KR102256891B1 - 해안 lng 플랜트용 가스 터빈 및 압축기 모듈 - Google Patents

해안 lng 플랜트용 가스 터빈 및 압축기 모듈 Download PDF

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Abstract

해안 LNG 플랜트용 모듈형 가스 터빈 시스템이 개시되어 있다. 모듈은 윗면(3T)과 아랫면(3B)을 포함하고, 적어도 가스 터빈 엔진(5), 가스 터빈 엔진(5)에 연결된 제어 및 전기실(33), 적어도 가스 터빈 엔진의 보조부의 일부를 상부면에 지지하는 밑판(3)을 포함한다. 추가적으로, 적어도 하나의 압축기(23)가 밑판(3) 상에 지지되고, 가스 터빈 엔진에 기계적으로 결합되며, 상기 가스 터빈 엔진(5)에 의해 회전되도록 구동된다.

Description

해안 LNG 플랜트용 가스 터빈 및 압축기 모듈
본 개시는 가스 터빈 시스템, 특히 기계식 구동 응용을 위한 가스 터빈 시스템에 관한 것이다. 여기에 개시된 실시예는 특히, 가스 터빈 엔진에 의해 구동되는 하나 이상의 가스 압축기를 포함하는 해안(on-shore) LNG 플랜트용 가스 터빈 시스템에 관한 것이다.
가스 터빈이 압축기와 같은, 전기 발전기(electric generator) 또는 다른 회전 기계를 구동하기 위한 전력 발전기(power generator) 또는 산업 플랜트의 원동력으로 널리 이용된다. 해상 설치에서, 40MW 미만의 전력율을 갖는 항공기 전용(aero-derivative) 가스 터빈에 의해 구동되는 압축기가 소형 구조와 감소된 전체 치수로 인해 자주 사용된다. 40MW 미만의 전력율을 갖는 가스 터빈의 모듈화는 상당히 흔한 관행이다. 가스 터빈 및 부하는 공통 프레임 상에 배치되고, 그에 따라 최종 목적지로 운반되기 전에 설치 및 시험 부지 또는 장소에서 시험되는 단일 유닛을 형성한다. 공통 프레임은 그런 다음, 최종 목적지로 운반되고 스키드(skid) 상에 장착된다. 이런 종류의 모듈식 배치는 특히 유용한데, 이는 그러한 모듈식 배치가 최종 목적지에 운반되고 설치되기 전에 회전 기계의 완전한 조립 및 시험을 허용하기 때문이다.
항공기 전용 가스 터빈뿐만 아니라 40MW 초과의 고부하(heavy duty) 가스 터빈 양자 모두인 대형 가스 터빈은 그들의 큰 치수 때문에, 대개 모듈화되지 않는다. 대개, 가스 터빈 플랜트의 다양한 구성요소가 제작하는 장소에서 최종 목적지로 각기 운반된다. 토대(foundation)가 최종 목적지에 마련되고, 그런 다음 개별 기계가 토대에 장착된다. 가스 터빈, 전기 발전기 및 시동기와 같은, 다양한 플랜트 구성요소의 다른 반경방향 치수 때문에, 토대는 때때로 다양한 서로 다른 레벨에서 기계-지지 표면을 갖도록 설계된다. 그런 다음 회전 기계가 정렬되고, 기계적으로 서로 연결되고 조정되어야 한다. 전체의 과정은 극도로 많은 시간이 소모된다.
US2015/0184591에 전기 발전기를 구동하도록 사용되는, 전력 발전기를 위한 모듈화된 고부하 가스 터빈 엔진이 개시되어 있다.
대형의 고부하 가스 터빈 엔진 분야에서, 특히 특정 종류의 기계식 구동 응용을 위해 개선의 필요성이 존재한다.
해안 LNG(즉, 천연가스의 액화용 플랜트) 플랜트용 모듈형 가스 터빈 시스템이 개시되어 있다.
시스템은,
윗면과 아랫면을 구비하고, 적어도 가스 터빈 엔진, 가스 터빈 엔진에 연결된 제어 및 전기실, 그리고 적어도 가스 터빈 엔진의 보조부(auxiliaries)의 일부를 윗면 위에 지지하는 밑판(base plate); 및
가스 터빈 엔진에 기계적으로 결합되고 가스 터빈 엔진에 의해 회전하도록 구동되는 적어도 하나의 압축기를 포함한다.
모듈이 조립, 시운전 및 시험 장소에서 조립, 시운전, 시험될 수 있고, 그런 다음, 기계적, 전기적 및 유압식 연결의 주요 부분, 예컨대 가스 터빈 엔진의 제어 및 전기실 사이의 연결이 분리됨이 없이, 최종 목적지로 운반되어, 전문 인력을 거의 필요로 하지 않고, 최종 이용 장소에서 시스템을 시동하는 것이 더 빠르고 쉬워진다.
삭제
필요에 따라, 특히 물류 목적(logistic purpose)을 위해 필요해지고 편리해진다면, 시스템의 일부 구성요소는 운반되기 전에 분리될 수 있다. 예컨대, 압축기(들)가 가스 터빈 엔진으로부터 분리될 수 있다. 가스 터빈 엔진과 압축기(들) 사이의 샤프트 라인을 따라 경계면이 제공될 수 있고, 이것은 가스 터빈 엔진에 대한 압축기의 연결 및 분리를 더 쉽게 만든다. 일부 실시예에서, 분리가능한 밑판부가 제공될 수 있고, 이것 상에 압축기(들)가 장착될 수 있다. 분리가능한 밑판부는 조립, 시운전 및 시험하는 시기에 밑판의 나머지 부분과 조립될 수 있다. 그 후에, 분리가능한 밑판부는 밑판의 나머지 부분으로부터 분리되고 각각 운반된다. 최종 이용의 장소에서 재조립이 수행될 것이다.
본 개시는 또한 LNG 플랜트용 해안 지지 구조물 상에 가스 터빈 엔진 및 가스 터빈 엔진에 의해 구동되는 적어도 하나의 압축기를 설치하는 방법에 관한 것으로,
조립, 시운전 및 시험하는 장소에서, 밑판 상에 적어도 가스 터빈 엔진, 적어도 하나의 압축기, 가스 터빈 엔진의 보조부, 및 가스 터빈 엔진의 제어 및 전기실을 조립하는 단계;
가스 터빈 엔진과 압축기의 유닛을 형성하기 위해, 적어도 하나의 압축기를 가스 터빈 엔진에 구동적으로(drivingly) 연결하는 단계;
가스 터빈 엔진과 압축기의 유닛을 시운전하고 시험하는 단계;
가스 터빈 엔진, 가스 터빈 엔진의 보조부, 그리고 제어 및 전기실을 구비한 밑판을 조립, 시운전 및 시험하는 장소로부터, 지상 위로 연장되는 지지 구조물이 제공되는 설치 및 이용의 장소로 이동시키는 단계; 및
밑판을 들어올리고 밑판을 상기 지지 구조물 상에 위치시키는 단계를 포함한다.
특징들 및 실시예들이 아래에 개시되고 첨부된 청구항들에 더 제시되며, 이것은 본 명세서의 필수적인 부분을 형성한다. 뒤따르는 세부 설명이 더 잘 이해될 수 있고 해당 기술 분야에 대한 본 기여가 더 잘 평가될 수 있도록, 상기 간단한 설명은 본 발명의 다양한 실시예의 형태를 제시한다. 물론, 후술되고 첨부된 청구항들에 설명될, 본 발명의 다른 형태가 존재한다. 이러한 점에 있어서, 본 발명의 일부 실시예를 세부적으로 설명하기 전에, 본 발명의 다양한 실시예가, 다음 설명에 제시되거나 도면에 도시되는 구조의 세부사항 및 구성요소의 배치에 대한, 그들의 적용에 제한되지 않음이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시예가 가능하고, 다양한 방법으로 실시되고 수행될 수 있다. 또한, 여기에 사용된 문구 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이지, 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.
그처럼, 통상의 기술자는 본 개시가 기초로 하는 개념이 본 발명의 일부 목적을 수행하도록, 다른 구조, 방법, 및/또는 시스템을 설계하기 위한 기초로써 쉽게 이용될 수도 있다는 것을 인정할 것이다. 따라서, 청구항들이, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는 한, 그러한 균등 구조를 포함하는 것으로 간주된다는 점이 중요하다.
본 발명의 개시된 실시예에 대한 더 완전한 인식 및 그에 수반되는 많은 이점은, 첨부 도면과 관련하여 고려될 때 다음의 상세 설명을 참조하는 것에 의해 더 잘 이해됨에 따라, 쉽게 얻어질 것이다.
도 1은 설치 및 이용하는 장소에서 최종 지지 구조물 상에 모듈형 가스 터빈 시스템을 배치하는 중간 단계에 대한 모듈형 가스 터빈 시스템의 측면도를 도시한다.
도 2는 최종 지지 구조물 위에 장착된 모듈형 가스 터빈 시스템의 측면도를 도시한다.
도 3(A)-3(D)는 설치 및 이용하는 장소에서, 모듈형 가스 터빈 시스템을 지상 레벨부터 최종 위치로 운반하는 다양한 단계를 도시한다.
도 4는 본 개시의 모듈형 가스 터빈 시스템의 추가 실시예에 대한, 도 2와 유사한 측면도를 도시한다.
다음의 예시적인 실시예의 상세 설명은 첨부 도면을 참조한다. 상이한 도면들에서의 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다. 더욱이, 도면은 반드시 규모에 맞게 그려지는 것은 아니다. 또한, 다음의 상세 설명은 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 대신에, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들에 의해 정의된다.
명세서 전반에 걸친 "일 실시예", "실시예", 또는 "일부 실시예"에 대한 언급은 실시예와 관련하여 기술된 특별한 형태, 구조 또는 특징이 개시된 본 요지의 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 명세서 전반에 걸친 다양한 위치에서의 "일 실시예에서", "실시예에서", 또는 "일부 실시예에서"라는 문구의 출현이 반드시 동일한 실시예(들)을 언급하는 것은 아니다. 더욱이, 특별한 형태, 구조, 또는 특징은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
여기에 개시된 실시예에 따르면, 밑판(3)을 포함하는, 모듈형 가스 터빈 시스템(1)이 제공되고, 이것 상에는 일부 기관과 기계류가 설치된다. 밑판(3)은 윗면(3T)과 아랫면(3B)을 포함한다. 밑판(3)은 종방향 및 횡방향 비임(beam)의 격자로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 밑판(3)의 구조는 US2015/0184591에 개시된 것처럼 설계될 수 있고, US2015/0184591의 내용은 참고로 여기에 포함된다.
밑판(3)의 윗면(3T) 상에 가스 터빈 엔진(5)이 장착될 수 있다. 가스 터빈 엔진(5)은 압축기 부분(7), 연소실 부분(9) 및 터빈 부분(11)을 포함할 수 있다. 가스 터빈 엔진(5)은 고부하 가스 터빈, 또는 소위 메인 프레임 터빈을 포함할 수 있다. 가스 터빈 엔진(5)은 대안적으로 항공기전용 가스 터빈 엔진일 수 있다. 가스 터빈 엔진(5)은 약 40MW와 약 150MW 사이의 정격 전력을 가질 수 있다. 본 개시에 따른 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 가스 터빈 엔진(5)은, LM6000 및 LMS100 항공기전용 가스 터빈, 또는 MS6001, MS7001, 및 MS9001 고부하 가스 터빈일 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 미국의 제너럴 일렉트릭(General Electric)에서 모두 이용할 수 있다.
가스 터빈 엔진(5) 및 가스 터빈 엔진(5)의 일부 보조부는 가스 터빈 인클로저(enclosure)(12) 내에 수용될 수 있다.
압축기 부분(7)의 흡입구는 여과기실(15)과 가스 터빈 엔진(5) 사이에서 연장되는 청정 공기 덕트(13)와 유체 연통(fluid communication)된다. 일부 실시예에서, 공기 여과기실(15)은 가스 터빈 엔진(5)을 지지하는 동일한 밑판(3) 상에 장착된다. 다른 실시예에서는, 공기 여과기실(15)은 별개의 밑판 또는 스키드 위에 장착될 수 있다. 그러나, 가스 터빈 엔진(5)과 함께 밑판(3) 상에 공기 여과기실(15)을 설치하는 것은, 하기의 본 가스 터빈 시스템을 시운전 및 설치하는 방법의 설명으로부터 명백해지는 것과 같이, 추가적 이점을 제공할 수 있다.
가스 터빈 엔진(5)에는 환기 배출구 덕트(17)가 더 마련될 수 있고, 여기에서 가스 터빈 인클로저로부터 배기 냉각 공기가 배출된다. 참조 번호 18은 환풍기를 표시하고, 참조 번호 20은 환기 흡입구 덕트를 표시하며, 여기에서 환풍기(20)에 의해 환기 공기가 빠져나간다.
일부 실시예에서, 가스 터빈 엔진(5)은 환경에서 배기 연소 가스 배출하기 위한 배기통(exhaust stack)을 제공할 수 있다. 배기통은 가스 터빈 엔진(5)과 함께 동일한 밑판(3)에 장찰될 수 있다. 다른 실시예에서는, 배기통은 분리된 스키드 위에 장착될 수 있고, 이것은 밑판(3) 상에 또는 바람직하게는 지상 위에 지지될 수 있다. 가스 터빈 엔진(5)과 배기통을 유동적으로 연결하는 배기 덕트가 밑판(3) 상에 장착될 수 있다.
첨부 도면에 도시된 실시예에서, 가스 터빈 엔진(5)은 전력 출력 샤프트(19)를 포함하고, 이 전력 출력 사프트(19)는 기계적으로 부하에 연결될 수 있다. 여기에 개시된 실시예에서, 부하는 하나 이상의 압축기를 포함한다. 도 1 및 도 2에서, 부하는 제1 압축기(23) 및 제2 압축기(25)로 구성된, 압축기 트레인(compressor train)(21)을 포함한다. 샤프트 라인(28)은 가스 터빈 엔진(5)으로부터 최종 압축기(25)까지 연장된다.
일부 실시예에서, 추가적인 회전 구성요소 또는 기계, 예컨대 추가 압축기는 샤프트 라인(28)을 따라 배치될 수 있다. 첨부 도면에 도시된 예시적인 실시예에서, 보조기(helper)(27)가 압축기(23)와 압축기(25) 사이에 배치될 수 있다. 만약 증기가 이용가능하다면, 보조기는 증기 터빈으로 구성될 수 있다. 만약 샤프트 라인(28)을 따라 배치된 여러 장비에 상이한 회전 속도가 요구된다면, 하나 이상의 기어 박스 또는 다른 속도 조절 장치가 샤프트 라인(28)을 따라 위치할 수 있어, 상이한 종류의 장비들이 상이한 속도로 회전할 수 있다. 만약 증기 터빈(27)이 존재한다면, 그 증기 터빈(27)은 시동 모터로 이용될 수 있다. 다른 실시예에서, 필요에 따라 전기 기계가 샤프트 라인(28)을 따라 제공될 수 있고, 그 전기 기계는 시동기로서, 또는 보조기로서, 또는 시동기 및 보조기 양자 모두로서 작동할 수 있다.
도시되지 않은 일부 실시예에서, 전기 기계와 증기 터빈 양자 모두가 샤프트 라인(28)을 따라 배치될 수 있다.
전기 기계는 보조장치로서, 발전기로서, 또는 보조장치와 발전기 양자 모두로서 작동할 수 있다. 가스 터빈 엔진(5)이 부하(21)를 구동하기에 불충분한 기계력을 발생시키는 경우에, 보조장치로서 작동하는 전기 기계는 샤프트 라인(28)에 추가적인 기계력을 제공할 수 있다. 추가적인 기계력은 예컨대, 가변 주파수 구동기를 통해 전기 기계가 연결될 수 있는 전력 분배 그리드로부터 전력을 변환함으로써 생성될 수 있다.
필요에 따라, 발전기로서 작동하는 전기 기계는, 가스 터빈 엔진(5)에 의해 생성되고 부하(21)를 구동시키기 위해 요구되는 전력을 초과하는 여분의 기계력을 전력으로 변환할 수 있고, 이 전력은, 예컨대 가변 주파수 구동기를 통해, 전력 분배 그리드로 전달될 수 있다.
전기 기계는, 선택적으로 보조기로서, 또는 전기 발전기로서 작동하기에 적합한 가역성 전기 기계일 수 있다.
압축기(23), 또는 압축기(25), 또는 바람직하게는 압축기(23) 및 압축기(25) 양자 모두에는 각각 압축기 흡입구 및 압축기 배출구가 마련될 수 있다. 도 1 및 도 2의 개략도에서, 참조 번호 23A 및 23B는 각각 압축기(23)의 압축기 흡입구 및 압축기 배출구를 표시한다. 참조 번호 25A 및 25B는 각각 압축기(25)의 압축기 흡입구 및 압축기 배출구를 표시한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 압축기 흡입구(23A, 25A) 및 압축기 배출구(23B, 25B)가 각각의 압축기 케이싱의 바닥면 상에 배치되어, 밑판(3)이 최종 이용 위치에 배치될 때, 흡입구 및 배출구는 밑판(3)의 아랫면(3B)과 대향하며, 그에 따라 지상 쪽을 향한다.
일부 실시예에서, 냉동 사이클에서 하나 이상의 냉각 유체 순환을 진행하기 위해, 그리고 운송 목적을 위해 액화되어야 하는 천연가스 유동으로부터 열을 제거하기 위해, 압축기(23 및 25)는 LNG 플랜트용 냉매 압축기이다.
일부 실시예에 따르면, 하나 또는 양자 모두의 압축기(23, 25)는 BCL-시리즈의 배럴형 원심 압축기(BCL-series, barrel-type centrifugal compressor)일 수 있다. BCL 압축기는 수평축 및 앞면 폐쇄 플랜지(front closure flange)를 갖는 배럴을 포함한다. 압축기의 임펠러, 및 압축기의 고정된 구성요소, 즉 디퓨져를 형성하는 격판(diaphragm) 및 복귀 채널을 포함하는, 압축기 로터가 압축기의 회전축과 평행한, 즉 배럴의 축과 평행한, 취출 동작에 따라 취출될 수 있다.
다른 실시예에서, 하나 또는 양자 모두의 압축기(23, 25)는 MCL-시리즈의 수평 분할 원심 압축기일 수 있다. 특히, MCL 압축기의 케이싱은 수평면을 따라 서로 연결가능한 두 개의 케이싱부를 포함한다. 압축기의 내부 구성요소, 즉 격판 및 로터는, 하부 케이싱부를 이동시킬 필요없이, 상부 케이싱부를 들어올리는 것에 의해 제거될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 압축기들(23, 25) 중 첫 번째 압축기가 MCL-시리즈의 수평 분할 원심 압축기일 수 있고, 다른 압축기는 BCL-시리즈의 원심 압축기일 수 있다. BCL-시리즈 압축기는 바람직하게는 샤프트 라인(28)의 단부에 배치될 수 있어, 배럴이 개방될 수 있고, 배럴을 분해하지 않고 압축기의 내부 구성요소가 제거될 수 있다.
만약 압축기 트레인(21)이 오직 하나의 압축기만을 포함한다면, 그 압축기는 수평 분할 압축기 또는 BCL 압축기 중 하나일 수 있다. 이런 방법으로, 압축기의 정비가 더 용이해질 수 있다. 사실, 압축기 트레인의 압축기들 중 어느 하나의 압축기 케이싱은, 샤프트 라인(28)으로부터 압축기를 제거하지 않고, 예컨대 정비 또는 수리의 목적으로 개방될 수 있다.
상기 압축기의 흡입구 및 배출구가 지상을 향해 아래쪽으로 대향하도록 배치된다. 이것은 압축기(들)의 정비를 더 용이하게 만든다. MCL 압축기의 경우에, 예컨대, 흡입구 및 배출구 양자 모두가 하부 케이싱부에 배치되기 때문에, 압축기 흡입구 및 배출구에 연결된 관을 탈착하지 않고 상부 케이싱부가 제거될 수 있다.
동시에, 압축기(들)의 흡입구 및 배출구가 아래쪽으로 지향되기 때문에, 그것이 작동하는 동안에 압축기(들)로의 용이한 접근이 이루어진다. 이런 측면은 특히 긴급 상황에서 정비 및 안전성 모두를 가능하게 한다.
가스 터빈 엔진(5)은 다수의 보조부 및 보조장치가 제공되고, 그것에는 터빈 인클로저, 환기 순환로 및 환풍기(들), 보조 모터(helper motor) 예컨대 전기 보조 모터, 시동 모터, 연료 스키드, 물 분무 소방 스키드(water mist firefighting skid), 배기 프레임 환기 시스템, 윤활유 냉각기를 포함하는 윤활유 순환로, 오일 펌프, 오일 여과기, 오일 분무 제거기, 시일 가스 패널 스키드(seal gas panel skid), 물 세척 스키드, 건식 연료 가스 세정기 스키드, 변압기 및 그와 유사한 것이 있다.
일부 또는 전체의 상기 보조부가 밑판(3) 상에 장착된다. 도 1 및 도 2의 개략도에서, 참조 번호(31)은 가스 터빈 엔진(5)의 일부 보조부를 표시하고, 이것은 밑판(3) 상에 장착된다.
가스 터빈 엔진(5) 및 관련 보조부가 밑판(3) 상에 설치될 수 있는, 제어 및 전기실(33) 내에 위치한, 기관들을 통해 제어된다. 일부 실시예에서, 밑판(3) 상에 장착되는 기구 및 장치의 전체 공간(footprint)을 줄이기 위해. 제어 및 전기실(33)이 공기 여과기실(15) 아래에 위치된다. 윤활유 냉각기(36)와 같은, 추가 보조부가 공기 여과기실(15) 위에 배치될 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 가스 터빈 시스템(1)은 해안 설비용으로 의도될 수 있고, 가스 터빈 시스템(1)의 설치 및 이용의 장소에 제공되는, 지지 구조물(41) 상부에 장착될 수 있다. 지지 구조물(41)은 콘크리트로 제작될 수 있고, 높이(H)만큼 지상(GL) 위로 연장될 수 있다. 지지 구조물(41)은 평판(slab)(45)을 지지하는 수직 기둥(vertical columns) 또는 업라이트(uprights)(43)로 구성될 수 있다. 복수의 주추(plinth)(47)가 평판(45)의 상부면으로부터 돌출될 수 있고 가스 터빈 시스템(1)의 밑판(3)을 위한 받침 표면(resting surface)을 형성할 수 있다. 가스 터빈 시스템(1)이 지지 구조물(41)에 장착되면, 수직으로 지향되는 평판(45) 밑에, 직선형 흡입구 및 배출구 덕트가 연장되며, 이것은 압축기(23, 25)의 흡입구 및 배출구에 유동적으로 결합된다. 도 2에서, 참조 번호(49A 및 49B)는 각각 압축기(23)을 위한 흡입구 덕트 및 배출구 덕트를 표시하고, 반면에 참조 번호(51A 및 51B)는 각각 압축기(25)를 위한 흡입구 덕트 및 배출구 덕트를 표시한다.
다른 실시예에서, 지지 구조물(41)은 수직으로 연장되는 업라이트 또는 기둥(43)로 구성될 수 있고, 수평 평판이 없을 수 있다.
지금까지 설명한 가스 터빈 시스템(1)은 조립, 시운전 및 시험하는 장소에서 조립되고, 시운전되고 및 시험받을 수 있다. 다양한 기구, 장치, 전기 및 제어실을 포함하는 기관, 가스 터빈 엔진, 그것의 보조부 및 부하가 동일한 밑판(3) 상에 장착될 수 있다. 필요한 모든 배선 및 유체 연결이 완료될 수 있고, 시스템은 부하 조건 하에서 실행될 수 있다.
일단 시운전 및 시험하는 것이 완료되면, 완전히 모듈화된 가스 터빈 시스템(1)이 설치 및 이용의 장소로 옮겨질 수 있다. 시스템이 조립, 시운전, 및 시험될 때 만들어진, 모든 배선 및 유체 연결은 유지될 수 있다.
지지 구조물(41) 상부에 전체 모듈의 설치가 도 1, 도 2 및 도 3(A)-3(D)에 도시되고 아래에 설명된 것과 같이 제작될 수 있다. 가스 터빈 시스템(1)은, 예컨대 트레일러(55)를 이용하여, 지상(GL)으로 수송될 수 있고 지지 구조물(41)의 측면 상에 놓일 수 있다. 예컨대, 트레일러(55)는 밑판(3), 관련 기구, 장치 및 그것들 상에 지지되는 기관을, 가스 터빈 엔진(5)의 회전축 및 샤프트 라인(28)과 평행한 방향으로, 이동시키도록 구성되고 배치될 수 있다. 지지 구조물에 인접하여 임시 리프팅(lifting) 구조물이 배치된다. 임시 리프팅 구조물은 두 줄의 리프팅 기둥(57)으로 구성될 수 있고, 그 사이에 트레일러(55)를 이용하여 밑판(3)이 위치된다.
밑판(3)에는 고정 지점(anchoring points)(3A)이 제공될 수 있고, 그곳에 리프팅 기둥(57)에 의해 지지되는 리프팅 부재(59)가 연결될 수 있다. 리프팅 부재(59)는, 밑판(3)이 지지 구조물(41) 상에 설치될 때 위치되어야 하는 최종 높이에 상당하거나 그보다 약간 높은, 높이(H1)까지 밑판(3) 및 그것의 상부에 지지되는 관련 기계를 들어올리도록 구성되고 제어된다. 도 3(A) 및 도 3(B)는 들어올리는 움직임(F1)을 도시한다.
일단 밑판(3)이 높이(H1)에 도달하면, 한 세트의 임시 지지 프레임(61)이 밑판(3) 밑에 그리고 리프팅 기둥(57)들 사이에 장착된다. 도 3(C)에 도시된 바와 같이, 임시 지지 프레임(61)은 복수의 업라이트(63) 및 수평 오버헤드층(overhead floor)(65)을 포함할 수 있다. 스키드 슈즈들(skid shoes)(67)이 밑판(3)을 받치기 위해 오버헤드층(65)의 상부에 제공된다.
도 1 및 도 3(C)에서 도시된 것처럼, 일단 밑판(3)이 오버헤드층(65)의 상부면 상에 배치되면, 밑판(3)은 가스 터빈 엔진(5)의 회전축과 평행하게 옮겨질 수 있고, 화살표 F2를 따라서, 도 2 및 도 3(D)에서 도시된 것처럼, 지지 구조물(41) 상의 최종 위치에서 오버헤드층(65)으로부터 이동될 수 있다. 그런 다음 스키드 슈즈들(65)이 제거될 수 있는 동안, 밑판(3)은 주추 상에 놓이게 되고 주추에 고정되거나/고정되고 평판(45)에 직접 고정된다. 임시 지지 프레임(61) 및 리프팅 기둥(57)은 분리되고 제거될 수 있다.
일단 밑판(3)이 지지 구조물(41)의 상부에 장착되면, 압축기 흡입구 및 배출구(23A, 23B, 및 25A, 25B)는 수직 연장되는 직선형 흡입구 및 배출구 덕트(49A, 49B, 및 51A, 51B)에 유동적으로 결합될 수 있다. 압축기 흡입구 및 배출구(23A, 23B, 및 25A, 25B)와 지상(GL) 사이의 거리가 직선형 흡입구 및 배출구 덕트(49A, 49B, 및 51A, 51B)를 배치하기에 충분하도록, 지지 구조물(41)의 높이(H)가 선택되고, 그것의 축길이는 각각의 내부 직경 치수의 N배이며, N은 바람직하게는 적어도 3, 그리고 일부 실시예에서 N은 3과 15 사이, 바람직하게는 4와 11 사이이다. 직선형 흡입구 및 배출구 덕트의 축방향 치수는 압축기 흡입구 및 배출구에서 보다 균일한 가스 유동 분포가 얻어지도록 허용하고, 그에 따라 압축기 효율에 긍정적으로 영향을 미치고, 또한 가스 유동에서 와도(vorticity)에 의한 유동 손실을 줄인다.
만약 지지 구조물(41)이 수직 연장되는 업라이트만 포함하고 수평 평판이 없다면, 밑판(3)은 다른 시스템, 예컨대 리프팅 기중기를 이용하여, 지지 구조물(41)의 상부에 위치될 수 있다.
상기 실시예에서, 시스템이 시스템(1)을 형성하는 어떤 구성요소를 분리하지 않고, 시운전 및 시험하는 것 이후에 최종 설치 및 이용의 장소로 운송될 수 있는, 단일 모듈을 형성하도록, 가스 터빈 시스템(1)의 모든 기관이 밑판(3) 상에 설치되는 반면에, 다른 실시예에서는, 두 개 이상의 서브(sub) 모듈로 분해될 수 있다. 이것은, 예컨대 조립, 시운전 및 시험하는 장소에서 최종 설치 및 이용의 장소로의, 모듈의 여정을 따라 전체 치수 또는 모듈 무게의 제한이 존재한다면, 편리하거나 기존의 제약에 기초하여 필요하게 될 수도 있다. 이 경우에는, 가스 터빈 시스템(1)의 다양한 구성요소가 편리한 방식, 즉 서브 모듈을 분리하고 다시 재연결하기 위해 요구되는 작업을 줄이기 위한 방법으로, 사전 조립된 유닛들 또는 서브 모듈로 나누어질 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 예컨대, 공기 여과기실(15)이 별개의 밑판 상에 장착될 수 있으며, 가스 터빈 시스템(1)의 나머지 구성요소가 하나의 단일 밑판(3) 상에 설치된다. 공기 여과기실(15)을 지지하는 별개의 밑판은 지지 구조물(41) 또는 별개의 지지 구조물 상에 장착될 수 있고, 필요한 경우라면, 이것은 지상, 예컨대 밑판(3)의 측면 상에 위치할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 압축기 트레인(21) 또는 그것의 일부가, 나머지 밑판(3)으로부터 분리될 수 있는, 보조의, 분리가능한 밑판부 상에 장착될 수 있다.
도 4는 도 2와 유사한 측면도에서, 지지 구조물(41) 상의 본 개시에 따른 가스 터빈 시스템(1)을 도시한다. 동일한 참조 번호는 도 2에 도시된 것과 같이, 동일하거나 균등한 구성요소, 부품, 또는 요소를 지시하고, 이것은 여기서는 다시 설명하지 않는다. 도 4에서, 보조 밑판부가 개략적으로 3C에 도시된다. 밑판부(3C)는 조립, 시운전, 및 시험하는 동안, 밑판(3)의 나머지 부분으로 조립될 수 있다. 만약 물류 제약(logistic constraint)에 의해 필요하다면, 두 개의 서브 모듈이 최종 목적지에 각기 운반될 수 있도록, 밑판부(3C) 상에 지지되는 기관, 특히 압축기(들)을 갖는 밑판부(3C)가, 시험 후에 밑판(3)의 나머지 부분으로부터 분리될 수 있다. 거기서 압축기 트레인(21) 및 밑판(3)의 나머지 부분을 지지하는 밑판부(3C)는 각기 별도로 지지 구조물(41)의 상부로 들어올려지고 이동될 수 있고 함께 조립될 수 있다.
대안적으로, 밑판부(3C)가 완전한 밑판(3)을 들어올리기 이전에, 상기 도 1, 도 2, 및 도 3(A)-3(D)의 연결과 동일한 방식으로, 동일한 리프팅 기둥(57) 및 동일한 프레임(61)을 이용하여, 밑판(3)의 나머지 부분에 조립될 수 있다.
만약 두 개의 밑판부가 각기 구조물(41) 상에 올려진다면, 밑판부(3C) 및 밑판의 나머지 부분이 동일한 리프팅 기둥(57) 및 프레임(61)을 이용하여, 순차적으로 들어올려질 수 있다. 다른 실시예에서, 지지 구조물(41)에 대해 대향하는 두 개의 별도의 리프팅 기둥(57) 및 프레임(61) 세트는 각기 두 개의 밑판부를 들어올리기 위해 사용될 수 있다.
시스템이 분할된 사전 조립된 유닛들을 재조립 하기 위해 필요한 시간이 감소하도록, 한쪽의 제어 및 전기실과 다른 쪽의 가스 터빈 엔진(5) 사이의 복수의 배선 및 연결이 보존될 것이다.
가스 터빈 시스템(1)이 작동할 환경 조건이 필요하다면, 보호 인클로저가 밑판(3) 상에 설치된 일부 또는 모든 기계의 주위에 제공될 수 있다. 예컨대, 인클로저(71)가 압축기 트레인(21) 주위에 배치될 수 있다. 인클로저(71)는, 예컨대 시스템의 방한을 위한, 즉 극한 저온과 같은 혹독한 환경 조건으로부터 소위 방한 보호 구조물을 제공하는 인클로저(71)의 내측에 배치된 기계를 보호하기 위한, 보호 패널 또는 유사 구조물로 구성될 수 있다.
도 1 내지 도 3의 실시예에서, 모듈형 가스 터빈 시스템(1)은 단일 갑판 시스템(single deck system)이고, 기계가 밑판(3)의 윗면(3T) 상에 배치된다. 다른 실시예에서, 다중 갑판 구조물(multi-deck structure)이 제공될 수 있다. 도 4는 일례로서, 두 개의 갑판 구조물을 도시하고, 밑판(3) 위에 업라이트(81) 및 대들보(cross-beam)(83)이 제공되고, 이것은 85로 개략적으로 도시된 바와 같이, 하나 이상의 천장 주행 기중기(overhead travelling crane)를 지지할 수 있다. 천장 주행 기중기(들)은 밑판(3) 상의 기계 구성요소를 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 천장 주행 기중기(들) 및 그것을 지지하는 관련 대들보는 가스 터빈 시스템(1)의 제2 갑판을 형성하며, 제2 갑판은, 밑판(3) 및 그에 의해 지지되는 관련 기계에 의해 형성되는 제1 갑판 위에 배치된다. 두 개의 갑판이 조립, 시운전 및 시험하는 장소에서 조립될 수 있고, 그런 다음 시스템(1)이, 두 개의 갑판이 다시 한번 조립되는 최종 목적지로 옮겨질 때 분해될 수 있다. 다른 실시예에서, 완전한 다중 갑판 시스템은 분해되거나 두 개의 갑판을 재조립함이 없이, 조립, 시운전 및 시험하는 장소에서 최종 목적 장소로 옮겨질 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 시스템의 다양한 기계적 구성요소 및 기관을 이동시키기 위해 필요한 장비가 밑판(3)에 의해 지지되기 때문에, 2-갑판 모듈화 시스템(two-deck modularized system)은 완전히 독립적이다. 다른 실시예에서, 천장 주행 기중기 또는 다른 리프팅 및 취급 장비(lifting and handling equipment)는 외부 창고 또는 시스템(1)을 수용하는 건물 내에 위치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 만약 충분한 방이 이용가능하고, 환경 조건이 허락한다면, 기중기 및 유사한 리프팅 및 하역 장비가 시스템(1)을 둘러싸고 있는 개방 공간에 위치될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 도시되지는 않았으나, 다중 갑판 모듈형 시스템이 제공되고, 회전 기계가 분리되고 중첩된 갑판들 상에 배치된다.
본 명세서에 설명된 청구대상의 개시된 실시예가 도면에 도시되고 일부 예시적인 실시예와 관련하여 상세하고 세부적인 사항이 위에 완전히 설명되는 반면에, 다수의 수정, 변경 및 생각이, 여기에 제시된 새로운 개시, 원리 및 개념과, 첨부된 청구항에 제시된 청구대상의 이점들로부터 실질적으로 벗어나지 않는 범위 내에서 가능한 것임은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 개시된 개선 방안의 적절한 범위는, 그러한 수정, 변경, 및 생략을 포함하도록, 오직 첨부된 청구항들의 가장 광범위한 해석에 의해서만 결정된다. 추가적으로, 어떤 과정 또는 방법 단계들의 순서 또는 배열은 대안적인 실시예에 따라서 변화하거나 재배열될 수도 있다.

Claims (18)

  1. 해안 LNG 플랜트용 모듈형 가스 터빈 시스템으로서,
    윗면과 아랫면을 구비하고, 적어도 가스 터빈 엔진, 상기 가스 터빈 엔진에 연결된 제어 및 전기실, 그리고 적어도 상기 가스 터빈 엔진의 보조부(auxiliaries)의 일부를 상기 윗면 상에 지지하는 밑판; 및
    상기 가스 터빈 엔진에 기계적으로 결합되고 상기 가스 터빈 엔진에 의해 회전하도록 구동되는 적어도 하나의 압축기
    를 포함하고, 상기 적어도 하나의 압축기는 압축기 흡입구 및 압축기 배출구를 포함하고,
    상기 압축기 흡입구 및 상기 압축기 배출구는 직선형 흡입구 덕트 및 직선형 배출구 덕트에 각각 연결되고, 각각의 상기 직선형 흡입구 덕트 및 상기 직선형 배출구 덕트는, 상기 압축기로부터 지상을 향해 아래쪽으로 연장되며, 상기 흡입구 덕트 및 상기 배출구 덕트의 내부 직경의 N배 이상인 선형 연장부를 각각 구비하고, 상기 N은 3과 15 사이인 것인 해안 LNG 플랜트용 모듈형 가스 터빈 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 압축기 흡입구 및 상기 압축기 배출구는, 상기 지상을 향해 아래쪽으로 지향되는 것인 해안 LNG 플랜트용 모듈형 가스 터빈 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 N은 4와 11 사이인 것인 해안 LNG 플랜트용 모듈형 가스 터빈 시스템.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지상으로부터 연장되고, 상부면을 구비하며, 상기 밑판 및 상기 적어도 하나의 압축기를 지지하는 지지 구조물을 더 포함하는 해안 LNG 플랜트용 모듈형 가스 터빈 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 직선형 흡입구 덕트 및 상기 직선형 배출구 덕트가 상기 압축기와 상기 지상 사이에서 연장되도록, 상기 지지 구조물이 상기 지상으로부터의 수직 연장부를 구비하는 것인 해안 LNG 플랜트용 모듈형 가스 터빈 시스템.
  6. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압축기는 상기 밑판 상에 지지되는 것인 해안 LNG 플랜트용 모듈형 가스 터빈 시스템.
  7. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압축기는 분리가능한 밑판부 상에 지지되는 것인 해안 LNG 플랜트용 모듈형 가스 터빈 시스템.
  8. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 터빈 엔진에 유동적으로 연결되는 공기 여과기실을 더 포함하고, 상기 공기 여과기실은 상기 밑판 상에 지지되는 것인 해안 LNG 플랜트용 모듈형 가스 터빈 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 윤활유 냉각기가 상기 공기 여과기실 위에 배치되는 것인 해안 LNG 플랜트용 모듈형 가스 터빈 시스템.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 제어 및 전기실이 상기 공기 여과기실 밑에 배치되는 것인 해안 LNG 플랜트용 모듈형 가스 터빈 시스템.
  11. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밑판 상에 지지되는 상기 가스 터빈 엔진의 보조부는 가스 터빈 인클로저(enclosure), 환기 순환로, 환풍기, 보조 모터(helper motor), 시동 모터, 연료 스키드(skid), 물 분무 소방 스키드(water mist firefighting skid), 배기 프레임 환기 시스템, 윤활유 냉각기를 포함하는 윤활유 순환로, 오일 펌프, 오일 여과기, 오일 분무 제거기, 시일 가스 패널 스키드(seal gas panel skid), 물 세척 스키드, 건식 연료 가스 세정기 스키드, 시일 가스 패널 스키드, 변압기 또는 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것인 해안 LNG 플랜트용 모듈형 가스 터빈 시스템.
  12. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 부분적으로 상기 밑판 상의 설비를 둘러싸는 보호 인클로저를 더 포함하는 해안 LNG 플랜트용 모듈형 가스 터빈 시스템.
  13. 적어도 청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 항에 따른 모듈형 가스 터빈 시스템을 포함하는 LNG 플랜트.
  14. 가스 터빈 엔진 및 상기 가스 터빈 엔진에 의해 구동되는 적어도 하나의 압축기를 LNG 플랜트용 해안 지지 구조물 상에 설치하는 방법으로서,
    조립, 시운전 및 시험하는 장소에서, 밑판 상에 적어도 가스 터빈 엔진, 적어도 하나의 압축기, 상기 가스 터빈 엔진의 보조부, 및 상기 가스 터빈 엔진의 제어 및 전기실을 조립하는 단계;
    가스 터빈 엔진과 압축기 유닛을 형성하기 위해, 상기 적어도 하나의 압축기를 상기 가스 터빈 엔진에 구동적으로(drivingly) 연결하는 단계;
    상기 가스 터빈 엔진과 압축기 유닛을 시운전하고 시험하는 단계;
    상기 가스 터빈 엔진, 상기 가스 터빈 엔진의 보조부, 그리고 제어 및 전기실을 구비한 밑판을 조립, 시운전 및 시험하는 장소로부터, 지상 위로 연장되는 지지 구조물이 제공되는 설치 및 이용의 장소로 이동시키는 단계; 및
    상기 밑판을 들어올리고 상기 밑판을 상기 지지 구조물 상에 위치시키는 단계
    를 포함하고, 상기 적어도 하나의 압축기는 압축기 흡입구 및 압축기 배출구를 포함하고, 상기 압축기 흡입구 및 상기 압축기 배출구는 상기 밑판과 대향하는 압축기 케이싱의 바닥 위에 위치되며,
    상기 밑판 및 상기 적어도 하나의 압축기를 상기 지지 구조물 상에 위치시킨 후에, 상기 압축기 흡입구 및 상기 압축기 배출구는 상기 밑판으로부터 상기 지상 쪽으로 연장되는 각각의 직선형 흡입구 덕트 및 직선형 배출구 덕트에 유동적으로 결합되고, 각각의 상기 흡입구 덕트 및 상기 배출구 덕트는 각각 상기 흡입구 덕트 및 상기 배출구 덕트의 내부 직경의 N배 이상의 길이를 가지며, 상기 N은 3과 15 사이인 것인 설치 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 적어도 하나의 압축기는 상기 밑판 상에 조립되고, 상기 가스 터빈 엔진으로부터 압축기가 분리됨이 없이 상기 밑판과 함께 상기 조립, 시운전 및 시험하는 장소로부터 상기 설치 및 이용의 장소로 이동되는 것인 설치 방법.
  16. 청구항 14에 있어서, 상기 적어도 하나의 압축기는 분리가능한 밑판부 상에 조립되고, 상기 분리가능한 밑판부는, 밑판의 나머지 부분과는 별도로, 상기 조립, 시운전 및 시험하는 장소로부터 상기 설치 및 이용의 장소로 이동되는 것인 설치 방법.
  17. 청구항 14에 있어서, 상기 N은 4와 11 사이인 것인 설치 방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 직선형 흡입구 덕트 및 배출구 덕트가 상기 압축기와 상기 지상 사이에서 연장되도록, 상기 지지 구조물은 상기 지상으로부터의 수직 연장부를 구비하는 것인 설치 방법.

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