KR102562422B1 - 가스 상태의 변화를 효율적으로 관리하기 위한 가스 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

가스 상태의 변화를 효율적으로 관리하기 위한 가스 처리 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

압축 시스템의 동작 모드 및 동작 조건에 따라 가스의 압축을 효율적으로 관리하는 시스템 및 방법이 제공되고, 상기 시스템은 부스터 압축기, 부스터 압축기 바이패스, 상기 부스터 압축기 및 상기 부스터 압축기 바이패스 도관에 연결된 도관, 현재 동작 조건에 기초하여 상기 가스의 흐름을 상기 부스터 압축기 바이패스 또는 상기 부스터 압축기로 선택적으로 안내하는 수단, 및 상기 부스터 압축기 및 상기 부스터 압축기 바이패스 도관에 모두 연결된 베이스라인 압축기를 포함한다.

Description

가스 상태의 변화를 효율적으로 관리하기 위한 가스 처리 시스템 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은, 전체 내용이 본 명세서에 병합된, 2015년 4월 30일자로 출원된, 발명의 명칭이 "A GAS HANDLING SYSTEM AND METHOD FOR EFFICIENTLY MANAGING CHANGES IN GASEOUS CONDITIONS"인 미국 특허 출원 제62/155129호의 우선권 및 이익을 주장한다.
기술 분야
이하는 가스 처리 시스템을 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 증가된 동작 효율을 갖는 가스 압축 시스템을 갖는 액화 천연 가스(LNG) 또는 액화 석유 가스(LPG) 가스 처리 시스템 및 이 가스 처리 시스템의 환경 조건의 변화를 관리하는 방법에 관한 것이다.
액화 천연 가스(LNG) 및 액화 석유 가스(LPG)는 극저온 냉각 기술을 이용하여 천연 가스 또는 석유 가스를 액체 상태로 냉각시킴으로써 생산될 수 있다. 극저온에서 가스를 액체로 응축시킴으로써, LNG 또는 LPG는 탱크 또는 저장조에 저장되고, 액체로 유지되며, 원하는 최종 목적지까지 장거리 수송될 수 있으며, 여기서 LNG 또는 LPG는 재-기체화되고 가압되고, 가스를 소비하는 장비 또는 차량에 의해 사용될 수 있다.
저장 탱크 및 저장조에 저장된 액화 가스를 관리, 사용 또는 수송하기 위해, LNG 또는 LPG는 LNG 또는 LPG를 사용하는 시스템의 동작 압력으로 LPG 또는 LNG를 증가시키기 위해 하나 이상의 압축 단계를 거쳐야 할 수 있다. 현재 압축 방법 및 시스템은 비효율적인 것으로 고려된다. 비효율적인 시스템 및 방법은 LNG 또는 LPG를 원하는 압력으로 압축하기 위해 전체 압축 작업 부하를 처리하는 단일 압축기에 의존한다. LNG 또는 LPG 시스템을 이용하는 시스템의 동작 조건은 임의의 특정 순간에 이러한 복잡한 LNG 또는 LPG 시스템에 의해 사용되는 동작 모드에 따라 크게 변하는 것으로 알려져 있다. 가스의 관리를 처리하기 위해 단일 압축기를 사용하는 시스템 하에서, 압축 시스템에 예상되는 LNG 또는 LPG의 최대 입력을 처리하고 이 LNG 또는 LPG를 최대 요구 압력으로 압축할 수 있는 압축기를 설치해야 한다. 발생할 수 있는 동작 조건에 대한 모든 변수 변화를 처리할 수 없는 압축기를 사용하는 경우, 단일 압축기가 압도되어 동작 조건의 가장 극한 변화를 처리할 수 없어서 모든 조건 하에서 충분히 동작하지 못할 수 있다.
더 많은 용적의 LNG 또는 LPG를 처리하는 단일 압축기에 의존하는 시스템들에서, 압축기들은 크기가 매우 크고 더 작은 압축기들보다 동작하는데 더 많은 전력을 사용할 수 있다. 더욱이, 단일 압축기가 시스템의 모든 동작 모드에 대해 단지 이용 가능한 옵션인 경우 압축기는 저전력 또는 에너지 절감 상태에 진입함이 없이 계속 동작해야 한다. 가스 압축 시스템은, 더 작고, 보다 에너지 효율적인 압축기로도 충분할 수 있는 정상 동작 조건 동안에도, 너무 크고 과잉 동력을 제공하는 압축기를 항상 동작시켜는 것으로 인해 계속 작동하기에 특히 에너지 비효율적일 수 있다.
따라서, 현재의 동작 조건에 기초하여 사용되는 압축기들을 동적으로 조정하여 시스템 내의 압축기들의 전체 동작 에너지 요구량을 감소시켜 LNG 또는 LPG의 압축 효율을 증가시킬 수 있는 가스 처리 시스템 및 방법에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 제1 양태는, 부스터(booster) 압축기, 부스터 압축기 바이패스 도관(bypass conduit), 상기 부스터 압축기와 상기 부스터 압축기 바이패스 도관에 연결된 도관으로서, 상기 도관은 상기 부스터 압축기 바이패스 또는 상기 부스터 압축기에 대한 현재의 동작 조건에 기초하여 가스의 흐름을 선택적으로 안내하는, 상기 도관, 및 상기 부스터 압축기와 상기 부스터 압축기 바이패스 도관에 모두 연결된 베이스라인(baseline) 압축기를 포함하는 가스 압축 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 제2 양태는, 가스를 압축하는 방법으로서, 부스터 압축기를 제공하는 단계, 부스터 압축기 바이패스를 제공하는 단계, 제1 동작 모드 또는 제2 동작 모드로부터 동작 모드를 선택하는 단계로서, 상기 제1 동작 모드는 상기 부스터 압축기 바이패스를 통해 상기 가스를 안내하고, 상기 제2 동작 모드는 상기 부스터 압축기로 상기 가스를 안내하는, 상기 동작 모드를 선택하는 단계, 상기 가스를 압축된 가스로 압축하는 단계, 및 두 모드에 대해 상기 부스터 압축기 바이패스로부터 상기 가스를 수용하거나 또는 상기 부스터 압축기로부터 상기 압축된 가스를 수용하고, 상기 베이스라인 압축기에 의해 상기 가스 또는 상기 압축된 가스를 압축하는 베이스라인 압축기를 제공하는 단계를 포함하는, 상기 가스를 압축하는 방법에 관한 것이다.
구성 및 동작의 상기 특징 및 다른 특징은 첨부 도면과 관련하여 취해진 이하의 상세한 설명으로부터 보다 용이하게 이해되고 충분히 파악될 것이다.
동일한 도면 부호가 동일한 부재를 나타내는 다음 도면을 참조하여 일부 실시예들이 상세히 설명될 것이다.
도 1a는 가스 압축 시스템의 일 실시예의 개략도를 도시한다;
도 1b는 도 1a의 가스 압축 시스템의 대안적인 실시예의 개략도를 도시한다;
도 2는 가스 압축 시스템의 다른 대안적인 실시예의 개략도를 도시한다;
도 3은 가스 압축 시스템의 또 다른 대안적인 실시예의 개략도를 도시한다;
도 4는 가스 압축 시스템의 컴퓨팅 시스템의 일 실시예를 도시한다; 및
도 5는 복수의 부스터 압축기를 포함하는 대안적인 가스 압축 시스템의 개략도를 도시한다.
개시된 장치, 방법 및 시스템의 이하 설명되는 실시예들의 상세한 설명은 도면을 참조하여 본 명세서에서 예시로서 주어진 것일 뿐 본 발명을 제한하려는 것이 아니다. 비록 특정 실시예들이 도시되고 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구범위를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 알아야 한다. 본 발명의 범위는 구성 요소의 수, 그 재료, 그 형상, 그 상대적인 배열 등으로 제한되는 것이 아니고, 단지 본 발명의 실시예의 예시로서 제시된 것이다.
상세한 설명의 서두로서, 본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용된, 단수 형태의 요소 및 "상기" 요소는 문맥에 명확히 달리 지시하지 않는 한 복수의 요소를 포함하는 것으로 이해된다.
도면을 참조하면, 도 1a의 개략도는 예를 들어 LNG 또는 LPG 시스템으로부터 가스를 관리, 제어, 사용, 수송 또는 전달하기 위한 시스템에 구현되거나 통합될 수 있는 압축 시스템(100)을 설명한다. 아래에서 설명되고 본 출원의 도면에 도시된 압축 시스템의 실시예는, LNG/LPG 운반선 추진 시스템, 재액화 시스템 및 LPG 또는 LNG 송출 시스템, 및 LNG/LPG 플랜트의 액화 또는 정화 시설을 포함하는, LNG 또는 LPG 운반선을 포함하지만 이로 제한되지 않는, 다수의 상이한 유형의 천연 가스, LNG 또는 LPG 시스템에 적용될 수 있다. 후술되는 압축 시스템의 실시예는 또한 천연 가스, 석유 가스를 사용하여 동력을 공급받는 엔진을 갖는 다른 LPG 또는 LNG 차량, 및 LNG 또는 LPG를 운반선, 차량 및 소비자에게 전달하는데 사용되는 충전 스테이션 또는 설비를 위한 시스템에 통합될 수 있다.
도 1a를 참조하면, 압축 시스템(100)의 실시예는 압축되거나 압축되지 않은 천연 가스 또는 석유 가스의 스트림을 도관(101)을 통해 수용할 수 있다. 도관(101)은 저장조 또는 저장 탱크와 같은 소스로부터 천연 가스 또는 석유 가스의 스트림을 수송할 수 있다. 일부 실시예에서, 저장조 또는 저장 탱크는 LNG 또는 LPG로 채워질 수 있다. 다른 실시예에서, 압축 시스템(100)에 유입되는 가스의 소스는 압축 시스템(100)에 도달하기 전에 LNG 또는 LPG를 사용할 수 있는 상류 공정 또는 시스템으로부터 도관(101)을 통해 압축 시스템(100)으로 유입될 수 있다. 가스가 도관(101)을 통해 압축 시스템(100)으로 유입됨에 따라, 가스는 접합 지점(junction point)(102)에 도달할 수 있고, 여기서 가스는 부스터 압축기(105)로 유입될 수 있고 또는 가스는 부스터 압축기 바이패스(103)로 유입될 수 있다. 부스터 압축기 바이패스(103)로 유입되는 가스는 부스터 압축기(105)를 회피할 수 있다.
압축 시스템(100)의 실시예는 특정 동작 조건 동안 부스터 압축기(105)의 사용을 회피하기 위해 부스터 압축기 바이패스(103)의 사용을 채택할 수 있다. 예를 들어, 도관(101)을 통해 시스템(100)으로 유입되는 가스가 부스터 압축기(105)의 지원 없이 시스템(100)에 의해 적절하게 압축되고 관리될 수 있는 동작 조건 하에서, 부스터 압축기(105)는 바이패스될 수 있다. 디폴트 압축 시스템(100)의 압축 능력을 보충하는 부스터 압축기(105) 또는 추가적인 보조 장비의 구현 없이 시스템(100)에 의해 관리될 수 있는 조건은 베이스라인 조건이라고 지칭될 수 있다.
베이스라인 조건의 실시예는 압축 시스템(100)의 환경에 관한 사용자-한정된 또는 시스템-한정된 값 또는 값의 범위일 수 있으며, 여기서 시스템은 부스터 압축기(105)와 같은 추가적인 보조 장비를 사용하지 않고도 적절하게 동작할 수 있다. 베이스라인 조건은 압축 시스템(100) 실시예들의 셋업 및 압축 시스템 내에 제공된 장비의 전체 성능에 따라 변할 수 있다. 각 시스템 실시예의 전체 성능은 압축 시스템의 구성 및 압축 시스템의 기능을 수행하는 장비에 따라 변할 수 있다.
사용자는 압축 시스템이 동작할 수 있는 환경 조건에 따라 상이하게 개시되는 압축 시스템의 실시예의 베이스라인 조건을 구성할 수 있다. 사용자가 베이스라인 조건을 구성할 때 고려할 수 있는 환경 조건은 시스템(100)으로 유입되는 가스의 용적, 시스템의 온도, 가스의 온도, 동작 시간, 설정된 시간 간격, 압축 시스템 내 디폴트 장비의 에너지 소비량, 및 베이스라인 조건 하에서 장비의 최대 동작 용량을 포함하지만 이로 제한되지 않는 변수에 대한 값 또는 값의 범위를 포함할 수 있다.
더욱이, 압축 시스템(100) 내에 배치된 하나 이상의 센서를 사용하여 압축 시스템(100)에서 환경 조건이 모니터링되고 측정될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 압력 센서, 열 센서 또는 온도 센서가 압축 시스템을 통해 흐르는 가스의 상태 및 동작 환경의 측정값에 관한 환경 조건 데이터를 전송하기 위해 압축 시스템(100)의 도관 내에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 센서는 시스템(100)이 베이스라인 조건 내에서 동작하고 있음을 식별하기 위해 베이스라인 압축기(109), 부스터 압축기(105) 또는 열 교환기(111, 112)에 장착되거나 통합될 수 있다. 일부 실시예에서, 압축 시스템(100) 내의 센서에 의해 수신된 데이터는 압축 시스템(100)의 조작자 또는 관리자에 의해 사용, 유지 또는 관찰되는 제어 패널 또는 키오스크와 같은 컴퓨팅 시스템에 전송될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따라, 가스 압축 시스템의 환경 조건 및 하나 이상의 동작 모드를 활성화시키는 것에 관한 데이터 및 정보의 전송을 수신하는데 사용되는 컴퓨터 시스템(490)을 도시한다. 컴퓨터 시스템(490)은 프로세서(491), 상기 프로세서(491)에 결합된 입력 디바이스(492), 상기 프로세서(491)에 결합된 출력 디바이스(493), 및 상기 프로세서(491)에 각각 결합된 메모리 디바이스(494 및 495)를 포함할 수 있다. 입력 디바이스(492)는 특히 키보드, 마우스 등일 수 있다. 출력 디바이스(493)는 특히 프린터, 플로터, 컴퓨터 스크린, 자기 테이프, 착탈식 하드 디스크, 플로피 디스크 등일 수 있다. 메모리 디바이스(494, 495)는 특히 하드 디스크, 플로피 디스크, 자기 테이프, 콤팩트 디스크(CD) 또는 디지털 비디오 디스크(DVD)와 같은 광학 저장 디바이스, 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 판독 전용 메모리(ROM) 등일 수 있다. 메모리 디바이스(495)는 컴퓨터 실행 가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램일 수 있는 컴퓨터 코드(497)를 포함할 수 있다. 컴퓨터 코드(497)는, 가스 압축 시스템 내의 환경 조건을 기록 및 디스플레이할 수 있고 컴퓨팅 시스템에 제공된 환경 조건 데이터에 응답하여 본 발명에서 설명된 하나 이상의 동작 모드를 더 선택적으로 활성화할 수 있는 소프트웨어 또는 프로그램 명령을 포함한다. 프로세서(491)는 컴퓨터 코드(497)를 실행한다. 메모리 디바이스(494)는 입력 데이터(496)를 포함한다. 입력 데이터(496)는 컴퓨터 코드(897)에 의해 요구되는 입력을 포함한다. 출력 디바이스(493)는 컴퓨터 코드(497)로부터 출력을 디스플레이한다. 메모리 디바이스(494 및 495)(또는 도 4에 도시되지 않은 하나 이상의 추가적인 메모리 디바이스) 중 어느 하나 또는 둘 모두는 그 내부에 구현된 컴퓨터 판독 가능 프로그램 및/또는 내부에 저장된 다른 데이터를 갖는 컴퓨터 사용 가능 저장 매체(또는 프로그램 저장 디바이스)로서 사용될 수 있으며, 여기서 컴퓨터 판독 가능 프로그램은 컴퓨터 코드(497)를 포함한다. 일반적으로, 컴퓨터 시스템(490)의 컴퓨터 프로그램 제품(또는 대안적으로 제조 물품)은 상기 컴퓨터 사용 가능 저장 매체(또는 상기 프로그램 저장 디바이스)를 포함할 수 있다.
도 4는 하드웨어 및 소프트웨어의 특정 구성으로서 컴퓨터 시스템(490)을 도시하지만, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 알려진 바와 같이, 하드웨어 및 소프트웨어의 임의의 구성은 도 4의 특정 컴퓨터 시스템(490)과 관련하여 전술한 목적을 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 메모리 디바이스(494 및 495)는 별개의 메모리 디바이스라기보다는 단일 메모리 디바이스의 일부분일 수 있다.
일부 실시예에서, 하드 드라이브, 광학 디스크 또는 다른 기록 가능한, 재기록 가능한, 또는 착탈 가능한 하드웨어 메모리 디바이스(495)로부터 저장되고 액세스되는 것이 아니라, 저장된 컴퓨터 프로그램 코드(497)는 판독 전용 메모리(ROM) 디바이스와 같은 정적인 비-착탈식, 판독 전용 저장 매체에 저장될 수 있으며, 또는 프로세서(491)에 의해 정적인, 비-착탈식, 판독 전용 매체로부터 직접 액세스될 수 있다. 유사하게, 일부 실시예에서, 저장된 컴퓨터 프로그램 코드(497)는 컴퓨터 판독 가능 펌웨어로서 저장될 수 있거나, 또는 하드 드라이브 또는 광학 디스크와 같은, 보다 동적이거나 착탈 가능한 하드웨어 데이터 저장 디바이스(495)로부터가 아니라, 이러한 펌웨어로부터 직접 프로세서(491)에 의해 액세스될 수 있다.
압축 시스템(100)의 실시예는 복수의 동작 모드를 포함할 수 있다. 이러한 복수의 동작 모드는 압축 시스템 내 장비의 구성에 따라 변할 수 있다. 보다 복잡한 구성을 갖는 실시예에서, 동작 모드의 수는 더 단순하거나 덜 복잡한 시스템보다 더 클 수 있다. 복수의 동작 모드는 또한 압축 시스템에 의해 경험되는 동작 조건의 변화 또는 변동에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 압축 시스템(100)의 동작 동안 보다 넓은 어레이의 동작 조건을 경험하는 시스템은 특정 동작 조건이 압축 시스템에 존재할 때 선택할 수 있는 동작 모드를 더 많이 포함할 수 있다. 마찬가지로, 동작 조건의 변화를 더 적게 경험하는 압축 시스템(100)의 실시예는 보다 제한된 수의 동작 모드로 프로그래밍될 수 있다. 일부 실시예에서, 센서로부터 데이터를 수신하는 컴퓨팅 시스템, 제어 패널 또는 키오스크는, 가스 압축 시스템에 존재하는 하나 이상의 센서에 의해 기록된 환경 조건의 변화에 응답하여 아래에서 설명된 하나 이상의 동작 모드를 자동으로 선택하고 활성화할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 가스 압축 시스템의 사용자 또는 관리자는, 가스 압축 시스템에 존재하는 환경 조건의 변화에 응답하여 본 명세서에 설명된 동작 모드를 수동으로 선택할 수 있고 이 선택된 동작 모드는 하나 이상의 센서에 의해 기록된 환경 조건을 수신하고 모니터링하는 컴퓨팅 시스템에 전송될 수 있다.
일부 실시예에서, 베이스라인 조건이 시스템 내에 존재할 때 디폴트 동작 모드가 선택될 수 있다. 베이스라인 조건에서 동작하는 시스템(100)의 실시예는 이 디폴트 동작 모드를 그 제1 동작 모드로 고려할 수 있다. 제1 동작 모드에서, 도관(101)을 통해 시스템(100)으로 유입되는 압축되거나 압축되지 않은 가스의 스트림은 바이패스(103)를 통해 계속하고 부스터 압축기(105)를 회피하도록 선택적으로 안내될 수 있다. 제1 동작 모드에서 부스터 압축기(105)를 회피함으로써 부스터 압축기(105)는 저전력 상태 또는 오프 상태에 유지될 수 있고, 또는 만약 이전에 활성화 상태에서, 제2 동작 모드로부터 제1 동작 모드로 다시 변한 것이라면 압축 시스템이 부스터 압축기를 활성화 상태로부터 저전력 상태로 스위칭(switch)할 수 있다. 베이스라인 동작 조건 하에서 부스터 압축기(105)를 회피하면 압축 시스템(100)의 에너지 소비를 감소시키는데 유용할 수 있다. 바이패스(103)를 빠져나간 후에, 가스는 도관(107)으로 유입될 수 있다. 본 출원에서 도관들은 설명 및 식별을 위해 별도로 표시되었으나, 일부 실시예에서, 도관(101, 103 및 107)은 도 1a 내지 도 3에 도시되고 본 명세서에 설명된 가스 압축 시스템의 각 구성 요소를 통과하는 하나의 연속 도관일 수 있다.
도관(103)을 빠져 나가 도관(107)을 따라 수송되는 가스는 베이스라인 압축기(109)의 입구로 유입될 수 있다. 베이스라인 압축기(109)는 베이스라인 조건 하에서 압축 시스템(100)에서 동작하는 임의의 압축기일 수 있다. 베이스라인 압축기(109)는 베이스라인 조건 하에서 보조 장비로부터 추가적인 지원 없이 시스템(100)으로 유입 및 유출되는 가스의 압축 및 배출을 처리하는 압축기일 수 있다. 일부 실시예에서, 베이스라인 압축기는 저 듀티(low duty) 압축기라고 지칭될 수 있다. 저 듀티 압축기는 단일 스테이지 또는 다중 스테이지의 압축기일 수 있다. 압축 시스템에 존재하는 저 듀티 압축기의 유형은 압축 시스템(100)이 통합된 전체 시스템에 의존할 수 있다. 예를 들어, 저 듀티 압축기는 1개의 스테이지 내지 4개 이상의 스테이지를 가질 수 있다. 예를 들어, 증기 터빈 추진 시스템을 사용하는 일 실시예에서 1-스테이지의 저 듀티 압축기가 존재할 수 있는 반면에, LNG 운반선용으로 사용되는 것과 같은 이중 연료 디젤-전기(dual fuel diesel-electric: DFDE) 추진 시스템에서 저 듀티 압축기는 2-스테이지 또는 4-스테이지의 압축기일 수 있다.
도 1a를 다시 참조하면, 베이스라인 압축기(109)의 입구로 유입되는 가스는 압축 시스템(100)을 일부 구성으로 포함하는 LNG, LPG 또는 임의의 다른 시스템의 필수적인 또는 원하는 압력 요구 조건에 도달하기 위해 미리 선택된 또는 미리 결정된 양의 압축을 받을 수 있다. 베이스라인 압축기 내의 가스가 적절한 압축 레벨에 도달하면, 도관(110) 내 압축된 가스는 압축 시스템(100)으로부터 배출될 수 있고, 압축 시스템(100)으로부터 하류에 추가적인 사용 또는 저장을 위해 원하는 목적지, 기계류, 엔진 또는 장비로 더 수송될 수 있다. 또한, 도관(110) 내 압축된 가스는 출구를 빠져나와 압축 시스템에서 추가적으로 압축하기 위해 다른 압축기의 입구로 유입될 수 있다.
베이스라인 압축기(109)의 실시예는 압축을 위해 LNG, LPG 또는 다른 가스 이용 시스템 내에서 이용되는 임의의 유형의 압축기일 수 있다. 사용된 압축기의 예는 원심 압축기 또는 축류 압축기와 같은 동적 압축기를 포함할 수 있다. 압축 시스템(100)에 사용될 수 있는 다른 압축기는 왕복 압축기 또는 회전 압축기를 포함할 수 있다. 왕복 압축기의 유형은 다이어프램, 복동식 또는 단동식 압축기를 포함할 수 있지만, 이로 국한되지 않는 반면, 회전 압축기의 유형은 로브(lobe), 나선형-나사, 액체 링, 스크롤 또는 슬라이딩 베인 압축기를 포함할 수 있다.
시스템(100)의 실시예는 제1 동작 모드를 넘어서 복수의 하나 이상의 추가적인 동작 모드를 더 포함할 수 있다. 각각의 다른 동작 모드는 시스템(100)의 베이스라인 조건의 환경 조건을 나타내는 하나 이상의 변수가 사용자 또는 시스템에 의해 프로그래밍되거나 설정된 값 또는 값의 범위보다 높거나 낮게 연장될 때 개별적으로 개시될 수 있다. 각각의 상이한 동작 모드는 이름 또는 숫자로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 각각의 후속 동작 모드는 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 등으로 지칭되거나, 또는 부스터 동작 모드, 저전력 동작 모드, 보충 동작 모드, 액화 동작 모드 등과 같은 설명 이름으로 지칭되거나, 또는 압축 시스템에 의해 수행되는 동작 모드의 목적을 나타낼 수 있는 임의의 다른 설명 제목으로 지칭될 수 있다.
압축 시스템에 존재하는 베이스라인 조건 또는 환경 조건의 상이한 변화에 응답하여 압축 시스템(100)에 의해 프로그래밍, 선택 또는 활성화될 수 있는 동작 모드의 수에는 제한이 없다. 베이스라인 동작 조건의 변동은 압축 시스템(100)이 연결된 LNG, LPG 또는 다른 가스 시스템의 유형에 기초하여 빈번하게, 덜 빈번하게 또는 설정된 간격으로 발생할 수 있다. LNG, LPG 또는 다른 가스 시스템의 추가적인 시스템은 연속적으로 활성화 또는 비활성화될 수 있고, 이러한 추가적인 시스템의 효과는 압축 시스템(100)에 존재하는 환경 조건의 변화를 야기할 수 있다. 이 변화에 응답하여, 압축 시스템(100)은 압축 시스템의 환경 변화에 응답하여 활성화되도록 프로그래밍된 상이한 동작 모드들 중 하나 이상의 동작 모드를 트리거, 활성화, 개시 또는 실행함으로써 응답할 수 있다.
압축 시스템(100) 내의 환경 조건이 다른 동작 모드를 활성화시킬 수 있는 상황 하에서, 압축 시스템(100)에 연결된 추가적인 장비는 수동으로 또는 자동으로 사용자 또는 시스템 자체에 의해 선택, 지정 또는 프로그래밍된 방식으로 활성화될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제2 또는 후속 동작 모드는 부스터 압축기(105)를 활성화시켜 시스템(100)으로 도입되는 가스를 압축하여 베이스라인 압축기(109)를 지원할 수 있다. 부스터 압축기(105)는, 가스 압축 시스템의 압력을 일시적으로 증가시키고, 가스 압축 시스템을 빠져 나가는 압축 가스의 목표 압력을 충족시키기 위해 베이스라인 조건 하에서 동작하는 압축기의 성능을 넘어서 추가적인 압축을 제공할 수 있는 임의의 유형의 압축기를 지칭할 수 있다. 부스터 압축기의 실시예는 다른 압축기의 입구 또는 흡입 라인으로 배출된다. 시스템(100) 내 부스터 압축기(105)의 실시예는 부스터 압축기(105)에 의해 압축된 가스를 추가적인 압축을 위해 중간 도관(107)을 통해 베이스라인 압축기(109)의 입구로 배출할 수 있다.
예를 들어 가스 압축 시스템(100)에 존재하는 환경 조건이 미리 프로그래밍되거나 미리 결정된 값 또는 값의 범위 밖에 있는 것에 응답하여 동작 모드가 활성화되는 시스템(100)의 하나 이상의 실시예에서, 도관(101)을 통해 시스템(100)에 도달하는 가스는 제1 동작 모드에서 사용되는 부스터 압축기 바이패스(103) 대신에 부스터 압축기(105)로 이동하도록 선택적으로 안내될 수 있다. 가스가 부스터 압축기(105)로 유입됨에 따라, 가스는 베이스라인 압축기(109)에 의해 관리될 수 있는 중간 압력으로 압축될 수 있다. 이 예비 압축 단계는, 도관(110)에서 배출되는 압축된 가스의 압력 요구조건을 충족시키기 위해, 베이스라인 압축기(109)로 가는 가스의 용적을 감소시키고, 베이스라인 압축기에 의해 수행되는 전체 압축의 양을 감소시킴으로써 베이스라인 압축기를 지원할 수 있다. 이어서, 부스터 압축기(105)의 배출구로부터 중간 압축된 가스를 수용하는 베이스라인 압축기(109)는 도관(110)에서 압축 시스템(100)의 압축 목표 레벨을 달성하기 위해 가스를 추가로 압축할 수 있다.
예를 들어, 베이스라인 조건 하에서, 시스템(100)의 제1 동작 모드는 지정된 온도 또는 온도 범위 하에서 시스템이 동작할 때 활성 상태로 유지될 수 있다. 시스템(100)의 온도가 베이스라인 조건에 대해 프로그래밍된 온도 범위 설정보다 높거나 낮게 변할 때, 제2 동작 모드는 가스 압축 시스템에 의해 개시되거나 활성화될 수 있다. 이 예에서, 온도가 베이스라인 조건을 넘어서 상승함에 따라, 압축 시스템(100)으로 유입되는 가스의 용적은 LNG, LPG 또는 다른 가스 시스템의 도관(110) 내에 요구되는 배출 압력을 충족시키기 위해 자체적으로 적절히 가스를 압축하는 베이스라인 압축기(109)의 능력을 넘는 레벨로 증가될 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 동작 모드는 베이스라인 조건을 넘는 온도 변동으로 인해 가스의 용적의 상승을 보상하기 위해 부스터 압축기(105)와 같은 제2 압축기를 개시할 수 있다. 이 실시예에서, 부스터 압축기(105)가 활성화되면, 부스터 압축기(105)는 초기에 압축 시스템으로 유입되는 가스를 베이스라인 압축기에 의해 관리 가능한 중간 압력으로 압축할 수 있다. 일부 실시예에서, 부스터 압축기(105)로부터 배출되는 압축된 가스는 도관(101)을 통해 압축 시스템(100)으로 유입되는 가스의 압력보다는 더 크지만 최종 배출 압력(110)보다는 더 작은 압력을 가질 수 있다. 부스터 압축기(105)로부터 배출되는 압축된 가스를 수용하는 베이스라인 압축기는 부스터 압축기로부터 배출되는 가스를 추가로 압축하여 가스 처리 시스템의 도관(110)에서 배출되는 가스에 필요한 압력으로 압력을 추가로 상승시킬 수 있다.
압축 시스템(100)의 실시예는 동작 동안 임의의 지점에서 압축 시스템(100) 내에 존재하는 환경 조건의 변화에 동적으로 응답할 수 있다. 전술된 바와 같이, 압축 시스템(100)의 실시예는 환경 조건을 한정하는 변수가 베이스라인 조건으로서 설정된 값 또는 설정된 값의 범위를 벗어나 변위할 때 하나 이상의 상이한 동작 모드에 진입할 수 있다. 압축 시스템(100)의 환경 조건의 변화에 대한 이러한 동적 응답은 제2 또는 후속 동작 모드를 선택적으로 활성화하는 것에 의해 발생할 뿐만 아니라 베이스라인 조건이 다시 충족될 때 제1 동작 모드로 후속 복귀하는 것에 의해 발생할 수 있다.
상기 온도 예를 사용하여, LNG 또는 LPG 시스템의 실시예는 필요할 때 활성화 및 비활성화될 수 있는 재-액화 시스템을 포함할 수 있다. LNG 또는 LPG 시스템의 하나의 구획에서 재-액화 시스템의 활성화 및 비활성화는 실제 도관(101)을 통해 압축 시스템(100)으로 유입되는 가스의 환경 온도의 상승 및 하강을 유발할 수 있다. LNG 또는 LPG 시스템의 일부 실시예에서, 재-액화 시스템의 활성화는 압축 시스템(100)으로 유입되는 가스의 온도 상승을 야기할 수 있고, 온도의 상승은 제1 동작 모드의 베이스라인 조건을 초과할 수 있다. 허용 가능한 베이스라인 온도 범위를 넘는 온도를 포함하는 환경 조건에 응답하여, 시스템(100)의 실시예는 압축 시스템을 지원하기 위해 제2 동작 모드를 동적으로 활성화시킬 수 있다. 제2 동작 모드는 압축 시스템(100)을 포함하는 가스 처리 시스템의 도관(110)에서 필요한 배출 압력을 달성하기 위해 부스터 압축기(105) 및 베이스라인 압축기(109)를 함께 직렬로 이용할 수 있다.
이후, LNG, LPG 또는 다른 가스 처리 시스템은 하류 압축 시스템에 연결된 재-액화 시스템을 비활성화시킬 수 있다. 재-액화 시스템이 비활성화되면 재-액화 시스템의 하류에 위치된 압축 시스템(100)에 도달하는 가스의 온도가 베이스라인 조건 내로 다시 감소할 수 있다. 가스 온도가 복귀하여 미리 설정된 또는 미리 프로그래밍된 베이스라인 조건의 허용 가능한 범위 내에 있는 것에 응답하여, 압축 시스템(100)은 제2 동작 모드에서 동작하는 것을 중단하고, 필요치 않는 부스터 압축기(105)를 우회하도록 부스터 압축기 바이패스(103)를 이용할 수 있는 제1 동작 모드로 복귀할 수 있다.
압축 시스템(100)의 실시예는 압축 시스템의 일부로서 사용되는 장비에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 가변 개수의 밸브(124, 125, 126, 128), 스위치 또는 게이트(121, 123), 및 열 교환기 또는 인터쿨러(intercooler)(111, 112)를 포함할 수 있다. 압축 시스템(100)에 통합된 밸브, 스위치, 게이트, 열 교환기 또는 인터쿨러의 유형, 구성, 위치 및/또는 개수는 압축 시스템(100)의 실시예가 연결되는 LNG, LPG 또는 다른 가스 처리 시스템의 목적에 의존할 수 있다. 더욱이, 부스터 압축기(105) 또는 베이스라인 압축기(109)의 크기, 스테이지 및 에너지 소비량은 변할 수 있고 따라서 필요한 압축기의 양 및 복수의 열 교환기 또는 인터쿨러에 의해 이들 압축기(105, 109)에 제공되는 냉각의 양은 또한 적절한 동작 조건 또는 선택된 동작 모드를 유지하기 위해 필요에 따라 변할 수 있다.
추가적인 실시예에서, 동작 모드는, 베이스라인 압축기(들)는 턴오프될 수 있는 동안, 부스터 압축기(105)만이 동작하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 압축 시스템 내의 환경 조건에 의해 이 동작 모드가 활성화될 수 있는 환경 하에서, 도관(101)을 통해 시스템(100)에 도달하는 가스는, 제1 또는 다른 동작 모드에서 사용되는 부스터 압축기 바이패스(103)를 이용하는 대신에, 부스터 압축기(105)로 이동할 수 있다. 가스가 부스터 압축기(105)에 유입됨에 따라, 가스는 도관(110)에서 압축된 가스를 생성하는 목표 압축 레벨로 배출하기에 적절한 압력으로 압축될 수 있다. 가스가 저 듀티 베이스라인 압축기(109)를 바이패스하는 그러한 실시예에서, 가스는 도관(107)을 통해 부스터 압축기(105)를 빠져 나와, 베이스라인 압축기(109)(턴오프되었을 수 있음)를 바이패스하도록 구성된 베이스라인 압축기 바이패스를 통해 베이스라인 압축기(들)를 바이패스하고, 압축된 가스(110)를 배출하는 압축 시스템의 출구에 도달할 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 압축 시스템(200)의 대안적인 실시예에서, 압축 시스템(200)은 부스터 압축기(105)의 입구 및 배출구에 연결될 수 있는 리사이클링 루프(recycling loop)(201)를 더 포함할 수 있다. 압축 시스템(200)의 일부 실시예에서 도관(101)을 통해 압축 시스템(200)으로 유입되는 가스의 일부는 제1 접합부(102)에서 바이패스(103) 대신에 부스터 압축기(105)에 유입될 수 있다. 제1 동작 모드가 활성일 때 부스터 압축 루프의 효과를 제한하기 위하여 부스터 압축기(105)의 배출구를 빠져 나온 압축된 가스는 도관(107)을 따라 계속하는 대신 리사이클링 루프(201)로 전환(diverted)될 수 있다. 중간 압축된 가스와 같은 가스가 부스터 압축기의 배출구를 빠져 나감에 따라, 리사이클 루프(201)는 부스터 압축기의 배출구를 빠져 나가는 가스를 부스터 압축기의 입구로 다시 전달할 수 있다.
도 1b의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 도관(101)을 통해 유입되는 가스는 부스터 압축기(105) 또는 부스터 압축기 바이패스(103)로 유입되도록 안내될 수 있다. 가스의 일부가 부스터 압축기(105)로 유입될 때 배출되는 가스는 도면에 도시된 공정 제어 밸브(124)와 같은 제어 밸브에 의해 도관(107)에 접근하는 것이 방지될 수 있다. 압축된 가스가 제어 밸브(124)를 넘어갈 수 없기 때문에, 가스는 중간 압축된 가스를 다시 부스터 압축기(105)로 순환시키는 리사이클링 루프(201) 내로 강제될 수 있다. 부스터 압축기를 통해 가스를 수송하는 도관이 가압됨에 따라, 추가적인 가스는 부스터 압축기(105) 또는 리사이클 루프(201)에 유입될 수 없으므로 도관(101)을 통해 압축 시스템(200)으로 유입되는 가스는 시스템(200)이 제1 동작 모드에서 기능할 때 바이패스(103)를 통해 강제될 수 있다.
바이패스(103)는 또한 일부 실시예에서 제어 밸브(125)를 포함할 수 있다. 베이스라인 조건 하에서 제1 동작 모드에서 동작할 때, 이 제어 밸브(125)는 가스가 바이패스(103)를 통해 제2 도관(107)으로 가고 이후 베이스라인 압축기(109)의 입구로 더 갈 수 있도록 개방된 채 유지될 수 있다. 그러나, 동작 모드가 제1 동작 모드로부터 제2 동작 모드로 스위칭될 수 있는 압축 시스템(200)의 일 실시예에서, 바이패스(103) 내에 존재하는 제어 밸브(125)는 폐쇄될 수 있다. 유사하게, 제어 밸브(125)가 제2 동작 모드로 변할 때 폐쇄됨에 따라, 부스터 압축기(105) 루프에 존재하는 제어 밸브(126 및 124)는 개방될 수 있다. 이 실시예에서, 제2 동작 모드가 개시되고, 제어 밸브(126)가 개방되고, 제어 밸브(124)가 개방될 때, 제어 밸브(125)는 폐쇄되고 가스를 부스터 압축기(105)로 안내할 것이다. 제어 밸브(125)는 부스터 압축기(105)를 떠나는 가스가 부스터 압축기(105)의 입구로 복귀하는 것을 제한하거나 또는 방지하기 위해 부분적으로 또는 완전히 폐쇄될 수 있다. 따라서, 압축 시스템(200)으로 유입되는 가스는 도관(107)을 통해 베이스라인 압축기(109)의 입구 또는 흡입 라인으로 배출되는 부스터 압축기(105)를 포함하는 대안적인 루트를 통해 안내될 수 있다.
리사이클링 루프(201)에서 이전에 트랩된 가스가 부스터 압축기(105)로부터 배출됨에 따라, 가스는 이제 제2 동작 모드가 활성화될 때 개방된 제어 밸브(124)를 통해 빠져나갈 수 있다. 리사이클 루프(201)에서 포획되어 있는 것이 아니라, 가스는 이제 부스터 압축기(105)에 의해 제공되는 원하는 중간 압력 하에서 도관(107)으로 유입될 수 있고, 도관(110)에서 압축된 배출 압력으로 베이스라인 압축기에 의해 적절히 가압될 수 있다. 나아가, 압축 시스템(200)의 실시예는 도관(107) 내의 가스가 시스템 내에서 역방향으로 흐르는 것을 방지하거나 또는 방해하는 체크 밸브(121 및 123)와 같은 하나 이상의 밸브 또는 게이트를 더 포함할 수 있다. 공정 제어 밸브(124)와 같은 제어 밸브는, 부스터 압축기(105)가 시스템(200)에 영향을 미치지 않고 분리되어 시작될 수 있도록, 체크 밸브(123) 근처에, 다음에 또는 부근에 배치될 수 있다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 일 방향 체크 밸브(121)는 바이패스 도관(103)으로부터 도관(107)으로 이동하는 가스가 바이패스 도관 내로 역방향으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 마찬가지로, 체크 밸브(123)는 도관(107)으로 부스터 압축기를 빠져 나가는 가스가 부스터 압축기 루프 또는 리사이클링 루프(201)로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서에 설명되고 도 1a, 도 1b, 도 2 및 도 3에 도시된 압축 시스템의 예시적인 실시예에서, 부스터 압축기(105) 및 베이스라인 압축기(109)는 둘 이상의 물리적으로 별개의 압축기 유닛으로 도시될 수 있다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 부스터 압축기(105) 및 베이스라인 압축기(109)는 부스터 압축기 구획 및 베이스라인 압축기 구획을 포함하는 다중 압축 스테이지를 갖는 단일 압축기 유닛일 수 있다. 전술된 시스템과 유사하게, 단일의 통합된 압축기 유닛은 압축 시스템의 환경 조건에 따라 다중 스테이지로 동작할 수 있고, 논의된 이전의 시스템과 유사하게 복수의 선택 가능한 동작 모드를 갖도록 추가로 프로그래밍될 수 있다. 마찬가지로, 통합된 압축 유닛의 실시예는, 가스가 통합된 압축기의 부스터 스테이지로 유입되는 것뿐만 아니라 일부 실시예에서 부스터 스테이지를 위한 리사이클링 루프로 유입되는 것을 방지할 수 있는 제1 동작 모드에서 동작할 때 개방 바이패스를 또한 포함할 수 있다. 더욱이, 전술된 실시예와 같이, 통합된 압축기 유닛은 환경 조건 및 미리 설정된 베이스라인 조건 또는 조건의 범위에 기초하여 프로그래밍된 동작 모드를 동적으로 스위칭, 수행 또는 활성화하여 통합된 압축기의 부스터 압축 스테이지들을 결합시키거나 또는 결합 해제시킬 수 있다.
압축 시스템(100, 200)의 실시예는 단 하나의 부스터 압축기(105) 및 단일 베이스라인 압축기(109)를 갖는 시스템으로 제한되지 않는다. 압축 시스템의 일부 실시예에서, 압축 시스템에 채용된 복수의 베이스라인 또는 부스터 압축기 또는 복수의 스테이지를 갖는 통합된 베이스라인 또는 부스터 압축기가 있을 수 있다. 압축 시스템(300)의 실시예에 도시된 바와 같이, 베이스라인 압축기는 하나의 또는 수 개의 압축 스테이지를 포함할 수 있다. 도 2의 예시적인 실시예에 의해 도시된 바와 같이, 베이스라인 압축기는 원하는 압력으로 도관(110)의 배출구에 도달하는 데 필요한 미리 설정된 개수의 스테이지를 갖게 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 복수의 베이스라인 압축기(109, 309, 311, 313)는 더 적은 개수의 더 크거나 더 강력한 압축기들을 사용하는 시스템에 비해 압축기의 크기를 줄이거나 에너지 효율을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 시스템은 다수의 베이스라인 압축기를 사용할 수 있으며, 여기서 더 적은 개수의 압축기는 실현 가능하지 않거나 실용적이지 않을 수 있다. 베이스라인 압축기의 개수 또는 베이스라인 압축기가 시스템(300)에서 가질 수 있는 스테이지의 개수는 압축 시스템(300)을 통합하는 LNG, LPG 또는 다른 가스 시스템의 요구조건 및 용도에 따라 변할 수 있다.
압축 시스템의 대안적인 실시예에서, 복수의 베이스라인 압축기(109, 309, 311, 313)는 압축 시스템의 전체 가압 성능 또는 효율을 증가시키기 위해 서로 직렬로 배치되는 것만으로 제한되지 않는다. 일부 대안적인 실시예에서, 복수의 하나 이상의 베이스라인 압축기(109, 309, 311, 313)는 제2 복수의 베이스라인 압축기(408, 409, 411, 413)와 병렬로 배치될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 도관(107)을 통해 유입되는 가스는 도관(407)을 통해 제1 복수의 베이스라인 압축기(109, 309, 311, 313) 및/또는 제2 복수의 평행한 베이스라인 압축기(408, 409, 411, 413) 중 하나로 들어갈 수 있다. 제1 복수의 베이스라인 압축기(109, 309, 311, 313) 및 제2 복수의 베이스라인 압축기(408, 409, 411, 413)로 유입되는 가스는 제2 복수의 베이스라인 압축기로 유입되는 가스의 압력이 도관(110)의 제1 배출구 또는 도관(410)의 제2 배출구 중 어느 하나에서 원하는 목표 압력으로 배출될 때까지 하나 이상의 압축기에 의해 압축될 수 있다. 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 도관(110) 및 도관(410) 내의 압축된 가스들은 압축 시스템(400)을 통합하거나 또는 이용하는 가스 시스템 및 사용자에 의해 요구되는 필수 압력의 압력을 갖는 단일 가스 스트림을 도관(420)에 형성하도록 결합될 수 있다. 도관(420)으로 흐르는 도관(110, 410) 내 이들 결합된 가스는 LPG, LNG 또는 다른 가스 시스템의 그 다음 하류 단계로 수송될 수 있다.
LNG, LPG 또는 다른 가스 시스템에 통합된 압축 시스템의 실시예가보다 복잡해지거나 추가적인 장비 및 배열을 포함함에 따라, 추가적인 동작 모드들이 이용될 수 있다. 예를 들어, 압축 시스템(400)의 베이스라인 조건 하에서 제1 동작 모드는 일부 실시예에서 제1 복수의 베이스라인 압축기(109, 309, 311, 313) 및 제2 복수의 베이스라인 압축기(408, 409, 411, 413)를 모두 사용하지 않을 수도 있다. 그 대신, 동작 모드는 다른 것에 비해 복수의 베이스라인 압축기들 중 하나의 베이스라인 압축기를 선택할 수 있고, 또는 시스템은 환경 조건 및 압축 작업 부하의 변화를 보상하는데 필요에 따라 각 직렬로 연결된 압축기 세트에서 활성 압축기의 수를 동적으로 증가시킬 수 있다.
압축 시스템(400)의 대안적인 실시예에서, 모든 압축기가 항상 사용되는 것은 아닐 수 있다. 일 경우에, 제1 동작 모드는 제1 복수의 베이스라인 압축기(109, 309, 311, 313)만을 사용할 수 있다. 제2 동작 모드에서, 시스템(400)은 시스템(400)의 환경 조건이 미리 설정되거나 미리 프로그래밍된 값에 도달하거나 또는 하나 이상의 환경 조건을 한정하는 파라미터의 값 또는 값의 범위 내에 있을 때 제2 복수의 베이스라인 압축기를 개시할 수 있다. 이후, 일부 실시예에서, 미리 결정된 세트의 환경 조건 또는 가변 값들이 충족될 수 있을 때, 제3 동작 모드가 채택될 수 있고, 여기서 부스터 압축기, 제1 복수의 압축기(109, 309, 311, 313), 및 제2 복수의 부스터 압축기(408, 409, 411, 413)가 단독으로 또는 서로 조합으로 활성화될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제4 동작 모드는 제1, 제2 또는 제3 동작 모드를 활성화시키기 위해 발생할 수 없는 상이한 조건 세트 하에서 활성화될 수 있다. 예를 들어, 이러한 대안적인 실시예에서, 제4 동작 모드가 활성화될 때, 부스터 압축기는 제1 복수의 베이스라인 압축기들과 함께 활성화될 수 있다. 대안적으로 다른 실시예에서, 동작 모드는 베이스라인 압축기 및 제2 복수의 베이스라인 압축기를 활성화시킬 수 있다. 더욱이, 전술된 압축기 시스템의 추가적인 실시예에서, 압축기 시스템(500)은 도 5에 도시된 바와 같이 복수의 하나 이상의 부스터 압축기(105, 505)를 포함할 수 있다. 부스터 압축기는 활성화된 동작 모드에 따라 동시에 사용될 수 있거나 또는 결합된 부스터 압축기들의 개수는 사용자가 선택한 동작 모드 또는 환경 조건의 결과에 따라 증가하거나 또는 감소할 수 있다.
상이한 동작 모드에서 압축기를 사용하는 것에 더하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 병렬로 배열된 압축기들이 있을 때, 하나 이상의 압축기가 고장난 경우, 유지 보수를 위해 서비스되지 않는 경우, 또는 이용 가능하지 않은 경우에, 복수의 하나 이상의 베이스라인 압축기 또는 복수의 부스터 압축기(105, 505)가 백업을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 부스터 압축기 또는 베이스라인 압축기는 또한 특정 동작 모드에서 각 압축기의 동작 시간의 수를 균형 맞추기 위해 교대로 사용될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 시스템(500)의 일부 실시예는 열 교환기(511), 리사이클링 루프(501) 및 도관을 통해 베이스라인 압축기(501)에 연결된 밸브 또는 게이트(523)를 포함할 수 있다. 병렬 부스터 압축기(501) 경로의 구성 요소들은 부스터 압축기(105), 열 교환기(111), 밸브 또는 게이트(123), 및 리사이클링 루프(201)와 동일하거나 유사한 방식으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 열 교환기(111)는 부스터 압축기(105)로부터 압축된 가스를 수용하고, 이 가스는, 게이트(123)가 개방되지 않는 한, 리사이클 루프(201)에 유입되는 한편, 부스터 압축기(505)로 유입되는 가스는 열 교환기(511)를 통과하고, 밸브 또는 게이트(523)가 개방된 상태에 있지 않는 한, 리사이클링 루프(501)를 통해 부스터 압축기(505)로 되돌아간다.
이제 도 1a 내지 도 5를 참조하면, 전술된 시스템의 실시예를 사용하여 가스를 압축하기 위한 방법의 실시예는 하나 이상의 부스터 압축기, 부스터 압축기 바이패스, 및 하나 이상의 베이스라인 압축기를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 방법의 실시예는 압축되지 않은 가스 또는 압축된 가스와 같은 가스 스트림을 도관에 의해 가스 압축 시스템으로 수용하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 방법에서, 도관 내의 환경 조건을 측정하는 단계는 예를 들어 도관 내에 배치된 센서의 사용을 통해 수행될 수 있다. 전술된 바와 같이, 가스 압축 시스템은 미리 프로그래밍된 값 또는 값의 범위를 가질 수 있다. 도관에 존재하는 환경 조건을 측정할 때, 센서는 수집된 환경 조건을 미리 프로그래밍되거나 사전 설정된 환경 조건과 비교하는 컴퓨팅 시스템에 환경 조건 데이터를 전송할 수 있다.
본 방법의 일부 실시예에서, 가스 압축 시스템의 환경 조건을 나타내는 데이터를 수집 및 비교한 후에, 일부 방법에서, 가스 압축 시스템 또는 이에 연결된 컴퓨팅 시스템은 미리 설정된 또는 프로그래밍 가능한 동작 모드를 선택하는 단계를 더 수행할 수 있다.
동작 모드를 선택하는 단계는 복수의 동작 모드로부터 동작 모드를 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 동작 모드를 선택하는 단계는 압축 시스템 자체 내의 동작 조건 및 환경 조건을 한정하는 값 또는 값의 범위에 기초하여 자동적으로 수행될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 동작 모드를 선택하는 단계는 압축 시스템의 사용자에 의해 수동으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 압축 시스템에 전자적으로 또는 원격으로 연결된 원격 또는 네트워크 액세스 가능 컴퓨팅 시스템에서 동작 모드를 선택할 수 있다.
예시적인 실시예의 일례에서, 동작 모드를 선택하는 단계는 제1 동작 모드 또는 제2 동작 모드를 선택함으로써 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 동작 모드가 선택될 때, 압축 시스템은 부스터 압축기 바이패스를 통해 시스템으로 유입되는 가스의 스트림을 안내함으로써 진행될 수 있다. 가스의 안내는, 압축 시스템에 의해 제공되고 부스터 압축기 바이패스 도관 및/또는 부스터 압축기 루프 내에 배치된 하나 이상의 밸브에 의해 수행될 수 있다. 대안적으로, 제2 동작 모드를 선택하는 단계는, 압축 시스템에 유입되는 가스의 스트림을 부스터 압축기 - 여기서 부스터 압축기는 활성 및 동작 상태임 - 의 입구로 안내하고, 유입되는 가스를 중간 압축된 가스로 압축하고, 중간 압력에서 가스를 배출하고, 및 중간 압축된 가스를 추가적인 압축을 위해 부스터 압축기로부터 하류의 베이스라인 압축기로 수송함으로써 진행될 수 있다.
가스를 원하는 최종 압력으로 더 압축하는 방법의 실시예는 부스터 압축기 또는 부스터 압축기 바이패스로부터 배출되는 가스를 베이스라인 압축기 입구를 통해 가스를 수용하는 하나 이상의 베이스라인 압축기로 수송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 베이스라인 압축기는, 수용된 가스를 압축하고, 상기 가스를 미리 결정된 또는 미리 요구되는 압력으로 가압하고, 및 상기 시스템의 사용자에 의해 요구되는 압력의 가스를 상기 시스템 내 하나 이상의 베이스라인 압축기로부터 배출함으로써 진행될 수 있다.
병렬로 작동하는 하나 이상의 베이스라인 압축기가 부스터 압축기 또는 부스터 압축기 바이패스로부터 가스를 수용하는 것을 포함하는 대안적인 실시예에서, 상기 방법은, 미리 설정된 또는 미리 필요한 압력의 가스를 베이스라인 압축기로부터 배출하는 단계 후에, 각각의 베이스라인 압축기로부터 오는 가압된 가스를 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 소프트웨어 시뮬레이션 실시예가 예시를 위해 제공된다. 시뮬레이션은 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않고, 전술된 실시예의 하나 이상의 요소를 사용할 때 실현되는 이익과 에너지 절감을 더 잘 설명하고 지원하기 위해 의도된 것이다.
- 단일 압축기 시스템
동작 조건 1 2 3
가스 조성(몰%) 질소 - 7.41
메탄 -92.56
에탄 - 0.03		 질소 - 7.41
메탄 - 92.56
에탄 - 0.03		 질소 - 7.41
메탄 - 92.56
에탄 - 0.03
총계 100 100 100
분자량 16.93 16.93 16.93
질량 흐름(kg/hr) 6000 6000 6000
입구 압력(barA) 1.06 1.06 1.06
입구 온도(℃) 20 -90 -110
배출 압력(barA) 17 17 17
결합 전력(kW) 1246 1355 1571
- 부스터 압축기 시스템
동작 조건 1 2 3
구성 부스터 베이스라인 베이스라인만
부스터 - 오프		 베이스라인만
부스터 - 오프
가스 조성(몰%) 질소 - 7.41
메탄 - 92.56
에탄 - 0.03		 질소 - 7.41
메탄 - 92.56
에탄 - 0.03		 질소 - 7.41
메탄 - 92.56
에탄 - 0.03		 질소 - 7.41
메탄 - 92.56
에탄 - 0.03
총계 100 100 100 100
분자량 16.93 16.93 16.93 16.93
질량 흐름(kg/hr) 6000 6000 6000 6000
입구 압력(barA) 1.06 2.2 1.06 1.06
입구 온도(℃) 20 46 -90 -110
배출 압력(barA) 2.35 17 17 17
결합 전력(kW) 319 1056 1070 1053
총 결합 전력 (kW) 1375 1070 1053
결합 전력 차
(표 2 - 표 1)		 +128.7kW -285kW -464kW
표 1 및 표 2에서 앞서 제시된 시뮬레이션 데이터에 의해 입증된 바와 같이, 부스터 압축기 시스템은 표 1에서 시뮬레이션된 단일 압축기 시스템에 비해 상당한 에너지 절감을 제공한다. 보다 스트레스 많은 조건 하에서만 동작하는데 필요할 수 있는 동적으로 활성화되고 비활성화되는 부스터 압축기를 도입함으로써 표 2에서 시뮬레이션된 부스터 압축기 시스템의 베이스라인 압축기들은 더 작고 보다 에너지 효율적이며, 압축기가 표 1의 시뮬레이션에서 제공되는 단일 압축기 시스템에 요구되는 것보다 더 적은 개수의 스테이지를 포함할 수 있다. 단일 스테이지 압축기 시스템의 압축기는 더 크고, 더 복잡할 수 있고, 증가된 개수의 압축 스테이지를 가져서, 이에 따라 이 예에서 제시된 바와 같이 단일 압축기에 의해 더 낮은 온도(예를 들어, -90℃ 및 -110℃)에서 더 차가운 압축 가스를 처리할 수 있게 할 뿐만 아니라 20℃의 입구 온도를 갖는 더 따뜻한 가스를 처리할 수 있게 하는 방식으로 표 1의 시뮬레이션에 설명된 단일 압축기 시스템을 설계하여야 하기 때문에 동작하는데 더 많은 에너지를 요구한다. 더 넓은 동작 범위에서, 단일 압축기 시스템은 더 높은 전체 결합 전력을 요구할 수 있는 반면, 표 2의 결과를 갖는 부스터 압축기 시스템은 부스터 압축기에 의존하여 더 따뜻한 (예를 들어 20℃) 가스를 중간 압력으로 압축하고 나서 베이스라인 압축기에 의해 최종 압축할 수 있다.
부스터 압축기 및 베이스라인 압축기를 모두 사용하는 동작 모드를 선택적으로 구현하는 온도 조건은, 표 2에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서 적절한 양의 전체 압축을 제공하기 위해 결합 전력이 증가하는 것을 볼 수 있지만, 부스터 압축기의 구현을 필요로 하지 않는 동작 모드 하에서는, 사용되는 결합 전력의 양에 상당한 절감이 실현될 수 있다. 상기 표 2에 제시된 바와 같이, 표 2의 부스터 압축기 시스템은, 보다 에너지 효율적인 베이스라인 압축기를 사용할 수 있어서, 비-부스터 동작 모드를 처리하는데 드는 결합 전력을 -90℃ 및 -110℃의 온도에서 285kW 및 464kW만큼 각각 감소시킬 수 있었다. 베이스라인 압축기의 결합 전력의 감소는 18% 내지 35%이다. 그러나, 전술된 특정 실시예의 구성에 따라, 압축기의 결합 전력의 절감은 35% 내지 50%, 50% 내지 65%, 65% 내지 85% 또는 85% 내지 100%만큼 감소될 수 있다.
본 발명은 상기 전술된 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 많은 대안, 수정 및 변형이 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다는 것이 명백하다. 따라서, 전술된 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 제한하는 것이 아니라 본 발명을 예시하는 것이다. 이하 청구범위에 한정된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 본 청구범위는 본 발명의 적용 범위를 제공하며, 본 명세서에 제공된 특정 예로 한정되어서는 안 된다.

Claims (21)

  1. 가스 압축 시스템으로서,
    부스터 압축기;
    부스터 압축기 바이패스;
    상기 부스터 압축기 및 상기 부스터 압축기 바이패스에 연결된 도관으로서, 가스의 스트림이 상기 가스 압축 시스템에 존재하는 환경 조건의 측정값에 기초하여 상기 부스터 압축기를 통해 선택적으로 안내되는, 상기 도관; 및
    상기 도관에 연결되는 베이스라인 압축기로서, 상기 베이스라인 압축기는 상기 환경 조건의 상기 측정값이 미리 설정된 값 또는 미리 설정된 값들의 범위를 벗어나 있는 경우 상기 부스터 압축기로부터 압축된 가스를 수용하고, 상기 베이스라인 압축기는 직렬 구성으로 서로 연결된 제1 복수의 베이스라인 압축기인, 상기 베이스라인 압축기를 포함하되,
    상기 도관은, 가스의 용적, 가스의 온도 및 상기 가스 압축 시스템의 온도로 구성된 그룹으로부터 선택된 환경 조건을 측정하는 적어도 하나의 센서를 포함하고,
    상기 부스터 압축기는, 상기 가스의 스트림이 상기 도관으로 계속 흐르기 위해 상기 부스터 압축기를 바이패스하도록, 상기 가스 압축 시스템이 상기 가스의 흐름을 상기 부스터 압축기 바이패스로 선택적으로 안내할 때 저전력 상태에 진입하고,
    상기 적어도 하나의 센서는 상기 도관 내의 상기 환경 조건을 측정하고 상기 환경 조건의 데이터를 컴퓨팅 시스템에 전송하고, 상기 환경 조건의 데이터를 수신하는 것에 응답하여 상기 컴퓨팅 시스템은 상기 제1 복수의 베이스라인 압축기를 활성화하기 위하여 복수의 동작 모드 중 하나 이상을 동적으로 및 자동으로 선택하는, 가스 압축 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 도관은 센서를 더 포함하되, 상기 센서는 상기 도관 내 상기 환경 조건들을 측정하고, 상기 환경 조건의 데이터를 컴퓨팅 시스템에 전송하는, 가스 압축 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 부스터 압축기의 입구 및 배출구에 연결된 리사이클링 루프(recycling loop)를 더 포함하는 가스 압축 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 리사이클링 루프는 상기 배출구를 빠져 나가는 중간 압축된 가스를 상기 부스터 압축기의 상기 입구로 다시 복귀시키는, 가스 압축 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가스 압축 시스템은 상기 가스 압축 시스템에 존재하는 상기 환경 조건의 상기 측정값이 값 또는 값들의 범위 밖에 있을 때 상기 가스의 흐름을 상기 부스터 압축기 바이패스로 선택적으로 안내하는, 가스 압축 시스템.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 부스터 압축기, 상기 베이스라인 압축기 및 상기 부스터 압축기 바이패스를 다수의 스테이지를 갖는 단일 압축기 유닛으로 통합하는 통합된 압축기 유닛을 포함하되, 상기 부스터 압축기는 통합된 압축 유닛의 부스터 스테이지이고, 상기 부스터 압축기 바이패스는 가스가 상기 부스터 스테이지로 유입되는 것을 방지하는 바이패스인, 가스 압축 시스템.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 직렬 구성으로 연결된 제2 복수의 베이스라인 압축기가 상기 도관에 연결되고 상기 제1 복수의 베이스라인 압축기와 평행한, 가스 압축 시스템.
  12. 가스를 압축하는 방법으로서,
    도관에 의해 가스의 스트림을 수용하는 단계;
    상기 도관 내에 존재하는 환경 조건을 측정하는 단계;
    상기 측정 단계의 함수로서 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드로부터 동작 모드를 선택하는 단계로서, 상기 제1 동작 모드는, 상기 환경 조건의 측정된 값이 값 또는 값들의 범위 내에 있을 때 선택되고, 상기 제2 동작 모드는 상기 환경 조건의 상기 측정된 값이 상기 값 또는 값들의 범위 밖에 있을 때 선택되는, 상기 동작 모드를 선택하는 단계;
    상기 도관으로부터의 상기 가스의 스트림이 상기 도관에 연결된 부스터 압축기로 안내되도록 상기 제2 동작 모드를 활성화시키는 단계; 및
    상기 제1 동작 모드를 활성화할 때, 상기 가스의 스트림을 상기 도관으로부터, 베이스라인 압축기에 연결된 부스터 압축기 바이패스로 안내한 다음, 상기 가스의 스트림이 상기 도관으로 계속 흐르기 위해 상기 부스터 압축기를 바이패스하도록, 상기 부스터 압축기를 저전력 상태로 전환하는 단계를 포함하는, 가스를 압축하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 부스터 압축기에 의해 상기 가스를 중간 압축된 가스로 압축하는 단계;
    상기 중간 압축된 가스를 상기 베이스라인 압축기로 수송하는 단계; 및
    상기 베이스라인 압축기에 의해 상기 중간 압축된 가스를 압축된 가스로 더 압축하는 단계를 더 포함하는, 가스를 압축하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 환경 조건을 측정하는 단계는 상기 도관 내에 제공된 하나 이상의 센서에 의해 수행되는, 가스를 압축하는 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 환경 조건은 상기 가스의 용적, 상기 가스의 온도 또는 상기 도관 내의 온도, 또는 상기 도관 내 상기 가스의 조성인, 가스를 압축하는 방법.
  16. 삭제
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제1 동작 모드를 활성화시킬 때, 상기 부스터 압축기의 배출구를 빠져 나가는 상기 중간 압축된 가스를, 상기 부스터 압축기의 상기 배출구와 상기 부스터 압축기의 입구를 연결하는 리사이클링 루프로 수송하는 단계; 및
    상기 중간 압축된 가스를 상기 리사이클링 루프로부터 상기 부스터 압축기의 상기 입구로 수송하는 단계를 더 포함하는, 가스를 압축하는 방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 부스터 압축기를 저 전력 상태로 스위칭하는 단계를 더 포함하는, 가스를 압축하는 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 부스터 압축기 및 베이스라인 압축기는 통합된 압축기 유닛이고, 상기 부스터 압축기는 상기 통합된 압축기 유닛의 부스터 스테이지인, 가스를 압축하는 방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기 더 압축하는 단계는 직렬 구성으로 상기 도관에 연결된 복수의 베이스라인 압축기에 의해 수행되는, 가스를 압축하는 방법.
  21. 제13항에 있어서, 상기 더 압축하는 단계는 제1 직렬 구성으로 연결된 제1 복수의 베이스라인 압축기, 및 제2 직렬 구성으로 연결된 제2 복수의 베이스라인 압축기에 의해 수행되고, 상기 제1 복수의 베이스라인 압축기는 상기 제2 복수의 베이스라인 압축기와 평행한 구성인, 가스를 압축하는 방법.
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