JP7333247B2 - アンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン - Google Patents

Description

本開示は、アンモニアプラント合成ガス圧縮機トレインに関する。

例えば特許文献１には、アンモニアを生成するアンモニアプラントで用いられるアンモニア製造用圧縮機システムが開示されている。このアンモニア製造用圧縮機システムは、低圧側の圧縮機と、高圧側の圧縮機と、これらの圧縮機を駆動する駆動機と、を備えている。

特開２０００－１５４０２０号公報

ところで、上記したような圧縮機の性能を高めるには、圧縮機の回転数を上げる必要がある。圧縮機の回転数を上げると、圧縮機のケーシング内でガスを圧縮するインペラの周速も増加する。インペラの周速が増加することで、インペラに働く応力が増大する。このため、インペラが応力の増大に耐えうるように、インペラの耐力や硬度を高める必要がある。しかしながら、アンモニアプラントにおいて取り扱うガスは、水素を多く含むガスである。水素を多く含むガスを圧縮する圧縮機では、インペラの耐力や硬度を高めると、インペラの水素脆化による割れ等が生じる場合がある。

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、インペラの回転数を高めつつ、インペラに生じる水素脆化を抑制することが可能なアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン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、本開示に係るアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレインは、蒸気タービンと、前記蒸気タービンによって駆動され、水素を含む合成ガスを圧縮する低圧段圧縮機と、前記蒸気タービンによって駆動され、前記低圧段圧縮機で圧縮された前記合成ガスを更に圧縮する高圧段圧縮機と、を備え、前記低圧段圧縮機と前記高圧段圧縮機とが、前記蒸気タービンにより回転駆動されることで前記合成ガスを圧縮する圧縮部であり、記圧縮部は、軸線回りに回転する回転軸と、軸線方向に間隔を空けて前記回転軸に複数が設けられ、前記回転軸と一体に回転することでガスを径方向の外側に圧送して圧縮する複数のインペラと、を備え、少なくとも一つの前記インペラは、前記インペラの最外径位置での最高運転周速が２９０ｍ／ｓ～３９０ｍ／ｓの範囲内であり、耐力が８２７ＭＰａ以下であり、ブリネル硬度（ＨＢ）が３１１以下であり、ニッケルクロムモリブデン鋼で形成され、前記低圧段圧縮機及び前記高圧段圧縮機の最高回転数が、１２０００ｒｐｍ～１６０００ｒｐｍの範囲内であり、前記合成ガスは、前記水素の分圧が６８９ｋＰａを超えるか、または任意の圧力での水素濃度が９０モルパーセントを超えるガスであるアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン。

本開示のアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレインによれば、インペラの回転数を高めつつ、インペラに生じる水素脆化を抑制することが可能となる。

本開示の実施形態に係るアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレインの構成を示す模式図である。 上記アンモニアプラント合成ガス圧縮機トレインを構成する蒸気タービンの概略構成を示す断面図である。 上記アンモニアプラント合成ガス圧縮機トレインを構成する低圧段圧縮機、（及び高圧段圧縮機）の構成を示す断面図である。 上記低圧段圧縮機（高圧段圧縮機）のインペラの概略構成を示す断面図である。 上記低圧段圧縮機及び高圧段圧縮機においてバンドルを取り出す状態を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して、本開示によるアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン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。

（アンモニアプラント合成ガス圧縮機トレインの構成）
以下、本開示の実施形態に係るアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレインについて、図１～図５を参照して説明する。図１に示すようにアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン１は、圧縮部２と、蒸気タービン３と、を備える。

圧縮部２は、アンモニアプラントでアンモニアを精製する過程で用いられる合成ガスＧを圧縮する。圧縮部２は、蒸気タービン３により回転駆動される。合成ガスＧは、水素を含むガスである。本実施形態において、圧縮部２は、低圧段圧縮機４と、高圧段圧縮機５とを備えている。アンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン１において、圧縮部２を構成する低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５と、蒸気タービン３とは、蒸気タービン３のタービン軸３１の延びる軸線Ｏ方向に沿って直列に配置されている。

（蒸気タービンの構成）
蒸気タービン３は、軸線Ｏ方向において、低圧段圧縮機４と高圧段圧縮機５との間に配置されている。蒸気タービン３は、蒸気によって軸線Ｏ回りに回転駆動されるタービン軸３１を備える。蒸気タービン３は、タービン軸３１の回転力により、低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５を回転駆動する。図２に示すように、蒸気タービン３は、軸線Ｏ方向に延びる筒状のタービンケーシング３０と、タービンケーシング３０内に収容されたタービン軸３１と、一対のジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂと、一対のスラスト軸受３４Ａ及び３４Ｂと、を主に備えている。

タービン軸３１は、軸線Ｏ方向に延び、タービンケーシング３０に対して軸線Ｏ回りに回転自在に配置されている。タービン軸３１は、軸線Ｏ方向の一方の端部３１ａと、他方の端部３１ｂとが、タービンケーシング３０の外方に突出している。

一対のジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂは、タービンケーシング３０の軸線Ｏ方向の両端部付近を支持するように配置されている。一対のジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂは、タービン軸３１を軸線Ｏ周りに回転自在にそれぞれ支持している。一対のジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂは、タービンケーシング３０内で、タービン軸３１の軸線Ｏ方向の端部を支持している。

一対のスラスト軸受３４Ａ及び３４Ｂは、タービン軸３１の軸線Ｏ方向の両端部付近を支持するように配置されている。スラスト軸受３４Ａ及び３４Ｂのそれぞれは、軸線Ｏ方向で間隔を空けて対向する軸受パッド３４ｐ及び３４ｑを有している。スラスト軸受３４Ａは、軸受パッド３４ｐ及び３４ｑの間で、タービン軸３１に設けられた円盤状のスラストカラー３１ｃを支持している。スラスト軸受３４Ａは、軸受パッド３４ｐ及び３４ｑによって、スラストカラー３１ｃの軸線Ｏ方向への移動を規制する。同様に、スラスト軸受３４Ｂは、軸受パッド３４ｐ及び３４ｑの間に、スラストカラー３１ｄが配置されている。スラスト軸受３４Ｂは、スラストカラー３１ｄの軸線Ｏ方向への移動を規制する。これにより、一対のスラスト軸受３４Ａ及び３４Ｂは、タービン軸３１の両端を軸線Ｏ方向から支持している。

本実施形態において、一対のスラスト軸受３４Ａ及び３４Ｂは、軸線Ｏ方向において、一対のジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂの間に配置されている。換言すると、一対のスラスト軸受３４Ａ及び３４Ｂは、一対のジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂに対し、軸線Ｏ方向の内側にそれぞれ配置されている。これに伴い、タービン軸３１のスラストカラー３１ｃ及び３１ｄも、一対のジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂの間に配置されている。

（低圧段圧縮機の構成）
低圧段圧縮機４は、高圧段圧縮機５に導入される前の合成ガスＧを圧縮する。図３に示すように、低圧段圧縮機４は、圧縮機ケーシング４１と、バンドル４２と、を有している。低圧段圧縮機４は、圧縮部２の一つとしての低圧段圧縮部４０を構成している。

圧縮機ケーシング４１は、軸線Ｏ方向に延びる筒状である。圧縮機ケーシング４１は、上下に二分割可能とされている。圧縮機ケーシング４１は、下部ケーシング４１ａと上部ケーシング４１ｂとを備えている。下部ケーシング４１ａ及び上部ケーシング４１ｂは、圧縮機ケーシング４１を水平面で二分割した半筒状をなしている。圧縮機ケーシング４１の軸線Ｏ方向の少なくとも一方の端部には、開口４１ｃが形成されている。本実施形態では、開口４１ｃは、低圧段圧縮機４において蒸気タービン３から最も遠い端部に形成されている。圧縮機ケーシング４１の軸線Ｏ方向の一方の端部には、圧縮機ケーシング４１内に合成ガスＧを導入する導入口４１１が形成されている。圧縮機ケーシング４１の軸線Ｏ方向の他方の端部には、圧縮機ケーシング４１内で圧縮された合成ガスＧを吐出する吐出口４１２が形成されている。

バンドル４２は、圧縮機ケーシング４１内に収容されている。バンドル４２は、回転軸４４と、複数のインペラ４５と、複数の仕切板４６と、を備えている。バンドル４２は、回転軸４４及びインペラ４５を複数の仕切板４６によって保持した状態で、圧縮機ケーシング４１に対して、開口４１ｃから軸線Ｏ方向に着脱可能とされている。

回転軸４４は、軸線Ｏ方向に延びている。回転軸４４は、複数のインペラ４５と共に、複数の仕切板４６内に収容されている。回転軸４４は、圧縮機ケーシング４１に設けられた軸受部４８Ａ、４８Ｂにより、軸線Ｏ回りに回転自在に設けられている。回転軸４４の少なくとも一方の端部４４ａは、圧縮機ケーシング４１から軸線Ｏ方向の外方に突出している。図１に示すように、回転軸４４の端部４４ａには、蒸気タービン３のタービン軸３１の一方の端部３１ａが連結されている。これにより、回転軸４４は、蒸気タービン３のタービン軸３１の回転力が伝達されて軸線Ｏ回りに回転駆動される。

図３に示すように、インペラ４５は、軸線Ｏ方向に間隔を空けて回転軸４４に複数が固定されている。各インペラ４５は、回転軸４４と一体に軸線Ｏ回りに回転する。図４に示すように、インペラ４５は、円盤状のディスク４５ａと、ディスク４５ａの軸線Ｏ方向の一方の側に設けられた複数のブレード４５ｂと、複数のブレード４５ｂを覆うように設けられたカバー４５ｃと、を備えている。複数のブレード４５ｂは、軸線Ｏ回りの周方向に間隔を空けて設けられている。インペラ４５は、軸線Ｏ回りに回転することで、軸線Ｏ方向の一方の側から流入した合成ガスＧを、複数のブレード４５ｂで軸線Ｏ回りに旋回させつつ径方向の外側に圧送する。

図３に示すように、仕切板４６は、圧縮機ケーシング４１内で、軸線Ｏ方向に並んで複数配置されている。仕切板４６は、円板状をなしている。複数の各仕切板４６は、一体となるように、軸線Ｏ方向において互いに固定されている。複数の仕切板４６は、回転軸４４及び複数のインペラ４５を回転可能な状態で保持している。

上記複数のインペラ４５と、複数の仕切板４６とにより、圧縮機ケーシング４１内には、軸線Ｏ方向に沿って、径方向の外側への拡幅と径方向の内側への縮小とを交互に繰り返す、ガス流路４７が形成されている。合成ガスＧは、軸線Ｏ方向の一方から他方に向かってガス流路４７を流れつつ、ガス流路４７に設けられた複数（段）のインペラ４５を経ることで順次圧縮されていく。

図５に示すように、低圧段圧縮機４では、バンドル４２は、上部ケーシング４１ｂを下部ケーシング４１ａから取り外した状態で、下部ケーシング４１ａに対して蒸気タービン３から離れるように軸線Ｏ方向に移動される。これにより、バンドル４２は、圧縮機ケーシング４１から分離可能とされている。

（高圧段圧縮機の構成）
高圧段圧縮機５は、低圧段圧縮機４で圧縮された合成ガスＧを更に圧縮する。本実施形態の高圧段圧縮機５は、蒸気タービン３を基準として、低圧段圧縮機４とは軸線Ｏ方向において反対を向くように配置されている。低圧段圧縮機４と同様の構造を有している。具体的には、図３に示したように、高圧段圧縮機５は、圧縮機ケーシング５１と、バンドル５２とを有している。高圧段圧縮機５は、圧縮部の一つとしての高圧段圧縮部５０を構成している。

圧縮機ケーシング５１は、軸線Ｏ方向に延びる筒状である。圧縮機ケーシング５１は、上下に二分割可能とされている。圧縮機ケーシング５１が、下部ケーシング５１ａと上部ケーシング５１ｂとを備えている。下部ケーシング５１ａ及び上部ケーシング５１ｂは、圧縮機ケーシング５１を水平面で二分割した半筒状をなしている。圧縮機ケーシング５１の軸線Ｏ方向の少なくとも一方の端部には、開口５１ｃが形成されている。本実施形態では、開口５１ｃは、高圧段圧縮機５において蒸気タービン３から最も遠い端部に形成されている。つまり、開口５１ｃは、軸線Ｏ方向において、低圧段圧縮機４の開口４１ｃとは反対に形成されている。圧縮機ケーシング５１の軸線Ｏ方向の他方の端部には、圧縮機ケーシング５１内に、低圧段圧縮機４で圧縮された合成ガスＧを導入する導入口５１１が形成されている。圧縮機ケーシング５１の軸線Ｏ方向の一方の端部には、圧縮機ケーシング５１内で圧縮された合成ガスＧを吐出する吐出口５１２が形成されている。

バンドル５２は、圧縮機ケーシング５１内に収容されている。バンドル５２は、回転軸５４と、複数のインペラ５５と、複数の仕切板５６と、を備えている。バンドル５２は、回転軸５４及びインペラ５５を複数の仕切板５６によって保持した状態で、圧縮機ケーシング５１に対して、開口５１ｃから軸線Ｏ方向に着脱可能とされている。

回転軸５４は、軸線Ｏ方向に延びている。回転軸５４は、複数のインペラ５５とともに、複数の仕切板５６内に収容されている。回転軸５４は、圧縮機ケーシング５１に設けられた軸受部５８Ａ及び５８Ｂにより、軸線Ｏ回りに回転自在に設けられている。回転軸５４の少なくとも一方の端部５４ａは、圧縮機ケーシング５１から軸線Ｏ方向の外方に突出している。図１に示すように、回転軸５４の端部５４ａには、蒸気タービン３のタービン軸３１の他方の端部３１ｂが連結されている。これにより、回転軸５４は、蒸気タービン３のタービン軸３１の回転力が伝達され、軸線Ｏ回りに回転駆動される。

図３に示すように、インペラ５５は、軸線Ｏ方向に間隔を空けて回転軸５４に複数が固定されている。各インペラ５５は、回転軸５４と一体に軸線Ｏ回りに回転する。図４に示すように、インペラ５５は、円盤状のディスク５５ａと、ディスク５５ａの軸線Ｏ方向の他方の側に設けられた複数のブレード５５ｂと、複数のブレード５５ｂを覆うように設けられたカバー５５ｃと、を備えている。複数のブレード５５ｂは、軸線Ｏ回りの周方向に間隔を空けて設けられている。インペラ５５は、軸線Ｏ回りに回転することで、軸線Ｏ方向の他方の側から流入した合成ガスＧを、複数のブレード５５ｂで軸線Ｏ回りに旋回させつつ径方向の外側に圧送する。

図３に示すように、仕切板５６は、圧縮機ケーシング５１内で、軸線Ｏ方向に並んで複数配置されている。仕切板５６は、円板状をなしている。複数の仕切板５６は、一体となるように、軸線Ｏ方向において互いに固定されている。複数の仕切板５６は、回転軸５４及び服須のインペラ５５を回転可能な状態で保持している。

上記複数のインペラ５５と、複数の仕切板５６とにより、圧縮機ケーシング５１内には、軸線Ｏ方向に沿って、径方向の外側への拡幅と径方向の内側への縮小とを交互に繰り返す、ガス流路５７が形成されている。合成ガスＧは、軸線Ｏ方向の他方から一方に向かってガス流路５７を流れつつ、ガス流路５７に設けられた複数（段）のインペラ５５を経ることで順次圧縮されていく。

図５に示すように、高圧段圧縮機５では、バンドル５２は、上部ケーシング５１ｂを下部ケーシング５１ａから取り外した状態で、下部ケーシング５１ａに対して蒸気タービン３や低圧段圧縮機４から離れるように軸線Ｏ方向に移動される。これにより、バンドル５２は、圧縮機ケーシング５１から分離可能とされている。

（インペラの構成）
ところで、水素を多く含むガス（合成ガスＧ）を取り扱う圧縮機においては、耐力が８２７ＭＰａを超える、又はロックウェル硬度がＣ３４を超える材料を用いることが、ＡＰＩ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）の規格４．５．１．１１にて禁止されている。ここで、水素を多く含むガスとは、具体的には、水素の分圧が６８９ｋＰａを超えるか、または任意の圧力での水素濃度が９０モルパーセントを超えるガスである。

これに対し、本実施形態におけるアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン１は、水素を多く含む合成ガスＧを圧縮する。また、上記低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５は、回転軸４４及び５４の最高回転数が、１２０００ｒｐｍ～１６０００ｒｐｍの範囲内である。

このようなアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン１において、圧縮部である低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５では、インペラ４５及び５５が、以下の条件１～３の全てを満たしている。
（条件１）
インペラ４５及び５５は、その最外径位置での最高運転周速が２９０ｍ／ｓ～３９０ｍ／ｓの範囲内である。
（条件２）
インペラ４５及び５５は、耐力が８２７ＭＰａ以下である。
（条件３）
インペラ４５及び５５は、ブルネル硬度（ＨＢ）が３１１以下である。

このようなインペラ４５及び５５を形成する材料としては、ニッケルクロムモリブデン鋼（ＳＮＣＭ）のような鋼材のうち上記条件２、３の数値を満たすものを採用するのが好ましい。

なお、上記低圧段圧縮機４の複数のインペラ４５、及び高圧段圧縮機５の複数のインペラ５５のうち、少なくとも一つが、上記の条件１～３の全てを満たしていてもよい。例えば、ディスク４５ａ及び５５ａの外径が大きく、最外径位置での最高運転周速が前記の条件１を満たすインペラ４５及び５５のみにおいて、条件２及び条件３を満たすようにしてもよい。

また、インペラ４５及び５５は、合成ガスＧを圧縮する際に作用する極部応力を抑えるため、例えば、図５に示すように、カバー４５ｃ及び５５ｃにおいて、径方向の外側の端部４５ｄ及び５５ｄにおける肉厚ｔを増加させるのが好ましい。また、例えば、ブレード４５ｂ及び５５ｂの前縁部４５ｅ及び５５ｅのフィレット（の曲率Ｒ）を増加させるようにしてもよい。

（作用効果）
上記構成のアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン１では、圧縮部としての低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５に設けられた少なくとも一つのインペラ４５及び５５が、インペラ４５及び５５の最外径位置での最高運転周速が２９０～３９０ｍ／ｓであり、耐力が８２７ＭＰａ以下であり、ブルネル硬度（ＨＢ）が３１１以下である。インペラ４５及び５５の最高運転周速を２９０～３９０ｍ／ｓとすることで、低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５の回転数を高め、低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５の高性能化を図ることができる。インペラ４５及び５５の周速を高めると、インペラ４５及び５５に作用する応力が高まり、例えば、７００ＭＰａ以上となる場合がある。そのため、インペラ４５及び５５の耐力や硬度を高める必要がある。そこで、本実施形態では、インペラ４５及び５５において、耐力を８２７ＭＰａ以下と硬度３１１以下としている。そのため、インペラ４５及び５５の強度を確保しつつ、インペラ４５及び５５の水素脆化を抑えることができる。したがって、インペラ４５及び５５の回転数を高めつつ、インペラ４５及び５５に生じる水素脆化を抑制することが可能となる。

また、合成ガスＧを圧縮する低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５の最高回転数を、１２０００～１６０００ｒｐｍと高回転なものとすることで、低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５の高性能化を図ることができる。さらに、圧縮部として、低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５とを備えていることで、高い効率で二段階に渡って圧縮する可能なアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン１を得ることができる。

また、低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５はそれぞれ、上下に分割可能とされた圧縮機ケーシング４１及び５１内に着脱可能に収容されたバンドル４２及び５２を備えている。つまり、低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５はバンドル型の遠心圧縮機である。したがって、ガス流路４７及び５７内の圧力を高く保つことができる。そのため、低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５からの合成ガスＧの吐出圧を高く設定することができる。

さらに、蒸気タービン３は、低圧段圧縮機４と高圧段圧縮機５との間に配置されている。そして、低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５では、蒸気タービン３から離れるように軸線Ｏ方向にバンドル４２及び５２を引き抜くことで、圧縮機ケーシング４１及び５１からバンドル４２及び５２を取り外すことが可能とされている。そのため、圧縮機ケーシング４１及び５１からバンドル４２及び５２を取り出す際に、蒸気タービン３が作業の邪魔になることが抑えられる。そのため、低圧段圧縮機４と高圧段圧縮機５のメンテナンス性を向上できる。さらに、蒸気タービン３が作業の邪魔にならないことで、メンテナンスのために低圧段圧縮機４と高圧段圧縮機５の周りに確保するスペースを小さくできる。これにより、アンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン１の小型化が図れる。

また、蒸気タービン３では、タービン軸３１を支持する一対のスラスト軸受３４Ａ及び３４Ｂが、軸線Ｏ方向において、一対のジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂの間に配置されている。タービンケーシング３０内で、スラスト軸受３４Ａ及び３４Ｂを、ジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂに対して軸線Ｏ方向の内側に配置することで、一対のジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂに対して軸線Ｏ方向の外側に突出しているタービン軸３１の長さを短くできる。そのため、タービン軸３１の動的特性（ロータダイナミクス）を改善することができる。

さらに、タービン軸３１に設けられたスラストカラー３１ｃ及び３１ｄは、重量及び回転マスも大きい。このようなスラストカラー３１ｃ及び３１ｄが、一対のジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂの間に配置されることでも、一対のジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂに対して軸線Ｏ方向の外側に位置する回転マス（慣性重量）を抑えることができる。したがって、タービン軸３１の動的特性（ロータダイナミクス）をより改善することができる。

（その他の実施形態）
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。

なお、上記実施形態では、低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５の双方において、インペラ４５及び５５が、上記条件１～３を満たすようにしたが、このような構造に限られるものではない。例えば、低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５のいずれか一方において、インペラ４５又はインペラ５５が、上記条件１～３を満たすようにしてもよい。

また、上記実施形態では、低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５が、バンドル４２及び５２を備えるようにしたが、このような構造に限定されるものではない。例えば、低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５の両方又はいずれか一方が、バンドル４２及び５２を備えない構成とすることも可能である。また、バンドル４２及び５２を備えた低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５の詳細な構造については何ら限定するものではなく、適宜他の構造とすることができる。

また、上記実施形態では、低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５が上下に分割可能とされた圧縮機ケーシング４１及び５１を有する構造とされたが、圧縮機ケーシング４１及び５１の構造はこのような構造に限定されるものではない。圧縮機ケーシング４１及び５１は、上下分割不能な一体型の筒状の構造であってもよい。圧縮機ケーシング４１及び５１を上下分割不能とすることで、より高い圧力に対して圧縮機ケーシング４１及び５１が耐えられることとなる。その結果、ガス流路４７及び５７内の圧力をより高く保つことができる。そのため、低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５からの合成ガスＧの吐出圧をより高く設定することができる。

また、上記実施形態では、蒸気タービン３において、一対のスラスト軸受３４Ａ及び３４Ｂが、一対のジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂの間に配置されているようにしたが、これに限らない。一対のスラスト軸受３４Ａ及び３４Ｂが、一対のジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂに対して軸線Ｏ方向の外側に設けられる構成であってもよい。また、一対のスラスト軸受３４Ａ及び３４Ｂのうちの一方のみを備える構成でもよい。

また、一対のスラスト軸受３４Ａ及び３４Ｂや、一対のジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂは、本実施形態のように、タービン軸３１の両端部付近に配置されることに限定されるものではない。一対のスラスト軸受３４Ａ及び３４Ｂや、一対のジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂは、タービン軸３１を支持することが可能な位置に配置されていればよい。

＜付記＞
実施形態に記載のアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン１は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係るアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン１は、蒸気タービン３と、前記蒸気タービン３により回転駆動されることで合成ガスＧを圧縮する圧縮部４０及び５０と、を備え、前記圧縮部４０及び５０は、軸線Ｏ回りに回転する回転軸４４及び５４と、軸線Ｏ方向に間隔を空けて前記回転軸４４及び５４に複数が設けられ、前記回転軸４４及び５４と一体に回転することでガスを径方向の外側に圧送して圧縮する複数のインペラ４５及び５５と、を備え、少なくとも一つの前記インペラ４５及び５５は、前記インペラ４５及び５５の最外径位置での最高運転周速が２９０ｍ／ｓ～３９０ｍ／ｓの範囲内であり、耐力が８２７ＭＰａ以下であり、ブルネル硬度（ＨＢ）が３１１以下である。

このような構成によれば、インペラ４５及び５５の最高運転周速を２９０～３９０ｍ／ｓとすることで圧縮部４０及び５０の回転数を高め、圧縮部４０及び５０の高性能化を図ることができる。インペラ４５及び５５の周速を高めると、インペラ４５及び５５に作用する応力が高くなる場合がある。しかしながら、少なくとも一つのインペラ４５及び５５において、耐力を８２７ＭＰａ以下と硬度３１１以下としている。そのため、インペラ４５及び５５の強度を確保しつつ、インペラ４５及び５５の水素脆化を抑えることができる。したがって、インペラ４５及び５５の回転数を高めつつ、インペラ４５及び５５に生じる水素脆化を抑制することが可能となる。

（２）第２の態様に係るアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン１は、（１）のアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン１であって、前記圧縮部４０及び５０の最高回転数が、１２０００ｒｐｍ～１６０００ｒｐｍの範囲内であってもよい。

このような構成によれば、合成ガスＧを圧縮する圧縮部４０及び５０の最高回転数を、１２０００～１６０００ｒｐｍと高回転なものとすることで、圧縮部４０及び５０の高性能化を図ることができる。

（３）第３の態様に係るアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン１は、（１）又は（２）のアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン１であって、前記蒸気タービン３によって駆動される低圧段圧縮機４と、前記蒸気タービン３によって駆動される高圧段圧縮機５と、を備え、前記低圧段圧縮機４と前記高圧段圧縮機５との少なくとも一方が、前記圧縮部であってもよい。

このような構成によれば、低圧段圧縮機４と高圧段圧縮機５との少なくとも一方において、インペラ４５及び５５の回転数を高めつつ、インペラ４５及び５５に生じる水素脆化を抑制することが可能となる。

（４）第４の態様に係るアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン１は、（３）のアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン１であって、前記蒸気タービン３は、前記低圧段圧縮機４と前記高圧段圧縮機５との間に配置され、前記低圧段圧縮機４及び前記高圧段圧縮機５はそれぞれ、圧縮機ケーシング４１及び５１と、前記回転軸４４及び５４及び複数の前記インペラ４５及び５５を有し、前記圧縮機ケーシング４１及び５１内に収容されたバンドル４２及び５２と、を備え、前記バンドル４２及び５２は、前記回転軸４４及び５４、及び複数の前記インペラ４５及び５５を保持した状態で前記圧縮機ケーシング４１及び５１に対して着脱可能とされていてもよい。

このような構成によれば、低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５が、バンドル４２及び５２を備えている。そのため、低圧段圧縮機４及び高圧段圧縮機５からの合成ガスＧの吐出圧を高く設定することができる。

（５）第５の態様に係るアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン１は、（１）から（４）の何れか一つのアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン１であって、前記蒸気タービン３は、軸線Ｏ周りに回転するタービン軸３１と、前記タービン軸３１を前記軸線Ｏ周りに回転自在に支持する一対のジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂと、一対の前記ジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂの間に配置され、前記タービン軸３１を前記軸線Ｏ方向で支持する一対のスラスト軸受３４Ａ及び３４Ｂと、を備える。

このような構成によれば、スラスト軸受３４Ａ及び３４Ｂを、ジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂの軸線Ｏ方向の内側に配置することで、一対のジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂに対して軸線Ｏ方向の外側に配置されるタービン軸３１の長さを短くすることができる。また、重量、及び回転マスが大きいスラストカラー３１ｃ及び３１ｄが、一対のジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂの間に配置されることになる。したがって、一対のジャーナル軸受３３Ａ及び３３Ｂに対して軸線Ｏ方向の外側に位置する回転マスを抑えることができる。その結果、タービン軸３１の動的特性（ロータダイナミクス）を改善することができる。

１…アンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン
２…圧縮部
３…蒸気タービン
４…低圧段圧縮機
５…高圧段圧縮機
３０…タービンケーシング
３１…タービン軸
３１ｃ、３１ｄ…スラストカラー
３３Ａ、３３Ｂ…ジャーナル軸受
３４Ａ、３４Ｂ…スラスト軸受
３４ｐ、３４ｑ…軸受パッド
４１、５１…圧縮機ケーシング
４１ａ、５１ａ…下部ケーシング
４１ｂ、５１ｂ…上部ケーシング
４１ｃ、５１ｃ…開口
４２、５２…バンドル
４４、５４…回転軸
４５、５５…インペラ
４５ａ、５５ａ…ディスク
４５ｂ、５５ｂ…ブレード
４５ｃ、５５ｃ…カバー
４５ｅ、５５ｅ…前縁部
４６、５６…仕切板
４７、５７…ガス流路
４８Ａ、４８Ｂ、５８Ａ、５８Ｂ…軸受部
４０…低圧段圧縮部（圧縮部）
５０…高圧段圧縮部（圧縮部）
Ｇ…合成ガス
Ｏ…軸線
ｔ…肉厚

Claims (3)

1. 蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンによって駆動され、水素を含む合成ガスを圧縮する低圧段圧縮機と、
   前記蒸気タービンによって駆動され、前記低圧段圧縮機で圧縮された前記合成ガスを更に圧縮する高圧段圧縮機と、を備え、
   前記低圧段圧縮機と前記高圧段圧縮機とが、前記蒸気タービンにより回転駆動されることで前記合成ガスを圧縮する圧縮部であり、
   前記圧縮部は、
   軸線回りに回転する回転軸と、
   軸線方向に間隔を空けて前記回転軸に複数が設けられ、前記回転軸と一体に回転することでガスを径方向の外側に圧送して圧縮する複数のインペラと、を備え、
   少なくとも一つの前記インペラは、
   前記インペラの最外径位置での最高運転周速が２９０ｍ／ｓ～３９０ｍ／ｓの範囲内であり、
   耐力が８２７ＭＰａ以下であり、
   ブリネル硬度（ＨＢ）が３１１以下であり、
   ニッケルクロムモリブデン鋼で形成され、
   前記低圧段圧縮機及び前記高圧段圧縮機の最高回転数が、１２０００ｒｐｍ～１６０００ｒｐｍの範囲内であり、
   前記合成ガスは、前記水素の分圧が６８９ｋＰａを超えるか、または任意の圧力での水素濃度が９０モルパーセントを超えるガスであるアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン。
2. 前記蒸気タービンは、前記低圧段圧縮機と前記高圧段圧縮機との間に配置され、
   前記低圧段圧縮機及び前記高圧段圧縮機はそれぞれ、
   圧縮機ケーシングと、
   前記回転軸及び複数の前記インペラを有し、前記圧縮機ケーシング内に収容されたバンドルと、を備え、
   前記バンドルは、前記回転軸及び複数の前記インペラを保持した状態で前記圧縮機ケーシングに対して着脱可能とされている請求項１に記載のアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン。
3. 前記蒸気タービンは、
   軸線周りに回転するタービン軸と、
   前記タービン軸を前記軸線周りに回転自在に支持する一対のジャーナル軸受と、
   一対の前記ジャーナル軸受の間に配置され、前記タービン軸を前記軸線方向で支持する一対のスラスト軸受と、を備える請求項１又は２に記載のアンモニアプラント合成ガス圧縮機トレイン。

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