルネッキングを必要とする何らかの熱伝達サービスに組み込むことができる。開示された態様は、あらゆるサービスのあらゆるエアフィン冷却器の有効熱伝達を高める。開示された態様は、保守管理間隔を延ばすための手段としてプロセス圧縮機の吐出に用いて、駆動装置の負荷を低減すること、すなわち燃焼温度を下げることができる。また、開示された態様を用いて天然ガス液プロセスを改善することができ、そのために補助冷媒システムを用いてガスのモル重量を低減する。このような補助冷媒システムの能力は、プロセス能力の制限因子である場合が多い。開示された湿式エアフィン冷却器を用いると、これらの補助冷媒システムの能力が著しく増加し、一次圧縮プロセスの追加の利用可能な能力につながる。また、開示された態様を用いて、タービン/ジェネレータの排ガスシステムの効率を改善することができ、排気ガス再循環冷却器からの凝縮水は、関連の蒸気システム凝縮器及び/又はプロセス流冷却器上の湿潤噴射として用いられる。 The disclosed aspects often have particular applicability to the oil and gas industry or other industries where the use of water is less important than large power plants with high capacity steam systems. For example, the disclosed aspects can be incorporated into any heat transfer service that requires additional capacity or process debottlenecking, such as process compressor discharge temperature control. The disclosed aspects enhance the effective heat transfer of any air fin cooler for any service. The disclosed mode can be used for discharge of a process compressor as a means for extending the maintenance management interval to reduce the load on the driving device, that is, to lower the combustion temperature. The disclosed embodiments can also be used to improve the natural gas liquid process, thereby reducing the molar weight of the gas using an auxiliary refrigerant system. The capacity of such auxiliary refrigerant systems is often a limiting factor for process capacity. Using the disclosed wet air fin cooler significantly increases the capacity of these auxiliary refrigerant systems, leading to additional available capacity of the primary compression process. The disclosed aspects can also be used to improve the efficiency of a turbine / generator exhaust gas system, where condensed water from an exhaust gas recirculation cooler is associated with an associated steam system condenser and / or process flow cooler. Used as wet spray above.
開示された態様の範囲は、石油及びガス業界での使用に限定されない。本開示の態様は、限定されるものではないが、空気分離、統合ガス化複合サイクル(IGCC)発電プラント、他の発電プロセス、医薬品製造、有機及び無機化学物質製造などを含むことができる他の工業プロセスに好都合に適用することができる。さらに、開示された態様の範囲は、ガスタービンが用いられるプロセスに限定されない。例えば、空気分離ユニット(ASU)圧縮機への吸入空気流は、露点以下に冷却することができ、これによって凝縮された水を用いて、本明細書で説明するように、湿式エアフィン冷却器の別のプロセス流体を冷却することができる。圧縮機の吸入空気を冷却すると、所要の圧縮エネルギーが低下してプロセス効率の改善が可能になるが、本明細書で説明するような湿式エアフィン冷却器内で凝縮水を用いることで、プロセス効率がさらに改善されることになる。別の実施例では、ガスタービンは、ASUへの入力流としてガスタービンから圧縮空気の一部を抽出することで、IGCC及び天然ガス液体燃料化プラント用のASUと一体化することができる。この場合に、入力流は、本明細書で説明する態様を用いて露点以下に冷却することができる。 The scope of the disclosed aspects is not limited to use in the oil and gas industry. Aspects of the present disclosure include, but are not limited to, air separation, integrated gasification combined cycle (IGCC) power plants, other power generation processes, pharmaceutical manufacturing, organic and inorganic chemical manufacturing, etc. It can be conveniently applied to industrial processes. Further, the scope of the disclosed aspects is not limited to processes in which a gas turbine is used. For example, the intake air stream to the air separation unit (ASU) compressor can be cooled below the dew point, and the water condensed thereby can be used in a wet air fin cooler as described herein. Another process fluid can be cooled. Cooling the compressor intake air reduces the required compression energy and can improve process efficiency, but by using condensed water in a wet air fin cooler as described herein, process efficiency is improved. Will be further improved. In another example, the gas turbine can be integrated with the IGCC and ASU for natural gas liquid fueling plants by extracting a portion of the compressed air from the gas turbine as an input stream to the ASU. In this case, the input stream can be cooled below the dew point using the embodiments described herein.
図6は、開示された態様によるプロセス流体を冷却するための方法600のフローチャートである。ブロック602において、タービンのようなプロセス構成要素の吸入空気流を吸入空気冷却システムで冷却する。ブロック604において、冷却吸入空気流に含まれる水分を凝縮させる。ブロック606において、水分を、冷却吸入空気流から分離して開ループ回路内の水流を生成する。ブロック608において、水流を、空気冷却器空気流中に噴射する。ブロック610において、混ぜ合わさった空気冷却器空気流及び噴射水流を、空気冷却器を通って送る。ブロック612において、プロセス流体と、混ぜ合わさった空気冷却器空気流及び噴射水流との間で熱交換を行って、プロセス流体を凝縮、冷却、又は過冷却する。
FIG. 6 is a flowchart of a
開示された態様は、以下の番号が付与された条項に示す方法及びシステムのあらゆる組み合わせ含むことができる。これは、全ての可能な態様の完全な列挙と考えるべきでなく、上記の説明から任意数の変形形態を考えることができる。
1.プロセス流体を冷却するための方法であって、
吸入空気冷却システムでタービンの吸入空気流を冷却する段階と、
上記冷却吸入空気流に含まれる水分を凝縮する段階と、
開ループ回路内に水流を生成するように上記冷却吸入空気流から上記水分を分離する段階と、
上記水流を空気冷却器空気流の中に噴射する段階と、
上記混ぜ合わさった空気冷却器空気流及び噴射水流を、空気冷却器を通して送る段階と、
上記プロセス流体と上記混ぜ合わさった空気冷却器空気流及び噴射水流との間で熱を交換し、上記プロセス流体を凝縮、冷却、又は過冷却する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
2.上記空気冷却器は管束を含み、熱を交換する段階は、
上記プロセス流体を上記管束の中を通す段階と、
上記管束の上又はこれを横切って上記混ぜ合わさった空気冷却器空気流及び噴射水流を送る段階と、
を含む、条項1に記載の方法。
3.上記混ぜ合わさった空気冷却器空気流及び噴射水流を送る段階は、ファンを用いて達成される、条項1又は2に記載の方法。
4.上記空気冷却器空気流の流量又は速度は、ファン速度制御、ファンブレードピッチ制御、及びダンパ調節のうちの1又は2以上を用いて調節される、条項3に記載の方法。
5.上記空気冷却器空気流の流量又は速度は、上記空気冷却器空気流の相対湿度、上記噴射水流の流量、周囲温度、気圧、湿り空気データ、周囲相対湿度、空気流温度、及び上記噴射水流の温度のうちの少なくとも1つに基づいて調節される、条項4に記載の方法。
6.上記水分を分離する段階は、慣性分離器、ベーン分離器、プレナム、及びコアレッサーから選択された分離デバイスによって達成される、条項1〜5のいずれかに記載の方法。
7.上記吸入空気流を冷却する前に、上記吸入空気流を少なくとも部分的に濾過する段階をさらに含む、条項1〜6のいずれかに記載の方法。
8.上記プロセス流は、排熱を必要とする炭化水素プロセス流である、条項1〜7のいずれかに記載の方法。
9.上記プロセス流は、調剤製造プロセス、発電プロセス、及び化学物質製造プロセスのうちの1つにおけるプロセス流である、条項1〜7のいずれかに記載の方法。
10.上記吸入空気流、上記タービン、及び上記吸入空気冷却システムは、それぞれ第1の吸入空気流、第1のタービン、及び第1の吸入空気冷却システムであり、上記方法は、
第2のタービンの第2の吸入空気流を第2の吸入空気冷却システムで冷却する段階と、
上記第2の冷却吸入空気流に含まれる水分を凝縮する段階と、
上記第2の冷却吸入空気流から上記水分を分離する段階と、
上記水分を上記水流の中に送る段階と、
をさらに含む、条項1〜9のいずれかに記載の方法。
11.上記タービンの吸入空気流を吸入空気冷却システムで冷却する段階は、上記吸入空気流を、上記吸入空気流のほぼ乾球温度から上記吸入空気流の湿球温度を下回る温度に冷却する段階を含む、条項1〜10のいずれかに記載の方法。
12.液化天然ガスを生成するために天然ガスを処理する炭化水素プロセスにおいてプロセス流体を冷却するためのシステムであって、
ガスタービンと、
上記ガスタービンの入口に配置され、吸入空気流を乾球温度から湿球温度を下回る温度に冷却するように構成された冷却機と、
上記冷却機の下流に配置され、上記冷却吸入空気流の水を分離して開ループ回路内に水流を生成するように構成された分離器と、
上記水流を上記空気冷却器空気流と混ぜ合わせて、湿式エアフィン冷却器の中を通る上記プロセス流体を凝縮、冷却、又は過冷却する湿式エアフィン冷却器と、
を備えるシステム。
13.上記湿式エアフィン冷却器は、
上記プロセス流体が通過する管束と、
上記水流を上記空気冷却器空気流の中に噴射するように構成された噴射ヘッダと、
上記管束の上又はこれを横切って上記空気流及び噴射水流を押し進めるファンと、
を含む、条項12に記載のシステム。
14.上記ファンの速度、上記ファンのブレードのピッチ、及び上記ファンに関連するダンパのうちの少なくとも1つを制御するファン制御装置をさらに備える、条項13に記載のシステム。
15.上記分離器は、慣性分離器、ベーン分離器、プレナム、及びコアレッサーのうちの1つである、条項12〜14のいずれかに記載のシステム。
16.上記吸入空気流が、上記冷却機によって冷却される前に、上記吸入空気流を少なくとも部分的に濾過するように配置されたフィルタをさらに含む、条項12〜15のいずれかに記載のシステム。
17.上記フィルタは防湿障壁を備える、条項16に記載のシステム。
18.上記ガスタービン、上記冷却機、上記吸入空気流、及び上記分離器は、第1のガスタービン、第1の冷却機、第1の吸入空気流、及び第1の分離器であり、
第2のガスタービンと、
上記第2のガスタービンの入口に配置された第2の冷却機であって、上記冷却器は、第2の吸入空気流をほぼ乾球温度から湿球温度を下回る温度に冷却するように構成された第2の冷却機と、
上記第2の冷却機の下流に配置され、冷却された上記第2の吸入空気流の中の水を分離して、上記分離された水を上記水流の中に送給するように構成された第2の分離器と、
をさらの含む、条項12〜17のいずれかに記載のシステム。
19.プロセス流体を冷却するための方法であって、
吸入空気冷却システムでプロセス構成要素の吸入空気流を冷却する段階と、
上記冷却吸入空気流に含まれる水分を凝縮する段階と、
開ループ回路内に水流を生成するように上記冷却吸入空気流から上記水分を分離する段階と、
上記水流を空気冷却器空気流の中に噴射する段階と、
上記混ぜ合わさった複合空気冷却器空気流及び噴射水流を、空気冷却器を通して送る段階と、
上記プロセス流体と上記混ぜ合わさった空気冷却器空気流及び噴射水流との間で熱を交換し、上記プロセス流体を凝縮、冷却、又は過冷却する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
20.上記空気冷却器は管束を含み、熱を交換する段階は、
上記プロセス流体を上記管束の中を通す段階と、
上記管束の上又はこれを横切って上記混ぜ合わさった空気冷却器空気流及び噴射水流を送る段階と、
を含む、条項19に記載の方法。
21.上記混ぜ合わさった空気冷却器空気流及び噴射水流を送る段階は、ファンを用いて達成される、条項19又は20に記載の方法。
22.上記空気冷却器空気流の流量又は速度は、ファン速度制御、ファンブレードピッチ制御、及びダンパ調節のうちの1又は2以上を用いて調節される、条項21に記載の方法。
23.上記空気冷却器空気流の流量又は速度は、上記空気冷却器空気流の相対湿度、上記噴射水流の流量、周囲温度、気圧、湿り空気データ、周囲相対湿度、空気流温度、及び上記噴射水流の温度のうちの少なくとも1つに基づいて調節される、条項22に記載の方法。
24.上記水分を分離する段階は、慣性分離器、ベーン分離器、プレナム、及びコアレッサーから選択された分離デバイスによって達成される、条項19〜23のいずれかに記載の方法。
25.上記吸入空気流を冷却する前に、上記吸入空気流を少なくとも部分的に濾過する段階をさらに含む、条項19〜24のいずれかに記載の方法。
26.上記プロセス構成要素の吸入空気流を吸入空気冷却システムで冷却する段階は、上記吸入空気流を、上記吸入空気流のほぼ乾球温度から上記吸入空気流の湿球温度を下回る温度に冷却する段階を含む、条項19〜25のいずれかに記載の方法。
The disclosed aspects may include any combination of the methods and systems indicated in the following numbered clauses. This should not be considered as a complete list of all possible aspects, but any number of variations can be considered from the above description.
1. A method for cooling a process fluid comprising:
Cooling the turbine intake air stream with an intake air cooling system;
Condensing moisture contained in the cooling intake air stream;
Separating the moisture from the cooling intake air stream to generate a water stream in an open loop circuit;
Injecting the water stream into an air cooler air stream;
Sending the mixed air cooler air stream and jet stream through the air cooler;
Exchanging heat between the process fluid and the mixed air cooler air stream and jet stream to condense, cool or subcool the process fluid;
A method comprising the steps of:
2. The air cooler includes a bundle of tubes, and the step of exchanging heat includes
Passing the process fluid through the tube bundle;
Sending the mixed air cooler air stream and jet stream above or across the tube bundle;
The method of clause 1, comprising:
3. 3. The method of clause 1 or 2, wherein the step of sending the combined air cooler air stream and jet water stream is accomplished using a fan.
4). 4. The method of clause 3, wherein the flow rate or speed of the air cooler air flow is adjusted using one or more of fan speed control, fan blade pitch control, and damper adjustment.
5. The flow rate or speed of the air cooler air flow is the relative humidity of the air cooler air flow, the flow rate of the jet water flow, ambient temperature, pressure, humid air data, ambient relative humidity, air flow temperature, and the jet water flow rate. The method of clause 4, wherein the method is adjusted based on at least one of the temperatures.
6). 6. The method of any of clauses 1-5, wherein the step of separating moisture is accomplished by a separation device selected from inertial separators, vane separators, plenums, and coalescers.
7). 7. The method of any of clauses 1-6, further comprising the step of at least partially filtering the intake air stream before cooling the intake air stream.
8). 8. The method of any of clauses 1-7, wherein the process stream is a hydrocarbon process stream that requires exhaust heat.
9. The method of any of clauses 1-7, wherein the process stream is a process stream in one of a dispensing manufacturing process, a power generation process, and a chemical manufacturing process.
10. The intake air flow, the turbine, and the intake air cooling system are a first intake air flow, a first turbine, and a first intake air cooling system, respectively.
Cooling the second intake air stream of the second turbine with a second intake air cooling system;
Condensing moisture contained in the second cooling intake air stream;
Separating the moisture from the second cooling intake air stream;
Sending the moisture into the stream;
The method according to any of clauses 1-9, further comprising:
11. Cooling the turbine intake air stream with an intake air cooling system includes cooling the intake air stream from a substantially dry bulb temperature of the intake air stream to a temperature below a wet bulb temperature of the intake air stream. The method according to any of clauses 1-10.
12 A system for cooling a process fluid in a hydrocarbon process that processes natural gas to produce liquefied natural gas, comprising:
A gas turbine,
A cooler disposed at the inlet of the gas turbine and configured to cool the intake air flow from a dry bulb temperature to a temperature below the wet bulb temperature;
A separator disposed downstream of the cooler and configured to separate water of the cooling intake air stream to generate a water stream in an open loop circuit;
A wet air fin cooler that mixes the water stream with the air cooler air stream to condense, cool, or subcool the process fluid passing through the wet air fin cooler;
A system comprising:
13. The wet air fin cooler is
A tube bundle through which the process fluid passes;
An injection header configured to inject the water stream into the air cooler air stream;
A fan that pushes the air flow and jet stream over or across the tube bundle;
The system of
14 14. The system of
15. 15. The system according to any of clauses 12-14, wherein the separator is one of an inertia separator, a vane separator, a plenum, and a coalescer.
16. 16. The system according to any of clauses 12-15, further comprising a filter arranged to at least partially filter the intake air stream before the intake air stream is cooled by the cooler.
17. The system of clause 16, wherein the filter comprises a moisture barrier.
18. The gas turbine, the cooler, the intake air stream, and the separator are a first gas turbine, a first cooler, a first intake air stream, and a first separator;
A second gas turbine;
A second cooler disposed at the inlet of the second gas turbine, the cooler configured to cool the second intake air stream from a substantially dry bulb temperature to a temperature below the wet bulb temperature. A second chiller,
Arranged downstream of the second cooler and configured to separate water in the cooled second intake air stream and to feed the separated water into the water stream A second separator;
The system according to any of
19. A method for cooling a process fluid comprising:
Cooling the intake air flow of the process component with an intake air cooling system;
Condensing moisture contained in the cooling intake air stream;
Separating the moisture from the cooling intake air stream to generate a water stream in an open loop circuit;
Injecting the water stream into an air cooler air stream;
Sending the combined composite air cooler air stream and jet stream through the air cooler;
Exchanging heat between the process fluid and the mixed air cooler air stream and jet stream to condense, cool or subcool the process fluid;
A method comprising the steps of:
20. The air cooler includes a bundle of tubes, and the step of exchanging heat includes
Passing the process fluid through the tube bundle;
Sending the mixed air cooler air stream and jet stream above or across the tube bundle;
20. A method according to
21. 21. The method of
22. 22. The method of
23. The flow rate or speed of the air cooler air flow is the relative humidity of the air cooler air flow, the flow rate of the jet water flow, ambient temperature, pressure, humid air data, ambient relative humidity, air flow temperature, and the jet water flow rate. 23. The method of
24. 24. The method of any of clauses 19-23, wherein the step of separating moisture is accomplished by a separation device selected from inertial separators, vane separators, plenums, and coalescers.
25. 25. A method according to any of clauses 19-24, further comprising the step of at least partially filtering the intake air stream prior to cooling the intake air stream.
26. Cooling the intake air stream of the process component with an intake air cooling system includes cooling the intake air stream from a substantially dry bulb temperature of the intake air stream to a temperature below a wet bulb temperature of the intake air stream. The method of any of clauses 19-25, comprising:
前述の開示の多くの変更例、修正例、及び代替形態は、本開示の範囲から逸脱することなく行い得ることを理解されたい。従って、前記の説明は、本開示の範囲を限定するものではない。むしろ、本開示の範囲は、特許請求の範囲及びこれらの均等手段によってのみ決定されるべきである。本発明の実施例における構造及び特徴は、変更すること、再配置すること、置換すること、削除すること、複製すること、組み合わせること、又は互いに結び付けることが可能なことも想定されている。 It should be understood that many variations, modifications, and alternatives of the foregoing disclosure may be made without departing from the scope of the present disclosure. Accordingly, the above description does not limit the scope of the disclosure. Rather, the scope of the present disclosure should be determined only by the claims and their equivalents. It is envisioned that the structures and features in the embodiments of the present invention can be changed, rearranged, replaced, deleted, duplicated, combined, or tied together.
10 システム
11、18、21、32、33、51、54、59、105 ライン
12 調製ユニット
13、14、15、16、26、27、28、29、53 熱交換器
17 分留塔
19 分留ユニット
20 第1の冷凍回路
22 主低温熱交換器
23a、23b 圧縮機
24、38 タービン
25a、25b 空気又は水冷却器
30 第2の冷凍回路
31 高圧分離器
34、35、52 膨張弁
36 出口
37 圧縮機
39 凝縮器又は冷却器
40 サージタンク
41 エアフィルタ
50 入口冷却剤ループ
55 貯蔵タンク
56、103 ポンプ
57、58 冷却機又は冷却器
70、71 吸入空気
101、102 分離器
104 湿式エアフィン冷却器
10
Claims (26)
吸入空気冷却システムでタービンの吸入空気流を冷却する段階と、
前記冷却吸入空気流に含まれる水分を凝縮する段階と、
開ループ回路内に水流を生成するように前記冷却吸入空気流から前記水分を分離する段階と、
前記水流を空気冷却器空気流の中に噴射する段階と、
前記混ぜ合わさった空気冷却器空気流及び噴射水流を、空気冷却器を通して送る段階と、
前記プロセス流体と前記混ぜ合わさった空気冷却器空気流及び噴射水流との間で熱を交換し、前記プロセス流体を凝縮、冷却、又は過冷却する段階と、
を含むことを特徴とする方法。 A method for cooling a process fluid comprising:
Cooling the turbine intake air stream with an intake air cooling system;
Condensing moisture contained in the cooling intake air stream;
Separating the moisture from the cooled intake air stream to generate a water stream in an open loop circuit;
Injecting the water stream into an air cooler air stream;
Sending the combined air cooler air stream and jet stream through an air cooler;
Exchanging heat between the process fluid and the mixed air cooler air stream and jet stream to condense, cool, or subcool the process fluid;
A method comprising the steps of:
前記プロセス流体を前記管束の中を通す段階と、
前記管束の上又はこれを横切って前記混ぜ合わさった空気冷却器空気流及び噴射水流を送る段階と、
を含む、請求項1に記載の方法。 The air cooler includes a bundle of tubes, and exchanging heat includes
Passing the process fluid through the tube bundle;
Sending the mixed air cooler air stream and jet stream above or across the tube bundle;
The method of claim 1 comprising:
第2のタービンの第2の吸入空気流を第2の吸入空気冷却システムで冷却する段階と、
前記第2の冷却吸入空気流に含まれる水分を凝縮する段階と、
前記第2の冷却吸入空気流から前記水分を分離する段階と、
前記水分を前記水流の中に送る段階と、
をさらに含む、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。 The intake air flow, the turbine, and the intake air cooling system are a first intake air flow, a first turbine, and a first intake air cooling system, respectively, and the method includes:
Cooling the second intake air stream of the second turbine with a second intake air cooling system;
Condensing moisture contained in the second cooling intake air stream;
Separating the moisture from the second cooled intake air stream;
Sending the moisture into the stream;
The method according to claim 1, further comprising:
ガスタービンと、
前記ガスタービンの入口に配置され、吸入空気流を乾球温度から湿球温度を下回る温度に冷却するように構成された冷却機と、
前記冷却機の下流に配置され、前記冷却吸入空気流の水を分離して開ループ回路内に水流を生成するように構成された分離器と、
前記水流を前記空気冷却器空気流と混ぜ合わせて、湿式エアフィン冷却器の中を通る前記プロセス流体を凝縮、冷却、又は過冷却する湿式エアフィン冷却器と、
を備えるシステム。 A system for cooling a process fluid in a hydrocarbon process that processes natural gas to produce liquefied natural gas, comprising:
A gas turbine,
A cooler disposed at the inlet of the gas turbine and configured to cool the intake air stream from a dry bulb temperature to a temperature below the wet bulb temperature;
A separator disposed downstream of the cooler and configured to separate water of the cooling intake air stream to generate a water stream in an open loop circuit;
A wet air fin cooler that mixes the water stream with the air cooler air stream to condense, cool, or subcool the process fluid passing through the wet air fin cooler;
A system comprising:
前記プロセス流体が通過する管束と、
前記水流を前記空気冷却器空気流の中に噴射するように構成された噴射ヘッダと、
前記管束の上又はこれを横切って前記空気流及び噴射水流を押し進めるファンと、
を含む、請求項12に記載のシステム。 The wet air fin cooler is
A bundle of tubes through which the process fluid passes;
An injection header configured to inject the water stream into the air cooler air stream;
A fan that pushes the air flow and jet stream over or across the tube bundle;
The system of claim 12, comprising:
第2のガスタービンと、
前記第2のガスタービンの入口に配置された第2の冷却機であって、前記第2の冷却器は、第2の吸入空気流をほぼ乾球温度から湿球温度を下回る温度に冷却するように構成された第2の冷却機と、
前記第2の冷却機の下流に配置され、冷却された前記第2の吸入空気流の中の水を分離して、前記分離された水を前記水流の中に送給するように構成された第2の分離器と、
をさらの含む、請求項12〜17のいずれかに記載のシステム。 The gas turbine, the cooler, the intake air flow, and the separator are a first gas turbine, a first cooler, a first intake air flow, and a first separator;
A second gas turbine;
A second cooler disposed at an inlet of the second gas turbine, wherein the second cooler cools the second intake air stream from a substantially dry bulb temperature to a temperature below the wet bulb temperature; A second cooler configured as described above,
Arranged downstream of the second cooler and configured to separate water in the cooled second intake air stream and to deliver the separated water into the water stream A second separator;
The system according to claim 12, further comprising:
吸入空気冷却システムでプロセス構成要素の吸入空気流を冷却する段階と、
前記冷却吸入空気流に含まれる水分を凝縮する段階と、
開ループ回路内に水流を生成するように前記冷却吸入空気流から前記水分を分離する段階と、
前記水流を空気冷却器空気流の中に噴射する段階と、
前記混ぜ合わさった複合空気冷却器空気流及び噴射水流を、空気冷却器を通して送る段階と、
前記プロセス流体と前記混ぜ合わさった空気冷却器空気流及び噴射水流との間で熱を交換し、前記プロセス流体を凝縮、冷却、又は過冷却する段階と、
を含むことを特徴とする方法。 A method for cooling a process fluid comprising:
Cooling the intake air flow of the process component with an intake air cooling system;
Condensing moisture contained in the cooling intake air stream;
Separating the moisture from the cooled intake air stream to generate a water stream in an open loop circuit;
Injecting the water stream into an air cooler air stream;
Sending the combined composite air cooler air stream and jet stream through an air cooler;
Exchanging heat between the process fluid and the mixed air cooler air stream and jet stream to condense, cool, or subcool the process fluid;
A method comprising the steps of:
前記プロセス流体を前記管束の中を通す段階と、
前記管束の上又はこれを横切って前記混ぜ合わさった空気冷却器空気流及び噴射水流を送る段階と、
を含む、請求項19に記載の方法。 The air cooler includes a bundle of tubes, and exchanging heat includes
Passing the process fluid through the tube bundle;
Sending the mixed air cooler air stream and jet stream above or across the tube bundle;
20. The method of claim 19, comprising:
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