KR102412236B1

KR102412236B1 - 적응형 서지 방지 제어 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102412236B1
Application number: KR1020197002758A
Authority: KR
Inventors: 마르코 페렐라; 로렌조 갈리넬리; 알레시오 카시티
Original assignee: 누보 피그노네 테크놀로지 에스알엘
Priority date: 2016-07-07
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2022-06-23
Also published as: KR20190026794A; IT201600070842A1; EP3482082A1; JP6995064B2; DK3482082T3; JP2019522143A; US10954951B2; US20190301477A1; EP3482082B1; WO2018007544A1

Abstract

다상(multi-phase) 가스 내의 액체 체적 분율을 결정하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 아래의 단계를 포함한다: a) 제1 압축기 작동 파라메터를 측정하는 단계; b) 압축기에 의해 처리되는 가스의 임시 액체 체적 분율을 선택하는 단계; c) 임시 액체 체적 분율에 대한 압축기 작동 곡선을 나타내는 저장 데이터에 기초하여, 제1 압축기 작동 파라메터의 함수로서, 제2 압축기 작동 파라메터의 추정값을 결정하는 단계; d) 제2 압축기 작동 파라메터의 실제값을 측정하는 단계; e) 제2 압축기 작동 파라메터의 실제값과 제2 압축기 작동 파라메터의 추정값을 비교하고, 이로부터 에러를 결정하는 단계; f) 에러에 기초하여, 상이한 임시 액체 체적 분율을 선택하고, 에러 문턱값 이하의 에러값이 얻어질 때까지 단계 (c) 내지 (e)를 반복하는 단계.

Description

적응형 서지 방지 제어 시스템 및 방법

본 개시는 압축기 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다. 여기에 개시되는 실시예는 구체적으로 습식 압축기(wet compressor), 특히 액상을 포함할 수 있는 가스, 예컨대 중탄화수소, 물 등을 처리하는 원심 습식 압축기에 관한 것이다.

원심 압축기는 소위 습윤 가스, 소정 퍼센티지의 액상을 함유할 수 있는 가스를 처리하도록 구성되었다. 습윤 가스 처리는 통상 해저 웰(subsea well)과 같은 웰로부터 추출되는 가스가 액체 탄화수소상 또는 물을 함유할 수 있는 오일 및 가스 산업에서 요구된다. 여러 이유로, 압축기에 의해 처리되는 가스의 액체 체적 분율(Liquid Volume Fraction)(축약해서 LVF), 즉 유체 흐름 내의 액체의 체적 퍼센티지를 아는 것이 유용할 수 있다. 그러나, 대개 압축기의 흡입측에서의 가스 흐름 내의 액체 체적 분율은 알려져 있지 않다. 액체 체적 분율을 결정할 수 있는 유량계는 복잡하고 고가이며, 극한의 환경 조건에서의 소정 어플리케이션에는 적절치 않을 수 있다.

따라서, 압축기를 통과하여 흐르는 가스의 액체 체적 분율을 신뢰성 있고 효율적으로 추정해야 할 필요성이 있다.

제1 양태에 따르면, 흡입측과 이송측을 갖는 압축기에 의해 처리되는 다상(multi-phase) 가스에서의 액체 체적 분율의 결정 방법이 개시된다. 상기 방법은 아래의 단계를 포함할 수 있다:

a) 제1 압축기 작동 파라메터를 측정하는 단계;

b) 압축기에 의해 처리되는 가스의 임시 액체 체적 분율을 선택하는 단계;

c) 임시 액체 체적 분율에 대한 압축기 작동 곡선을 나타내는 저장 데이터에 기초하여, 제1 압축기 작동 파라메터의 함수로서, 제2 압축기 작동 파라메터의 추정값을 결정하는 단계;

d) 제2 압축기 작동 파라메터의 실제값을 측정하는 단계;

e) 제2 압축기 작동 파라메터의 실제값과 제2 압축기 작동 파라메터의 추정값을 비교하고, 이로부터 에러를 결정하는 단계;

f) 에러에 기초하여, 상이한 임시 액체 체적 분율을 선택하고, 에러 문턱값 이하의 에러값이 얻어질 때까지 단계 (c) 내지 (e)를 반복하는 단계.

압축기에 의해 처리되는 가스 내에 함유되는 액체 체적 분율 LVF는 이에 따라 직접 측정을 필요로 하는 일 없이 추정 가능하다. 상기 계산에 의해 결정된 LVF는, 예컨대 압축기의 서지 방지 제어를 조정하기 위해 사용될 수 있다. 서지 방지 제어 라인이 최적 서지 방지 작동을 위해 습윤 가스 내의 액체 내용물에 기초하여 선택될 수 있다.

제1 압축기 작동 파라메터는 압축비 또는 압축비와 관련된 파라메터일 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 압축기 작동 파라메터는 압축기 구동력, 예컨대 보정된 파워에 관련된 파라메터일 수 있다. 보정된 파워의 정의는 여기에 개시되는 보호 대상에 관한 예시적인 실시예를 참고하여 이후에 주어진다.

몇몇 실시예에서, 제2 압축기 작동 파라메터는 압축기 구동력, 예컨대 보정된 파워에 관련된 파라메터일 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 압축기 작동 파라메터는 압축비 또는 압축비와 관련된 파라메터일 수 있다.

몇몇 실시예에서, 제2 압축기 작동 파라메터의 추정값을 결정하는 단계는

- 임시 액체 체적 분율에 대한 압축기 작동 곡선을 나타내는 저장 데이터에 기초하여, 제3 압축기 작동 파라메터의 추정값을 결정하는 단계;

- 임시 액체 체적 분율에 대한 다른 압축기 작동 곡선을 나타내는 저장 데이터에 기초하여 그리고 제3 압축기 작동 파라메터의 추정값에 기초하여, 제2 압축기 작동 파라메터의 추정값을 결정하는 단계를 더 포함한다.

추가의 양태에 따르면, 여기에는

- 드라이버;

드라이버에 구동식으로 커플링되고, 서지 방지 라인과 이를 따라 배치되는 서지 방지 제어 밸브를 포함하는 서지 방지 장치로 구성된 압축기;

- 서지 방지 밸브에 기능적으로 커플링되는 제어 유닛

을 포함하고, 제어 유닛은 전술한 방법을 수행하도록 구성되고 제어되는 것인 시스템이 개시된다.

다른 양태에 따르면, 여기에는

- 압축기를 작동시키고, 압축기를 통과하는 가스를 처리하는 단계;

- 압축기의 흡입측에서 가스의 액체 체적 분율을 결정하는 단계; 및

- 액체 체적 분율에 따라 서지 제어 라인을 선택하는 단계

를 포함하는 습식 압축기의 작동 방법이 개시된다.

상기 방법은

- 습윤 가스 압축기의 작동 곡선 및 상이한 액체 체적 분율에서의 서지 제어 라인 세트를 마련하는 단계; 및

- 작동 곡선 세트와 결정된 액체 체적 분율에 대응하는 각각의 서지 제어 라인을 선택하는 단계

를 더 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 압축기의 흡입측에서 액체 체적 분율을 결정하는 단계는 압축기의 작동 중에, 예컨대 일정하거나 변동 가능한 시간 간격으로 반복하여 수행될 수 있다.

가스의 액체 체적 분율을 결정하는 단계는, 반복법으로 압축기의 작동 파라메터에 기초하여 다상 유량계에서 액체의 양을 결정하는 단계 또는 액체의 양, 즉 액체 체적 분율을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

추가의 양태에 따르면, 여기에는

- 흡입측 및 이송측을 갖는 습윤 가스 압축기;

- 압축기의 이송측 및 흡입측에 유동적으로 커플링되고 서지 방지 제어 밸브를 포함하는 서지 방지 라인을 포함하는 서지 방지 장치; 및

서지 방지 제어 라인에 기능적으로 연결되고, 압축기의 흡입측에서 가스의 액체 체적 분율을 결정하도록; 액체 체적 분율에 따라 서지 제어 라인을 선택하도록; 그리고 압축기가 선택된 서지 제어 라인을 넘어서 작동하는 것을 방지하도록 서지 방지 제어 밸브에 대해 작용하도록 구성 및 배치되는 제어 유닛

을 포함하는 압축기 시스템이 개시된다.

피쳐들과 실시예들은 아래에 개시되며, 첨부된 청구범위 - 본 설명의 일체된 부분을 형성함 - 에서 더욱 기술된다. 위의 간단한 설명은, 이어지는 상세한 설명을 보다 양호하게 이해할 수 있도록 하기 위해 그리고 당업계에 대한 기여도를 보다 양호하게 인지할 수 있도록 하기 위해 본 발명의 다양한 실시예의 피쳐를 기술한다. 본 발명의 다른 피쳐들이 이후에 설명되고 첨부된 청구범위에서 기술될 것임은 물론이다. 이에 관하여, 본 발명의 다수의 실시예를 상세히 설명하기에 앞서, 본 발명의 다양한 실시예는 그 어플리케이션에 있어서 아래의 설명에 기술되거나 도면에 예시된 구성의 상세 및 구성요소의 구성으로 제한되지 않는다는 점을 이해해야만 한다. 본 발명은 다른 실시예도 가능하고 다양한 방식으로 실시 및 시행 가능하다. 또한, 여기에서 채용되는 구문 및 용어는 설명을 목적으로 하는 것이지, 제한으로서 간주되어서는 안 된다는 점을 이해해야만 한다.

이와 같이, 당업자라면, 본 개시가 기초로 하는 개념이 본 발명의 여러 목적을 수행하기 위한 다른 구조, 방법 및/또는 시스템을 구성하기 위한 근간으로서 용이하게 활용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 청구범위는 등가의 구성이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는 한, 그러한 등가의 구성을 포함하는 것으로 고려된다는 점이 중요하다.

본 발명의 개시된 실시예와 이에 수반하는 여러 장점에 관한 보다 완벽한 이해는, 본 발명의 개시된 실시예와 이에 수반하는 여러 장점이, 첨부도면과 함께 고려되는 아래의 상세한 설명을 참고하는 것에 의해 보다 양호하게 이해될 때에 수월해질 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 시스템의 개략도이고,
도 2는 상이한 액체 체적 분율에서의 원심 압축기에 대한 유량 대 압축비 다이어그램에서의 다수의 서지 한계 라인을 보여주는 다이어그램이며,
도 3a 및 도 3b는 가변 액체 체적 분율에서의 원심 압축기의 작동 곡선 다이어그램이고,
도 4, 도 5 및 도 6은 본 개시에 따른 방법의 실시예에 관한 흐름도이며,
도 7 및 도 8은 예비 루틴을 위한 흐름도이다.

예시적인 실시예에 관한 아래의 상세한 설명은 첨부도면을 참고한다. 상이한 도면에서 동일한 도면부호는 동일하거나 유사한 요소를 식별한다. 추가로, 도면은 반드시 실축척으로 도시되지는 않는다. 또한, 아래의 상세한 설명은 본 발명을 제한하지 않는다. 대신에, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 규정된다.

본 명세서 전반에 걸친 “일실시예”나 “실시예”나 “몇몇 실시예”에 대한 언급은, 실시예와 관련하여 설명되는 특정 피쳐, 구조 또는 특징은 개시된 보호대상에 관한 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 이에 따라, 본 명세서 전반에 걸친 다양한 위치에서의 “일실시예에서”나 “실시예에서”나 “몇몇 실시예에서”라는 구문의 출현이 반드시 동일한 실시예(들)을 언급하는 것은 아니다. 더욱이, 특정 피쳐, 구조 또는 특징은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.

예시적인 실시예에 관한 아래의 설명에서는, 액체 체적 분율(축약해서 LVF)이 추정되고, 원심 압축기의 서지 방지 제어 알고리즘에 작용하도록 사용되는 방법 및 시스템이 설명될 것이다. 보다 구체적으로, LVF는 서지 방지 알고리즘에서 사용되는 서지 제어 라인을 최적화하는 데 사용된다. 그러나, LVF 추정을 위한 개시된 방법 및 시스템은, 습윤 가스 내의 액체 체적 분율의 측정이 요망되거나 유용할 때면 언제든, 다른 목적을 위해 사용될 수 있다.

도 1은 압축기 시스템(1)을 개략적으로 보여준다. 압축기 시스템(1)은, 예컨대 해저 가스 웰로부터 가스를 펌핑하기 위한 해저 압축기 시스템일 수 있다. 압축기 시스템(1)은 압축기(3)와, 압축기(3)를 회전 구동시키는 드라이버(5)를 포함한다. 특히 해저 어플리케이션에서, 드라이버(5)는 전기 모터일 수 있다. 다른 실시예에서는, 가스 터빈 엔진이나 증기 터빈 또 오가닉 랭킨 사이클(organic Rankine cycle)과 같은 상이한 드라이버가 사용될 수 있다.

드라이버(5)는 구동 샤프트(7)에 의해 압축기(3)에 구동식으로 커플링된다. 압축기(3)는 원심 다단 압축기일 수 있다. 압축기(3)와 드라이버(5)는 하나의 케이싱 - 도시하지 않음 - 에 포함되어, 모터-압축기 유닛을 형성할 수 있다.

압축기(3)는 흡입측(9)과 이송측(11)을 갖는다. 흡입측(9)은 흡입 온도(Ts) 그리고 흡입 압력(Ps)의 가스를 받아들인다. 가스의 압력은 압축기(3)에 의해 증대되고, 이송 압력(Pd) 및 이송 온도(Td)의 가스가 압축기 이송측(11)에서 이송된다.

압축기(3)에는 서지 방지 장치가 마련될 수 있고, 몇몇 실시예에서 서지 방지 장치는 서지 방지 제어 밸브가 배치되고, 압축기(3)의 이송측(11)을 압축기(3)의 흡입측(9)에 유동적으로 연결되는 서지 방지 라인을 포함한다. 도 1의 개략도에 따르면, 서지 방지 라인(13)은 압축기(3)에 대해 역평행 구성으로 마련된다. 서지 방지 라인(13)은 압축기(3)의 이송측(11)에 커플링되는 유입구와 압축기(3)의 흡입측(9)에 커플링되는 유출구를 갖는다. 서지 방지 제어 밸브(15)는 서지 방지 라인(13)을 따라 배치된다. 냉각기(16)는 서지 방지 라인(13)을 따라 마련될 수 있다. 다른 실시예에서, 냉각기는 서지 방지 라인 분기부 상류의 압축기의 배출부 상에 배치된다. 또 다른 실시예에서, 냉각기는 서지 방지 라인의 타이인(tie-in) 하류에서 압축기의 흡입측에 배치될 수 있다.

서지 방지 제어 밸브(15)는 2상 밸브, 즉 가스와 액체를 포함하는 2상 흐름을 취급할 수 있는 밸브일 수 있다.

시스템(1)은 중앙 제어 유닛(17)과 시스템(1)의 다양한 작동 파라메터를 측정하기 위한 기기로 더욱 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 흡입 압력(Ps)과 흡입 온도(Ts)를 측정하기 위해 압력 변환기(21)와 온도 변환기(23)가 배치되고 구성될 수 있다. 이송 압력(Pd)과 이송 온도(Td)를 측정하기 위해 압력 변환기(25)와 온도 변환기(27)도 또한 마련될 수 있다. 도 1의 예시적인 실시예에서, 체적 유량(Q_VD)을 측정하기 위해 압축기의 이송측에 유량계(29)가 배치된다. 31로 개략적으로 도시한 파워 변환기가 압축기 구동력, 즉 압축기(3)를 구동하는 데 요구되는 파워를 측정하는 데 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 압축기를 구동하는 데 요구되는 파워는 토크 및 회전 속도를 검출하는 것에 의해 측정될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 드라이버에 의해 생성되는 실제 파워가 계산될 수 있다. 압축기 드라이버가 가스 또는 스팀 터빈인 경우, 터빈의 열역학적 작동 파라메터는 파워를 계산하는 이용될 수 있다. 압축기 드라이버가 전기 모터인 경우, 드라이버에 의해 요구되는 파워를 측정하기 위해 변환기, 예컨대 와트 미터(watt meter)가 사용될 수 있다.

변환기(23 내지 31)는 중앙 제어 유닛(17)에 기능적으로 연결된다. 중앙 제어 유닛에는 메모리 리소스(33)가 더 마련될 수 있고, 작동 곡선, 즉 압축기(3)의 성능 특징을 나타내는 데이터가 저장된다. 본 개시의 방법을 운용하는 데 유용한 가능한 작동 곡선이 아래에서 설명될 것이다. 작동 곡선의 데이터는, 예컨대 테이블이나 매트릭스 형태로 저장될 수 있다. 다른 실시예에서, 작동 곡선의 값들을 계산하기 위해 함수 또는 알고리즘이 저장될 수 있다.

압축기(3)의 작동 조건은 서지 현상을 방지하기 위해 주의 깊게 제어되어야만 한다. 서지 현상은, 압축기가 낮은 유량 및 높은 압축비의 오프 구성 상태로 작동할 때에 발생한다. 서지는 기계 전체에 영향을 주고 공기 역학적으로 그리고 기계적으로 바람직하지 않다. 서지는 진동을 유발할 수 있고, 흐름 전환을 야기할 수 있으며, 압축기와 압축기 드라이버에 심각한 손상을 야기할 수 있고, 전체 사이클 작동에 악영향을 줄 수 있다. 서지를 방지하기 위해, 압축기는 압축비 대 교정 유량 다이어그램을 획정하는 서지 한계 라인으로부터 소정 거리를 유지하도록 제어된다. 서지 방지 라인으로도 알려져 있는 서지 제어 라인은 통상 서지 한계 라인으로부터 소정 거리를 두고 설정되고, 압축기는 그 작동 포인트가 서지 제어 라인에 의해 한정되는 작동 엔벨로프 내에 유지되도록 제어된다. 압축기의 작동 포인트가 서지 제어 라인에 근접할 때, 서지 방지 제어 밸브(15)는 개방되고, 가스는 압축기 이송측(11)으로부터 압축기 흡입측(9)으로 복귀된다. 이에 따라, 압축비 대 유량 다이어그램에서의 압축기 작동 포인트는 서지 제어 라인으로부터 멀어져 안전 작동 영역으로 돌아간다.

서지 방지 라인(13)을 통한 가스 재순환은 파워 손실을 유발하는데, 그 이유는 파워 소비 압축 프로세스에서 압축된 가스의 일부가 흡입 압력으로 압축기의 흡입측으로 복귀하기 때문이다. 재순환 가스 흐름을 압축하는 데 소비된 상응하는 파워가 낭비된다.

서지 제어 라인의 세심한 설정과 압축기의 세심한 제어는 서지 현상을 방지하기 위해 바람직하고, 이와 동시에 불필요한 대량의 압축 가스의 재순환을 회피한다.

흡입측(9)에서 압축기(3)에 진입하는 프로세스 가스는 건조 상태, 즉 액체 체적 분율이 없는(LVF=0) 상태일 수 있다. 그러나, 몇몇 작동 조건에서 프로세스 가스는 충분한 양의 액상을 포함할 수 있다. 액체 체적 분율(LVF)은, 예컨대 약 0 % 내지 약 3 %일 수 있는데, 이는 약 0 % 내지 약 30 %의 액체 질량 분율(Liquid Mass Fraction; LFM)에 상응할 수 있다. 상한은 단지 예로써 주어진 것임에 주목해야만 하고, 제한하는 값으로 해석해서는 안 된다.

압축 중에, 가스 온도는 증가하고, 액체 체적 분율은 떨어지거나 심지어는 제로가 될 수 있다. 그러나, 몇몇 작동 조건에서는 압축기(3)의 이송측(11)의 가스 흐름에도 또한 액체가 존재할 수 있다.

습윤 가스가 처리되는 경우, 압축비 대 유량 다이어그램에서의 서지 한계 라인은, 액체 체적 분율(LVF)이 증가함에 따라 우측에서 좌측으로 이동하는 것이 주목되었다. 도 2는, 예컨대 압축비 대 체적 유량 다이어그램에서의 가변 LVF값에 대한 서지 한계 라인(SLL) 군을 예시한다. 압축비는 수직축에 표시되고, 압축기 유입구에서의 체적 유량은 수평축에 표시된다. SLL(0 %)로 라벨링된 우측으로부터 첫번째 곡선은 건조 가스, 즉 액체 체적 분율 LFV = 0 %에 대한 서지 한계 라인이다. SLL(3 %)로 라벨링된 좌측으로부터 첫번째 라인는 액체 체적 분율이 3 %(즉, LVF = 3 %)인 동일 가스에 대한 서지 한계 라인이다. 도 2로부터 이해할 수 있겠지만, 압축기의 유용한 작동 엔벨로프는, 건조 가스보다는 습윤 가스가 처리되는 경우에 증가할 수 있다. 서지 제어 라인은 또한 LVF 값이 증가할수록 우측에서 좌측으로 이동한다.

이에 따라, 서지 제어 라인은 합리적인 근사도로 가스 흐름 내에 존재하는 액체량, 즉 LVF를 결정하는 데 유용한데, 그 이유는 서지 제어 라인이 실제 LVF 값에 기초하여 압축비 대 유량 다이어그램의 수직축을 향해 이동할 수 있고, 이에 의해 가스 재순환이 감소되기 때문이다.

몇몇 상태에서, 압축기 유입구(9)를 통과해 흐르는 가스 내에 포함되는 액체 체적 분율(LVF)의 양은 측정하기 어려울 수 있으며, 이러한 측정은 고가의 복잡한 기기를 요구할 수 있다. 몇몇 상황에서, LVF의 직접 측정은 실행 불가하거나 부적절할 수 있다. LVF의 직접 측정에 대한 대안으로서, 압축기의 작동에 관한 용이하게 측정 가능한 파라메터로부터 시작하여 실제 액체 체적 분율의 충분히 정확한 추정치를 제공하기 위해 반복법이 사용될 수 있다.

이제, 도 3a, 도 3b 및 도 4를 참고하여 상기 방법의 실시예를 설명하겠다. 도 3a 및 도 3b는 압축기의 작동 다이어그램을 예시하고, 도 4는 반복법의 간략한 흐름도를 예시한다.

보다 구체적으로, 도 3a는 압축비 대 압축기(3)의 유량 관련 파라메터의 특성 곡선이 표시된 다이어그램을 예시한다. 도 3a의 곡선은 아래에서 규정되는 주어진 교정 회전 속도 및 주어진 가스의 평균 분자량에 대해 유효하다. 상이한 회전 속도 및 상이한 평균 가스 분자량에 대해서 상이한 곡선 군이 표시될 수 있다. 보다 구체적으로는, 유량 관련 파라메터는 질량 유량 관련 파라메터일 수 있다. 예컨대, 도 3a의 수평축에 기록된 유량 관련 파라메터는 교정된 질량 유량일 수 있다. 교정된 질량 유량에 의해, 질량 유량은 다음과 같이 표현되는 것으로 이해될 수 있다.

[수학식 1]

상기 수학식 1에서

는 실제 질량 유량이고;

T_in및 P_in은 각각 압축기의 흡입측에서의 온도 및 압력이며;

Z_in 은 압축 계수 또는 압축비이고;

R은 기체 상수(분자, 보편 또는 이상 기체 상수로도 알려짐)이다.

압축기의 교정된 회전 속도는 아래와 같이 표현될 수 있다.

[수학식 2]

상기 수식에서 n은 각속도이고, 다른 파라메터는 위에 정의되어 있다.

도 3a에서, 압축비 또는 압력비 PR=Pd/Ps가 수직축에 기록되고, 교정된 질량 유량

은 수평축에 기록된다. 곡선 C(LVDO)는 건조 가스, 즉 LFV = 0 %에 대한 질량 유량의 함수로서 압축비를 표시한다. 곡선 C(LVF 1), C(LVFj), C(LVFj+l), C(LVFj+2)는, 액체 함량이 증가하는 가스가 처리될 때에 LVF 값에 대한 압축비(PR)와 교정된 질량 유량(

) 간의 관계를 예시한다.

도 3b는 압축기(3)의 작동 곡선을 더 예시한다. 도 3b의 각각의 곡선은 상이한 LVF 값에 상응한다. 도 3b의 수직축에는, 압축기(3)에 의해 흡수되는 파워에 관련된 파라메터가 교정된 질량 유량(

)에 대한 함수로서 기록된다. 흡수된 파워 관련 파라메터는 아래와 같이 정의되는 교정된 파워일 수 있다:

[수학식 3]

상기 수학식 3에서 W는 실제 파워이고, 나머지 파라메터는 위에 정의되어 있다.

몇몇 실시예에서, 위에서 정의된 교정 값들은 각각의 압력 및 온도 기준값에 대한 실제 측정 압력 및 온도 값을 인용하는 것에 의해 무차원으로 될 수 있다.

곡선 W(LVFO)는 건조 가스, 즉 LVF = 0 %에 적용된다. 곡선 W(LVF 1), … W(LVFj), W(LVFj+l), W(LVFj+2)는 유량 관련 파라메터, 예컨대 교정된 질량 유량(

)의 함수로서 표시된, 액체 체적 분율이 증가할 때의 교정된 파워 작동 곡선이다. 다시 한번, 도 3b의 곡선은 압축기에 의해 처리되는 가스의 주어진 평균 분자량 및 압축기의 주어진 교정된 회전 속도(고정된 마하수)에 대한 것이다.

곡선 C(LVFj) 및 W(LVFj)는 수치값으로 이루어진 테이블 또는 매트릭스 형태로 나타낼 수 있고, 각각의 교정된 질량 유량(

)에 대해 압축비 값(PR=Pd/Ps) 및 파워 값이 연관된다. 앞서 언급한 바와 같이, 곡선은 압축기의 회전 속도 및 가스 성분에 더욱 좌우된다. 이에 따라, 도 3a 및 도 3b에 도시한 곡선은 주어진 마하수(결국, 압축기의 회전 속도의 함수임) 및 주어진 평균 가스 분자량에 대한 것이다. 곡선은, 예컨대 수치 시뮬레이션 또는 그 조합에 의해 실험적으로 결정될 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 나타나는 곡선을 제공하는 데이터 또는 함수는 저장 리소스(33)에 저장될 수 있다. 복수 개의 곡선 군은, 압축기의 복수 개의 회전 속도 또는 압축기의 교정된 회전 속도나 마하수 및 가스의 복수 개의 평균 분자량에 대해 저장될 수 있으며, 이에 따라 회전 속도, 가스 성분 또는 이들 모두가 변하는 경우에, 계산을 위한 작동 특성 곡선의 교정 군을 선택할 수 있다.

도 3a의 곡선 SCL(0)는 건조 가스, 즉 LVF = 0 % 조건의 주어진 압축기 회전 속도 및 주어진 가스 성분(평균 분자량)에 대한 서지 제어 곡선 또는 서지 제어 라인을 나타낸다. 곡선 SCL(LVF = x%)는 액체 체적 분율이 x %(LVF = x %)인 습윤 가스에 대한 일반적인 서지 제어 곡선이다. 사용되는 적절한 서지 제어 곡선은 습윤 가스의 실제 액체 함량의 추정치에 기초하여 결정될 수 있다. 실현 가능하다면, 압축기 유입구(9)에서의 가스 흐름 내의 액체량이 측정될 수 있다. 대안으로서, 직접 LVF 측정에 수반되는 고유한 어려움을 피하기 위해, 유입 가스 흐름의 LVF를 추정하기 위해 아래의 반복 프로세스가 수행될 수 있다.

도 4의 흐름도를 참고하면, 반복법의 제1 단계는 액체 체적 분율 - 여기에서 LVF(j)로 나타냄 - 의 임시 값을 선택하는 것으로 이루어진다. 임시 LVF(j)는 반복 절차를 시작하기 위해 사용된다. 몇몇 현재 바람직한 실시예에서, 제1 임시 LVF(j)는 다음과 같이 선택된다:

[수학식 4]

즉, 유입 가스는 건조 상태인 것으로 가정된다.

실제 압축비 PR_A=Pd/Ps는 압력 변환기(21, 25)를 사용하여 압축기(3)의 이송 압력(Pd) 및 흡입 압력(Ps)을 측정하는 것에 의해 계산될 수 있다. 실제 압력비 또는 압축비(PR_A)가 일단 결정되고 나면, 도 3a의 곡선 C(LVFO)을 사용하여, 추정된 유량 관련 파라메터, 예컨대 추정된 교정 질량 유량(

)이 계산될 수 있다.

추정된 교정 질량 유량(

)에 기초하여, 도 3b의 곡선 W(LVFO)를 사용하여 압축기를 구동하는 데 요구되는 추정된 교정 파워(W_Ej)가 결정될 수 있다. 압축기(3)를 구동하는 데 요구되는 실제 교정 파워(W_A)는 파워 변환기(31)로부터의 데이터에 의해 측정될 수 있다. 추정된 교정 파워 값(W_Ej)과 실제 교정 파워 값(W_A)이 비교되고, 파워 에러(E_W)가 다음과 같이 계산된다:

E_W = (WA - W_Ej) [수학식 5]

압축기(3)에 의해 처리되는 가스가 실제로 대략 건조 상태(즉, 대략적으로 LVF= 0%)인 경우, 에러(E_W)는 거의 제로이다. 예컨대, 에러 문턱값(E_W0)에 의해 정해지는, 0에 가까운 주어진 허용 에러 범위 밖의 에러(E_W)는, 초기에 가정된 LVF 값이 부정확하고, 다음 반복 단계(j+1)에서 LVF(j+l)에 대한 새로운 값이 사용되어야만 한다는 것을 나타낸다.

적절한 증가된 값이 선택될 수 있고, 예컨대 각각의 후속하는 LVF(j) 값은 이전 값에 비해 소정량 ΔLVF=0.01% 만큼 증가될 수 있는데, 이는 각각의 j번째 반복 단계에서 임시 LVF 값[LVF(j)]이 다음과 같이 설정된다는 것을 의미한다.

[수학식 6]

반복 루프의 단계의 전술한 순서는 이어서, 액체 체적 분율의 새롭게 설정된 임시 값[LVF(j)]을 이용하여 반복된다. LVF = LVF(j)에 대한 C(LVFj) 곡선은 도 3a의 다이어그램에서 선택된다. 측정된 압축비(Pd/Ps) 및 설정된 LVF 값에 대한 곡선 C(LVFj)에 기초하여, 새로운 추정된 유량 관련 파라메터, 예컨대 교정된 질량 유량(

)이 도 3a의 다이어그램으로부터 결정되고, 도 3b의 다이어그램에서 사용된다. 새로운

값 및 새롭게 설정된 임시 값 LVF(j)에 대한 파워 곡선 W(LVFj)에 기초하여, 추정된 파워 관련 값 W_Ej이 계산되고 파워 변환기(31)에 의해 측정된 파워에 기초하여 계산된 실제 파워 관련 값(W_A)과 비교된다. 새로운 에러

E_W = W_A - W_Ej [수학식 7]

가 계산되고, 문턱값 E_W0와 비교된다.

이에 따라, 설명한 반복 프로세스는, 추정된 파워 관련 파라메터에 대한 에러(E_W) - 에러 문턱값(E_W0) 이하임 - 가 달성될 때에 종료된다. 반복 프로세스가 수렴하는 임시 값[LVF(j)]은 현재 작동 조건(현재 속도 압축기 및 가스 성분)에서 추정된 액체 체적 분율이다.

이렇게 결정된 값[LVF(j)]은 최적 SCL을 선택하는 데 사용될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, SCL은 단지 에러(E_W)가 최소화되었을 때보다는 각각의 반복 루프에서 선택될 수 있다.

전술한 반복법에서, 2개 세트의 작동 곡선, 즉 유량 관련 파라메터(

)(도 3a)의 함수로서 압축비(PR=Pd/Ps)를 나타내는 곡선 및 유량 관련 파라메터(

)(도 3b)의 함수로서 파워 관련 파라메터(W)를 나타내는 곡선이 사용되었다. 이러한 2개군의 작동 곡선은 하나의 세트의 작동 곡선[PR(W)] - 압축기를 구동하는 데 요구되는 파워에 관련된 파라메터[예컨대, 앞서 정의한 바와 같은 보정된 파워]와 압축비(PR=Pd/Ps) 간의 연결 관계를 나타냄 - 로 병합될 수 있다. 각각의 곡선은 주어진 LVF 값에 상응한다. 이들 곡선이 이용 가능한 경우, 전술한 반복 계산은 도 5의 흐름도에 개략적으로 도시한 바와 같이 단순화될 수 있다.

이 경우에도 또한, 상기 방법은 임시 액체 체적 분율 값 LVF = 0%을 설정하고, 건조 가스 작동 조건에 상응하는 PR(W) 곡선을 선택하는 것에 의해 시작될 수 있다. 측정된 실제 압축비 PR_A = (Pd/Ps)에 기초하여, 추정된 파워 관련 파라메터(W_Ej)는 LVF= 0%에 상응하는 PR(W) 곡선을 사용하여 계산될 수 있다. 그 후, 추정된 파워 관련 값(W_Ej)이 파워 변환기(31)를 사용하여 측정된 실제 파워 관련 값(W_A)과 비교된다. 파워 에러(E_W)는 그 후에 다음과 같이 계산된다.

E_W = W_A- W_Ej [수학식 8]

에러(E_W)는 문턱값(E_W0)과 비교되고, 에러가 허용 가능한 에러 문턱값(E_W0)보다 큰 경우, 새로운 임시 액체 체적 분율값을 설정하는 것에 의해 다음 반복 단계가 수행된다.

[수학식 9]

각각의 일반적인 j 반복 단계에서, 반복 프로세스가 에러 문턱값(E_W0) 이하의 에러(E_W)로 수렴할 때까지 임시 값[LVF(j)]을 사용하여 설정된 임시 LVF(j) 값에 대응하는 작동 곡선[PR(Wj)]를 선택한다. 대응하는 임시 LVF(j)값은 추정된 LVF로서 가정된다.

도 5에 요약되는 방법의 상이한 실시예는 도 6의 흐름도로 나타난다. 이 경우, 측정된 실제 파워 관련 파라메터(W_A)가 사용되고, 추정된 압축비(PR_Ej)가 선택된 PR(Wj) 곡선 - 설정된 LVF(j) 값과 실제 파워 관련 파라메터(W_A)에 상응함 - 을 사용하여 계산된다. 그 후, 추정된 압축비(PR_Ej)가 측정된 실제 압축비(PR_A)와 비교되고, 에러(E_PR)가 이로부터 계산된다. 에러(E_PR)가 에러 문턱값(E_PRO)을 초과하면, 상기 방법은 도 6의 흐름도에 도시한 바와 같이 새롭게 설정된 임시 LVF 값, 즉

[수학식 10)]

에 의해 재반복된다.

지금까지 개시한 모든 실시예에서, 제1 압축기 작동 파라메터와 제2 압축기 작동 파라메터가 사용된다. 도 3 및 도 4의 실시예에 따르면, 제1 압축기 작동 파라메터는 압축비 PR=(Pd/Ps)이고, 제2 압축기 작동 파라메터는 파워 또는 파워 관련 파라메터, 예컨대 보정된 파워이다. 유량 관련 파라메터, 예컨대 보정된 질량 유량(

)은 도 3a 및 도 3b에 도시한 2개군의 작동 곡선을 연관 짓는 평균 파라메터로서 사용된다.

도 5의 실시예에서, 제1 작동 파라메터는 또 다시 압축비 PR=(Pd/Ps)이고, 제2 압축기 작동 파레메터는 파워 관련 파라메터, 예컨대 교정된 파워(W_C)이다. 도 6의 실시예에서, 제1 작동 파라메터는 파워 관련 파라메터이고, 제2 작동 파라메터는 압축비 PR=Pd/Ps이다.

전술한 실시예에서, 반복 프로세스의 시작 포인트는 LVF=0으로, 즉 제1 반복 루프는 건조 가스가 처리된다는 가정 하에 수행된다. 이것이 편리한 이유는, 계산된 에러가 에러 문턱값보다 큰 경우에, 가정된 LVF 값을 증가시키는 것에 의해 다음 반복 단계를 실시하는 단지 하나의 방법만이 있기 때문이다. 그러나, 여기에서 설명한 현재 덜 유익한 실시예에서는 반복 프로세스의 시작점이 LVF에 대한 임의의 값일 수 있다. 그 후, 일종의 교란 및 관찰법(perturb-and-observe method)이 실행될 수 있다. 계산된 에러가 허용된 문턱값을 초과하면, 가정된 LVF가 증가 또는 감소한다. 다음 반복 단계에서 계산된 에러가 이전에 계산된 에러보다 크면, 후속하는 반복 루프는 LVF는 양방향으로 수정하는 것에 의해 시작할 수 있다: 기존 반복 루프가 LVF값을 증가시키는 것에 의해 실행되는 경우에는 LVF가 감소될 것이다; 이와 달리, 이전 반복 루프가 LVF값을 감소시키는 것에 의해 실행되는 경우에는 LVF가 증가될 것이다.

몇몇 실시예에서, 처리되는 가스의 LVF는 열역학적 계산에 기초하여 추정될 수 있다. 추정된 값은 앞서 개시한 반복법들 중 하나를 위한 시작 포인트로서 사용될 수 있다. 이러한 경우 추정된 LVF 값은 0이 아니기 때문에, 교란 및 관찰 반복 프로세스가 이용될 수 있다. 시작 LVF 값의 추정은, 예컨대 가스 성분 및 다음 파라메터; 압축기(3)에 의해 처리되는 가스의 흡입 압력(Ps), 이송 압력(Pd), 흡입 온도(Ts) 및 이송 온도(Td)에 기초하여 결정된다.

작동 곡선은 압축기의 회전 속도에 따라 변하기 때문에, 수학식 2에 의해 정의되는 회전 속도 또는 교정된 회전 속도는 반복 프로세스가 수행될 때마다 적절한 작동 곡선의 군을 선택하기 위한 추가의 파라메터로서 이용될 수 있다.

이 점은 가스의 평균 분자량에 대해서도 동일하게 적용된다. 상이한 작동 곡선이 압축기(3)를 통해 처리되는 가스의 상이한 화학적 성분에 대해서 적용된다. 가스의 화학적 성분과 이에 따라 분자량은 통상 저속 변화 파라메터이다. 예컨대, 가스 웰의 경우, 성분은 준일정한(quasi-constant) 상태로 유지되고, 가스 성분의 업데이트는, 예컨대 날마다 또는 덜 빈번하게 수행될 수 있다. 가스 성분은 오프라인으로, 예컨대 가스 샘플을 이용하여 연구실에서 분석될 수 있다. 분석 결과에 기초하여, 적절한 작동 곡선이, 예컨대 수동으로 선택될 수 있다. 예컨대, 가스 크로마토그래프에 의한 가스 성분 분석도 또한 수행될 수 있다. 적절한 작동 곡선은 자동으로 선택될 수 있다. 가스의 평균 분자량은 화학적 성분에 기초하여 계산될 수 있다.

전술한 계산법은, 압축기(3)의 흡입측에서 가스의 실제 LVF를 모니터링하기 위해 연속적으로 또는 주어진 사이클로 수행될 수 있다. 예컨대, 전술한 계산은 주어진 시간 간격으로 재시작될 수 있다.

그러나, 상기 계산을 더욱 효율적으로 하기 위해 그리고 계산 부하를 줄이기 위해, 몇몇 실시예에서 대책들은 수행되는 반복 계산의 횟수를 줄이거나 이 밖에 이러한 계산이 수행되는 빈도를 줄이는 것을 충족시킬 수 있다.

예컨대, 액체 체적 분율은 가스의 흡입 압력(Ps) 및 흡입 온도(Ts)에 좌우되고, 다른 파라메터(예컨대, 압축기 회전 속도 및 가스 성분)는 동일하기 때문에, 일반 사용되는 반복법이 에러 문턱값 미만의 에러로 수렴되고 나면, 반복 계산은 정지될 수 있다. LVF를 추정하기 위한 새로운 계산은 단지 압축기(3)의 흡입측(9)에서의 압력 또는 온도 변동의 검출 시에만 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 반복 계산은 주기적으로, 압축기(3)의 흡입측에서의 압력 및/또는 온도의 변동에 따라 형성될 수 있는 사이클로 반복될 수 있으며, 즉 변동이 클수록 반복 계산의 반복은 더 빈번하다.

상기 방법을 더욱 단순화하고 계산 부하를 줄이기 위해, 단지 예비 루틴이 압축기(3)의 흡입측(9)에 습윤 가스가 존재한다는 것을 확정한 경우에만 전술한 반복 계산을 수행하기 위한 조치가 취해질 수 있다. 예비 루틴이 압축기(3)의 흡입측(9)에 건조 가스가 존재한다고 결정하면, LVF의 추정은 수행되지 않는데, 그 이유는 액체 체적 분율의 실제 값이 0이기 때문이다.

아래에서는 도 7의 흐름도를 참고하여, 예비 루틴의 가능한 실시예를 설명하겠다.

예비 루틴의 제1 단계는, 예컨대 유량계(29)에 의해 압축기(3)의 이송측에서 체적 유량(Q_VD)을 측정할 수 있다. 압축기(3)의 흡입측 및 이송측에서 측정된 온도(Ts 및 Td), 흡입측 및 이송측에서 측정된 압력(Ps 및 Pd) 그리고 가스 성분에 기초하여 그리고 건조 가스가 압축기(3)의 흡입측(9)에 존재한다는 가정 하에, 추정된 질량 유량이 계산된다. 그 후, 압축기(3)의 흡입측(9)에서 추정된 보정 질량 유량[

]이 수학식 1을 이용하여 계산될 수 있다. 추정된 [

] 값에 기초하여 그리고 도 3a의 C(LVF0) 곡선을 이용하여, 추정된 압축비(PR_E)가 결정될 수 있다. 실제 압축비(PR_A)는 측정된 흡입측 압력(Ps) 및 이송측 압력(Pd)에 기초하여 결정된다. 압축비 에러(E_PR)

E_PR = PR_A - PR_E [수학식 11]

가 그 후에 계산되고, 에러 문턱값(E_PRO)과 비교된다. 에러(E_PR)가 에러 문턱값(E_PRO) 이하인 경우, 가스가 이송측 및 흡입측 모두에서 건조하다는 가정이 옳은 것으로 간주될 수 있다. 이와 달리, 계산된 에러(E_PR)가 에러 문턱값(E_PRO)을 초과하면, 적어도 압축기(3)의 흡입측에 습윤 가스 상태가 존재한다는 결론이 도출된다. 첫번째 경우(건조 가스)에는, 실제 LVF를 결정하기 위한 루틴이 시작되지 않을 것이다. 두번째 경우에는, 도 4, 도 5 또는 도 6에 요약되고 전술한 바와 같은 실제 LVF를 추정하기 위한 루틴들 중 하나가 호출되고 실행될 것이다.

도 8은 압축기(3)의 흡입측(9)에 습윤 가스가 존재하는지의 여부를 확정하기 위한 예비 루틴의 다른 실시예를 예시한다. 예비 루틴의 제1 단계도 역시, 예컨대 유량계(29)에 의해 압축기(3)의 이송측에서 체적 유량(Q_VD)을 측정할 수 있다. 흡입측 및 이송측에서 측정된 온도(Ts 및 Td), 흡입측 및 이송측에서 측정된 압력(Ps 및 Pd) 그리고 가스 성분에 기초하여 그리고 건조 가스가 압축기(3)의 흡입측(9)에 존재한다는 가정 하에, 역시 수학식 1을 이용하여 압축기(3)의 흡입측(9)에서의 추정 질량 유량 및 이에 따라 교정 질량 유량[

]이 계산될 수 있다. 추정 [

] 값에 기초하여 그리고 도 3b의 W(LVFO) 곡선을 이용하여, 수학식 3을 이용하여 추정 압축기 파워 관련 파라메터, 예컨대 추정된 보정 파워(WE)가 결정될 수 있다. 실제 파워 관련 파라메터(W_A)도 또한, 예컨대 변환기(31)에 의해 측정된다. 파워 에러(E_W)

E_W = W_A - W_E [수학식 12]

가 그 후에 계산되고, 에러 문턱값(E_W0)과 비교된다. 에러(E_W)가 에러 문턱값(E_W0) 이하인 경우, 가스가 이송측 및 흡입측 모두에서 건조하다는 가정이 옳은 것으로 간주될 수 있다. 이와 달리, 계산된 에러(E_W)가 에러 문턱값(E_W0)을 초과하면, 적어도 압축기(3)의 흡입측에 습윤 가스 상태가 존재한다는 결론이 도출된다. 첫번째 경우(건조 가스)에는, 실제 LVF를 결정하기 위한 루틴이 시작되지 않을 것이다. 두번째 겨우에는, 도 4, 도 5 또는 도 6에 요약되고 전술한 바와 같은 실제 LVF를 추정하기 위한 루틴들 중 하나가 호출되고 실행될 것이다.

도 7 및 도 8의 양자의 실시예에서, 건조 가스 상태가 검출되면, 건조 가스 상태가 여전히 유효한지 여부를 확인하기 위해, 일정한 또는 가변 시간 간격(델타t)으로 예비 루틴이 반복될 수 있다. 도 8의 루틴이 바람직한데, 그 이유는 사용되는 곡선이 교차되지 않고, 이에 따라 이 루틴이 보다 정확한 결과를 제공하기 때문이다. 몇몇 실시예에서, 도 7의 루틴이 먼저 수행될 수 있고, 그 다음에 도 8의 루틴을 실행하는 것에 의해 결과가 확인될 수 있다.

전술한 방법에 기초하여, 압축기(3)에 의해 처리되는 가스의 추정 액체 체적 분율(LVF)이 충분한 정확도로 결정되고, 추정된 값을 사용하여 최적 서지 제어 곡선 SCL(LVF=x%)(도 3a)를 선택할 수 있다. 이러한 방식으로, 습윤 가스가 처리될 때, 서지 제어 곡선은 작동 맵에서 상응하게 변위될 수 있고, 압축기(3)가 작동할 수 있는 엔벨로프를 확장시키며, 이에 따라 서지 방지 제어 밸브(15)의 조정을 줄일 수 있다. 서지 제어를 위한 가스 재순환에 의해 유발되는 파워의 소비가 줄고, 압축기(3)의 전체 효율이 이에 따라 증가된다.

전술한 LVF 추정 방법은, 습윤 가스의 액체 체적 분율이 계산되어야 하는 경우라면 언제라도 서지 제어 이외의 목적으로도 또한 이용될 수 있다.

전술한 실시예는, 예컨대 적절한 서지 제어 라인을 선택하기 위해, 서지 제어를 습윤 가스 내의 실제 액체 함량에 맞추기 위해 압축기에 의해 처리되는 가스의 액체 체적 분율(LVF)를 계산하기 위한 방법을 이용한다.

지금까지 설명한 계산 방법에 의하면, LVF를 결정할 수 있으므로, 압축기의 흡입측에서 실제 액체 함량의 측정이 회피된다. 그러나, 서지 제어를 가스 내의 잠재적으로 가변인 액체 함량에 맞추기 위해, 상기 반복 계산법에 기초한 LVF의 추정보다는 LVF의 측정이 배제되지 않는다.

여기에서 설명되는 보호 대상의 개시된 실시예가 도면에 도시되고, 다수의 예시적인 실시예에 관하여 특별히 그리고 상세히 충분히 설명되었지만, 여기에 기술된 신규한 교시, 원리 및 개념과 첨부된 청구범위에 기재된 보호 대상의 장점으로부터 사실상 벗어나지 않으면서, 많은 변형, 변경 및 생략이 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 개시된 혁신의 적절한 범위는 모든 그러한 수정, 변경 및 생략을 포함하도록 첨부된 청구범위의 가장 넓은 해석에 의해서만 결정되어야 한다. 또한, 임의의 프로세스 또는 방법 단계의 순서 또는 차례는 변형예에 따라 변경되거나 재배열될 수 있다.

Claims

흡입측과 이송측을 갖는 압축기에 의해 처리되는 다상(multi-phase) 가스에서의 액체 체적 분율(liquid volume fraction)의 결정 방법으로서,
a) 제1 압축기 작동 파라메터를 측정하는 단계;
b) 압축기에 의해 처리되는 가스의 임시 액체 체적 분율을 선택하는 단계;
c) 임시 액체 체적 분율에 대한 압축기 작동 곡선을 나타내는 저장 데이터에 기초하여, 제1 압축기 작동 파라메터의 함수로서 제2 압축기 작동 파라메터의 추정값을 결정하는 단계;
d) 제2 압축기 작동 파라메터의 실제값을 측정하는 단계;
e) 제2 압축기 작동 파라메터의 실제값을 제2 압축기 작동 파라메터의 추정값과 비교하고, 이로부터 에러를 결정하는 단계; 및
f) 에러에 기초하여, 상이한 임시 액체 체적 분율을 선택하고, 에러 문턱값 이하의 에러값이 얻어질 때까지 단계 (c) 내지 (e)를 반복하는 단계
를 포함하는 액체 체적 분율의 결정 방법.
제1항에 있어서, 제1 압축기 작동 파라메터는 압축비 관련 파라메터와 압축기 구동력 관련 파라메터 중 어느 하나인 것인 액체 체적 분율의 결정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 압축기 작동 파라메터는 압축기 구동력 관련 파라메터와 압축비 관련 파라메터 중 어느 하나인 것인 액체 체적 분율의 결정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 압축기 작동 파라메터의 추정값을 결정하는 단계는
- 임시 액체 체적 분율에 대한 압축기 작동 곡선을 나타내는 저장 데이터에 기초하여, 제3 압축기 작동 파라메터의 추정값을 결정하는 단계; 및
- 임시 액체 체적 분율에 대한 다른 압축기 작동 곡선을 나타내는 저장 데이터에 기초하여 그리고 제3 압축기 작동 파라메터의 추정값에 기초하여, 제2 압축기 작동 파라메터의 추정값을 결정하는 단계
를 더 포함하는 것인 액체 체적 분율의 결정 방법.
제4항에 있어서, 제1 압축기 작동 파라메터는 압축비 관련 파라메터이고, 제2 압축기 작동 파라메터는 압축기 구동력 관련 파라메터이며, 제3 압축기 작동 파라메터는 유량 관련 파라메터인 것인 액체 체적 분율의 결정 방법.
제5항에 있어서, 상기 다른 압축기 작동 곡선은 압축비 관련 파라메터를 유량 관련 파라메터의 함수로서 나타내거나, 유량 관련 파라메터를 압축비 관련 파라메터의 함수로서 나타내는 것인 액체 체적 분율의 결정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 유량 관련 파라메터는 질량 유량과 교정된 질량 유량 중 어느 하나인 것인 액체 체적 분율의 결정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 압축기 구동력 관련 파라메터는 압축기 구동력와 교정 파워 중 어느 하나인 것인 액체 체적 분율의 결정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 가스의 화학적 파라메터의 함수로서 압축기 작동 곡선을 선택하는 단계를 더 포함하는 액체 체적 분율의 결정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 가스의 평균 분자량의 함수로서 압축기 작동 곡선을 선택하는 단계를 더 포함하는 액체 체적 분율의 결정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 압축기 회전 속도 또는 압축기 교정 회전 속도의 함수로서 압축기 작동 곡선을 선택하는 단계를 더 포함하는 액체 체적 분율의 결정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 압축기의 흡입측에 습윤 가스 또는 건조 가스가 존재하는지를 결정하기 위해 예비 루틴을 수행하는 단계를 더 포함하는 액체 체적 분율의 결정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 압축기에 의해 처리되는 가스의 임시 액체 체적 분율을 선택하는 단계는, 0과 동일한 액체 체적 분율을 선택하는 단계를 포함하는 것인 액체 체적 분율의 결정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 압축기에 의해 처리되는 가스의 임시 액체 체적 분율을 선택하는 단계는, 압축기의 흡입측 및 이송측에서의 온도 및 압력 측정치 및 가스의 화학적 파라메터에 대한 정보에 기초하여 액체 체적 분율을 열역학적으로 추정하는 단계를 포함하는 것인 액체 체적 분율의 결정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 압축기에 의해 처리되는 가스의 임시 액체 체적 분율을 선택하는 단계는, 압축기의 흡입측 및 이송측에서의 온도 및 압력 측정치 및 가스의 평균 분자량에 대한 정보에 기초하여 액체 체적 분율을 열역학적으로 추정하는 단계를 포함하는 것인 액체 체적 분율의 결정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 압축기에 의해 처리되는 습윤 가스의 추정 액체 체적 분율에 기초하여, 서지 제어 라인을 선택하는 단계를 더 포함하는 액체 체적 분율의 결정 방법.
시스템으로서,
- 드라이버;
- 드라이버에 구동식으로 커플링되고, 서지 방지 라인과 이를 따라 배치되는 서지 방지 제어 밸브를 포함하는 서지 방지 장치로 구성된 압축기; 및
- 서지 방지 밸브에 기능적으로 커플링되는 제어 유닛
을 포함하고, 제어 유닛은 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 수행하도록 구성되고 제어되는 것인 시스템.
습윤 가스 압축기의 작동 방법으로서,
- 압축기를 작동시키고, 압축기를 통과하는 가스를 처리하는 단계;
- 압축기의 흡입측에서의 가스의 액체 체적 분율을 결정하는 단계;
- 액체 체적 분율의 함수로서 서지 제어 라인을 선택하는 단계;
- 상이한 액체 체적 분율에서의 습윤 가스 압축기의 작동 곡선 및 서지 제어 라인 세트를 마련하는 단계; 및
- 결정된 액체 체적 분율에 대응하는 작동 곡선과 각각의 서지 제어 라인의 세트를 선택하는 단계
를 포함하는 습윤 가스 압축기의 작동 방법.
제18항에 있어서, 압축기의 흡입측에서의 액체 체적 분율을 결정하는 단계는 압축기의 작동 중에 반복 수행되는 것인 습윤 가스 압축기의 작동 방법.
제18항에 있어서, 가스의 액체 체적 분율을 결정하는 단계는 압축기의 작동 파라메터의 측정치에 기초하여 액체 체적 분율을 추정하는 것을 포함하는 것인 습윤 가스 압축기의 작동 방법.
제20항에 있어서, 상기 작동 파라메터는 압축기 전반에 걸친 압축비에 관련된 파라메터와 압축기를 구동하는 파워에 관련된 파라메터를 포함하는 것인 습윤 가스 압축기의 작동 방법.
제18항에 있어서, 가스의 액체 체적 분율을 결정하는 단계는 다상 유량계로 액체량을 검출하는 단계를 포함하는 것인 습윤 가스 압축기의 작동 방법.
제18항에 있어서, 가스의 평균 분자량을 결정하고, 평균 분자량의 다른 함수로서 서지 제어 라인을 선택하는 단계를 더 포함하는 습윤 가스 압축기의 작동 방법.
제18항에 있어서, 압축기의 회전 속도를 결정하고, 압축기의 회전 속도에 관련된 파라메터의 다른 함수로서 서지 제어 라인을 선택하는 단계를 더 포함하는 습윤 가스 압축기의 작동 방법.
압축기 시스템으로서,
- 흡입측 및 이송측을 갖는 습윤 가스 압축기;
- 서지 방지 라인을 포함하고 이를 따르는 서지 방지 제어 밸브를 포함하는 서지 방지 장치로서, 서지 방지 라인은 압축기의 이송측 및 흡입측에 유동적으로 커플링되는 것인 서지 방지 장치; 및
- 서지 방지 제어 라인에 기능적으로 연결된 제어 유닛으로서, 제18항의 방법에 따라 압축기의 흡입측에서의 가스의 액체 체적 분율을 결정하고, 액체 체적 분율의 함수로서 서지 제어 라인을 선택하고, 압축기가 선택된 서지 제어 라인을 넘어서 작동하는 것을 방지하기 위해, 서지 방지 제어 밸브에 대해 작용하도록 구성 및 배치되는 제어 유닛
을 포함하는 압축기 시스템.