KR20120096027A - 압축기를 위한 저배출 건식 가스 시일 시스템 - Google Patents

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KR20120096027A
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pressure
sealing
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KR1020127016132A
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스테파노 메우치
파올로 수시니
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누보 피그노네 에스피에이
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Abstract

이들 예시적인 실시예에 따른 시스템 및 방법은 원심 압축기를 위한 밀봉 기구를 제공한다. 밀봉 기구는 직렬로 배열된 제 1 건식 가스 시일, 제 2 건식 가스 시일, 및 제 3 건식 가스 시일을 포함한다. 각각의 시일은 그 자신의 밀봉 가스를 수용하고, 그 자신의 벤팅 기구를 갖는다. 밀봉 가스 압력은 밀봉 가스를 공급하기 위한 전용 압축기가 필요하지 않을 정도로 충분히 낮게 유지된다. 부가적으로, 시일 고장의 경우에 프로세스 가스가 대기로 방출될 위험이 제한된다.

Description

압축기를 위한 저배출 건식 가스 시일 시스템{LOW EMISSION DRY GAS SEAL SYSTEM FOR COMPRESSORS}
본 발명은 일반적으로 압축기에 관한 것으로, 더 구체적으로는 압축기에 건식 가스 시일 시스템(dry gas seal system)을 제공하는 것에 관한 것이다.
압축기는 기계적 에너지의 사용을 통해 압축성 유체, 예를 들어 가스의 입자를 가속하여 궁극적으로는 그 압축성 유체의 압력을 증가시키는 기계이다. 압축기는 가스 터빈 엔진의 제 1 스테이지(initial stage)로서 작동하는 것을 포함하여, 다수의 여러 응용에 사용된다. 예를 들어 가스가 통과하는 원심형 임펠러를 회전시킴으로써 가스 입자를 가속하는 원심 가속에 의해 압축기에 입력되는 가스에 기계적 에너지가 작용하는 이른바 원심 압축기는 다양한 유형의 압축기들 중 하나이다. 더 일반적으로, 원심 압축기는 "터보 기계" 또는 "터보 회전 기계"로 알려진 기계의 부류의 일부라고 말할 수 있다.
원심 압축기에는 단일 임펠러가 장착될 수 있거나 - 즉, 단일 스테이지 형태 -, 복수의 임펠러가 직렬로 장착될 수 있다 - 이 경우에 종종 멀티스테이지(multistage) 압축기로 지칭됨 -. 원심 압축기의 스테이지들의 각각은 전형적으로 가속될 가스를 위한 입구 도관, 입력 가스에 운동 에너지를 제공할 수 있는 임펠러, 및 임펠러를 떠나는 가스의 운동 에너지를 압력 에너지로 변환하는 확산기(diffuser)를 포함한다. 다양한 유형의 가스가 원심 압축기에 사용되며, 이들 중 일부는 환경에 및/또는 플랜트 내의 작업자에게 유독하거나 위험하다. 따라서, 원심 압축기는 가스가 압축기로부터 누출되어 주위 환경을 오염시키는 것을 방지하기 위해, 보통 임펠러(들)를 지지하는 샤프트의 단부에 배치되는 밀봉 시스템을 채용한다. 단일 로터 원심 압축기에는 보통 이러한 밀봉 시스템의 일부로서 2개의 분리된 시일이 제공되는데, 즉 샤프트의 각각의 단부에 대해 하나씩 제공되며, 오버헝(overhung) 원심 압축기 내에 있는 동안, 이것은 임펠러의 바로 하류측에 위치된 샤프트 단부를 밀봉하기에 보통은 충분하다.
최근에, 원심 압축기를 위한 밀봉 시스템에 이른바 "건식(dry)" 가스 시일을 사용하는 것이 증가하고 있다. 건식 가스 시일은 정합 또는 회전 링과 1차 또는 정지 링을 포함하는 비접촉 건식-작동의 기계적 면 시일(mechanical face seal)로서 기술될 수 있다. 작동시, 회전 링 내의 홈(groove)은 정지 링이 분리되어 2개의 링 사이에 갭을 생성하게 하는 유체-역학적 힘을 발생시킨다. 이들 시일은 "건식"으로 지칭되는데, 그 이유는 이들이 윤활 오일을 필요로 하지 않기 때문이며, 이는 다른 것들 중에서도 이들의 정비 요구를 크게 감소시킨다.
원심 압축기의 경우, 그러한 건식 가스 시일은 여러 구성, 예를 들어 입력 가스 또는 프로세스 가스(process gas)로서 유독성 또는 가연성 가스를 채용하는 압축기에 주로 사용되는 이른바 텐덤(tandem) 구성으로 이용가능하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 텐덤-유형의 건식 가스 시일 시스템은, 둘 모두 단일 패키지 내에 수용된 제 1 시일(2) 및 제 2 시일(4)을 포함한다. 압축기의 정상 작동 동안에, 제 1 시일(2)은 처리된 가스의 총 압력을 수용하도록 작동하는 한편, 제 2 시일(4)은 제 1 시일(2)이 고장나거나 과도하게 누출되는 경우에만 작동하도록 설계된 백업(back-up)으로서 역할을 한다. 일반적으로 압축기 배출기로부터 나오는 조절된 가스 유동이 시일(2)의 상류측에 주입되어 건식 가스 시일을 프로세스 가스로부터 격리시킨다. 고도로 유독성인 프로세스 가스(예를 들어, H2S의 함량이 높은 가스) 및 높은 밀봉 압력을 갖는 응용에서, 황 함량이 낮은 외부 밀봉 가스 공급원, 예를 들어 이른바 "스위트(sweet)" 가스가 프로세스 가스를 주위로부터 격리시키기 위해 보통 제공된다. 높은 밀봉 압력으로 인해, 원심 압축기와는 독립적으로 작동하는 전용의 왕복 압축기(6)가 밀봉 가스 시스템에 공급하는 데 사용된다. 텐덤 구성의 제 2 시일(4)은 유독성/가연성 가스가 주위로 누출되지 않는 것을 보장하기 위해 공급원(8)을 통해 2차 밀봉 가스로서 낮은 압력(예를 들어, 10 바아(Bar) 미만)의 질소를 수용할 수 있다.
따라서 이들 유형의 건식 가스 밀봉 시스템을 갖춘 원심 압축기는 또한 기능이 오로지 밀봉 가스를 제공하는 것인 추가 압축기를 필요로 하며, 이에 따라 전체 시스템을 더 복잡하게 만든다. 단순히 복잡성을 부가하는 것에 더하여, 왕복 압축기(6)는 심지어 왕복 압축기가 봉사하도록 의도되는 원심 압축기보다 더 큰 정비 요구를 가질 수 있다. 또한, 텐덤 구성의 제 2 시일(4)이 백업 능력을 제공할지라도, 현재의 건식 가스 시일 시스템은 여전히 결함이 없지 않으며, 이 경우에 제 2 시일은 바람직하지 않게도 소정량의 밀봉 가스를 대기로 방출할 수 있다.
따라서, 기존 밀봉 시스템의 전술된 문제점을 극복한, 압축기를 위한 저배출 건식 가스 시일을 설계 및 제공하는 것이 바람직할 것이다.
예시적인 실시예는 예를 들어 원심 압축기를 위해 사용가능한 밀봉 기구를 제공한다. 밀봉 기구는 직렬로 배열된 제 1 건식 가스 시일, 제 2 건식 가스 시일, 및 제 3 건식 가스 시일을 포함한다. 각각의 시일은 그 자신의 밀봉 가스를 수용하고, 그 자신의 벤팅 기구(venting mechanism)를 갖는다. 프로세스 가스를 벤팅 시스템으로부터 분리시키는 밀봉 가스 압력은 밀봉 가스를 공급하기 위한 전용 압축기가 필요하지 않을 정도로 충분히 낮게 유지된다. 본 명세서에 기재된 예시적인 실시예에 따른 이점은, 예를 들어 잠재적으로 위험한 프로세스 가스에 대한 더 나은 제어, 및 원심 압축기를 위한 밀봉 기구와 관련된 더 낮은 복잡성 및 정비 요구를 포함한다. 그러나, 그러한 이점들은 첨부된 청구항들 중 하나 이상에서 명시적으로 기술된 경우를 제외하고는 본 발명의 제한으로서 해석되어서는 안됨을 당업자는 이해할 것이다.
예시적인 실시예에 따르면, 원심 압축기는 적어도 하나의 임펠러를 포함하는 로터 조립체(rotor assembly), 로터 조립체에 연결되고 이를 회전가능하게 지지하기 위한 베어링, 스테이터(stator), 로터 조립체와 베어링 사이에 배치된 밀봉 기구(sealing mechanism)를 포함하고, 밀봉 기구는 제 1 건식 가스 시일(dry gas seal)로서, 밀봉 기구의 안쪽에 근접하게 배치되고, 제 1 압력에서 제 1 건식 가스 시일에 공급된 1차 시일 가스(seal gas)를 갖는, 상기 제 1 건식 가스 시일, 제 2 건식 가스 시일로서, 제 1 건식 가스 시일에 인접하게 배치되고, 제 2 압력에서 제 2 건식 가스 시일에 공급된 1차 버퍼 가스(buffer gas)를 갖는, 상기 제 2 건식 가스 시일, 및 제 3 건식 가스 시일로서, 제 2 건식 가스 시일에 인접하게 배치되고, 제 3 압력에서 제 3 건식 가스 시일에 공급된 버퍼 가스를 갖는, 상기 제 3 건식 가스 시일을 포함한다.
다른 예시적인 실시예에 따르면, 적어도 하나의 임펠러를 포함하는 로터 조립체, 로터 조립체에 연결되고 이를 회전가능하게 지지하기 위한 베어링, 및 스테이터를 갖는 원심 압축기를 밀봉하기 위한 방법은 차례로 제 1 건식 가스 시일, 제 2 건식 가스 시일, 및 제 3 건식 가스 시일의 조합을 사용함으로써 원심 압축기에 의해 가압된 프로세스 가스가 베어링에 도달하는 것을 차단하는 단계, 제 1 압력에서 제 1 건식 가스 시일에 1차 시일 가스를 공급하는 단계, 제 2 압력에서 제 1 건식 가스 시일에 인접하게 배치된 제 2 건식 가스 시일에 1차 버퍼 가스를 공급하는 단계, 및 제 3 압력에서 제 2 건식 가스 시일에 인접하게 배치된 제 3 건식 가스 시일에 버퍼 가스를 공급하는 단계를 포함한다.
첨부 도면은 예시적인 실시예를 도시한다.
도 1은 텐덤형 밀봉 기구를 도시하는 도면,
도 2는 예시적인 실시예에 따른 밀봉 기구가 제공된, 멀티스테이지-유형의 원심 압축기의 개략도,
도 3은 예시적인 실시예에 따른 밀봉 기구에 사용되는 예시적인 건식 가스 시일의 부분 단면도,
도 4는 예시적인 실시예에 따른 3개의 건식 가스 시일을 포함하는 밀봉 기구의 단면도,
도 5는 예시적인 실시예에 따른 입력 유체 제어 및 출력 유체 제어를 포함하는 밀봉 기구를 도시하는 도면,
도 6은 예시적인 실시예에 따른 압축기를 밀봉하기 위한 방법을 도시하는 흐름도.
예시적인 실시예의 하기의 상세한 설명은 첨부 도면을 참조한다. 여러 도면의 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사한 요소를 지시한다. 또한, 하기의 상세한 설명은 본 발명을 제한하지 않는다. 대신에, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 한정된다.
이들 예시적인 실시예에 따른 밀봉 시스템에 관련된 후속 논의를 위한 약간의 배경을 제공하기 위해, 도 2는 그러한 밀봉 시스템이 채용될 수 있는 멀티스테이지 원심 압축기(10)를 개략적으로 도시하고 있다. 거기에서, 압축기(10)는 복수의 원심 임펠러(16)가 제공된 회전 압축기 샤프트(14)가 내부에 장착되는 박스 또는 하우징(스테이터)(12)을 포함한다. 로터 조립체(18)는 샤프트(14) 및 임펠러(16)를 포함하며, 로터 조립체(18)의 양쪽에 배치된 베어링(20)을 통해 반경방향으로 그리고 축방향으로 지지된다.
멀티스테이지 원심 압축기는 덕트 입구(22)로부터 입력 프로세스 가스를 받아들이고, 로터 조립체(18)의 작동을 통해 프로세스 가스의 입자를 가속하며, 입력 압력보다 높은 출력 압력에서 출구 덕트(24)를 통해 프로세스 가스를 후속적으로 전달하도록 작동한다. 프로세스 가스는 예를 들어 이산화탄소, 황화수소, 부탄, 메탄, 에탄, 프로판, 액화 천연 가스, 또는 이들의 조합 중 임의의 하나일 수 있다. 임펠러(16)와 베어링(20) 사이에, 프로세스 가스가 베어링(20)으로 유동하는 것을 방지하도록 밀봉 시스템(26)이 제공된다. 하우징(12)은 베어링(20)과 밀봉 시스템(26) 둘 모두를 덮어 원심 압축기(10)로부터의 가스의 누출을 방지하도록 구성된다. 임펠러(16)에 의해 발생된 축방향 추력을 보상하는 밸런스 드럼(balance drum)(27), 밸런스 드럼의 래비린스 시일(labyrinth seal)(28), 및 밸런스 드럼(27)의 바깥쪽의 압력을 프로세스 가스가 덕트(22)를 통해 들어가는 압력과 동일한 수준으로 유지하는 밸런스 라인(balance line)(29)이 또한 도 2에 도시되어 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 각각의 밀봉 시스템(26)은 프로세스 가스가 베어링(20)을 향해 누출되지 않게 밀봉하도록 함께 협력하는 3개의 건식 가스 시일을 포함한다. 일반적으로 말하면, 밀봉 시스템(26) 내의 3개의 건식 가스 시일의 각각은 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다. 거기에서, 건식 가스 시일(30)이 압축기 샤프트(14) 상에 안착되어 프로세스 가스가 가스 경로(32)를 따라 원심 압축기(10)의 안쪽으로부터 바깥쪽으로 유동하는 것을 차단한다. 각각의 건식 가스 시일(30)은 압축기 샤프트와 함께 회전하고 정지 링(36)과 정합하는 회전 시트(seat)(34)를 포함한다. 작동 동안에, 회전 시트(34) 및 정지 링(36) 중 적어도 하나 내에 형성된 홈은 내부에 펌핑된 가압 유체를 가지며, 이는 정지 링(36)이 회전 시트(34)로부터 분리되게 하는 유체역학적 힘을 발생시키는 효과를 갖는다. 이것은 2개의 링 사이에 갭을 생성하며, 이들의 조합은 회전 시트(34)와 정지 링(36) 사이의 마찰 없이 프로세스 가스의 누출을 일반적으로 방지하는 시일로서 작동한다. 이들 유형의 건식 가스 시일의 예를 미국 특허 제 5,492,341 호 및 제 5,529,315 호에서 찾아볼 수 있으며, 이들 문헌의 개시 내용은 참고로 본 명세서에 포함된다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 3중 건식 가스 시일 시스템(26)을 갖는 회전 기계, 예를 들어 원심 압축기의 일부분을 도시하고 있다. 거기에서, 3중 건식 가스 시일 시스템(26)은 압축기 샤프트(14)를 따라 직렬로 배열된 3개의 개개의 건식 가스 시일(40, 42, 44)을 포함한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 래비린스 시일(45)이 3중 건식 가스 시일 시스템(26)의 상류측에(임펠러에 근접한 안쪽에) 배치되고, 배리어 시일(barrier seal)(48)이 3중 건식 가스 시일 시스템(26)의 하류측에(즉, 베어링(20)에 근접한 바깥쪽에) 배치되지만, 당업자는 이러한 특정 구성은 전적으로 예시적인 것이며 래비린스 시일 및/또는 배리어 시일이 다른 실시예로부터 생략될 수 있음을 이해할 것이다. 3개의 건식 가스 시일(40, 42, 44)의 각각은 그들의 각각의 밀봉 가스를 위한 각각의 입구 및 출구를 갖는다. 더 구체적으로는, 제 1 스테이지(1차) 시일(40)은 입구(46) 및 출구(48)를 갖고, 제 2 스테이지(2차) 시일(42)은 입구(50) 및 출구(52)를 가지며, 제 3 스테이지(3차) 시일(44)은 입구(54) 및 출구(56)를 갖는다. 유사하게, 3개의 건식 가스 시일(40, 42, 44)의 각각은 회전 시트(58, 62, 66) 및 정지 링(60, 64, 68)을 각각 갖고, 3개의 건식 가스 시일(40, 42, 44)의 각각은 프로세스 가스와 관련된 최대 밀봉 압력을 취급하도록 설계된다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 3중 건식 가스 밀봉 시스템(26)을 유체 압력 관점에서 도시하고 있다. 거기에서, 이러한 예시적인 실시예에 따르면, 1차 시일 스테이지(40)에는 밀봉 가스로서 조절된(즉, 적절하게 여과되고, 가열되고, 제어된) 프로세스 가스가 제공된다. 이러한 밀봉 가스는 예를 들어 70 내지 400 바아의 압력에서 전달될 수 있고, 압력 제어 밸브(pressure control valve, PCV)(70) 및 관련된 가스 조절 요소(72)(이는 반드시 도 5에 도시된 히터 및 필터로 한정되지는 않으며, 예를 들어 냉각 요소 또는 다른 가스 조절 요소가 추가 요소 또는 대안적인 요소로서 제공될 수 있음)를 통해, 예를 들어 300 바아의 프로세스 가스보다 높은 압력에서 제 1 시일(40)에 제공될 수 있다. 시일 가스는 모든 작동 조건(예를 들어, 가압, 시동, 정상 작동, 셧 다운(shut down) 등)에서 조절된 가스의 유동을 보장하기 위해 PCV(70)에 의해 유동 또는 차압이 자동적으로 제어된다.
이러한 예시적인 실시예에 따르면, 2차 시일 스테이지(42)에는 압력 제어 밸브(74) 및 관련된 가스 조절 요소(76)를 통해 예를 들어 20 바아에서 건식 가스 시일(42)에 제공되는 1차 버퍼 가스(buffer gas)로서 연료 가스 또는 다른 적합한 스위트 가스 공급원이 제공된다. 1차 버퍼 가스(통상적으로 스위트 연료 가스 또는 플랜트에서 이용가능한 다른 적합한 가스)는 사워 시일 가스(sour seal gas)와 스위트 시일 가스 사이에 확실한 분리를 보장하는 방식으로 PCV(74)를 통해 (예를 들어, 도 4의 포트(50)를 통해) 압축기(10) 내로 주입된다. 유사하게, 3차 시일 스테이지(44)에는, 예를 들어 플레어 시스템(flare system) 압력보다 높은 4 내지 10 바아의 압력에서 가스를 전달하고 PCV(78) 및 관련된 가스 조절 요소(80)를 통해 4 바아에서 제 3 건식 가스 시일(44)에 제어가능하게 제공될 수 있는 공급원으로부터 버퍼 가스로서 질소가 제공될 수 있다. 그러나, 이 제 3 건식 가스 시일(44)에 질소를 제공하는 것은 선택적인 것이며, 따라서 제 3 건식 가스 시일(44)로의 가스 경로 요소(79)가 생략될 수 있음에 유의한다. 또한, 버퍼 가스(이 예에서 질소)가 또한 배리어 시일(81)에 공급될 수 있다.
당업자는 전술되고 도 5에 도시된 특정 가스 압력은 전적으로 예시적인 것이며 다른 압력이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 더 일반적으로는, 밀봉 시스템(26)을 통한 가스 압력은 일반적으로 도면에 도시된 압력 구역들을 참조해 P1 > P2 > P4 > P3 > P6 > P5 > P7이어서 구역들을 통해 압력의 계단형 감소가 나타나도록 설정되어야 한다. 그러나, 이들 압력 값이 예시적인 것일지라도, 이들은 밀봉 가스 공급원들 중 어느 것도 밀봉 가스를 공급하기 위해 보조(예를 들어, 왕복) 압축기의 제공을 필요로 하지 않을 정도로 충분히 낮으며, 예를 들어 비제한적인 예로서 1 내지 50 바아 범위 또는 약간 달리 말해서 51 바아 미만의 공급 압력에 유의한다. 이것은 다음에는 예시적인 실시예를 더 가격 효율적인 것으로 만들고, 종래의 압축기 시스템보다 적은 정비를 필요로 한다.
도 5는 또한 밀봉 시스템(26)의 3개의 밀봉 스테이지 중 처음의 2개의 각각을 위한 압력 제어식 벤팅 기구(venting mechanism)를 도시하고 있다. 예를 들어, 1차 시일(40)은 1차 시일(40)로부터 누출된 프로세스 가스를 다시 회수 시스템으로 복귀시키는 벤팅 기구(82)를 포함한다. 벤팅 기구(82)는 다른 것들 중에서도 이 예에서는 10 바아인 밀봉 가스 압력을 고려해 적절한 압력 수준으로 설정된 선택적인 PCV(84)를 포함한다. 회수된 시일 가스 벤팅 기구(82)는 또한 복귀 경로를 따른 유동 및 압력(더 높은 또는 더 낮은)의 변화를 감시할 수 있는 유동 및 압력 감시 기기를 갖추고 있으며, 이들 파라미터는 시일의 고장을 나타낼 수 있다. 이들 값은 검출되어 시스템 경보 또는 셧다운 신호를 발생시키는 데 사용될 수 있다. 회수된 프로세스 가스는 그 다음에 회수 시스템으로 보내지고 프로세스 가스 루프 내로 주입된다.
유사하게, 2차 시일(42)은 벤팅 기구(86)를 갖추고 있다. 1차 벤트는 이 예시적인 실시예에 따라, 그리고 회수된 가스 벤트와 마찬가지로, 압력을 한정된 범위 내에 유지하는 PCV(88)뿐만 아니라, 유동 및 압력 감시 기기를 갖추고 있다. 이러한 압력은 벤팅 기구(86)가 벤팅하는 플랜트 플레어 시스템에 사용되는 압력보다 높도록 설정될 수 있다. 유동 및 압력(더 높은 또는 더 낮은)의 변화는 또한 2차 시일 벤팅 시스템(86)에서 검출하고 경보 또는 셧다운 신호를 발생시키는 데 사용될 수 있다. 3차 시일(44)이 또한, 밀봉 기구(26)의 고장의 경우에 높은 배압을 회피하도록 크기설정되고 질소(또는 1차 버퍼 가스)를 대기로 벤팅하는 벤팅 기구(90)를 갖는다.
따라서, 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 적어도 하나의 임펠러를 포함하는 로터 조립체, 로터 조립체에 연결되고 이를 회전가능하게 지지하기 위한 베어링, 및 스테이터를 갖는 원심 압축기를 밀봉하기 위한 방법은 도 6의 흐름도에 도시된 방법 단계들을 포함한다. 거기에서, 단계 100에서, 원심 압축기에 의해 가압된 프로세스 가스는 차례로 제 1 건식 가스 시일, 제 2 건식 가스 시일, 및 제 3 건식 가스 시일의 조합을 사용함으로써 베어링에 도달하는 것이 차단된다. 이는 제 1 압력에서 제 1 건식 가스 시일에 1차 시일 가스를 공급하는 단계(단계 102), 제 2 압력에서 제 1 건식 가스 시일에 인접하게 배치된 제 2 건식 가스 시일에 1차 버퍼 가스를 공급하는 단계(단계 104), 및 제 3 압력에서 제 2 건식 가스 시일에 인접하게 배치된 제 3 건식 가스 시일에 버퍼 가스를 공급하는 단계를 추가로 포함한다.
따라서, 상기 내용에 기초해, 예시적인 실시예는 잠재적으로 위험한 프로세스 가스가 대기로 방출되는 것을 방지할 수 있거나 적어도 가능성을 낮출 수 있는, 원심 압축기를 위한 밀봉 기구를 제공한다는 것을 알 것이다. 이는 예를 들어 황화수소(H2S)와 같은 프로세스 가스의 존재시 특히 유용하다. 또한, 이들 예시적인 실시예는 고도로 가압된 밀봉 가스의 발생에 전용되는 다른 압축기의 존재를 필요로 하지 않는 원심 압축기를 위한 건성 가스에 대해 실질적으로 불침투성인 밀봉 기구를 생성한다. 또한, 상기의 예시적인 실시예에 도시되고 설명된 바와 같은 밀봉 기구가 3개의 건식 가스 시일을 구비할지라도, 차례로 제공된 4개 이상의 건식 가스 시일이 또한 다른 예시적인 실시예에 따라 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
전술된 예시적인 실시예는 본 발명의 제한적이기보다는 모든 면에서 예시적인 것으로 의도된다. 따라서, 본 발명은 당업자에 의해 본 명세서에 포함된 설명으로부터 추론될 수 있는 상세한 구현예에서 많은 변화가 가능하다. 모든 그러한 변화 및 변경은 하기의 특허청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 범위 및 사상 내인 것으로 고려된다. 본 출원의 설명에 사용된 요소, 행위, 또는 지시는 본 발명에 중대하거나 본질적인 것으로 명백하게 기술되지 않는 한 그와 같이 해석되어서는 안된다. 또한, 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태는 하나 이상의 항목을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (10)

  1. 터보 기계(turbo machine)에 있어서,
    적어도 하나의 임펠러를 포함하는 로터 조립체(rotor assembly);
    상기 로터 조립체에 연결되고 상기 로터 조립체를 회전가능하게 지지하기 위한 베어링;
    스테이터(stator); 및
    상기 로터 조립체와 상기 베어링 사이에 배치된 밀봉 기구(sealing mechanism)를 포함하고,
    상기 밀봉 기구는,
    제 1 건식 가스 시일(dry gas seal)로서, 상기 밀봉 기구의 안쪽에 근접하게 배치되고, 제 1 압력에서 상기 제 1 건식 가스 시일에 공급된 1차 시일 가스(seal gas)를 갖는, 상기 제 1 건식 가스 시일;
    제 2 건식 가스 시일로서, 상기 제 1 건식 가스 시일에 인접하게 배치되고, 제 2 압력에서 상기 제 2 건식 가스 시일에 공급된 1차 버퍼 가스(buffer gas)를 갖는, 상기 제 2 건식 가스 시일; 및
    제 3 건식 가스 시일로서, 상기 제 2 건식 가스 시일에 인접하게 배치되고, 제 3 압력에서 상기 제 3 건식 가스 시일에 공급된 버퍼 가스를 갖는, 상기 제 3 건식 가스 시일을 포함하는
    터보 기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 시일 가스는 상기 터보 기계에 의해 가압되고 있는 프로세스 가스(process gas)이고, 상기 1차 버퍼 가스는 연료 가스이며, 상기 버퍼 가스는 질소인
    터보 기계.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 건식 가스 시일의 하류측에서 회수된 1차 시일 가스를 상기 터보 기계 내의 회수 시스템으로 벤팅(venting)하도록 구성된 제 1 벤팅 기구;
    상기 제 2 건식 가스 시일의 하류측에서 회수된 1차 버퍼 가스 및 버퍼 가스를 상기 터보 기계와 관련된 플레어(flare)로 벤팅하도록 구성된 제 2 벤팅 기구; 및
    상기 제 3 건식 가스 시일의 하류측에서 회수된 버퍼 가스를 대기로 벤팅하도록 구성된 제 3 벤팅 기구를 더 포함하는
    터보 기계.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터보 기계로부터 유입하는 상기 프로세스 가스와 관련된 제 1 압력 구역은 압력 P1을 갖고, 상기 제 1 압력 구역과 상기 제 1 건식 가스 시일 사이에 배치되는 제 2 압력 구역은 압력 P2를 가지며, 상기 제 1 건식 가스 시일 내에 배치되는 제 3 압력 구역은 압력 P3을 갖고, 상기 제 3 압력 구역과 상기 제 2 건식 가스 시일 사이에 배치되는 제 4 압력 구역은 압력 P4를 가지며, 상기 제 2 건식 가스 시일 내에 배치되는 제 5 압력 구역은 압력 P5를 갖고, 상기 제 5 압력 구역과 상기 제 3 건식 가스 시일 사이에 배치되는 제 6 압력 구역은 압력 P6을 가지며, 상기 제 3 건식 가스 시일 내에 배치되는 제 7 압력 구역은 압력 P7을 갖고, P1 > P2 > P4 > P3 > P6 > P5 > P7인
    터보 기계.
  5. 적어도 하나의 임펠러를 포함하는 로터 조립체, 상기 로터 조립체에 연결되고 상기 로터 조립체를 회전가능하게 지지하기 위한 베어링, 및 스테이터를 갖는 터보 기계를 밀봉하기 위한 방법에 있어서,
    차례로 제 1 건식 가스 시일, 제 2 건식 가스 시일, 및 제 3 건식 가스 시일의 조합을 사용함으로써 상기 터보 기계에 의해 가압된 프로세스 가스가 상기 베어링에 도달하는 것을 차단하는 단계;
    제 1 압력에서 상기 제 1 건식 가스 시일에 1차 시일 가스를 공급하는 단계;
    제 2 압력에서 상기 제 1 건식 가스 시일에 인접하게 배치된 상기 제 2 건식 가스 시일에 1차 버퍼 가스를 공급하는 단계; 및
    제 3 압력에서 상기 제 2 건식 가스 시일에 인접하게 배치된 상기 제 3 건식 가스 시일에 버퍼 가스를 공급하는 단계를 포함하는
    터보 기계를 밀봉하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 1차 시일 가스는 조절된 프로세스 가스이고, 상기 1차 버퍼 가스는 연료 가스이며, 상기 버퍼 가스는 질소인
    터보 기계를 밀봉하기 위한 방법.
  7. 건식 가스 밀봉 제어 시스템에 있어서,
    제 1 압력에서 제 1 밀봉 가스를 제 1 건식 가스 시일에 제공하도록 구성된 제 1 밀봉 가스 입력 제어 기구;
    제 2 압력에서 제 2 밀봉 가스를 제 2 건식 가스 시일에 제공하도록 구성된 제 2 밀봉 가스 입력 제어 기구; 및
    제 3 압력에서 제 3 밀봉 가스를 제 3 건식 가스 시일에 제공하도록 구성된 제 3 밀봉 가스 입력 제어 기구를 포함하고,
    상기 제 1 밀봉 가스, 상기 제 2 밀봉 가스, 및 상기 제 3 밀봉 가스는 서로 상이한
    건식 가스 밀봉 제어 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 밀봉 가스는 프로세스 가스이고, 상기 제 2 밀봉 가스는 연료 가스이며, 상기 제 3 밀봉 가스는 질소인
    건식 가스 밀봉 제어 시스템.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 압력, 상기 제 2 압력, 및 상기 제 3 압력의 각각은 51 바아(Bar) 미만인
    건식 가스 밀봉 제어 시스템.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 밀봉 가스의 가열, 냉각 및 여과 중 적어도 하나를 수행하기 위해 상기 제 1 밀봉 가스 입력 제어 기구와 관련된 적어도 하나의 가스 조절 요소를 더 포함하는
    건식 가스 밀봉 제어 시스템.
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