JP2021099042A - 圧縮機システム - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機トレンが意図せずに停止してしまうことを抑制し、運転が安定して継続可能となる。【解決手段】圧縮機システムは、多軸式のガスタービンと、ガスタービンによって駆動される少なくとも一つの圧縮機を含む圧縮部とを有する複数の圧縮機トレンと、一の流体供給源を有し、前記流体供給源から供給される流体を前記複数の圧縮機トレンにおける前記圧縮機にそれぞれ分配して供給する流体供給部と、を備える。前記多軸式のガスタービンは、圧縮機ロータの回転によって空気を圧縮するガスタービン圧縮機と、燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記圧縮機ロータと機械的に連結された高圧タービンロータを有する高圧タービンと、前記高圧タービンロータと離れて配置された低圧タービンロータを有する低圧タービンと、を有する。前記複数の圧縮機トレンは、並列運転可能とされている。【選択図】図１

Description

本開示は、圧縮機システムに関する。

ＬＮＧプラント等で使用される圧縮機システムは、駆動機であるガスタービンの出力軸に、単一又は複数の圧縮機を連結した圧縮機トレン（ストリング）で構成され、流体を圧縮用途で使用される。ＬＮＧプラントにおいてこの圧縮機システムはＬＮＧを製造する際の冷凍装置としている。このような圧縮機トレンは、一つのプラントに対して単一又は複数配置されている。

複数の圧縮機トレンでは、何らかの故障によって圧縮機の吐出が遮断されると、圧縮された冷媒は、配管やフレアに送られて外部に排出される。しかしながら、このように排出される冷媒は非常に圧力が高くなっている場合がある。高い圧力の冷媒の排出に対応可能な配管やフレアを設置する場合、配管やフレアが大きくなってしまい、設置や維持等のコストや設置スペースが増加してしまう。

これに対し、例えば特許文献１では、圧縮機の下流にリサイクル弁（ASV）を設置している。圧縮機の吐出圧力が指定された圧力を超えた際に、このリサイクル弁を開いて圧縮された流体を循環させることで、圧縮機を通過する流量を増化させている。これにより、圧縮機の負荷を増大させ、圧縮機の回転数の低下（Bogdown）を故意に生じさせ、圧縮機を停止させている。その結果、緊急時であっても排出される冷媒の圧力の上昇を抑え、設置する配管やフレアのサイズを抑えている。

米国特許出願公開第２００５／００２２５５２号明細書

ところで、圧縮機の回転数の低下は、意図せず生じる場合がある。例えば、一つの圧縮機トレンが停止した状態で、他の正常な圧縮機トレンの運転が継続されている場合である。このような場合には、停止した圧縮機トレンの圧縮機に供給される予定であった冷媒等の流体が、運転中の他の圧縮機トレンの圧縮機に供給されてしまう。その結果、運転中の圧縮機トレンの圧縮機での負荷が一時的に大きくなり、圧縮機の回転数の低下が生じる。さらに、意図せず圧縮機の回転数の低下が生じてしまうことで、圧縮機に繋がれたガスタービンでは、燃焼に用いる空気量が減少し、出力が維持できなくなってしまう可能性がある。その結果、圧縮機の回転数がさらに低下し、最終的には圧縮機トレンが緊急停止（トリップ）してしまう可能性がある。圧縮機トレンが意図せずに停止してしまうと、ガスタービンや圧縮機を含む各種装置に大きな負担が生じてしまい、プラントの生産が停止する他、故障等が発生する可能性がある。また、一つ圧縮機トレンの停止が引き起こすことで圧縮機の回転数が意図せず低下する事象を上記では一例として挙げたが、圧縮機の回転数が意図せず低下する事象はその他の要因で引き起こされることもある。つまり、圧縮機の回転数が意図せず低下する事象は、様々な要因で発生する可能性がある。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、圧縮機トレンが意図せずに停止してしまうことを抑制し、運転が安定して継続可能な圧縮機システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係る圧縮機システムは、多軸式のガスタービンと、前記多軸式のガスタービンによって駆動される少なくとも一つの圧縮機を含む圧縮部とを有する複数の圧縮機トレンと、一の流体供給源を有し、前記流体供給源から供給される流体を前記複数の圧縮機トレンにおける前記圧縮機にそれぞれ分配して供給する流体供給部と、を備え、前記多軸式のガスタービンは、圧縮機ロータを有し、前記圧縮機ロータの回転によって空気を圧縮するガスタービン圧縮機と、前記ガスタービン圧縮機で圧縮された空気と燃料とによって燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記圧縮機ロータと機械的に連結されて前記燃焼ガスで回転駆動する高圧タービンロータを有する高圧タービンと、前記高圧タービンロータと離れて配置されて前記高圧タービンロータを回転駆動した後の前記燃焼ガスによって回転駆動する低圧タービンロータを有する低圧タービンと、を有し、前記複数の圧縮機トレンは、並列運転可能とされている。

本開示の圧縮機システムによれば、圧縮機トレンが意図せずに停止してしまうことを抑制し、運転が安定して継続可能となる。

本開示の実施形態に係る圧縮機システムの構成を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して、本開示による遠心圧縮機を実施するための形態を説明する。しかし、本開示はこの実施形態のみに限定されるものではない。

（圧縮機システムの構成）
以下、本開示の実施形態に係る圧縮機システム１について、図１を参照して説明する。
図１に示すように、圧縮機システム１は、複数（本実施形態では二つ）の圧縮機トレン２と、複数（本実施形態では二つ）の流体供給部５と、制御部６とを備える。本実施形態では、圧縮機システム１がＬＮＧプラントに適用される場合を例に挙げて説明する。なお、圧縮機システム１が用いられるプラントはＬＮＧプラントに限定されるものではない。圧縮機システム１は、流体を圧縮する必要がある各種プラントに用いることができる。したがって、圧縮機システム１は、例えば、ナフサ等の原料を分離精製してエチレンを生成するエチレンプラントに適用されてもよい。

（圧縮機トレン）
圧縮機トレン２は、二軸式のガスタービン３と、少なくとも一つの圧縮機を含む圧縮部４とを有する。本実施形態の圧縮機トレン２は、駆動機である一台のガスタービン３によって駆動される複数の圧縮機によって、複数の流体を圧縮している。複数の圧縮機トレン２は、並列運転可能とされている。ここで、並列運転とは、同時に運転されることである。並列運転時には、複数の圧縮機トレン２は、同一の運転条件で運転されてもよく、異なる運転条件で運転されてもよい。本実施形態の圧縮機システム１は、第一圧縮機トレン２Ａと、第二圧縮機トレン２Ｂとの二つの圧縮機トレン２を有している。本実施形態では、第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂは、同一の構成とされている。

（二軸式のガスタービン）
二軸式のガスタービン３は、圧縮部４の圧縮機を駆動させるための回転駆動力を発生させる。二軸式のガスタービン３は、ガスタービン圧縮機３１と、燃焼器３２と、高圧タービン３４と、低圧タービン３５とを有する。また、駆動機であるガスタービン３は多軸式(本実施形態では二軸式)を対象にしており、図１に示す二軸機に限定されるものではない。

ガスタービン圧縮機３１は、空気を圧縮して圧縮空気を生成する。ガスタービン圧縮機３１は、第一軸線Ｏ１を中心として回転する圧縮機ロータ３１１を有する。圧縮機ロータ３１１には、始動時に用いるスタータとしてモータ（不図示）が接続されている。ガスタービン圧縮機３１は、圧縮機ロータ３１１の回転によって、外部から取り込んだ空気を圧縮して圧縮空気を生成し、燃焼器３２に供給している。

燃焼器３２は、ガスタービン圧縮機３１で圧縮された空気と燃料とによって燃焼ガスを生成する。燃焼器３２で生成された燃焼ガスは、高圧タービン３４に供給される。燃焼器３２には、燃料の供給源と繋がれた配管である燃料供給路ＬＦ１が接続されている。燃料供給路ＬＦ１には、燃料供給弁ＶＦ１が配置されている。燃料供給弁ＶＦ１の開度を調節することによって、燃料供給路ＬＦ１を流れる燃料の流量を変化させることが可能である。したがって、燃料供給弁ＶＦ１の開度を調節することで、燃焼器３２への燃料の供給量が調整される。

高圧タービン３４は、第一軸線Ｏ１を中心として回転する高圧タービンロータ３１２を有する。高圧タービンロータ３１２は、燃焼器３２で生成された燃焼ガスで回転駆動される。したがって、高圧タービン３４は、燃焼器３２から供給された燃焼ガスで駆動する。高圧タービンロータ３１２は、圧縮機ロータ３１１と機械的に連結されている。圧縮機ロータ３１１及び高圧タービンロータ３１２は、いずれも第一軸線Ｏ１を中心とする円柱状をなしている。圧縮機ロータ３１１及び高圧タービンロータ３１２は、互いに連結されて第一ロータ１０を構成している。

低圧タービン３５は、第二軸線Ｏ２を中心として回転する低圧タービンロータ３１３を有する。第二軸線Ｏ２は、第一軸線Ｏ１と同軸上で平行に延びている。低圧タービンロータ３１３は、高圧タービンロータ３１２を回転駆動した後の燃焼ガスによって回転駆動される。したがって、低圧タービン３５は、高圧タービン３４からの排気ガスである燃焼ガスによって駆動される。低圧タービンロータ３１３は、第一軸線Ｏ１及び第二軸線Ｏ２の延びる方向において、高圧タービンロータ３１２と離れて配置されている。低圧タービンロータ３１３は、後述する圧縮部４のロータと互いに機械的に連結されて、第二ロータ２０を構成している。

このようにガスタービン３は、第一ロータ１０と第二ロータ２０とが直結されていない、いわゆる二軸式とされている。このため、第二ロータ２０は、第一ロータ１０の回転とは独立して回転することが可能である。このような構造により、二軸式のガスタービン３は、最適な条件で第一ロータ１０を回転させて運転しつつ、負荷に応じて第二ロータ２０の回転数を調整可能となっている。

（圧縮部）
圧縮部４は、二軸式のガスタービン３によって、供給される流体を圧縮する。本実施形態の圧縮部４は、ＬＮＧプラントで、天然ガスを液化するために用いられる冷凍機の冷媒を圧縮する。本実施形態の圧縮部４は、第一圧縮機４１、第二圧縮機４２、及び第三圧縮機４３の三つの圧縮機を有する。

第一圧縮機４１は、流体としてプロパンを圧縮する遠心圧縮機である。第一圧縮機４１は、第二軸線Ｏ２を中心として回転する第一圧縮部ロータ４１１を有する。第一圧縮部ロータ４１１は、低圧タービンロータ３１３と機械的に連結されている。つまり、第一圧縮部ロータ４１１は、第二ロータ２０の一部を構成している。第一圧縮機４１は、第一圧縮部ロータ４１１の回転によって、プロパンを圧縮して圧縮ガスを生成する。第一圧縮機４１で圧縮されたプロパンは、プラントの他の設備に送られる。

第一圧縮機４１には、後述する流体供給部５の一つと繋がれた第一入口流路ＬＩ１と、第一中間流路ＬＭ１とが接続されている。第一入口流路ＬＩ１及び第一中間流路ＬＭ１は、流体供給部５である第一流体供給部５Ａから供給されるプロパンを第一圧縮機４１の内部に供給する配管である。第一入口流路ＬＩ１は、第一圧縮機４１の吸込口に接続されている。第一入口流路ＬＩ１には、第一入口弁ＶＩ１が配置されている。第一入口弁ＶＩ１の開度を調節することによって、第一入口流路ＬＩ１を流通するプロパンの流量を変化させることが可能である。したがって、第一入口弁ＶＩ１の開度を調節することで、第一流体供給部５Ａから第一圧縮機４１の吸込口へのプロパンの供給量が調整される。第一中間流路ＬＭ１は、第一圧縮機４１の吸込口よりも下流に位置する第一圧縮機４１の中間段に接続されている。第一中間流路ＬＭ１には、第一中間弁ＶＭ１が配置されている。第一中間弁ＶＭ１の開度を調節することによって、第一中間流路ＬＭ１を流れるプロパンの流量を変化させることが可能である。したがって、第一中間弁ＶＭ１の開度を調節することで、第一流体供給部５Ａから第一圧縮機４１の中間段へのプロパンの供給量が調整される。つまり、第一入口弁ＶＩ１や第一中間弁ＶＭ１は、いわゆるサクションバルブである。

第二圧縮機４２は、窒素、メタン、及びプロパン等を含む混合冷媒を圧縮する遠心圧縮機である。第二圧縮機４２は、第二軸線Ｏ２を中心として回転する第二圧縮部ロータ４２１を有する。第二圧縮部ロータ４２１は、第一圧縮部ロータ４１１と機械的に連結されている。つまり、第二圧縮部ロータ４２１は、第二ロータ２０の一部を構成している。第二圧縮機４２は、第二軸線Ｏ２の延びる方向において、第一圧縮機４１に対してガスタービン３とは反対の位置に離れて配置されている。第二圧縮機４２は、第二圧縮部ロータ４２１の回転によって、混合冷媒を圧縮して圧縮ガスを生成する。

第二圧縮機４２には、後述する流体供給部５の一つと繋がれた第二入口流路ＬＩ２が接続されている。第二入口流路ＬＩ２は、流体供給部５である第二流体供給部５Ｂから供給される混合冷媒を第二圧縮機４２の内部に供給する配管である。第二入口流路ＬＩ２は、第二圧縮機４２の吸込口に接続されている。第二入口流路ＬＩ２には、第二入口弁ＶＩ２と、圧力センサＰ（圧力値取得部）が配置されている。第二入口弁ＶＩ２の開度を調節することによって、第二入口流路ＬＩ２を流れる混合冷媒の流量を変化させることが可能である。したがって、第二入口弁ＶＩ２の開度を調節することで、第二流体供給部５Ｂから第二圧縮機４２の吸込口への混合冷媒の供給量が調整される。

圧力センサＰは、第二圧縮機４２の吸込口での圧力の値を取得する。圧力センサＰは、取得した圧力の値の情報を後述する制御部６に送っている。

第三圧縮機４３は、第二圧縮機４２で圧縮された混合冷媒を圧縮する遠心圧縮機である。第三圧縮機４３は、第二軸線Ｏ２を中心として回転する第三圧縮部ロータ４３１を有する。第三圧縮部ロータ４３１は、第二圧縮部ロータ４２１と機械的に連結されている。つまり、第三圧縮部ロータ４３１は、第二ロータ２０の一部を構成している。第三圧縮機４３は、第二軸線Ｏ２の延びる方向において、第二圧縮機４２に対して第一圧縮機４１とは反対の位置に離れて配置されている。第三圧縮機４３は、第三圧縮部ロータ４３１の回転によって、混合冷媒をさらに圧縮して圧縮ガスを生成する。

第三圧縮機４３には、第二圧縮機４２の排出口と、第三圧縮機４３の吸込口とを繋ぐ第三入口流路ＬＩ３が接続されている。第三入口流路ＬＩ３は、第二圧縮機４２で圧縮された混合冷媒を第三圧縮機４３の内部に供給する配管である。第三入口流路ＬＩ３には、第二圧縮機４２で圧縮された混合冷媒を冷却する第一冷却部Ｃ１が配置されている。したがって、第三入口流路ＬＩ３を通過することで、第二圧縮機４２で圧縮された混合冷媒は、第一冷却部Ｃ１で冷却されて第三圧縮機４３に供給されている。

また、第三圧縮機４３には、第三圧縮機４３で圧縮されて、第三圧縮機４３の排出口から排出された混合冷媒を流通させる第三出口流路ＬＯ３が接続されている。第三出口流路ＬＯ３には、第三圧縮機４３で圧縮された混合冷媒を冷却する第二冷却部Ｃ２が配置されている。したがって、第三出口流路ＬＯ３を通過することで、第三圧縮機４３で圧縮された混合冷媒は、第二冷却部Ｃ２で冷却されて、プラントの他の設備に送られる。

また、第二圧縮機４２には、第二圧縮機４２の排出口から排出された混合冷媒を第二圧縮機４２の吸込口に戻すように、吸込口と排出口とを繋ぐバイパス流路が接続されている。本実施形態の圧縮部４は、バイパス流路として、第一冷却部Ｃ１で冷却される前の混合冷媒を第二圧縮機４２の吸込口に戻す第一バイパス流路ＬＢ１と、第一冷却部Ｃ１で冷却された後の混合冷媒を第二圧縮機４２の吸込口に戻す第二バイパス流路ＬＢ２と、を有している。

第一バイパス流路ＬＢ１は、第三入口流路ＬＩ３における第一冷却部Ｃ１よりも上流の位置と、第二入口流路ＬＩ２における第二入口弁ＶＩ２よりも下流かつ圧力センサＰよりも上流の位置とを接続している。したがって、第一バイパス流路ＬＢ１には、第二圧縮機４２で圧縮されて冷却される前の混合冷媒が流通している。つまり、第一バイパス流路ＬＢ１は、いわゆるホットガスバイパス流路である。第一バイパス流路ＬＢ１には、第一バイパス弁ＶＢ１が配置されている。第一バイパス弁ＶＢ１の開度を調節することによって、第一バイパス流路ＬＢ１を流れる混合冷媒の流量を変化させることが可能である。したがって、第一バイパス弁ＶＢ１の開度を調節することで、第三入口流路ＬＩ３から第二圧縮機４２の吸込口への混合冷媒の供給量が調整される。

第二バイパス流路ＬＢ２は、第三入口流路ＬＩ３における第一冷却部Ｃ１よりも下流の位置と、第二入口流路ＬＩ２における第二入口弁ＶＩ２よりも下流かつ圧力センサＰよりも上流の位置とを接続している。したがって、第二バイパス流路ＬＢ２には、第二圧縮機４２で圧縮されて冷却された後の混合冷媒が流通している。第二バイパス流路ＬＢ２には、第二バイパス弁ＶＢ２が配置されている。第二バイパス弁ＶＢ２の開度を調節することによって、第二バイパス流路ＬＢ２を流れる混合冷媒の流量を変化させることが可能である。したがって、第二バイパス弁ＶＢ２の開度を調節することで、第三入口流路ＬＩ３から第二圧縮機４２の吸込口への混合冷媒の供給量が調整される。

また、第三圧縮機４３にも、第三圧縮機４３の排出口から排出された混合冷媒を第三圧縮機４３の吸込口に戻すように、吸込口と排出口とを繋ぐバイパス流路が接続されている。本実施形態の圧縮部４は、バイパス流路として、第二冷却部Ｃ２で冷却された後の混合冷媒を第三圧縮機４３の吸込口に戻す第三バイパス流路ＬＢ３をさらに有している。

第三バイパス流路ＬＢ３は、第三出口流路ＬＯ３における第二冷却部Ｃ２よりも下流の位置と、第三入口流路ＬＩ３における第一冷却部Ｃ１よりも下流の位置とを接続している。したがって、第三バイパス流路ＬＢ３には、第三圧縮機４３で圧縮されて冷却された後の混合冷媒が流通している。第三バイパス流路ＬＢ３には、第三バイパス弁ＶＢ３が配置されている。第三バイパス弁ＶＢ３の開度を調節することによって、第三バイパス流路ＬＢ３を流れる混合冷媒の流量を変化させることが可能である。したがって、第三バイパス弁ＶＢ３の開度を調節することで、第三出口流路ＬＯ３から第三圧縮機４３の吸込口への混合冷媒の供給量が調整される。

第一圧縮機４１、第二圧縮機４２、及び第三圧縮機４３は、第二軸線Ｏ２を延びる方向において、直列に接続されている。第一圧縮機４１、第二圧縮機４２、及び第三圧縮機４３は、第二ロータ２０の回転によって駆動されている。

（流体供給部）
流体供給部５は、一の流体供給源を有している。流体供給部５は、流体供給源から供給される流体を複数の圧縮機トレン２における圧縮機にそれぞれ分配して供給可能とされている。本実施形態の圧縮機システム１では、流体供給部５として、第一流体供給部５Ａと、第二流体供給部５Ｂと、を備えている。

本実施形態の第一流体供給部５Ａは、第一圧縮機４１に流体としてプロパンを供給する。第一流体供給部５Ａは、第一流体供給源５１１と、第一供給路５１２と、第一分岐路５１３と、を有する。

第一流体供給源５１１は、プロパンの供給源である。第一流体供給部５Ａにおける流体供給源は、第一流体供給源５１１のみである。第一供給路５１２は、第一流体供給源５１１のプロパンを第一圧縮機トレン２Ａの第一圧縮機４１に供給する配管である。第一供給路５１２は、第一流体供給源５１１と、第一圧縮機トレン２Ａの第一入口流路ＬＩ１及び第一中間流路ＬＭ１とを接続している。第一分岐路５１３は、第一流体供給源５１１のプロパンを第二圧縮機トレン２Ｂの第一圧縮機４１に分配して供給する配管である。第一分岐路５１３は、第一供給路５１２と、第二圧縮機トレン２Ｂの第一入口流路ＬＩ１及び第一中間流路ＬＭ１とを接続している。

第二流体供給部５Ｂは、第一流体供給部５Ａからは独立しており、第一流体供給部５Ａとは異なる流体を異なる条件で供給可能とされている。本実施形態の第二流体供給部５Ｂは、第二圧縮機４２に流体として混合冷媒を供給する。第二流体供給部５Ｂは、第二流体供給源５２１と、第二供給路５２２と、第二分岐路５２３とを有する。

第二流体供給源５２１は、混合冷媒の供給源である。第二流体供給部５Ｂにおける流体供給源は、第二流体供給源５２１のみである。第二供給路５２２は、第二流体供給源５２１の混合冷媒を第一圧縮機トレン２Ａの第二圧縮機４２に供給する配管である。第二供給路５２２は、第二流体供給源５２１と、第一圧縮機トレン２Ａの第二入口流路ＬＩ２とを接続している。第二分岐路５２３は、第二流体供給源５２１の混合冷媒を第二圧縮機トレン２Ｂの第二圧縮機４２に分配して供給する配管である。第二分岐路５２３は、第二供給路５２２と、第二圧縮機トレン２Ｂの第二入口流路ＬＩ２とを接続している。

（制御部）
制御部６は、複数の圧縮機トレン２の運転条件を制御可能とされている。本実施形態の制御部６は、第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂを独立して同時に制御可能とされている。制御部６は、各圧縮機トレン２に対して、二軸式のガスタービン３及び圧縮部４をそれぞれ制御可能とされている。具体的には、制御部６は、圧縮機トレン２の運転状態を監視し、各弁に指示を送っている。これにより、制御部６では、複数の圧縮機トレン２の一つが停止した場合に、停止していない他の圧縮機トレン２に対して、「少なくとも一つの圧縮機に供給される流体の流量を増加させる」、「少なくとも一つの圧縮機に圧縮した流体を戻す量を増加させる」、「高圧タービンロータ３１２に加えるエネルギーを増加させる」、及び、「低圧タービンロータ３１３の回転数を増加させる」の少なくとも一つを行わせるための指示を送っている。

なお、制御部６では、上述した四つの全てを行わせるように指示を送ってもよく、いずれか一つのみを行わせるように指示を送ってもよい。

本実施形態の制御部６は、入力部６１と、判定部６２と、第一出力部６３と、第二出力部６４と、第三出力部６５と、第四出力部６６と、を有している。

入力部６１には、第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂの運転状態の情報が入力される。第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂの運転状態の情報とは、第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂからの停止信号の情報及び圧力センサＰで取得された圧力の情報である。

判定部６２は、入力部６１に入力された第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂの停止信号の情報に基づいて、第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂが停止しているか否かを判定する。第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂのいずれかが停止していると判定した場合には、どの圧縮機トレン２が停止しているかの情報を第一出力部６３と、第二出力部６４と、第三出力部６５と、に出力する。

また、判定部６２は、圧力の値が予め定めた基準値を超えているか否かを判定する。ここで、基準値とは、第二圧縮機４２に過剰な負荷が生じて異常が生じていると判断される値である。本実施形態の基準値は、例えば、第二圧縮機４２が定常運転している場合の圧力に対して、明らかに高いと判断可能な値である。圧力の値が基準値を超えていると判定した場合には、どの圧縮機トレン２の第二圧縮機４２の圧力が異常であるかの情報を第四出力部６６に出力する。

以下、第二圧縮機トレン２Ｂが停止して、第一圧縮機トレン２Ａが運転を継続している場合を例に挙げて説明する。判定部６２は、第二圧縮機トレン２Ｂが停止した又は第二圧縮機トレン２Ｂの第二圧縮機４２に異常が生じている判定した場合、第一出力部６３、第二出力部６４、第三出力部６５、及び第四出力部６６に対して、第一圧縮機トレン２Ａを指示対象とするように指示を送る。

第一出力部６３は、判定部６２から送られた信号に基づいて、第一圧縮機トレン２Ａの第一バイパス弁ＶＢ１、第二バイパス弁ＶＢ２、及び第三バイパス弁ＶＢ３の少なくとも一つに対して、開くように指示を送る。これにより、第二圧縮機４２及び第三圧縮機４３の少なくとも一方の吸込口に戻される混合冷媒の量が増加する。

第二出力部６４は、判定部６２から送られた信号に基づいて、第一圧縮機トレン２Ａの第一入口弁ＶＩ１及び第一中間弁ＶＭ１の少なくとも一つに対して、狭めるように指示を送る。これにより、第一圧縮機４１に供給されるプロパンの流量を減少させることができる。

第三出力部６５は、判定部６２から送られた信号に基づいて、第一圧縮機トレン２Ａの燃料供給弁ＶＦ１に開度を広げるように指示を送る。これにより、燃焼器３２に供給される燃料が増加し、高圧タービンロータ３１２に加えるエネルギーが増加され、低圧タービンロータ３１３の回転数が増加される。

第四出力部６６は、判定部６２から送られた信号に基づいて、第一圧縮機トレン２Ａの燃料供給弁ＶＦ１に開度を広げるように指示を送る。この際、圧力センサＰで取得される圧力の値を下げて一定となるように、燃料供給弁ＶＦ１の開度が調整される。これにより、燃焼器３２に供給される燃料が増加し、高圧タービンロータ３１２に加えるエネルギーが増加され、低圧タービンロータ３１３の回転数が増加される。

なお、第一圧縮機トレン２Ａが停止して、第二圧縮機トレン２Ｂが運転を継続している場合も、指示対象が第一圧縮機トレン２Ａから第二圧縮機トレン２Ｂとなるだけであり、第一出力部６３、第二出力部６４、第三出力部６５、及び第四出力部６６では、同様の処理が行われる。

（作用効果）
圧縮機システム１では、複数の圧縮機トレン２を並列運転する際には、複数の圧縮機トレン２において、第一ロータ１０及び第二ロータ２０の回転数がほぼ同じとされて運転される。その際に、弁等の装置に対して故障等の不具合が生じる場合がある。その結果、不具合が生じている圧縮機トレン２の一部の圧縮機のプロセスのバランスが崩れてしまう。このような状態となった際に、正常に運転している圧縮機の負荷が一時的に増大し、圧縮機の回転数低下を生じさせる。単軸のガスタービン３を適用している場合には、ガスタービン３は一定の回転数（ほぼ定格速度）でしか運転ができないために、圧縮機トレン２全体が停止してしまう可能性がある。しかしながら、上記構成の圧縮機システム１では、全ての圧縮機トレン２に二軸式のガスタービン３が適用されている。そのため、第一ロータ１０と、第一圧縮機４１から第三圧縮機４３に繋がれた第二ロータ２０とを異なる回転数で運転することができる。つまり、より広い運転範囲で速度調整を行うことができる。したがって、圧縮機トレン２が意図せずに停止してしまうことを抑制し、運転が安定して継続できる。

また、二軸式のガスタービン３を適用することで、圧縮機の負荷変動を抑えるために有効な安全弁やリサイクル弁を削減でき、圧縮機システム１としてのコストを抑えることができる。さらに、圧縮機の負荷変動に対して、二軸式のガスタービン３の有する広い運転範囲で対応できる。そのため、圧縮機システム１の設計時に負荷変動を検証するためのシミュレーションの頻度を抑得ることができ、設計作業も簡略化することができる。

また、第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂのいずれか一つが停止した場合に、制御部６によって、第一バイパス弁ＶＢ１、第二バイパス弁ＶＢ２、及び第三バイパス弁ＶＢ３を開くように指示が送られる。その結果、第一バイパス弁ＶＢ１及び第二バイパス弁ＶＢ２のいずれかが開かれた場合には、第二圧縮機４２の吸込口に供給される圧縮された混合冷媒の量が増加する。また、第三バイパス弁ＶＢ３が開かれた場合には、第三圧縮機４３の吸込口に供給される圧縮された混合冷媒の量が増加する。つまり、第二圧縮機４２や第三圧縮機４３に対し、戻される混合冷媒の量が増加し、新たに供給される混合冷媒の量を抑えることができる。したがって、第二圧縮機４２及び第三圧縮機４３での負荷の増大が抑えられる。その結果、第二圧縮機４２及び第三圧縮機４３に起因する第二ロータ２０の回転数の低下割合を緩和することができる。これにより、正常に運転している圧縮機トレン２が意図せずに停止してしまうことを抑制することができる。

なお、第一バイパス弁ＶＢ１、第二バイパス弁ＶＢ２、及び第三バイパス弁ＶＢ３を開く際に、制御部６でフィードフォワード制御を使うことで、第二圧縮機４２及び第三圧縮機４３の負荷を速やかに下げることができる。

さらに、制御部６によって、第一バイパス弁ＶＢ１、第二バイパス弁ＶＢ２、及び第三バイパス弁ＶＢ３のいずれかを開くように制御している。これにより、圧縮機トレン２の停止に対応させて、運転している第二圧縮機４２や第三圧縮機４３の吸込口に戻される混合冷媒の量を容易に増加させることができる。

また、第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂのいずれか一つが停止した場合に、制御部６によって、燃料供給弁ＶＦ１を広げるように指示が送られる。その結果、燃焼器３２に供給される燃料が増加することで、高圧タービンロータ３１２に加えるエネルギーが増加される。その結果、低圧タービンロータ３１３の回転数も増加し、第二ロータ２０の回転数の低下を抑えることができる。その結果、第一圧縮機４１、第二圧縮機４２、及び第三圧縮機４３で負荷が増大しても、第二ロータ２０の回転数の低下割合を緩和することができる。これにより、正常に運転している圧縮機トレン２が意図せずに停止してしまうことを抑制することができる。

また、第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂのいずれか一つが停止した場合に、制御部６によって、第一入口弁ＶＩ１及び第一中間弁ＶＭ１のいずれかを狭めるように指示が送られる。その結果、第一入口弁ＶＩ１及び第一中間弁ＶＭ１のいずれかが狭められた場合には、第一圧縮機４１の内部に供給されるプロパンの量が減少する。したがって、第一圧縮機４１で圧縮されるプロパンの量が減り、第一圧縮機４１での負荷の増大が抑えられる。その結果、第一圧縮機４１に起因する第二ロータ２０の回転数の低下割合を緩和することができる。これにより、正常に運転している圧縮機トレン２が意図せずに停止してしまうことを抑制することができる。

さらに、制御部６によって、第一入口弁ＶＩ１及び第一中間弁ＶＭ１のいずれかを狭めるように制御している。これにより、圧縮機トレン２の停止に対応させて、運転している第一圧縮機４１に供給されるプロパンの量を容易に減少させることができる。

なお、第一圧縮機４１の吸込口に供給されるプロパンの量を減少させるためには、第一入口弁ＶＩ１及び第一中間弁ＶＭ１の開度を調整することに限定されるものではない。例えば、作業者が、制御部６を介して、第一圧縮機４１に対して、第一圧縮機４１の排出口から排出されるプロパンの流量を低下させるように指示を送ってもよい。つまり、ＬＮＧプラントでのＬＮＧの生産量の要求値を下げるように指示を送ってもよい。

また、圧力センサＰで取得された圧力の情報が第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂのいずれかで基準値を超えた場合に、制御部６によって、燃料供給弁ＶＦ１を広げるように指示が送られる。第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂのいずれかが停止すると、正常に運転している圧縮機トレン２の第二ロータ２０の回転数が低下していくことで、各圧縮機での吸込圧が上昇する。その結果、圧力センサＰで取得された圧力の情報が通常よりも高い値を示す。このような場合に、燃料供給弁ＶＦ１が開くことで、燃焼器３２に供給される燃料が増加し、高圧タービンロータ３１２に加えるエネルギーが増加され、低圧タービンロータ３１３の回転数が増加する。そのため、第二ロータ２０の回転数の低下を抑えることができる。その結果、第一圧縮機４１、第二圧縮機４２、及び第三圧縮機４３で負荷が増大しても、第二ロータ２０の回転数の低下割合を緩和することができる。これにより、正常に運転している圧縮機トレン２が意図せずに停止してしまうことを抑制することができる。

なお、圧力センサＰで取得された圧力の情報に基づいて燃料供給源弁を広げる際に、制御部６でＰＩＤ制御のゲイン（感度）を上げておくことで、低圧タービンロータ３１３の回転数を速やかに上げることができる。

（実施形態の変形例）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

例えば、本実施形態の圧縮機システム１は、二つの圧縮機トレン２を備えているが、圧縮機トレン２の数は、これに限定されるものではない。圧縮機トレン２は複数あればよく、圧縮機トレン２は、三つ以上あってもよい。圧縮機トレン２が三つ以上ある場合には、並列運転される圧縮トレンが増えることになる。その結果、一つの圧縮機トレン２が停止した場合の負荷を二つ以上の圧縮機トレン２で補うことができる。したがって、圧縮機システム１をより安定して運転することができる。

また、複数の圧縮機トレン２は、本実施形態のように同一の構成であることに限定されるものではなく、異なる構成であってもよい。したがって、複数の圧縮機トレン２は、ガスタービン３及び圧縮部４の構成が、必要とされる出力や圧縮する流体の種類等が異なっていてもよい。

また、本実施形態の圧縮機システム１は、二つの流体供給部５を備えているが、流体供給部５の数は、これに限定されるものではない。流体供給部５は、少なくとも一つあればよく、圧縮部４に供給する流体の種類（圧縮部４で圧縮する流体の種類）に対応して、適切な数が配置されればよい。

また、圧縮部４における圧縮機の構成は本実施形態の構成に限定されるものではない。圧縮部４は、少なくとも一つの圧縮機をしていればよく、四つ以上の圧縮機を有していてもよい。

また、バイパス流路は、本実施形態の構成に限定されるものではない。圧縮部４において、バイパス流路は設けられていなくともよく、各圧縮機に対してそれぞれ複数設けられていてもよい。

また、制御部６は、本実施形態の構成に限定されるものではない。制御部６は、第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂを個別に制御する他の制御装置を有していてもよい。

また、制御部６に入力される第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂの運転状態の情報としては、本実施形態で説明した情報に限られるものではない。第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂの運転状態の情報は、圧縮機トレン２が停止していることがわかる情報であればよく、圧縮機トレン２の異常を示す情報であればよい。したがって、第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂの運転状態の情報として、例えば、第一ロータ１０及び第二ロータ２０の回転数の情報や、二軸式のガスタービン３や各圧縮機の出力の情報が入力部６１に入力されてもよい。

また、制御部６には、第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂの停止信号の情報、及び圧力センサＰで取得された圧力の情報の両方が入力されることに限定されるものではない。第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂの停止信号の情報、及び圧力センサＰで取得された圧力の情報のいずれか一方のみが入力部６１に入力されてもよい。

また、第一圧縮機トレン２Ａ及び第二圧縮機トレン２Ｂの運転状態の情報とは、圧力センサＰのみを利用することに限定されるものではない。したがって、圧力センサＰで取得された圧力の情報のみではなく、その他流量や温度の情報も入力部６１に入力されてもよい。

＜付記＞
実施形態に記載の圧縮機システム１は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る圧縮機システム１は、二軸式のガスタービン３と、前記二軸式のガスタービン３によって駆動される少なくとも一つの圧縮機を含む圧縮部４とを有する複数の圧縮機トレン２と、一の流体供給源を有し、前記流体供給源から供給される流体を前記複数の圧縮機トレン２における前記圧縮機にそれぞれ分配して供給する流体供給部５と、を備え、前記二軸式のガスタービン３は、圧縮機ロータ３１１を有し、前記圧縮機ロータ３１１の回転によって空気を圧縮するガスタービン圧縮機３１と、前記ガスタービン圧縮機３１で圧縮された空気と燃料とによって燃焼ガスを生成する燃焼器３２と、前記圧縮機ロータ３１１と機械的に連結されて前記燃焼ガスで回転駆動する高圧タービンロータ３１２を有する高圧タービン３４と、前記高圧タービンロータ３１２と離れて配置されて前記高圧タービンロータ３１２を回転駆動した後の前記燃焼ガスによって回転駆動する低圧タービンロータ３１３を有する低圧タービン３５と、を有し、前記複数の圧縮機トレン２は、並列運転可能とされている。

このような構成によれば、圧縮機ロータ３１１及び高圧タービンロータ３１２と複数の圧縮機に繋がれた低圧タービンロータ３１３とを異なる回転数で運転することができる。つまり、より広い運転範囲で速度調整を行うことができる。したがって、圧縮機トレン２が意図せずに停止してしまうことを抑制し、運転が安定して継続できる。

（２）第２の態様に係る圧縮機システム１は、（１）の圧縮機システム１であって、前記複数の圧縮機トレン２の運転条件を制御可能な制御部６と、をさらに備え、前記制御部６は、前記複数の圧縮機トレン２の一つが停止した場合に、停止していない他の圧縮機トレンに対し、前記圧縮機で圧縮された流体を前記圧縮機の吸込口に戻す量を増加させさせてもよい。

このような構成によれば、圧縮機に戻される流体の量が増加する。つまり、圧縮機に新たに供給される流体の量を抑えることができる。したがって、圧縮機での負荷の増大が抑えられる。その結果、圧縮機に起因する低圧タービンロータ３１３の回転数の低下割合を緩和することができる。これにより、正常に運転している圧縮機トレン２が意図せずに停止してしまうことを抑制することができる。

（３）第３の態様に係る圧縮機システム１は、（２）の圧縮機システム１であって、前記圧縮部４は、前記圧縮機の排出口から排出された前記流体を前記圧縮機の吸込口に戻すように、前記吸込口と前記排出口とを繋ぐバイパス流路と、前記バイパス流路に配置され、前記バイパス流路を流通する前記流体の流量を調整可能なバイパス弁と、を有し、前記制御部６は、前記複数の圧縮機トレン２の一つが停止した場合に、停止していない他の圧縮機トレン２の前記圧縮部４の前記バイパス弁に対して、前記バイパス流路を流通する前記流体の流量を増加させるように開度を広げるように指示を送ってもよい。

このような構成によれば、圧縮機トレン２の停止に対応させて、運転している圧縮機に戻される流体の量を容易に増加させることができる。

（４）第４の態様に係る圧縮機システム１は、（１）の圧縮機システム１であって、前記複数の圧縮機トレン２の運転条件を制御可能な制御部６と、をさらに備え、前記制御部６は、前記複数の圧縮機トレン２の一つが停止した場合に、停止していない他の圧縮機トレン２の前記高圧タービンロータ３１２に加えるエネルギーを増加させてもよい。

このような構成によれば、低圧タービンロータ３１３の回転数も増加し、圧縮部４での回転数の低下を抑えることができる。その結果、圧縮機で負荷が増大しても、圧縮部４での回転数の低下割合を緩和することができる。これにより、正常に運転している圧縮機トレン２が意図せずに停止してしまうことを抑制することができる。

（５）第５の態様に係る圧縮機システム１は、（１）の圧縮機システム１であって、前記複数の圧縮機トレン２の運転条件を制御可能な制御部６と、をさらに備え、前記圧縮部４は、前記圧縮機の吸込口での圧力の値を取得し、前記圧力の値の情報を前記制御部６に送る圧力値取得部を有し、前記制御部６は、前記複数の圧縮機トレン２の一つにおける前記圧力値取得部で取得した前記圧力の値が予め定めた基準値を超えた場合に、他の圧縮機トレン２の前記低圧タービンロータ３１３の回転数を増加させてもよい。

このような構成によれば、低圧タービンロータ３１３の回転数の低下を抑えることができる。その結果、圧縮機で負荷が増大しても、低圧タービンロータ３１３の回転数の低下割合を緩和することができる。これにより、圧縮機トレン２全体が意図せずに停止してしまうことを抑制することができる。

（６）第６の態様に係る圧縮機システム１は、（１）の圧縮機システム１であって、前複数の圧縮機トレン２の運転条件を制御可能な制御部６と、をさらに備え、前記制御部６は、前記複数の圧縮機トレン２の一つが停止した場合に、停止していない他の圧縮機トレン２の前記圧縮機に供給される前記流体の流量を減少させてもよい。

このような構成によれば、圧縮機で圧縮される流体の量が減り、圧縮機での負荷の増大が抑えられる。その結果、圧縮機に起因する圧縮部４での回転数の低下割合を緩和することができる。これにより、圧縮機トレン２全体が意図せずに停止してしまうことを抑制することができる。

（７）第７の態様に係る圧縮機システム１は、（６）の圧縮機システム１であって、前記圧縮部４は、前記流体供給部５と繋がれ、前記圧縮機の内部に前記流体を供給する入口流路と、前記入口流路に配置され、前記入口流路を流通する前記流体の流量を調整可能な入口弁と、を有し、前記制御部６は、前記複数の圧縮機トレン２の一つが停止した場合に、停止していない他の圧縮機トレン２の前記圧縮部４の前記入口弁に対して、前記入口流路を流通する前記流体の流量を減少させるように開度を狭めるように指示を送ってもよい。

このような構成によれば、圧縮機トレン２の停止に対応させて、運転している圧縮機に供給される流体の量を容易に減少させることができる。

１ 圧縮機システム
２ 圧縮機トレン
２Ａ 第一圧縮機トレン
２Ｂ 第二圧縮機トレン
３ ガスタービン
３１ ガスタービン圧縮機
Ｏ１ 第一軸線
３１１ 圧縮機ロータ
３２ 燃焼器
ＬＦ１ 燃料供給路
ＶＦ１ 燃料供給弁
３４ 高圧タービン
３１２ 高圧タービンロータ
１０ 第一ロータ
３５ 低圧タービン
Ｏ２ 第二軸線
３１３ 低圧タービンロータ
２０ 第二ロータ
４ 圧縮部
４１ 第一圧縮機
４１１ 第一圧縮部ロータ
ＬＩ１ 第一入口流路
ＶＩ１ 第一入口弁
ＬＭ１ 第一中間流路
ＶＭ１ 第一中間弁
４２ 第二圧縮機
４２１ 第二圧縮部ロータ
ＬＩ２ 第二入口流路
ＶＩ２ 第二入口弁
Ｐ 圧力センサ
４３ 第三圧縮機
４３１ 第三圧縮部ロータ
ＬＩ３ 第三入口流路
Ｃ１ 第一冷却部
ＬＯ３ 第三出口流路
Ｃ２ 第二冷却部
ＬＢ１ 第一バイパス流路
ＶＢ１ 第一バイパス弁
ＬＢ２ 第二バイパス流路
ＶＢ２ 第二バイパス弁
ＬＢ３ 第三バイパス流路
ＶＢ３ 第三バイパス弁
５ 流体供給部
５Ａ 第一流体供給部
５１１ 第一流体供給源
５１２ 第一供給路
５１３ 第一分岐路
５Ｂ 第二流体供給部
５２１ 第二流体供給源
５２２ 第二供給路
５２３ 第二分岐路
６ 制御部
６１ 入力部
６２ 判定部
６３ 第一出力部
６４ 第二出力部
６５ 第三出力部
６６ 第四出力部

Claims (7)

1. 多軸式のガスタービンと、前記多軸式のガスタービンによって駆動される少なくとも一つの圧縮機を含む圧縮部とを有する複数の圧縮機トレンと、
   一の流体供給源を有し、前記流体供給源から供給される流体を前記複数の圧縮機トレンにおける前記圧縮機にそれぞれ分配して供給する流体供給部と、を備え、
   前記多軸式のガスタービンは、
   圧縮機ロータを有し、前記圧縮機ロータの回転によって空気を圧縮するガスタービン圧縮機と、
   前記ガスタービン圧縮機で圧縮された空気と燃料とによって燃焼ガスを生成する燃焼器と、
   前記圧縮機ロータと機械的に連結されて前記燃焼ガスで回転駆動する高圧タービンロータを有する高圧タービンと、
   前記高圧タービンロータと離れて配置されて前記高圧タービンロータを回転駆動した後の前記燃焼ガスによって回転駆動する低圧タービンロータを有する低圧タービンと、を有し、
   前記複数の圧縮機トレンは、並列運転可能とされている圧縮機システム。
2. 前記複数の圧縮機トレンの運転条件を制御可能な制御部と、をさらに備え、
   前記制御部は、前記複数の圧縮機トレンの一つが停止した場合に、停止していない他の圧縮機トレンに対し、前記圧縮機で圧縮された流体を前記圧縮機の吸込口に戻す量を増加させる請求項１に記載の圧縮機システム。
3. 前記圧縮部は、
   前記圧縮機の排出口から排出された前記流体を前記圧縮機の吸込口に戻すように、前記吸込口と前記排出口とを繋ぐバイパス流路と、
   前記バイパス流路に配置され、前記バイパス流路を流通する前記流体の流量を調整可能なバイパス弁と、を有し、
   前記制御部は、前記複数の圧縮機トレンの一つが停止した場合に、停止していない他の圧縮機トレンの前記圧縮部の前記バイパス弁に対して、前記バイパス流路を流通する前記流体の流量を増加させるように開度を広げるように指示を送る請求項２に記載の圧縮機システム。
4. 前記複数の圧縮機トレンの運転条件を制御可能な制御部と、をさらに備え、
   前記制御部は、前記複数の圧縮機トレンの一つが停止した場合に、停止していない他の圧縮機トレンの前記高圧タービンロータに加えるエネルギーを増加させる請求項１に記載の圧縮機システム。
5. 前記複数の圧縮機トレンの運転条件を制御可能な制御部と、をさらに備え、
   前記圧縮部は、前記圧縮機の吸込口での圧力の値を取得し、前記圧力の値の情報を前記制御部に送る圧力値取得部を有し、
   前記制御部は、前記複数の圧縮機トレンの一つにおける前記圧力値取得部で取得した前記圧力の値が予め定めた基準値を超えた場合に、他の圧縮機トレンの前記低圧タービンロータの回転数を増加させる請求項１に記載の圧縮機システム。
6. 前複数の圧縮機トレンの運転条件を制御可能な制御部と、をさらに備え、
   前記制御部は、前記複数の圧縮機トレンの一つが停止した場合に、停止していない他の圧縮機トレンの前記圧縮機に供給される前記流体の流量を減少させる請求項１に記載の圧縮機システム。
7. 前記圧縮部は、
   前記流体供給部と繋がれ、前記圧縮機の内部に前記流体を供給する入口流路と、
   前記入口流路に配置され、前記入口流路を流通する前記流体の流量を調整可能な入口弁と、を有し、
   前記制御部は、前記複数の圧縮機トレンの一つが停止した場合に、停止していない他の圧縮機トレンの前記圧縮部の前記入口弁に対して、前記入口流路を流通する前記流体の流量を減少させるように開度を狭めるように指示を送る請求項６に記載の圧縮機システム。

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