JP2024512294A - エジェクタを使用したシール漏れガス回収システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 システムは、ドライガスシール（９）を含む回転ターボ機械（３）を備える。シール漏れガス収集ライン（１４）は、ドライガスシール（９）をエジェクタ（１３）のシール漏れガス入口（１５）に流体接続する。シール漏れガス排出ライン（２３）は、ドライガスシール（９）を、シール漏れガス圧力よりも低い排出圧力でシール漏れガス排出部（２５）に流体結合する。シール漏れガス排出ライン（２３）沿いにある漏れ排出制御弁（２７）は、シール漏れガス排出ライン（２３）内のシール漏れガスの少なくとも一部を方向転換させるように適合されている。また、ドライガスシール装置から漏れるシールガスを回収するための方法が開示される。【選択図】図１

Description

本明細書で開示される主題は、ターボ機械に関し、具体的には、ドライガスシールを備える圧縮機に関する。本開示の実施形態は、特に、ドライガスシールからのシール漏れガスの回収に関する。

化石燃料は、依然として、発電を含むいくつかの産業プロセスにおいて必要とされる熱出力の生成のための主要なエネルギー源である。このエネルギー資源の環境への影響を低減する試みがなされてきた。最もクリーンな化石燃料は天然ガスであり、メタンの燃焼は他の炭化水素よりも大量の熱エネルギーを発生し、環境への影響に寄与する二酸化炭素及び他の汚染物質の生成が著しく少ないので、大きな環境上の利点を提供するので、主にメタンからなる。

それにもかかわらず、天然ガスの抽出及び輸送は、未燃焼ガス、主にメタンの大気中への放出を引き起こす。メタンは気候変動に寄与し、特に温室効果を有するので、これは環境への影響に関して深刻な影響を有する。実際、二酸化炭素と同様に、メタンも大気中の熱を捕捉する。１００年の期間におけるメタンの地球温暖化係数（ＧＷＰ）、温室効果ガスが特定の時間軸までに大気中にどの程度の熱を捕捉するかの尺度は、二酸化炭素のそれよりも約２８倍高い。

したがって、天然ガスの抽出、輸送及び使用の全プロセスにおいて、大気中に放出される天然ガスの量を低減する努力がなされてきた。

このアプローチにおける主な役割は、ガス圧縮機の回転シールによって果たされる。ドライガスシールは、遠心圧縮機又は他のターボ機械からのプロセスガスの漏れを効率的に低減するための非接触シールとしてますます普及してきている（Ｓｔａｈｌｅｙ、Ｊｏｈｎ Ｓ．「Ｄｒｙ Ｇａｓ Ｓｅａｌｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ」、Ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ ２００５ ｂｙ Ｐｅｎｎｗｅｌｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、ＩＳＢＮ １－５９３７０－０６２－８）。ドライガスシールは、プロセスガスの流れを使用して、回転シャフトと固定シールとの間に効率的な非接触シーリングを提供する。ドライガスシールは、動作するためにクリーンなドライガスの流れを必要とする。通常、圧縮機によって処理されるのと同じガスがシーリングガスとして使用される。シーリングガスは、圧縮機の送出側から取り出され、圧縮機は、十分に加圧されたシーリングガスを提供するように動作するものとする。

天然ガスを処理するための圧縮機において、例えばガスパイプラインでは、ドライガスシールからの天然ガス漏れは、通常、フレアで燃焼され、これは、天然ガスを大気中に排出することを回避するが、いずれにせよ、温室効果ガス（二酸化炭素）を生成し、ある量の貴重な供給原料を破壊する。

したがって、ドライガスシールから漏れるガスを回収することが提案されてきた。ドライガスシールを使用する遠心圧縮機システムにおける炭化水素回収のための回路は、２０１９年１０月にｔｈｅ Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅｓ ｆｏｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ（Ｂａｎｆｆ、Ａｌｂｅｒｔａ、Ｃａｎａｄａ）にて提出された論文、Ｓｅｒｇｉｏ Ｃｉｐｒｉａｎｉ ｅｔ ａｌ：「Ｔｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ Ｌｏｓｓ ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ」に開示されている。

同様の問題が、天然ガス液化システムにおいて冷媒を処理するために使用される圧縮機において生じる。冷媒流体は、メタンなどの炭化水素、又は炭化水素を含有する混合冷媒であることが多い。冷媒圧縮機のドライガスシールからの冷媒漏れは、パイプライン圧縮機からの炭化水素の放出と同様の問題を引き起こす。

ターボ機械のドライガスシールから漏れるガスを効率的に回収し、その圧力を増加させて、回収された漏れガスをシールガスとして再使用するか、又は更なる処理に送ることができるようにするためのシステム及び方法の開発に継続的な調査が向けられてきた。

本明細書で開示される実施形態によれば、シール漏れガスを回収するためのシステムは、少なくとも１つのドライガスシールを含む回転ターボ機械を備える。システムは更に、駆動ガス入口圧力の駆動ガス入口と、シール漏れガス圧力のシール漏れガス入口と、シール漏れガス圧力よりも高い混合ガス出口圧力の混合ガス出口と、を有するエジェクタを含む。シール漏れガス収集ラインは、ドライガスシールをエジェクタのシール漏れガス入口に流体接続する。シール漏れガス排出ラインは、ドライガスシールを、シール漏れガス圧力よりも低い排出圧力でシール漏れガス排出部に流体結合する。シール漏れガス排出ライン沿いに提供される漏れ排出制御弁は、シール漏れガス排出ライン内のシール漏れガスを方向転換させるように適合される。

漏れ排出制御弁は、エジェクタのシール漏れガス入口に向かうシール漏れガス収集ライン内のシール漏れガスの流れパラメータを検出するように適合された流れパラメータセンサに機能的に接続され、当該流れパラメータセンサによって検出された流れパラメータに基づいて制御される。

いくつかの実施形態では、漏れ排出制御弁は圧力制御弁であり、流れパラメータはシール漏れガス収集ライン内の圧力である。他の実施形態では、漏れ排出制御弁は流量制御弁であり、流れパラメータはシール漏れ収集ライン内の流量である。

漏れ排出制御弁は、ドライガスシール（複数可）から漏れ出たシールガスをシール漏れガス排出ラインに向けて完全に又は部分的に方向転換させることができる。例えば、エジェクタの駆動ガス入口で利用可能な駆動ガスがないか若しくは不十分であるためなど、何らかの理由でエジェクタが動作していない場合、又はエジェクタ単独では管理することができない過剰なシールガス漏れがドライガスシールから流れている場合である。漏れ排出制御弁を設けることにより、ターボ機械の可用性、すなわちターボ機械が動作し得る条件が増大する。

別の態様によれば、本明細書で開示されるのは、回転ターボ機械のドライガスシールからシール漏れガスを回収するための方法である。本方法は、ターボ機械を動作させるステップと、シールガスを少なくとも１つのドライガスシールに供給するステップと、を含む。更に、本方法は、少なくとも１つのドライガスシールからシール漏れガスを回収し、回収されたシール漏れガスをシール漏れガス圧力でエジェクタのシール漏れガス入口に送出するステップを含む。エジェクタは更に、駆動ガス圧力で駆動ガス流を受け取る駆動ガス入口と、混合ガス出口と、を含む。混合ガスは、シール漏れガス圧力よりも高い混合ガス圧力でエジェクタの混合ガス出口に送出される。シール漏れガスは、シール漏れガス収集ライン内を流れるシール漏れガスの流れパラメータに基づいて制御される漏れ排出制御弁を介して、シール漏れガス圧力よりも低い圧力で、少なくとも１つのドライガスシールからシール漏れガス排出部に少なくとも部分的に方向転換される。流れパラメータは、例えば、圧力又は流量であり得る。

システム及び方法の更なる特徴及び実施形態は、以下及び添付の「特許請求の範囲」に開示される。

ここで、添付図面を簡単に参照する。
図１は、回転ターボ機械と、ターボ機械のドライガスシールから漏れ出たシールガスを回収するためのエジェクタと、を含むシステムの一実施形態の概略図である。 図２は、圧縮機と、エジェクタを使用するシール漏れガス回収構成を有するドライガスシールと、を含むシステムの一実施形態の概略図である。 図３は、更なる実施形態の概略図である。 図４は、本明細書に開示される方法を要約するフロー図である。

本開示によれば、特に圧縮機などのターボ機械は、１つ以上のドライガスシールを含む。ドライガスシールにはシールガスが供給され、シールガスはドライガスシール（複数可）から部分的に放出される。ドライガスシールから放出されるガスは、本明細書ではシール漏れガスと称される。

シール漏れガスを回収するために、エジェクタを含む回収回路が提供される。エジェクタは、駆動ガスを使用してシール漏れガスの圧力を上昇させる。ターボ機械が圧縮機である実施形態では、駆動ガス及びシールガスは、圧縮機によって処理された圧縮ガスであり得る。エジェクタは、シール漏れガスの圧力を上昇させ、したがって、シール漏れガスは、更なる処理のために圧縮機の吸引側又は別の回収ラインに送出され得る。

ここで図１を参照すると、第１の実施形態では、システム１は、入口５及び出口７を有するターボ機械３を備える。入口５は、入口ライン５Ａと流体結合され、出口７は、出口ライン又は送出ライン７Ａと流体結合される。実施形態において、ターボ機械３は、圧縮機、例えば軸流圧縮機又は遠心圧縮機であり得る。

ターボ機械３は、１つ以上のドライガスシール、例えば２つのドライガスシール９を含む。シールガスは、シールガス送出ライン１１を通してドライガスシール９に送出される。既知のように、ドライガスシール９に送出されるシールガスの一部は、ターボ機械３から低圧で放出される。本開示のシステムの実施形態は、シール漏れガスの少なくとも一部を回収する構成を含み、回収されたシール漏れガスが環境に排出されるか又はフレアで燃焼されるのではなく、更に処理され、例えば、ターボ機械に再注入され得るように、その圧力を上昇させる。いくつかの実施形態では、ドライガスシール９は、一次ベント及び二次ベントを有するタンデムドライガスシールを含み得る。少なくとも一次ベントは回収され、その圧力は、ターボ機械への再注入のために、又は他の処理のために上昇される。

シール漏れガスの圧力を増加させるために、システム１は、シール漏れガス入口１５と、駆動ガス入口と、混合ガス出口１９と、を有するエジェクタ１３を含む。ドライガスシール９から放出されるシール漏れガスは、ドライガスシール９をエジェクタ１３のシール漏れガス入口１５に接続するシール漏れガス収集ライン１４に収集される。

シール漏れガスは、シール漏れガス圧力でシール漏れガス入口１５を通ってエジェクタ１３に入り、駆動ガス入口ラインを通って送出され、シール漏れガス圧力よりも高い駆動ガス入口圧力で駆動ガス入口１７を通ってエジェクタ１３に入る駆動ガスの流れによって同伴される。駆動ガスとシール漏れガスとの混合物は、混合ガス出口１９を通って混合ガス出口圧力でエジェクタ１３を出る。混合ガス出口圧力は、駆動ガス入口圧力よりも低いが、シール漏れガス入口圧力よりも高い。エジェクタ１３を出る混合ガスは、ライン２０を通して任意の適切な処理セクション２１に送出され得る。

シール漏れガス排出ライン２３は、エジェクタ１３のシール漏れガス入口１５におけるシール漏れガス圧力よりも低い排出圧力で、ドライガスシール９をシール漏れガス排出部２５に流体結合する。シール漏れガス排出ライン２３沿いにある漏れ排出制御弁２７は、ターボ機械３及び／又はエジェクタ１３の動作条件に応じて、必要なときに、ドライガスシール９から放出されたシール漏れガスをシール漏れガス排出部２５に向けて部分的に又は完全に排出するように適合される。漏れ排出制御弁２７は、エジェクタ１３のシール漏れガス入口１５における圧力を検出するように適合された圧力センサ２９に機能的に結合された圧力制御弁であり得る。他の実施形態では、漏れ排出制御弁２７は流量制御弁であってもよい。

エジェクタ１３が、例えば、駆動ガス入口１７で利用可能な駆動ガスがないか、若しくは不十分であるため、ドライガスシール９から放出されたシール漏れガスを完全に処理することができない場合、又は放出されたシール漏れガスの流量がエジェクタ容量を超える場合、漏れ排出制御弁２７は、シール漏れガス流量の一部をシール漏れガス排出部２５に方向転換させ、したがって、エジェクタ１３によって処理される流量を部分化、すなわちチョーキングし得る。場合によっては、例えば、エジェクタ１３が動作していない場合、シール漏れガスは、漏れ排出制御弁２７を通してシール漏れガス排出ライン２３に完全に方向転換させられ得る。

漏れ排出制御弁２７及びシール漏れガス排出ライン２３を使用して、ターボ機械３は、エジェクタ１３が動作不能であるか、又はドライガスシール９からのシール漏れガス流量全体を処理することができないかのいずれかの状況でも動作し得る。これにより、ターボ機械３の可用性が向上する。

いくつかの実施形態では、シール漏れガス収集ライン１４において、逆止弁５１が、好ましくは圧力センサ２９の上流に提供され得る。駆動ガス制御弁５２は、駆動ガス入口１７の上流で駆動ガス入口ラインに位置付けられ得る。更なる逆止弁５３がライン２０内に位置付けられ得、それを通して混合ガスがエジェクタ１３から送出される。駆動ガス制御弁は、圧力制御弁、すなわち圧力信号によって制御される弁であり得る。

いくつかの実施形態では、駆動ガス制御弁５２に加えて、又はその代わりに、リサイクルライン５４がエジェクタ１３に対して逆並列に提供され得る。リサイクルライン５４は、例えばエジェクタ１３の混合ガス出口１９と逆止弁５３との間で、ライン２０に流体結合された入口を有する。リサイクルライン５４は、エジェクタ１３の駆動ガス入口１７の上流に、駆動ガス入口ラインと流体連結された出口を更に有する。リサイクルライン５４沿いに、リサイクル制御弁５６が提供される。リサイクル制御弁５６は、圧力制御弁、すなわち圧力信号によって制御される弁であり得る。

駆動ガス制御弁５２及びリサイクル制御弁５６は、圧力センサ２９又は別の圧力検出装置によって生成され得る圧力信号によって制御され得る。この構成の機能及び動作は、図２を参照して以下により詳細に説明される。

上述の弁構成によって実行される制御動作の以下の説明から明らかなように、システム内に弁５２のみが提供されてもよく、又は弁５６及び関連するリサイクルライン５４のみが提供されてもよい。いくつかの実施形態では、実施される制御モードに応じて、弁５６及び５２の両方が存在し、代替的に使用され得る。

図１の参照を続けながら、本開示によるシステムの更なる実施形態を図２に示す。図２のシステム１は、圧縮機３、例えば遠心圧縮機又は軸流圧縮機などの動的圧縮機を含む。圧縮機３は、入口ライン５Ａと流体結合された吸引側５と、出口ライン又は送出ライン７Ａと流体結合された送出側７と、を備える。

圧縮機３は、１つ以上のドライガスシール、例えば２つのドライガスシール９を含む。ドライガスシール９は、シングルドライガスシールか、又は一次ベント及び二次ベントを有するタンデムドライガスシールであり得る。

図２の実施形態では、圧縮されたプロセスガスは、圧縮機から又はその下流の送出ラインから抽出され、シールガス処理ユニット３３において処理され、ドライガスシール９のためのシールガスとして使用される。ライン３１は、圧縮機３によって送出される少量の圧縮ガスをシールガス処理ユニット３３に向けて方向転換させ、シールガス処理ユニット３３は、例えば単一又は複数のシールガス送出ライン１１、１１Ａ、１１Ｂを通してドライガスシール９と流体結合する。シールガス処理ユニット３３とドライガスシール９との間には、ドライガスシール９への注入に適したガス圧に減圧するための減圧弁３５が配置されている。

それ自体既知の方法で、シールガス処理ユニット３３は、ドライガスシール９にガスを供給する前にプロセスガスから不純物を除去するためのガスフィルタを含んでもよい。更に、露点を超えてガスを加熱するために、加熱装置がシールガス処理ユニット３３内に提供され得、したがって、シールガスに含まれる水分がドライガスシール９において凝縮することを防止する。

図１と同様に、ドライガスシール９から放出されたシール漏れガスを回収するために、図２のシステム１は、シール漏れガス入口１５と、駆動ガス入口１７と、混合ガス出口１９と、を有するエジェクタ１３を含む。ドライガスシール９から放出されるシール漏れガスは、ドライガスシール９をエジェクタ１３のシール漏れガス入口１５に接続するシール漏れガス収集ライン１４に収集される。図２の実施形態では、ドライガスシール９は、シール漏れガス収集ライン１４に収集される一次ベントと、ライン１６に収集され、環境に排出されるか、フレア（図示せず）に送出される二次ベントと、を有するタンデムドライガスシールである。

図１のシステムの場合、シール漏れガスは、シール漏れガス圧力でシール漏れガス入口１５を通ってエジェクタ１３に入り、シール漏れガス圧力よりも高い駆動ガス入口圧力で駆動ガス入口１７を通ってエジェクタ１３に入る駆動ガスの流れによって同伴される。駆動ガスとシール漏れガスとの混合物は、駆動ガス入口圧力よりも低いがシール漏れガス入口圧力よりも高い混合ガス出口圧力で混合ガス出口１９を通ってエジェクタ１３を出る。

図２の実施形態では、エジェクタ１３で使用される駆動ガスは、圧縮機３によって処理され、圧縮機３の送出側７からスリップし、シールガス処理ユニット３３で処理された少量の圧縮ガスである。図２の概略図では、シールガス処理ユニット３３によって送出されるガスの一部のみが、ドライガスシール９内のシールガスとして使用される。残りの、圧縮され処理されたガス流は、エジェクタ１３の駆動ガス入口１７に送出される。エジェクタ１３の駆動ガス入口１７における駆動ガス流量及び／又は駆動ガス圧力を調整するために、シールガス処理ユニット３３と駆動ガス入口１７との間に駆動ガス制御弁３７が提供され得る。

図２の実施形態では、混合ガス出口１９においてエジェクタ１３を出る駆動ガスとシール漏れガスとの混合物は、圧縮機３の吸引側５に戻される。いくつかの実施形態では、混合ガスは、圧縮機３の吸引側５に入る前に吸引スクラバ（図示せず）を通して処理され得る。

シール漏れガス排出ライン２３は、エジェクタ１３のシール漏れガス入口１５におけるシール漏れガス圧力よりも低い排出圧力で、ドライガスシール９をシール漏れガス排出部２５に流体結合する。シール漏れガス排出ライン２３を流れるシール漏れガスは、フレア（図示せず）に送出されるか、又は環境中に排出され得る。エジェクタ１３が利用不可能であるか、又はシール漏れガス入口１５で受け取られたシール漏れガス流量全体を処理することができない場合、シール漏れガスのごく一部のみがシール漏れガス排出部２５に向かって流れる。

シール漏れガス排出ライン２３沿いにある漏れ排出制御弁２７は、圧縮機３及び／又はエジェクタ１３の動作条件に応じて、必要なときに、ドライガスシール９によって放出されたシール漏れガスをシール漏れガス排出部２５に向けて部分的に又は完全に排出するように適合される。漏れ排出制御弁２７は、エジェクタ１３のシール漏れガス入口１５における圧力を検出するように適合された圧力センサ２９に機能的に結合された圧力制御弁であり得る。他の実施形態では、漏れ排出制御弁２７は、流量制御弁又は作動オンオフ弁であり得る。

例えば、圧縮機３が停止している場合、ドライガスシール９へのシールガス流は維持されるが、シール漏れガスは、圧縮機３の送出側から利用可能な駆動ガス流がないため、エジェクタ１３を通して処理することができない。この場合、漏れガス排出ライン２３の漏れ排出制御弁２７を介して小流量のシール漏れガスが流れる。

ドライガスシール９からシール漏れガス収集ライン１４を通ってエジェクタ１３に流れるシール漏れガスの流れを部分化することを必要とする他の状況が起こり得る。例えば、圧縮機３が設計外の状態で動作しているときに、部分化又はチョーキングが必要とされる場合がある。そのような場合、シール漏れガスの一部又は全部は、漏れ排出制御弁２７を介してシール漏れガス排出ライン２３に向かって流れ得る。

シール漏れガス収集ライン１４内のシール漏れガスの圧力又は流量を検出するために圧力センサ又は流量計が提供されてもよい。

図１の実施形態と同様に、図２においても、逆止弁５１は、シール漏れガス収集ライン１４内に、好ましくは圧力センサ２９の上流に位置付けられ得る。駆動ガス制御弁５２は、駆動ガス入口１７の上流で駆動ガス入口ライン内に位置付けられ得る。更なる逆止弁５３は、ライン２０内に位置付けられ得、それを通して混合ガスがエジェクタ１３から送出される。

いくつかの実施形態では、駆動ガス制御弁５２に加えて、又はその代わりに、リサイクルライン５４がエジェクタ１３に対して逆並列に提供され得、入口はライン２０に流体結合され、出口はエジェクタ１３の駆動ガス入口１７の上流で駆動ガス入口ラインに流体結合される。リサイクルライン５４沿いに、リサイクル制御弁５６が配置され得る。

いくつかの実施形態では、駆動ガス制御弁５２のみが提供され得、リサイクル制御弁５６及び関連するリサイクルライン５４は省略され得る。逆に、他の実施形態では、リサイクルライン５４及びそれぞれのリサイクル制御弁５６が提供され得、駆動ガス制御弁５２は省略され得る。

駆動ガス制御弁５２及び／又はリサイクル制御弁５６は、圧力センサ２９によって又は別の適切な圧力検出装置によって生成され得る圧力信号によって制御され得る。

これまで説明してきた弁構成は、以下に開示する方法に従って、いくつかの一時的な状況においてシステムを管理するために使用され得る。

一実施形態によれば、駆動ガス制御弁５２は、圧縮機ドライガスシールから回収されなければならない漏れガスの吸引圧力の関数として、すなわち、シール漏れガス収集ライン１４内の圧力の関数として駆動ガス流量を調節する圧力制御弁であり得る。圧力センサ２９又はシール漏れガス収集ライン１４内の任意の他の感知構成によって検出された圧力が上昇すると、駆動ガス制御弁５２が開いて駆動ガス流量を増加させ、延いてはエジェクタ１３を通してシール漏れガス収集ライン１４から除去されるシール漏れガス流量を増加させる。シールガス漏れが増加し続け、したがって、シール漏れガス収集ライン１４内の圧力が増加する場合、駆動ガス制御弁５２が完全に開かれると、漏れ排出制御弁２７が徐々に開かれ、漏れシールガスの一部をフレア又は他のシール漏れガス排出部２５に向けて送出する。このようにして、ターボ機械、例えば圧縮機３は、通常の動作条件下で動作し続けることができる。

シール漏れガス収集ライン１４内の圧力が低下すると、漏れ排出制御弁２７は、漏れ排出制御弁２７が再び完全に閉じるまで、圧力センサ２９からの圧力信号の制御下で、再び徐々に閉じる。シール漏れガス収集ライン１４内の圧力が駆動ガス制御弁５２の設定値よりも更に低下すると、駆動ガス制御弁５２が閉じ始め、駆動ガス流量が減少する。

特に、ターボ機械３が圧縮機である場合、漏れ排出制御弁２７は、圧縮機３が動作不能であるとき及び／又は始動時、すなわち、エジェクタ１３を動作させるために利用可能な駆動ガス圧力が不十分であるか、又は全くないときに使用される。始動時に、圧縮機３の圧縮比が十分な値に達すると、加圧された駆動ガスを送出ライン７Ａからエジェクタ１３の駆動ガス入口１７に向かって方向転換させることができ、エジェクタ１３は動作を開始し得る。

圧縮機３の送出圧力が上昇すると、駆動ガス流量が増加し、ドライガスシールから漏れて、シール漏れガス収集ライン１４に収集されたシールガスは、漏れ排出制御弁２７から完全に排出された後、エジェクタ１３を通って流れ始める。

漏れ排出制御弁２７は、駆動ガスの量が増加する間に徐々に閉じ得る。最終的に、全シールガス漏れは、エジェクタ１３を通して除去され、漏れ排出制御弁２７は完全に閉じることになる。これにより、漏れ排出制御弁２７を介した全漏れシールガス流からエジェクタ１３を介した全漏れシールガス流へのスムーズな切り替えが実現される。次に、漏れ排出制御弁２７は、上述したように、シール漏れガス収集ライン１４内の圧力の継続的な上昇の下で駆動ガス制御弁５２の設定値が達成されない限り、閉じたままとなる。

逆止弁５１及び５３は、ターボ機械３のドライガスシールに向かう逆流を低減又は回避する。

リサイクルライン５４及びリサイクル制御弁５６を使用して、システムを制御する異なるモードが実行され得る。この場合、リサイクル制御弁５６は、混合ガス出口１９を通して送出される混合ガス流量の一部をリサイクルするように、部分的に又は完全に開かれ得る。具体的には、リサイクル流量は、漏れシールガス流量が減少しても、エジェクタ１３が安定した状態で動作するような流量である。リサイクル制御弁５６は、シール漏れガス収集ライン１４の圧力センサ２９によって、又は他の適切な圧力検出装置によって検出された圧力に基づいて制御される。シール漏れガス収集ライン１４内の圧力が上昇するとき、これは、より高い流量の漏れシールガスがエジェクタ１３を通して除去されることを意味する。シール漏れガス収集部１４内の当該圧力上昇に応答して、リサイクル制御弁５６が部分的に閉じて、リサイクルライン５４を通してリサイクルされる流れを減少させる。

リサイクル制御弁５６の完全閉鎖状態が達成され、シール漏れガス収集ライン１４内の圧力が依然として低減されなければならない場合、漏れ排出制御弁２７が開き始め、ドライガスシールから漏れているシールガスの一部をフレア又は任意の他のシール漏れガス排出部２５に向けて方向転換させ得る。

漏れ排出制御弁２７が開いた後、シール漏れガス収集ライン１４内の圧力が再び減少する場合、漏れ排出制御弁２７は徐々に閉じることができ、リサイクル制御弁５６の設定値が達成されて、漏れ排出制御弁２７が完全に閉じられた後、シール漏れガス収集ライン１４内の圧力が減少し続ける場合、リサイクル制御弁５６は、圧力センサ２９からの圧力信号の制御下で、必要に応じて再び徐々に開き始める。

したがって、エジェクタ１３は安定した状態で動作し、圧縮機３又は他のターボ機械は、広範囲に変化するシール漏れガス流量の下で正常な動作状態を維持し得る。

漏れ排出制御弁２７は、特にターボ機械３が圧縮機であり、エジェクタ１３のための駆動ガスが圧縮機３によって送出されるプロセスガスによって提供される場合、ターボ機械３の始動時に使用され得る。エジェクタ１３を動作させるのに十分な圧縮機送出圧力が達成されるまで、ドライガスシールから漏れ出たシールガスは、漏れ排出制御弁２７を通して完全に排出される。その後、駆動ガス流において十分な圧力が達成されると、エジェクタ１３は動作し始めることができ、漏れ排出制御弁２７は徐々に閉じ得る。リサイクル制御弁５６は、上述したように、必要に応じて完全に閉じたままであってもよく、又は部分的に若しくは完全に開いていてもよい。

これにより、この構成においても、漏れ排出制御弁２７を介した全漏れシールガス流からエジェクタ１３を介した全漏れシールガス流へのスムーズな切り替えが実現される。漏れ排出制御弁２７は、上述したように、シール漏れガス収集ライン１４内の圧力の継続的な上昇の下でリサイクル制御弁５６の設定値が達成されない（リサイクル制御弁５６が完全に閉じない）限り、閉じたままとなる。

上述した実施形態では、制御弁５２及び制御弁５６は、圧力センサ２９からの圧力信号を使用して制御されるが、シール漏れガス収集ライン内のシール漏れガスの異なる流れパラメータ、例えば流量を使用することは除外されない。

いくつかの実施形態では、シールガス補給ライン４１は、シール漏れガス収集ライン１４をシールガス送出ライン１１と流体接続し得る。シールガス補給ライン４１沿いに、制御弁４３が提供される。弁４３は、シール漏れガス圧力を最小閾値より上に維持するために、シールガス送出ライン１１からシール漏れガス収集ライン１４へのシールガスの流量を制御するように適合された圧力制御弁であり得、これは、タンデムドライガスシール９の第２のセクションの適切な動作を保証する。

図２の実施形態では、シールガス補給ライン４１は、減圧弁３５の下流でシールガス送出ライン１１に接続されている。図示されていない他の実施形態では、シールガス補給ライン４１は、減圧弁３５の上流に接続され得る。更に別の実施形態では、補給シールガスは、回路の異なる点から、例えばエジェクタ１３の混合ガス出口１９から取り出され得る。この実施形態は図３に示されており、システムの他の構成要素には図２と同じ参照番号が付されており、再度の説明はされない。

上述の実施形態では、駆動ガスは、シールガス処理ユニット３３によって送出されるシールガスの流れから取り出されるが、駆動ガスはシールガスとして前処理される必要がないので、駆動ガスの流れは、図２に点線で示すように、流量制御弁５３が配置された別個のライン５１を通して圧縮機３の送出側７から取り出され得る。

本明細書に開示される全ての実施形態において、ターボ機械３は、エジェクタ１３がドライガスシールによって放出されるシール漏れガス全体を処理することができないか、又はエジェクタ１３が利用できない場合であっても、広範囲の動作条件で、また設計外条件で動作することができる。ドライガスシール９から放出されるシール漏れガスの圧力を上昇させるためにエジェクタを使用する非常に単純なシール漏れガス回収システムを使用しても、ターボ機械３の可用性は高まる。

上述の実施形態において、エジェクタ１３の駆動ガス入口１７は、圧縮機送出側と流体連通しており、エジェクタに入る駆動ガスは、ほぼ圧縮機３の送出圧力であってもよい。しかしながら、他の実施形態では、駆動ガス入口１７は、圧縮機３の中間段でのプロセスガス圧力が十分に高いことを条件として、当該段と流体結合され得る。このような場合、エジェクタ１３に入る駆動ガスは、圧縮機３の吸引側圧力と送出側圧力との間の圧力である。

上述のシステムによって実行される方法は、図４のフロー図に要約されている。本方法は、ターボ機械（３）を動作させるステップと、ドライガスシール（９）にシールガスを供給するステップと、ドライガスシール（９）からシール漏れガスを回収するステップと、回収されたシール漏れガスをシール漏れガス圧力でエジェクタ（１３）のシール漏れガス入口（１５）に送出するステップと、混合ガス出口（１９）において混合ガスを送出するステップと、シール漏れガスを、シール漏れガス圧力よりも低い圧力で、ドライガスシール（９）からシール漏れガス排出部（２５）に方向転換させるステップと、を含む。

例示的な実施形態は、上記で開示され、添付の図面に示されている。以下の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書に具体的に開示されているものに、様々な変更、省略、及び追加を行ってもよいことが、当業者には理解されるであろう。

Claims (24)

1. シール漏れガスを回収するためのシステムであって、前記システムは、
   少なくとも１つのドライガスシール（９）を含む回転ターボ機械（３）と、
   駆動ガス入口圧力の駆動ガス入口（１７）、シール漏れガス圧力のシール漏れガス入口（１５）、及び前記シール漏れガス圧力よりも高い混合ガス出口圧力の混合ガス出口（１９）を有するエジェクタ（１３）と、
   前記少なくとも１つのドライガスシール（９）を前記エジェクタ（１３）の前記シール漏れガス入口（１５）に流体接続するシール漏れガス収集ライン（１４）と、
   前記少なくとも１つのドライガスシール（９）を、前記シール漏れガス圧力よりも低い排出圧力でシール漏れガス排出部（２５）に流体結合するシール漏れガス排出ライン（２３）と、
   前記シール漏れガス排出ライン（２３）沿いにあり、前記シール漏れガス排出ライン（２３）内の前記シール漏れガスの少なくとも一部を方向転換させるように適合された漏れ排出制御弁（２７）と、を備え、前記漏れ排出制御弁（２７）は、前記エジェクタ（１３）の前記シール漏れガス入口（１５）に向かう前記シール漏れガス収集ライン（１４）内の前記シール漏れガスの流れパラメータを検出するように適合された流れパラメータセンサ（２９）に機能的に接続され、前記流れパラメータセンサによって検出された前記流れパラメータに基づいて制御される、システム。
2. 前記漏れ排出制御弁（２７）は圧力制御弁であり、前記流れパラメータは前記シール漏れガス収集ライン（１４）内の圧力である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記漏れ排出制御弁（２７）は流量制御弁であり、前記流れパラメータは前記シール漏れ収集ライン（１４）内の流量である、請求項１に記載のシステム。
4. 前記シール漏れガス排出部（２５）は、シール漏れガスを大気に排出するように、又は前記シール漏れガスをフレアに送出するように適合されている、請求項１に記載のシステム。
5. 前記エジェクタの前記駆動ガス入口における前記駆動ガス流、及び前記エジェクタにおける前記駆動ガス入口圧力のうちの少なくとも１つを制御するように適合された駆動ガス制御弁（３７）を更に備える、請求項１～４のいずれか一項以上に記載のシステム。
6. 前記回転機械（３）は、吸引側（５）及び送出側（７）を有する圧縮機である、請求項１～５のいずれか一項以上に記載のシステム。
7. 前記漏れ排出制御弁（２７）は、前記圧縮機（３）の動作状態に応じて、具体的には前記圧縮機（３）が停止状態又は設計外動作状態にあるとき、前記シール漏れガスを前記少なくとも１つのドライガスシール（９）から前記シール漏れガス排出部（２５）に向かって全体的又は部分的に方向転換させるように適合されている、請求項６に記載のシステム。
8. 前記駆動ガス入口（１７）は、前記圧縮機送出側（７）又は圧縮機段の出口側と流体連通しており、圧縮機送出圧力で又は圧縮機吸引圧力と圧縮機送出圧力との間の圧力で前記圧縮機（３）から圧縮プロセスガスを受け取るように適合されている、請求項６又は７に記載のシステム。
9. 前記混合ガス出口（１９）は、前記圧縮機吸引側（５）と流体結合されている、請求項６～８のいずれか一項以上に記載のシステム。
10. 前記少なくとも１つのドライガスシール（９）と流体結合されたガス入口及びガス出口を有するシールガス処理ユニット（３３）を更に備え、前記エジェクタの前記駆動ガス入口（１７）は、前記シールガス処理ユニット（３３）の前記ガス出口と流体結合されている、請求項６～９のいずれか一項に記載のシステム。
11. 前記エジェクタ（１３）の前記混合ガス出口（１９）と流体結合された入口と、前記シール漏れガス収集ライン（１４）と流体結合された前記出口と、を有し、前記シール漏れガス収集ライン（１４）に補給ガスを供給するように適合されたシールガス補給ライン（４１）を更に備える、請求項１～１０のいずれか一項以上に記載のシステム。
12. 前記シール漏れガス収集ライン（１４）及び前記シールガス処理ユニット（３３）の前記ガス出口に流体結合され、前記シールガス処理ユニット（３３）から前記シール漏れガス収集ライン（１４）に補給ガスを供給するように適合されたシールガス補給ライン（４１）を更に備える、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記シールガス補給ライン（４１）沿いにあり、前記シール漏れガス収集ライン（１４）に向かう補給ガス流量及び前記シール漏れガス収集ライン（１４）内の補給ガス圧力のうちの１つを制御するように適合された補給制御弁（４３）を更に備える、請求項１１又は１２に記載のシステム。
14. 前記シール漏れガス収集ライン（１４）内の前記シール漏れガスの前記流れパラメータの値に基づいて、前記エジェクタ（１３）を通る駆動ガス流量を修正するように適合された制御弁（５２、５６）を更に備える、請求項１～１３のいずれか一項以上に記載のシステム。
15. 前記エジェクタ（１３）を通る前記流量を修正するように適合された前記制御弁（５２）は、前記エジェクタ（１３）の駆動ガス入口（１７）に流体結合された駆動ガス入口ライン上に配置され、駆動ガス流量が前記シール漏れガス収集ライン（１４）内の前記流れパラメータに基づいて調節されるように制御される、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記エジェクタ（１３）を通る前記流量を修正するように適合された前記制御弁（５６）は、前記エジェクタ（１３）に対して逆並列に配置されたリサイクルライン（５４）上に配置され、前記リサイクルライン（５４）を通って前記混合ガス出口（１９）から前記駆動ガス入口（１７）にリサイクルされる混合ガスの流量が、前記シール漏れガス収集ライン（１４）内の圧力に基づいて調節されるように制御される、請求項１４に記載のシステム。
17. 回転ターボ機械の少なくとも１つのドライガスシールからシール漏れガスを回収する方法であって、前記方法は、
    前記ターボ機械（３）を動作させるステップと、
    シールガスを前記少なくとも１つのドライガスシール（９）に供給するステップと、
    前記少なくとも１つのドライガスシール（９）からシール漏れガスを回収し、前記回収されたシール漏れガスを、シール漏れガス収集ライン（１４）を通してシール漏れガス圧力でエジェクタ（１３）のシール漏れガス入口（１５）に送出するステップであって、前記エジェクタ（１３）は、駆動ガス圧力で駆動ガス流を受け取る駆動ガス入口（１７）と、混合ガス出口（１９）と、を更に含む、ステップと、
    前記シール漏れガス圧力よりも高い混合ガス圧力で前記混合ガス出口（１９）において混合ガスを送出するステップと、
    前記シール漏れガスを、前記シール漏れガス収集ライン（１４）内を流れるシール漏れガスの流れパラメータに基づいて制御される漏れ排出制御弁（２７）を通して前記シール漏れガス圧力よりも低い圧力で、前記少なくとも１つのドライガスシール（９）からシール漏れガス排出部（２５）に少なくとも部分的に方向転換させるステップと、を含む、方法。
18. 前記流れパラメータは、前記シール漏れガス収集ライン（１４）内の前記シール漏れガスの圧力又は流量である、請求項１７に記載の方法。
19. 前記ターボ機械は、吸引側（５）及び送出側（７）を含むガス圧縮機（３）であり、シールガスを前記少なくとも１つのドライガスシール（９）に供給する前記ステップは、圧縮されたプロセスガスを前記圧縮機（３）から前記少なくとも１つのドライガスシール（９）に向かって方向転換させるステップを含む、請求項１７又は１８に記載の方法。
20. 前記混合ガスは、前記圧縮機（３）の前記吸入側に戻される、請求項１９に記載の方法。
21. 前記シール漏れガス収集ライン（１４）内を流れる前記シール漏れガスの前記流れパラメータに基づいて、前記エジェクタ（１３）内の駆動ガス流量を制御するステップを更に含む、請求項１７～２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記エジェクタ（１３）内の前記駆動ガス流量を制御する前記ステップは、前記駆動ガス入口（１７）に流体結合された駆動ガス入口ライン内の駆動ガス制御弁（５２）を通して前記エジェクタ（１３）の前記駆動ガス入口（１７）における前記駆動ガス流量を調節するステップを含み、前記制御弁は、前記流れパラメータに基づいて制御される、請求項２１に記載の方法。
23. 前記エジェクタ（１３）内の前記駆動ガス流量を制御する前記ステップは、リサイクル制御弁（５６）を通して前記エジェクタの前記混合ガス出口（１９）から前記エジェクタの前記駆動ガス入口（１７）へ混合ガスをリサイクルするステップを含み、前記リサイクル制御弁は、前記流れパラメータに基づいて制御される、請求項２１に記載の方法。
24. シールガス補給を補給ライン（４１）に送出することによってシール漏れガス圧力を制御するステップを更に含む、請求項１７～２３のいずれか一項以上に記載の方法。