JPWO2008136121A1 - Natural gas liquefaction equipment - Google Patents
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Abstract
海水や河川水等が利用できない立地条件に対応するとともに、時刻や季節による大気温度の変化の影響を受けず、年間を通して液化天然ガスの生産量を一定に保つことができる液化天然ガス設備を提供する。例えば混合冷媒を圧縮する低圧段冷媒圧縮機23及び高圧段冷媒圧縮機24、圧縮した混合冷媒を冷却する中間冷却機構25及び後置冷却機構26、混合冷媒をさらに冷却する二次冷却機構19、冷却した混合冷媒を膨張させる膨張機構、膨張した混合冷媒との熱交換により天然ガスを冷却する主熱交換器を有する第一の冷凍サイクル系統50と、例えばプロパン冷媒を作動流体とし、二次冷却機構19に用いる冷熱源を生成する第二の冷凍サイクル系統51とを備えた天然ガス液化設備であって、例えばプロパン冷媒を作動流体とし、中間冷却機構25及び後置冷却機構26に用いる冷熱源の一部を生成する第三の冷凍サイクル系統52を備える。Providing liquefied natural gas equipment that can keep liquefied natural gas production constant throughout the year, in response to location conditions where seawater and river water cannot be used, and without being affected by changes in atmospheric temperature due to time or season To do. For example, a low-pressure stage refrigerant compressor 23 and a high-pressure stage refrigerant compressor 24 that compress the mixed refrigerant, an intermediate cooling mechanism 25 and a post-cooling mechanism 26 that cool the compressed mixed refrigerant, a secondary cooling mechanism 19 that further cools the mixed refrigerant, An expansion mechanism that expands the cooled mixed refrigerant, a first refrigeration cycle system 50 having a main heat exchanger that cools natural gas by heat exchange with the expanded mixed refrigerant, and secondary cooling using, for example, propane refrigerant as a working fluid A natural gas liquefaction facility provided with a second refrigeration cycle system 51 for generating a cold heat source used for the mechanism 19, for example, a cold heat source using a propane refrigerant as a working fluid and used for the intermediate cooling mechanism 25 and the rear cooling mechanism 26. A third refrigeration cycle system 52 that generates a part of
Description
本発明は、複数の冷凍サイクル系統を備えた天然ガス液化設備に関する。 The present invention relates to a natural gas liquefaction facility including a plurality of refrigeration cycle systems.
気体の天然ガスを輸送に適した液化天然ガスにするためには、天然ガスを加圧した状態で−150℃程度の低温まで冷却してから大気圧近傍まで膨張させることが必要である。この冷却は、複数の冷凍サイクルの組合せにより実現されている。例えば、多くの天然ガス液化設備で採用されているプロパン予冷式混合冷媒方式では、天然ガスを冷却する混合冷媒(第一冷媒)を作動流体とした第一の冷凍サイクルと、その混合冷媒を冷却するプロパン冷媒(第二冷媒)を作動流体とした第二の冷凍サイクルとが組み合わせられている。 In order to convert gaseous natural gas into liquefied natural gas suitable for transportation, it is necessary to cool the natural gas to a low temperature of about −150 ° C. in a pressurized state and then expand it to near atmospheric pressure. This cooling is realized by a combination of a plurality of refrigeration cycles. For example, in the propane precooled mixed refrigerant system adopted in many natural gas liquefaction facilities, a first refrigeration cycle using a mixed refrigerant (first refrigerant) for cooling natural gas as a working fluid and the mixed refrigerant are cooled. And a second refrigeration cycle using a propane refrigerant (second refrigerant) as a working fluid.
また、例えば特許文献1によると、第一の冷凍サイクルにおいて冷媒を冷却する空冷式又は水冷式の熱交換器(冷却器)を用いることが開示されている。空冷式の熱交換器は、冷媒を流入させた伝熱管及び伝熱フィンの外表面にファン等で外気を強制的に流通させ、間接熱交換により冷媒を冷却する。一方、水冷式の熱交換器は、例えば海水や河川水、又は海水や河川水と熱交換した冷却水を導入し、間接熱交換により冷媒を冷却する。また、特許文献1では、第一の冷凍サイクルの冷媒圧縮機を駆動する動力源がガスタービンであることを理由とし、周囲の大気温度を検知し、これに応じて冷凍サイクルの冷媒圧縮機の運転条件など、最適な操作条件を選定する方法が開示されている。 For example, according to Patent Document 1, it is disclosed to use an air-cooled or water-cooled heat exchanger (cooler) that cools the refrigerant in the first refrigeration cycle. The air-cooled heat exchanger forcibly flows outside air with a fan or the like on the outer surfaces of the heat transfer tubes and heat transfer fins into which the refrigerant is introduced, and cools the refrigerant by indirect heat exchange. On the other hand, a water-cooled heat exchanger introduces, for example, seawater, river water, or cooling water heat-exchanged with seawater or river water, and cools the refrigerant by indirect heat exchange. Moreover, in patent document 1, since the power source which drives the refrigerant compressor of a 1st refrigerating cycle is a gas turbine, ambient air temperature is detected and the refrigerant compressor of a refrigerating cycle according to this is detected. A method for selecting optimum operating conditions such as operating conditions is disclosed.
例えば水冷式の熱交換器により冷媒を冷却する場合は、時刻や季節による水温の変化が比較的少ないことから、冷凍サイクルで得られる冷熱が年間を通して安定し、液化天然ガスの生産量を年中一定に保つことが容易である。しかし、天然ガス液化設備の立地条件によっては海水や河川水等が利用できない場合があり、その場合には空冷式の熱交換器を採用する方法が考えられる。ところが、空冷式の熱交換器を採用する場合は、時刻や季節による大気温度の変化が比較的大きく、その影響を受けるという課題が生じる。詳しく説明すると、例えば気温が高い場合、熱交換器による外部への放熱量が減少して、冷凍サイクルの冷媒を望ましい低温まで冷却できず、天然ガスの液化に利用可能な冷熱量が減少する。また、例えば特許文献1のように、冷凍サイクルの冷媒圧縮機を駆動する動力源がガスタービンである場合、高気温条件におけるガスタービンの吸気流量が減少してガスタービンの発生動力が低下するため、冷媒圧縮機の駆動力が減少する。これらの相乗効果により、空冷式の熱交換器により冷凍サイクルの冷媒を冷却する方式では、液化天然ガスの生産量を年中一定に保つことが容易ではない。 For example, when cooling a refrigerant with a water-cooled heat exchanger, the temperature of the water in the refrigeration cycle is stable throughout the year because the change in water temperature with time and season is relatively small. It is easy to keep constant. However, depending on the location conditions of the natural gas liquefaction facility, seawater, river water, etc. may not be available. In that case, a method of adopting an air-cooled heat exchanger can be considered. However, when an air-cooled heat exchanger is employed, there is a problem that atmospheric temperature changes with time and season are relatively large and affected. More specifically, for example, when the temperature is high, the amount of heat released to the outside by the heat exchanger is reduced, the refrigerant of the refrigeration cycle cannot be cooled to a desired low temperature, and the amount of cold heat available for liquefaction of natural gas is reduced. Further, for example, as in Patent Document 1, when the power source that drives the refrigerant compressor of the refrigeration cycle is a gas turbine, the intake flow rate of the gas turbine in a high temperature condition decreases and the generated power of the gas turbine decreases. The driving force of the refrigerant compressor is reduced. Due to these synergistic effects, it is not easy to keep the production amount of liquefied natural gas constant throughout the year in the method of cooling the refrigerant of the refrigeration cycle by the air-cooled heat exchanger.
本発明の目的は、海水や河川水等が利用できない立地条件に対応するとともに、時刻や季節による大気温度の変化の影響を受けず、年間を通して液化天然ガスの生産量を一定に保つことができる液化天然ガス設備を提供することにある。 The object of the present invention is to cope with the location conditions where seawater, river water, etc. cannot be used, and is able to keep the production volume of liquefied natural gas constant throughout the year without being affected by changes in the atmospheric temperature due to time or season. It is to provide a liquefied natural gas facility.
上記目的を達成するために、第1の本発明は、第一冷媒を圧縮する冷媒圧縮機、前記冷媒圧縮機で圧縮した第一冷媒を冷却する一次冷却機構、前記一次冷却機構で冷却した第一冷媒をさらに冷却する二次冷却機構、前記二次冷却機構で冷却した第一冷媒を膨張させる膨張機構、及び前記膨張機構で膨張した第一冷媒との熱交換により天然ガスを冷却し、蒸発した第一冷媒を前記冷媒圧縮機に供給する主熱交換器を有する第一の冷凍サイクル系統と、第二冷媒を作動流体とし、前記二次冷却機構に用いる冷熱源を生成する第二の冷凍サイクル系統とを備えた天然ガス液化設備であって、第三冷媒を作動流体とし、前記一次冷却機構に用いる冷熱源の一部又は全部を生成する第三の冷凍サイクル系統を備える。 In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention provides a refrigerant compressor that compresses a first refrigerant, a primary cooling mechanism that cools the first refrigerant compressed by the refrigerant compressor, and a first cooling mechanism that is cooled by the primary cooling mechanism. A secondary cooling mechanism that further cools one refrigerant, an expansion mechanism that expands the first refrigerant cooled by the secondary cooling mechanism, and natural gas is cooled and evaporated by heat exchange with the first refrigerant expanded by the expansion mechanism. A first refrigeration cycle system having a main heat exchanger that supplies the first refrigerant to the refrigerant compressor, and a second refrigeration that uses the second refrigerant as a working fluid and generates a cold heat source for use in the secondary cooling mechanism And a third refrigeration cycle system that uses a third refrigerant as a working fluid and generates part or all of a cold heat source used in the primary cooling mechanism.
上記目的を達成するために、第2の本発明は、天然ガスを冷却する第一冷媒を作動流体とした第一の冷凍サイクル系統と、第二冷媒を圧縮する冷媒圧縮機、前記冷媒圧縮機で圧縮した第二冷媒を冷却して凝縮させる凝縮機構、前記凝縮機構で凝縮した第二冷媒を膨張させる膨張機構、及び前記膨張機構で膨張した第二冷媒との熱交換により第一冷媒を冷却し、蒸発した第二冷媒を前記冷媒圧縮機に供給する蒸発機構を有する第二の冷凍サイクル系統とを備えた天然ガス液化設備であって、第三冷媒を作動流体とし、前記凝縮機構に用いる冷熱源の一部又は全部を生成する第三の冷凍サイクル系統を備える。 In order to achieve the above object, the second aspect of the present invention provides a first refrigeration cycle system using a first refrigerant for cooling natural gas as a working fluid, a refrigerant compressor for compressing a second refrigerant, and the refrigerant compressor. The first refrigerant is cooled by heat exchange with a condensing mechanism that cools and condenses the second refrigerant compressed in step 1, an expansion mechanism that expands the second refrigerant condensed by the condensing mechanism, and a second refrigerant that expands by the expansion mechanism. And a second refrigeration cycle system having an evaporation mechanism for supplying the evaporated second refrigerant to the refrigerant compressor, wherein the third refrigerant is used as the working fluid and used for the condensing mechanism. A third refrigeration cycle system that generates part or all of the cold heat source is provided.
本発明によれば、海水や河川水等が利用できない立地条件に対応するとともに、時刻や季節による大気温度の変化の影響を受けず、年間を通して液化天然ガスの生産量を一定に保つことができる。 According to the present invention, it is possible to keep the production amount of liquefied natural gas constant throughout the year without being affected by changes in the atmospheric temperature due to time or season, while responding to location conditions where seawater, river water, etc. cannot be used. .
1 冷媒圧縮機
5 電動機(第二電動機)
10 凝縮器
18 膨張機構
19 二次冷却機構(蒸発機構)
23 低圧段冷媒圧縮機
24 高圧段冷媒圧縮機
25 中間冷却機構(一次冷却機構)
26 後置冷却機構(一次冷却機構)
31 第二凝縮器
31A 凝縮器
33 第二中間冷却器
33A 中間冷却器
35 第二後置冷却器
35A 後置冷却器
50 第一の冷凍サイクル系統
51 第二の冷凍サイクル系統
52 第三の冷凍サイクル系統
52A 第三の冷凍サイクル系統
64 開閉器(制御手段)
72 制御装置(制御手段)
80 熱交換器
81 冷媒圧縮機
84 電動機(第三電動機)
85 電動機(第一電動機)1
10
23 Low-pressure
26 Post cooling mechanism (primary cooling mechanism)
31
72 Control device (control means)
80
85 Electric motor (first electric motor)
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の第1の実施形態を図1により説明する。図1は、本実施形態による天然ガス液化設備の要部構成を表す概略図である。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing a main configuration of a natural gas liquefaction facility according to this embodiment.
この図1において、天然ガス液化設備は、主要な構成要素との一つとして、天然ガスを冷却する例えばメタン、エタン、及びプロパンからなる混合冷媒(第一冷媒)を作動流体とした第一の冷凍サイクル系統50を備えている。
In FIG. 1, the natural gas liquefaction facility is a first component that uses, as a working fluid, a mixed refrigerant (first refrigerant) composed of, for example, methane, ethane, and propane for cooling natural gas. A
第一の冷凍サイクル系統50は、混合冷媒を圧縮する低圧段冷媒圧縮機23と、この低圧段冷媒圧縮機23で圧縮した混合冷媒を冷却する中間冷却機構(一次冷却機構)25と、この中間冷却機構25で冷却した混合冷媒を圧縮する高圧段冷媒圧縮機24と、この高圧段冷媒圧縮機24で圧縮した混合冷媒を冷却する後置冷却機構(一次冷却機構)26と、この後置冷却機構26で冷却した混合冷媒をさらに冷却する二次冷却機構19と、この二次冷却機構19で冷却した混合冷媒が配管47を介し供給され、混合冷媒を断熱膨張させて温度を低下させる膨張機構(図示せず)と、この膨張機構からの混合冷媒との熱交換により天然ガス(気体状態)を冷却して液化する主熱交換器(図示せず)とで構成されている。そして、主熱交換器にて天然ガスから熱を奪い蒸発した混合冷媒は、配管48を介し低圧段冷媒圧縮機23に供給されるようになっている。低圧段冷媒圧縮機23及び高圧段冷媒圧縮機25は、その駆動装置である電動機85に同軸で連結されている。
The first
中間冷却機構25は、大気に放熱する空冷式の第一中間冷却器32と、水冷式の第二中間冷却器33とで構成されている。また、後置冷却機構26は、大気に放熱する空冷式の第一後置冷却器34と、水冷式の第二後置冷却器35とで構成されている。
The
また天然ガス液化設備は、別の主要な構成要素として、例えばプロパン冷媒(第二冷媒)を作動流体とし、第一の冷凍サイクル系統50の二次冷却機構19に用いる冷熱源を生成する第二の冷凍サイクル系統51を備えている。
In addition, the natural gas liquefaction facility uses a propane refrigerant (second refrigerant) as a working fluid as another main component, for example, and generates a second heat source for use in the
第二の冷凍サイクル系統51は、プロパン冷媒を圧縮する例えば3段式の(すなわち、低圧段、中圧段、高圧段からなる)冷媒圧縮機1と、この冷媒圧縮機1で圧縮したプロパン冷媒を冷却して凝縮させる凝縮機構10と、この凝縮機構10で凝縮したプロパン冷媒を受け入れる受液器11と、この受液器11からのプロパン冷媒を段階的に断熱膨張させて温度を低下させる膨張機構18と、この膨張機構18からのプロパン冷媒との熱交換により混合冷媒を段階的に冷却し、混合冷媒から熱を奪い蒸発したプロパン冷媒を冷媒圧縮機1に供給する上記二次冷却機構(蒸発機構)19とで構成されている。冷媒圧縮機1は、その駆動装置である電動機5に連結されている。
The second
凝縮機構10は、大気に放熱する空冷式の第一凝縮器30と、水冷式の第二凝縮器31とで構成されている。
The
二次冷却機構(蒸発機構)19は、高圧蒸発器15、中圧蒸発器16、及び低圧蒸発器17で構成され、膨張機構18は、高圧膨張弁12、中圧膨張弁13、及び低圧膨張弁14で構成されている。高圧蒸発器15は配管41を介し受液器11に接続され、その配管41に高圧膨張弁12が設けられている。また、中圧蒸発器16は配管42を介し高圧蒸発器15の液体出口側に接続され、その配管42に中圧膨張弁13が設けられている。また、低圧蒸発器17は配管43を介し中圧蒸発器16の液体出口側に接続され、その配管43に低圧膨張弁14が設けられている。また、高圧蒸発器15の気体出口側は配管44を介し冷媒圧縮機1の高圧段吸込側に接続され、中圧蒸発器16の気体出口側は配管45を介し冷媒圧縮機1の中圧段吸込側に接続され、低圧蒸発器17の気体出口側は配管46を介し冷媒圧縮機1の低圧段吸込側に接続されている。
The secondary cooling mechanism (evaporation mechanism) 19 includes a high-
そして、高圧蒸発器15は、高圧膨張弁12で断熱膨張されて温度が低下し気液混合状態となったプロパン冷媒が導入され、プロパン冷媒の液相の一部が蒸発して、その蒸発潜熱を奪うことにより後置冷却機構26からの混合冷媒を冷却するようになっている。また、高圧蒸発器15は、気相のプロパン冷媒を配管44を介し冷媒圧縮機1の高圧段吸込側に供給し、液相のプロパン冷媒を配管42及び中圧膨張弁13を介し中圧蒸発器16に供給するようになっている。中圧蒸発器16は、中圧膨張弁13で断熱膨張されて温度が低下し気液混合状態となったプロパン冷媒が導入され、プロパン冷媒の液相の一部が蒸発して、その蒸発潜熱を奪うことにより高圧蒸発器15からの混合冷媒をさらに冷却するようになっている。また、中圧蒸発器16は、気相のプロパン冷媒を配管45を介し冷媒圧縮機1の中圧段吸込側に供給し、液相のプロパン冷媒を配管43及び低圧膨張弁14を介し低圧蒸発器17に供給するようになっている。低圧蒸発器17は、低圧膨張弁14で断熱膨張されて温度が低下し気液混合状態となったプロパン冷媒が導入され、プロパン冷媒の液相の全部が蒸発し、その蒸発潜熱を奪うことにより中圧蒸発器16からの混合冷媒をさらに冷却するようになっている。また、低圧蒸発器17は、気相のプロパン冷媒を配管46を介し冷媒圧縮機1の低圧段吸込側に供給するようになっている。
The high-
また天然ガス液化設備は、本実施形態の特徴的な構成要素として、例えばプロパン冷媒(第三冷媒)を作動流体とし、第一の冷凍サイクル系統50の中間冷却機構25及び後置冷却機構26にそれぞれ用いる冷熱源の一部(すなわち、第二中間冷却機構33及び第二後置冷却器35の冷熱源)、及び第二の冷凍サイクル系統51の凝縮機構10に用いる冷熱源の一部(すなわち、第二凝縮器31の冷熱源)としての冷水(冷却水)を生成する第三の冷凍サイクル系統52と、この第三の冷凍サイクル系統52で生成した冷水を循環させる循環水系統53とを備えている。
Further, the natural gas liquefaction facility uses, for example, propane refrigerant (third refrigerant) as a working fluid as a characteristic component of the present embodiment, and is provided in the
第三の冷凍サイクル系統52は、プロパン冷媒を圧縮する冷媒圧縮機81と、この冷媒圧縮機81で圧縮したプロパン冷媒を凝縮させる空冷式の凝縮器82と、この凝縮器82で凝縮したプロパン冷媒を断熱膨張させて温度を低下させる膨張弁83と、この膨張弁83からのプロパン冷媒との熱交換により水を冷却し、水から熱を奪い蒸発したプロパン冷媒を冷媒圧縮機81に供給する熱交換器(蒸発器)80とで構成されている。冷媒圧縮機81は、その駆動装置である電動機84に連結されている。
The third
循環水系統53は、熱交換器80で生成した冷水を貯蔵する冷水貯蔵器75と、第二中間冷却器33、第二後置冷却器35、及び第二凝縮器31等に冷水を供給する供給ヘッダ77と、冷水貯蔵器75で貯蔵した冷水を供給ヘッダ77に供給するポンプ76と、第二中間冷却器33、第二後置冷却器35、及び第二凝縮器31等で熱を奪い温度が上昇した水(温水)を回収する回収ヘッダ78と、この回収ヘッダ78から供給された温水を貯蔵する温水貯蔵器79と、この温水貯蔵器79で貯蔵した温水を熱交換器80に供給するポンプ90と、このポンプ90の吐出流量を制御する弁91とで構成されている。なお、この循環水系統53で循環する水は、熱交換器80の内部で凍結することを防止するため、エチレングリコール混合水などの不凍液を用いることが好ましい。
The circulating
上述した第一の冷凍サイクル系統50の電動機85、第二の冷凍サイクル系統51の電動機5、及び第三の冷凍サイクル系統52の電動機84に必要な電力は、発電設備70によって発電されている。発電設備70は、例えば4つのガスタービン発電装置(発電ユニット)61a,61b,61c,61dを有し、通常、それらのうち3つを運転させて発電しており、残りの1つは定期点検等のメンテナンスや異常発生時に対応するための予備機である。
Electric power necessary for the
ガスタービン発電装置61a,61b,61c,61dはそれぞれ、吸気ダクトから外気を吸入して圧縮する空気圧縮機と、圧縮した空気と燃料を混合して燃焼させ高温高圧の燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスを膨張させて運動エネルギーに変換するタービンと、このタービンの運動エネルギーを電力に変換する発電機とを備えている。ガスタービン発電装置61a,61b,61c,61dの発電機は、母線62に接続され、さらに電力経路63を介しプラント内の負荷に接続されている。電力経路63は、第一の冷凍サイクル系統50の電動機85に電力を供給する電力経路63aと、第二の冷凍サイクル系統51の電動機5に電力を供給する電力経路63bと、第三の冷凍サイクル系統52の電動機84に電力を供給する電力経路63cとを有している。
Each of the gas
また、本実施形態の特徴として、電力経路63cには接続・遮断状態に切替え可能な開閉器64が設けられている。そして、制御装置72は、例えば発電設備70の供給電力が低下したことを検知したときに、信号経路71を介し開閉器64に信号を出力して電力経路63cを遮断可能としている。
Further, as a feature of the present embodiment, a
また、ガスタービン発電装置の吸気ダクトには、水冷式の吸気冷却器が設けられている。そして、吸気冷却器は、供給ヘッダ77から配管36を介し冷水が供給され、この冷水との熱交換により空気圧縮機の吸気を冷却するようになっている。また、吸気冷却器にて吸気から熱を奪い温度上昇した水(温水)は、配管37を介し回収ヘッダ78に回収されるようになっている。
Further, a water-cooled intake air cooler is provided in the intake duct of the gas turbine power generator. The intake air cooler is supplied with cold water from the
次に、本実施形態の天然ガス液化設備の通常運転動作及び作用効果を説明する。 Next, normal operation operation and effects of the natural gas liquefaction facility of this embodiment will be described.
第三の冷凍サイクル系統52において、作動流体であるプロパン冷媒は、冷媒圧縮機81により圧縮されて高温高圧状態となり、空冷式の凝縮器82により大気に放熱して凝縮され、さらに膨張弁83により断熱膨張されて温度が低下する。熱交換器80では、プロパン冷媒が蒸発し、その蒸発潜熱を奪うことにより循環水系統53の水を5℃まで冷却する。
In the third
循環水系統53において、熱交換器80で冷却された冷水は、冷水貯蔵器75に一旦貯蔵された後、ポンプ76で供給ヘッダ77に送られ、第一の冷凍サイクル系統50の第二中間冷却器33及び第二後置冷却器35、第二の冷凍サイクル系統51の第二凝縮器31、ガスタービン発電設備の吸気冷却器にそれぞれ供給される。その後、第二中間冷却器33、第二後置冷却器35、第二凝縮器31、及び吸気冷却器にて冷媒や吸気から熱を奪い40℃程度まで温度上昇した水(温水)は、回収ヘッダ78に回収され温水容器79に一旦貯蔵された後、ポンプ90で熱交換器80に供給され、再び5℃まで冷却される。
In the circulating
なお、熱交換器80で生成する冷水の温度を5℃とした第一の理由は、第二中間冷却器33、第二後置冷却器35、及び第二凝縮器31における端末温度差を10℃で計画し、それらの冷媒の冷却温度(出口温度)の目標値を15℃としたからである。また、第二の理由は、吸気冷却器における吸気の冷却温度を考慮したからである。すなわち、例えば冷水の温度が高すぎると、ガスタービン発電設備の吸気冷却に利用することができず、一方、例えば冷水の温度が低すぎると、吸気冷却器の表面に吸気中の湿分が凍結し、吸気ダクトを閉塞させる可能性があるためである。
The first reason why the temperature of the cold water generated in the
第二の冷凍サイクル系統51において、受液器11に貯蔵された15℃,1.2MPa程度のプロパン冷媒は、膨張機構18により段階的に断熱膨張されて温度が低下し、二次冷却機構(蒸発機構)19にて段階的に蒸発し、その蒸発潜熱を奪うことにより第一冷凍サイクル系統50の混合冷媒を冷却する。二次冷却機構19にて混合冷媒から熱を奪い蒸発したプロパン冷媒は、冷媒圧縮機1により1.2MPaまで圧縮される。圧縮されて高温となったプロパン冷媒は、空冷式の第一凝縮器30により60℃まで冷却され、さらに水冷式の第二凝縮器31により15℃まで冷却され、再び受液器11に送られる。
In the second
第一の冷凍サイクル系統50において、作動流体である混合冷媒は、低圧段冷媒圧縮機23により圧縮される。低圧段冷媒圧縮機23により圧縮されて高温となった混合冷媒は、空冷式の第一中間冷却器32により60℃まで冷却され、さらに水冷式の第二中間冷却器33により15℃まで冷却される。その後、高圧段冷媒圧縮機24により5MPaまで圧縮される。高圧段冷媒圧縮機24により圧縮されて高温となった混合冷媒は、空冷式の第一後置冷却器34により60℃まで冷却され、さらに水冷式の第二後置冷却器35により15℃まで冷却される。その後、5MPa,15℃程度の混合冷媒は、二次冷却機構19により−35℃程度まで冷却される。そして、膨張機構で断熱膨張して温度が低下され、主熱交換器に供給されて原料天然ガスの液化に利用される。
In the first
なお、第二の冷凍サイクル系統51の空冷式の第一凝縮器30は、伝熱面積や大気を通風するファンの能力を大きくすれば、冷媒冷却温度を比較的低く設定することが可能であるが、本実施形態では、設備費の経済性を考慮し、冷媒冷却温度を比較的高い60℃に設定している。また、第一の冷凍サイクル系統50の空冷式の第一中間冷却器の及び第一後置冷却器も、同様の理由から、冷媒冷却温度を比較的高い60℃に設定している。
The air-cooled
このような本実施形態の天然ガス液化設備においては、プロパン冷媒を作動流体とし、このプロパン冷媒との熱交換により冷水を生成する第三の冷凍サイクル系統52と、この第三の冷凍サイクル系統52で生成した冷水を用いる水冷式の第二中間冷却器33、第二後置冷却器35、及び第二凝縮器31とを備えることにより、海水や河川水等が利用できない立地条件にも対応することができる。また、例えば中間冷却機構25を空冷式の第一中間冷却器32のみ、後置冷却機構26を空冷式の第一後置冷却器34のみ、凝縮機構10を空冷式の第一凝縮器30のみとした場合は、大気温度の変動によって冷媒冷却温度が変動する。これに対し本実施形態においては、水冷式の第二中間冷却器33、第二後置冷却器35、及び第二凝縮器31を設け、それらの冷媒冷却温度が目標値(詳しくは、例えば大気温度が低い条件で第二中間冷却器33、第二後置冷却器35、及び第二凝縮器31が無い場合の冷媒冷却温度よりも低い値)となるように冷水の供給量をそれぞれ制御することにより、年間を通して冷媒温度を一定に保つことができる。したがって本実施形態においては、年間、昼夜の大気温度の変動に関わらず、第一及び第二の冷凍サイクル系統50,51の冷媒温度を一定に制御することができ、液化天然ガスの生産量を年中一定に保つことができる。
In such a natural gas liquefaction facility of this embodiment, a third
また、本実施形態においては、第三の冷凍サイクル系統52で生成した5℃の冷水をガスタービン発電設備の吸気冷却器に供給し、季節、昼夜を問わず、空気圧縮機の吸気温度を10℃程度に冷却する。この吸気冷却の作用により、ガスタービン発電設備の発電量を年間一定に保持することができ、高気温時でも冷媒圧縮機の駆動用電力を確保することができる。したがって、このような観点からも、液化天然ガスの生産量を年中一定に保つことができる。また、吸気冷却により、ガスタービン発電設備の負荷を年間一定とすることができる。そのため、冬季でもガスタービン発電設備の出力を絞る必要が無く、年間を通してガスタービン発電設備を最高効率点で運転できる。 Moreover, in this embodiment, 5 degreeC cold water produced | generated with the 3rd refrigerating cycle system | strain 52 is supplied to the intake air cooler of a gas turbine power generation equipment, and the intake temperature of an air compressor is set to 10 regardless of a season and day and night. Cool to about ℃. By this action of the intake air cooling, the power generation amount of the gas turbine power generation facility can be kept constant throughout the year, and the driving power for the refrigerant compressor can be secured even at high temperatures. Therefore, from this point of view, the production amount of liquefied natural gas can be kept constant throughout the year. Moreover, the load of the gas turbine power generation facility can be made constant throughout the year by intake air cooling. Therefore, it is not necessary to reduce the output of the gas turbine power generation facility even in winter, and the gas turbine power generation facility can be operated at the highest efficiency throughout the year.
なお、上記においては、第二中間冷却器33、第二後置冷却器35、及び第二凝縮器31の冷媒冷却温度の目標値を15℃に設定する場合を例にとって説明したが、その最適値は、液化天然ガス製造設備の立地条件によって異なる。すなわち、例えば冷媒冷却温度の目標値が高すぎる場合、年間を通して冷媒冷却温度を一定にすることが困難となり、一方、例えば冷媒冷却温度の目標値が低すぎる場合は、必要な冷水の流量が多くなり、第三の冷凍サイクル系統52の冷媒圧縮機81の負荷が増え、液化天然ガス製造設備の効率が低下するので、望ましくない。
In the above description, the case where the target value of the coolant cooling temperature of the second
次に、本実施形態の天然ガス液化設備において発電設備70の供給電力が低下した場合の動作及び作用効果を説明する。
Next, the operation and effects when the power supplied to the
例えばガスタービン発電装置61a,61b,61cの運転中に、ガスタービン発電装置61cが計画外停止した場合を想定する。発電設備70の制御装置72は、ガスタービン発電装置61cの出力低下を検知し、これに応じて予備機であるガスタービン発電装置61dを起動する指令を出力するとともに、開閉器64に信号を出力して電力経路63cを遮断する。これにより、第一の冷凍サイクル系統50の電動機85と第二の冷凍サイクル系統51の電動機5は、継続して駆動するものの、第三の冷凍サイクル系統52の電動機84は、電力が供給されず停止する。これにより、予備機の起動が完了するまでの出力低下の影響を補償することができる。また、予備機の起動が完了するまでの間は、循環水系統53の弁91を閉じ、冷水貯蔵器75に貯蔵した冷水(詳しくは、予備機の起動が完了するまでの間に必要な容量が貯蔵された水)を第二中間冷却器33、第二後置冷却器35、及び第二凝縮器31に供給することにより、第一の冷凍サイクル系統50及び第二の冷凍サイクル系統51は、通常通りの運転を継続することができる。
For example, it is assumed that the gas turbine
そして、予備機の起動が完了した後、制御装置72は、開閉器64を切替えて電気経路63cを接続させ、第三の冷凍サイクル系統52の電動機84に電力を供給して駆動させる。また、循環水系統53の弁91を開き、冷水貯蔵器75に再び冷水を貯蔵させる。このようにして、ガスタービン発電装置61cが停止する前の運転状態に復帰することができる。
Then, after the start-up of the spare machine is completed, the
なお、上記実施形態においては、発電設備70は、予備機を有する場合を例にとって説明したが、これに限られず、予備機が無くてもよい。この場合は、冷水貯蔵器75に貯蔵した冷水が無くなるまでの間に、第一の冷凍サイクル系統50の冷媒圧縮機23,24と第二の冷凍サイクル系統51の冷媒圧縮機1の運転条件を変更し、液化天然ガスの生産量を調整してもよい。
In the above-described embodiment, the
本発明の第2の実施形態を図2により説明する。本実施形態は、上記循環水系統53を設けず、第三の冷凍サイクル系統52の作動流体であるプロパン冷媒を上記第二中間冷却器32、第二後置冷却器34、第二凝縮器31、及び吸気冷却器に供給するように構成した実施形態である。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the circulating
図2は、本実施形態による天然ガス液化設備の要部構成を表す概略図である。なお、この図2において、上記第1の実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図2において、上記発電設備70、電力経路63、及び開閉器64等を便宜上図示していないが、本実施形態においても備えているものとする。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a main configuration of the natural gas liquefaction facility according to the present embodiment. In FIG. 2, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate. Moreover, in FIG. 2, although the said
本実施形態では、第三の冷凍サイクル系統52Aは、プロパン冷媒を圧縮する冷媒圧縮機81と、この冷媒圧縮機81で圧縮したプロパン冷媒を凝縮させる空冷式の凝縮器82と、この凝縮器82で凝縮したプロパン冷媒を断熱膨張させて温度を低下させる膨張弁83と、この膨張弁83からのプロパン冷媒を第二中間冷却器33、第二後置冷却器35、第二凝縮器31、及び吸気冷却器に供給する供給ヘッダ77と、第二中間冷却器33、第二後置冷却器35、第二凝縮器31、及び吸気冷却器で冷媒や吸気から熱を奪い温度が上昇した水(温水)を回収し、冷媒圧縮機81に供給する回収ヘッダ78とで構成されている。
In the present embodiment, the third
以上のように構成された本実施形態においても、上記第1の実施形態同様、海水や河川水等が利用できない立地条件に対応するとともに、時刻や季節による大気温度の変化の影響を受けず、年間を通して液化天然ガスの生産量を一定に保つことができる。また、上記第1の実施形態に比べ、中間媒体である冷水が無いため熱交換の温度差による損失を低減でき、ポンプ類の動力を節約することができる。また、冷水貯蔵器等の機器が不要になるため、機器点数を削減し、設備費を低減することができる。 Even in the present embodiment configured as described above, as in the first embodiment, it corresponds to the location conditions where seawater, river water, and the like cannot be used, and is not affected by changes in atmospheric temperature due to time or season, The production of liquefied natural gas can be kept constant throughout the year. Further, compared to the first embodiment, since there is no cold water as an intermediate medium, loss due to a temperature difference in heat exchange can be reduced, and power of pumps can be saved. In addition, since equipment such as a cold water reservoir is not necessary, the number of equipment can be reduced and the equipment cost can be reduced.
なお、上記第1及び第2の実施形態においては、第三の冷凍サイクル系統52,52Aの作動流体として、自然冷媒であって地球温暖化への影響が小さく入手性が良いプロパン冷媒を用いた場合を例にとって説明したが、これに限られず、第三の冷凍サイクル系統52,52Aの作動流体として動作する温度範囲の条件を満たすものであれば、他の冷媒物質を用いてもよい。また、上記第1及び第2の実施形態においては、第三の冷凍サイクル系統52,52Aは、冷媒圧縮機81を有する蒸気圧縮式冷凍サイクルとする場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、冷却水が必要となる制約があるものの、例えば吸収式冷凍サイクルや蒸気フラッシュ式冷凍サイクルとしてもよい。
In the first and second embodiments, a propane refrigerant that is a natural refrigerant and has a low influence on global warming and good availability is used as the working fluid of the third
また、上記第1及び第2の実施形態においては、第一の冷凍サイクル系統50の冷媒圧縮機23,24、第二の冷凍サイクル系統51の冷媒圧縮機1、及び第三の冷凍サイクル系統52又は52Aの冷媒圧縮機84を駆動する駆動装置として電動機85,5,84を用いた場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば駆動装置としてガスタービンを用いてもよい。この場合も、上記実施形態同様、年間、昼夜の大気温度の変動に関わらず、液化天然ガスの生産量を年中一定に保つことができる。しかしながら、例えばガスタービンが故障した場合、冷媒圧縮機は継続運転が困難となる。
In the first and second embodiments, the
また、上記第1及び第2の実施形態においては、第三の冷凍サイクル系統52,52Aは、第一の冷凍サイクル系統50の中間冷却機構25及び後置冷却機構26にそれぞれ用いる冷熱源の一部(すなわち、第二中間冷却機構33及び第二後置冷却器35の冷熱源)、及び第二の冷凍サイクル系統51の凝縮機構10に用いる冷熱源の一部(すなわち、第二凝縮器31の冷熱源)を生成する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば第三の冷凍サイクル系統は、第一の冷凍サイクル系統50の中間冷却機構及び後置冷却機構に用いる冷熱源の全部、及び第二の冷凍サイクル系統51の凝縮機構に用いる冷熱源の全部を生成するようにしてもよい。このような変形例を第2の実施形態に適用した場合を、図3により説明する。
In the first and second embodiments, the third
図3は、本変形例による天然ガス液化設備の要部構成を表す概略図である。なお、この図3において、上記第2の実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。 FIG. 3 is a schematic diagram showing a main configuration of a natural gas liquefaction facility according to this modification. In FIG. 3, parts that are the same as in the second embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted as appropriate.
本変形例では、第一の冷凍サイクル系統50の中間冷却機構は、水冷式の中間冷却器33Aのみで構成され、後置冷却機構は、水冷式の後置冷却器35Aのみで構成されている。また、第二の冷凍サイクル系統51の凝縮機構は、水冷式の凝縮器31Aのみで構成されている。
In this modification, the intermediate cooling mechanism of the first
以上のように構成された変形例においても、上記第2の実施形態同様、海水や河川水等が利用できない立地条件に対応するとともに、時刻や季節による大気温度の変化の影響を受けず、年間を通して液化天然ガスの生産量を一定に保つことができる。また、上記第2の実施形態に比べ、水冷式の中間冷却器35A、後置冷却器33A、及び凝縮器31Aにおける冷熱量が増加するため、第三の冷凍サイクル52の冷媒圧縮機81の消費動力が大きくなり、液化天然ガス製造設備の効率が低下するが、機器点数を削減することができ、設備費の低減が図れる可能性がある。
Even in the modified example configured as described above, as in the second embodiment, it corresponds to the location conditions where seawater, river water, etc. cannot be used, and is not affected by changes in the atmospheric temperature due to time or season, Through this, the production amount of liquefied natural gas can be kept constant. Further, since the amount of cold heat in the water-cooled intermediate cooler 35A, the post-cooler 33A, and the
なお、上記変形例においては、第2の実施形態に適用した場合を例にとって説明したが、これに限られず、第1の実施形態に適用してもよいことは言うまでもない。 In addition, although the case where it applied to 2nd Embodiment was demonstrated as an example in the said modification, it cannot be overemphasized that it may apply to 1st Embodiment, without being restricted to this.
Claims (6)
第三冷媒を作動流体とし、前記一次冷却機構に用いる冷熱源の一部又は全部を生成する第三の冷凍サイクル系統を備えることを特徴とする天然ガス液化設備。A refrigerant compressor that compresses the first refrigerant, a primary cooling mechanism that cools the first refrigerant compressed by the refrigerant compressor, a secondary cooling mechanism that further cools the first refrigerant cooled by the primary cooling mechanism, and the secondary cooling An expansion mechanism for expanding the first refrigerant cooled by the mechanism, and main heat exchange for cooling the natural gas by heat exchange with the first refrigerant expanded by the expansion mechanism and supplying the evaporated first refrigerant to the refrigerant compressor A natural gas liquefaction facility comprising: a first refrigeration cycle system having a vessel; and a second refrigeration cycle system that uses a second refrigerant as a working fluid and generates a cold heat source for use in the secondary cooling mechanism,
A natural gas liquefaction facility comprising a third refrigeration cycle system that uses a third refrigerant as a working fluid and generates part or all of a cold heat source used in the primary cooling mechanism.
第三冷媒を作動流体とし、前記凝縮機構に用いる冷熱源の一部又は全部を生成する第三の冷凍サイクル系統を備えることを特徴とする天然ガス液化設備。A first refrigeration cycle system using a first refrigerant that cools natural gas as a working fluid, a refrigerant compressor that compresses the second refrigerant, a condensation mechanism that cools and condenses the second refrigerant compressed by the refrigerant compressor, The first refrigerant is cooled by heat exchange with an expansion mechanism for expanding the second refrigerant condensed by the condensation mechanism and the second refrigerant expanded by the expansion mechanism, and the evaporated second refrigerant is supplied to the refrigerant compressor. A natural gas liquefaction facility comprising a second refrigeration cycle system having an evaporation mechanism,
A natural gas liquefaction facility comprising a third refrigeration cycle system that uses a third refrigerant as a working fluid and generates part or all of a cold heat source used in the condensing mechanism.
Applications Claiming Priority (1)
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