KR20180040153A - 축류 압축기와 원심 압축기를 포함하는 ｌｎｇ 플랜트 - Google Patents

축류 압축기와 원심 압축기를 포함하는 ｌｎｇ 플랜트 Download PDF

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KR20180040153A
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쥬세페 유리스키
시모네 코르보
쥬세페 사사넬리
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누보 피그노네 테크놀로지 에스알엘
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Abstract

본 발명에 따른 LNG 플랜트는 압축 트레인(100)과 추가 압축 트레인(200)을 포함하고, 예를 들어 3-사이클 순수-냉매 액화 기술 또는 다중-사이클 순수-냉매 및 혼합-냉매 액화 기술을 유익하게 구현할 수 있다. 상기 압축 트레인(100)은 제1 세트의 축방향 압축 단(311, 312)과, 제2 세트의 축방향 압축 단(321, 322, 323)과, 하나의 메인 입구(301)와, 하나의 메인 출구(302)와, 하나의 보조 입구(303) 및/또는 하나의 보조 출구를 포함하고, 상기 보조 입구(303)를 통해 압축기(130)에 들어가는 유체가 실질적인 반경방향에서 실질적인 축방향으로 방향 전환되거나 및/또는 상기 보조 출구를 통해 압축기(130)에서 나가는 유체가 실질적인 축방향에서 실질적인 반경방향으로 방향 전환된다. 상기 추가 압축 트레인(200)은 원심형이고 개방형인 제1 세트의 임펠러(411, 412)와, 원심형이고 덮개형인 제2 세트의 임펠러(421, 422, 423)을 포함한다.

Description

축류 압축기와 원심 압축기를 포함하는 ＬＮＧ 플랜트
본원에 개시된 대상의 실시형태는, 축류 압축기와 원심 압축기를 포함하는 LNG[=액화 천연 가스] 플랜트에 대응한다.
"오일 & 가스"의 분야에서는, 즉 오일 및/또는 가스를 탐사, 생산, 저장, 정제 및 분배하기 위한 기계 및 플랜트에서는, 개선된 해결 방안을 끊임없이 물색하고 있다.
예를 들어, 기계들의 구조 및/또는 작동, 기계들의 연결, 또는 기계들의 조합(예컨대 기계들의 트레인) 등으로부터 개선 사항이 도출될 수 있다.
개선 사항으로는, 예를 들어 효율 증대 및/또는 손실 감소, 생산 증가 및/또는 폐기물 감소, 기능 증가, 비용 감소, 크기 및/또는 점유 면적 감소 등이 있을 수 있다.
두 가지 주요 LNG 프로세스가 "오일 & 가스"의 분야에 알려져 있다:
- Air Products & Chemicals Inc.에 의해 창안되어, 간단히 "APCI"라고도 하는 C3-MR 프로세스; 이 프로세스는 순수-냉매("C3"), 즉 프로판과, 혼합-냉매("MR"), 즉 통상적으로 프로판, 에틸렌 및 메탄의 혼합물을 사용하며; 이 프로세스는 2-사이클 (1개의) 순수-냉매 및 (1개의) 혼합-냉매 액화 기술이다;
- Conoco Phillips에 의해 창안되어, 간단히 "CPOC"라고도 하는 캐스케이드 프로세스; 이 프로세스는 3개의 순수-냉매, 즉 통상적으로 프로판과, 에틸렌 또는 에탄, 그리고 메탄을 사용하며; 이 프로세스는 3-사이클 (3개의) 순수-냉매 액화 기술이다.
다른 LNG 프로세스가 "오일 & 가스"의 분야에 "AP-X"로 알려져 있는데; 이 프로세스는 2개의 순수-냉매, 즉 프로판 및 질소와, 혼합-냉매, 즉 통상적으로 프로판, 에틸렌 및 메탄의 혼합물을 사용하며; 이 프로세스는 3-사이클 (2개의) 순수-냉매 및 (1개의) 혼합-냉매 액화 기술이고; 이 프로세스는 "APCI" 프로세스에서 진보한 프로세스이다.
표현 "순수-냉매"는 실제로, 냉매에서 하나의 물질이 대부분을 (예를 들어, 적어도 90%, 95%, 또는 98%) 차지하는 것을 의미하는데; 상기 물질은 화학 화합물(예를 들어, 프로판, 에탄, 에틸렌, 메탄) 또는 화학 원소(예를 들어, 질소)일 수 있다.
상기한 알려진 프로세스들은 공정의 관점에서 이미 최적화되어 있지만, 특히 LNG 플랜트에 사용되는 기계들의 수 및/또는 기계들의 점유 면적의 관점에서, 개선 사항들을 여전히 찾고 있다.
본원에 개시된 대상의 실시형태들은 LNG 플랜트에 관한 것이다.
이러한 실시형태들에 따르면, LNG 플랜트는 압축 트레인과 추가 압축 트레인을 포함한다. 상기 압축 트레인은 엔진과, 상기 엔진에 의해 구동되는 압축기를 포함하고; 상기 압축기는 축류 압축기이며 제1 세트의 축방향 압축 단과 상기 제1 세트의 축방향 압축 단의 하류측에 배치된 제2 세트의 축방향 압축 단을 포함하고; 적어도 상기 제1 세트 및 제2 세트의 축방향 압축 단은 하나의 케이스 내부에 수용되어 있으며; 상기 압축기는: 상기 제1 세트의 축방향 압축 단의 상류측에 배치된 하나의 메인 입구와, 상기 제2 세트의 축방향 압축 단의 하류측에 배치된 하나의 메인 출구와, 상기 제1 세트의 축방향 압축 단의 하류측에 그리고 상기 제2 세트의 축방향 압축 단의 상류측에 배치된 적어도 하나의 보조 입구 및/또는 적어도 하나의 보조 출구를 구비하고; 상기 압축기는, 상기 보조 입구를 통해 압축기에 들어가는 유체가 실질적인 반경방향에서 실질적인 축방향으로 방향 전환되거나 및/또는 상기 보조 출구를 통해 압축기에서 나가는 유체가 실질적인 축방향에서 실질적인 반경방향으로 방향 전환되도록 구성되어 있다. 상기 추가 압축 트레인은 추가 엔진과, 상기 추가 엔진에 의해 구동되는 추가 압축기를 포함하며; 상기 추가 압축기는 원심 압축기이고 제1 세트의 임펠러와 상기 제1 세트의 임펠러의 하류측 또는 상류측에 배치된 제2 세트의 임펠러를 포함하며; 상기 제1 세트의 임펠러는 원심형이고 개방형이며; 상기 제2 세트의 임펠러는 원심형이고 덮개형이며; 적어도 상기 제1 세트 및 제2 세트의 임펠러는 하나의 케이스 내부에 수용되어 있고; 상기 제1 세트 및 제2 세트의 임펠러는 기계식 연결부를 통해 서로 연결되어 있다.
이러한 종류의 축류 압축기는 고유량 압축기이고, 이하에서는 "고유량 축류 압축기"라고도 한다.
전술한 "실질적인 축방향"은 압축기 축의 방향에 평행한 방향 또는 실질적으로 압축 흐름 경로의 접선 방향이고, 상기 압축 흐름 경로는 유체를 압축하는 동안에 유체의 흐름에 의해 정해지는 경로이다.
이러한 LNG 플랜트는, 예를 들어 3-사이클 순수-냉매 액화 기술 또는 다중-사이클 순수-냉매 및 혼합-냉매 액화 기술을 유익하게 구현할 수 있다.
본원에 포함되어 있고 본 명세서에 없어서는 안 될 부분을 구성하는 첨부 도면은, 본 발명의 예시적인 실시형태들을 보여주며, 상세한 설명과 함께 이들 실시형태를 설명한다. 도면에서:
도 1은 압축 트레인의 제1 실시형태의 개략도를 보여주고;
도 2는 압축 트레인의 제2 실시형태의 개략도를 보여주며;
도 3은 도 1에 도시된 압축 트레인의 구성요소일 수 있는 압축기의 제1 실시형태의 개략도를 보여주고;
도 4는 도 2에 도시된 압축 트레인의 구성요소일 수 있는 압축기의 제2 실시형태의 개략도를 보여주며;
도 5는 LNG 플랜트의 제1 실시형태의 개략도를 보여주고;
도 6은 LNG 플랜트의 제2 실시형태의 개략도를 보여준다.
예시적인 실시형태에 대한 이하의 상세한 설명은, 첨부 도면을 참조로 한다.
이하의 설명은 본 발명을 제한하지 않는다. 대신에, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해진다.
발명의 상세한 설명의 전반에 언급되어 있는 "일 실시형태" 또는 "실시형태"는, 실시형태와 관련하여 기술된 특정 특징, 구조, 또는 특성이, 개시된 청구 대상의 적어도 하나의 실시형태에 포함되어 있는 것임을 의미한다. 따라서, 발명의 상세한 설명의 전반에 걸쳐 여러 곳에 보이는 구절 "일 실시형태에서" 또는 "실시형태에서"가, 동일한 실시형태를 나타내는 것은 아니다. 또한, 특정 특징, 구조, 또는 특성은 하나 이상의 실시형태에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
이하에서(그리고 그 수학적 의미에 따르면), 용어 "세트"는 하나 이상의 품목의 그룹을 의미한다.
도 1은 엔진(110)과, 상기 엔진(110)에 의해 구동되는 압축기(130)를 포함하는 압축 트레인(100)을 보여준다. 압축기(130)는 축류(즉, 축방향 흐름) 압축기이고 적어도 제1 세트의 축방향 압축 단(즉, 하나 이상의 단)과 상기 제1 세트의 축방향 압축 단의 하류측에 배치된 적어도 제2 세트의 축방향 압축 단(즉, 하나 이상의 단)을 포함한다. 도 3의 실시형태에 따르면, 제1 세트는 2개의 단(311, 312)을 포함하지만, 예를 들어 1개 내지 20개의, 임의의 수의 단이 적합하다. 도 3의 실시형태에 따르면, 제2 세트는 3개의 단(321, 322, 323)을 포함하지만, 예를 들어 1개 내지 20개의, 임의의 수의 단이 적합하다. 적어도 상기 제1 세트 및 제2 세트의 축방향 압축 단은 하나의 케이스(300) 내부에 수용되고; 통상적으로 모든 세트의 단이 상기한 케이스 내부에 수용된다. 상기 압축기(130)는:
- 상기 제1 세트의 축방향 압축 단의 상류측에 배치되어 있는 압축할 유체(도 1에서는 도면부호 131이 붙여져 있음)를 수용하기 위한 하나의 메인 입구(301)로서, - 상기 제1 세트의 축방향 압축 단의 상류측에 직접적으로 (즉, 사이에 아무 것도 없이) 배치될 수 있는 것인 하나의 메인 입구와,
- 상기 제2 세트의 축방향 압축 단의 하류측에 배치되어 있는 압축된 유체(도 1에서는 도면부호 132가 붙여져 있음)를 제공하기 위한 하나의 메인 출구(302)로서, - 상기 제2 세트의 축방향 압축 단의 하류측에 직접적으로 (즉, 사이에 아무 것도 없이) 배치될 수 있는 것인 하나의 메인 출구와,
- 상기 제1 세트의 축방향 압축 단의 하류측에 그리고 상기 제2 세트의 축방향 압축 단의 상류측에 배치되어 있는 적어도 하나의 보조 입구 및/또는 적어도 하나의 보조 출구를 구비하고, - 도 3의 실시형태에 따르면, 단들(311 및 312)의 바로 하류측에 그리고 단들(321, 322, 323)의 바로 상류측에 배치되어 있는 하나의 보조 입구(303)만이 있다.
상기 제1 세트 및 제2 세트의 축방향 압축 단은 동일한 타입의 작동 유체 또는 서로 다른 타입의 작동 유체를 압축하도록 배치될 수 있다.
작동 유체의 타입이 동일한 경우에는, 예를 들어 제1 세트의 축방향 압축 단은 작동 유체의 제1 흐름(예컨대, 도 3의 화살표 301 참조)을 처리하고, 이 작동 유체의 제1 흐름이 제1 세트의 축방향 압축 단에 의해 처리된 후에(예컨대, 도 3의 화살표 304 참조), 이 작동 유체의 제1 흐름을 제2 세트의 축방향 압축 단이 처리하며, 작동 유체의 제2 흐름(예컨대, 도 3의 화살표 303C 참조)이 보조 입구(예컨대, 도 3의 화살표 303)에서 들어간다.
작동 유체의 타입이 서로 다른 경우에는, 예를 들어 제1 작동 유체가 메인 입구[예컨대, 도 3의 입구(301)]에서 들어가고 보조 출구(도 3에는 보조 출구가 도시되어 있지 않음]로부터 나가며, 제2 작동 유체는 보조 입구[예컨대, 도 3의 입구(303)]에서 들어가고 메인 출구[예컨대, 도 3의 출구(302)]로부터 나간다.
도 3의 실시형태에서, 메인 입구(301)는 압축할 제1 유체 흐름을 수용하기 위해 사용되고 보조 입구(303)는 압축할 제2 유체 흐름을 수용하기 위해 사용되며; 보조 입구(303)는 외부 측(303A)에 실질적으로 (또는 완벽하게) 반경방향으로 배향되고 내부 측(303C)에 실질적으로 (또는 완벽하게) 축방향으로 배향되는 유체 흐름의 주입을 제공하며; 단들(311 및 312)에 의해 이미 부분적으로 압축되어 있고 축방향(304)으로 유동하는 제1 유체 흐름과, 아직 압축되어 있지 않고 축방향(303C)으로 유동하는 제2 유체 흐름이 만나서 단들(321, 322 및 323)에 의해 압축되며; 제2 유체 흐름은 외부 측(303A)에서부터 내부 측(303C)으로 연장되는 중간 경로(303B)를 따르면서 반경방향에서부터 축방향으로 방향 전환되며, 즉 방향이 틀어진다.
축방향 압축 단의 세트는 2개보다 많을 수 있고, 예를 들어 3개 또는 4개일 수 있다.
하나 이상의 보조 입구가 있을 수 있다.
하나 이상의 보조 출구가 있을 수 있다.
위에서 정의한 축류 압축기의 구성에 따르면, 기계는 매우 컴팩트해지고, 하나 이상의 유체의 흐름을 처리하는 데 단 하나의 케이싱만이 요구된다.
또한, 압축기에 의해 처리된 작동 유체의 메인 스트림에, 하나 이상의 작동 유체의 사이드 스트림을 축방향으로 주입함으로써, 압축기의 전체 효율이 증대될 수 있다.
축류 압축기는, 동등한 조건에서 다른 타입의 압축기보다 높은 유량을 처리할 수 있는 압축기의 타입이다.
일반적으로, 축류 압축기는 원심 압축기보다 더 효율적이므로, 동일한 동력으로, 보다 많은 유체를, 즉 보다 높은 유량의 유체를 압축할 수 있다. 따라서, 생성되는 액화 천연 가스의 양은 프로판의 유량에 정비례하므로, 프로판에 대해서는 축류 압축기를 이용하는 것이 유리하다.
일반적으로, 동일한 동력에서, 축류 압축기가 원심 압축기보다 작다. 따라서, 플랜트에서, 특히 LNG 플랜트에서, 압축기의 크기 및/또는 수가 감소되므로, 프로판에 대해서는 축류 압축기를 사용하는 것이 유리하다.
보조 입구/(들) 및/또는 보조 출구/(들)를 통해, 압축기는, 보다 더 융통성을 가질 수 있게 되며, 기계의 작동 조건을 압축기가 사용되는 프로세스에 맞춰 조정할 수 있게 된다. 예를 들어, 보조 입구/(들)와 보조 출구/(들)는, 작동 유체를 압축기로부터 추출하고 이 작동 유체를 재주입되기 전에 냉각하는 데 사용될 수 있다.
상기 엔진(110)은 전기 모터, 또는 증기 터빈, 또는 가스 터빈, 특히 항공 가스 터빈일 수 있다. 압축기에 의해 흡수되는 동력이 특정 임계값을 초과하는 경우에, 메인 엔진을 돕도록, 압축 트레인(특히 LNG 플랜트)의 축에 연결되어 있는 보조 엔진이, 메인 엔진에 부가하여 마련될 수 있다는 점에 주목해야 할 필요가 있는데; 이러한 보조 엔진을 "헬퍼"라고도 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(110)과 압축기(130)는 직접 연결되거나 기어 트레인(120)(일반적으로 기어박스의 일부분임)을 통해 연결될 수 있다.
도 1(및 도 3)에 도시된 트레인과 동일하거나 유사한 트레인은, 압축된 프로판을 제공하도록 배치되는 경우에 특히 유리하다. 예를 들어, 3개의 순수-냉매의 3-사이클(예를 들어, "CPOC")에 의한 액화 기술을 구현하는 LNG 플랜트와, 1개의 순수-냉매 및 1개의 혼합-냉매의 2-사이클(예를 들어, "APCI")에 의한 액화 기술을 구현하는 LNG 플랜트, 그리고 2개의 순수-냉매 및 1개의 혼합-냉매의 3-사이클(예를 들어, "AP-X")에 의한 액화 기술을 구현하는 LNG 플랜트가 이 경우에 해당된다.
도 2는 엔진(210)과, 상기 엔진(210)에 의해 구동되는 고압축비 압축기(230)를 포함하는 압축 트레인(200)을 보여준다. 고압축비 압축기(230)는 원심(즉, 원심방향 흐름) 압축기이고 제1 세트의 임펠러(즉, 하나 이상의 임펠러)와 상기 제1 세트의 임펠러의 하류측 또는 상류측에 배치된 제2 세트의 임펠러(즉, 하나 이상의 임펠러)를 포함한다. 도 4의 실시형태에 따르면, 제1 세트는 2개의 임펠러(411, 412)를 포함하지만, 예를 들어 1개 내지 20개의, 임의의 수의 임펠러가 적합하다. 도 4의 실시형태에 따르면, 제2 세트는 3개의 임펠러(421, 422, 423)를 포함하지만, 예를 들어 1개 내지 20개의, 임의의 수의 임펠러가 적합하다. 제1 세트의 임펠러(411 및 412)는 원심형이고 개방형이다. 제2 세트의 임펠러(421, 422 및 423)는 원심형이고 덮개형이다. 적어도 제1 세트 및 제2 세트의 임펠러(411, 412, 421, 422 및 423)는 하나의 케이스(400) 내부에 수용되어 있다. 제1 세트 및 제2 세트의 임펠러(411, 412, 421, 422 및 423)는 기계식 연결부를 통해 서로 연결되어 있다.
축방향 압축 단의 세트는 2개보다 많을 수 있고, 예를 들어 3개 또는 4개일 수 있다.
하나 이상의 보조 입구가 있을 수 있다.
하나 이상의 보조 출구가 있을 수 있다.
유익하게는, 도 4의 실시형태에서와 같이, 상기 고압축비 원심 압축기의 임펠러들 중의 적어도 일부는 서로 적층되어 있고, 허스 조인트에 의해 기계식으로 연결되어 있다. 이와 같이 적층되고 연결된 임펠러는 타이 로드를 이용하여 함께 조여지며, 이러한 방식으로 매우 안정적이고 신뢰 가능한 기계식 연결이 달성된다. 각 임펠러는 예를 들어 그 회전 축에 관통 구멍을 구비하고, 타이 로드가 이 관통 구멍을 통과할 수 있도록 구성되어 있다. 임펠러들이 적층되고 함께 조여질 때, 로터가 얻어진다.
도 4의 실시형태에서, 두 세트의 임펠러 모두(411, 412, 421, 422, 423)가 적층되어 있고, 허스 조인트(440A, 440B, 440C, 440D)에 의해 연결되어 있으며, 타이 로드(430)에 의해 함께 조여져 있다.
압축기(230)는 메인 입구(401)(도 2에서는 도면부호 231이 붙여져 있음)와, 메인 출구(402)(도 2에서는 도면부호 232가 붙여져 있음), 그리고 상기 메인 출구(401)에서부터 상기 메인 출구(402)까지의 흐름 경로를 따라서의 중간 위치에 적어도 하나의 보조 입구 및/또는 적어도 하나의 보조 출구를 구비하는데; 도 4는 일부 실시형태에서는 보조 입구(상향 화살표 참조)이고 일부 실시형태에서는 보조 출구(하향 화살표 참조)인 1개의 중간 탭(403)의 일반적인 경우를 보여준다.
유익하게는, 도 4의 실시형태에서와 같이, 제2 세트의 임펠러(421, 422 및 423)는 제1 세트의 임펠러(411 및 412)의 하류측에 있고, 제2 세트의 임펠러(421, 422 및 423)는 제1 세트의 임펠러(411 및 412)보다 작은 직경을 가질 수 있다.
도 4의 실시형태에 따르면, 제1 세트의 임펠러(411 및 412)는 개방형이고, 제2 세트의 임펠러(421, 422 및 423)보다 큰 직경을 갖는다.
슈라우드가 없기 때문에, 개방형 임펠러는 덮개형 임펠러보다 빠르게 회전할 수 있는데; 실제로, 임펠러가 회전할 때, 슈라우드에 작용하는 원심력에 의해 슈라우드는 바깥쪽으로 당겨지고, 특정 회전 속도를 넘어서면 슈라우드는 임펠러에서 빠져나갈 우려가 있다.
위에서 정의한 고압축비 원심 압축기의 로터 구성을 통하여, 압축기는 종래의 압축기보다 빠르게 회전할 수 있고, 이에 따라 보다 큰 압축비를 달성할 수 있다.
개방형 임펠러와 덮개형 임펠러는 서로 번갈아 위치할 수 있는데; 특히 하나 이상의 보조 입구 및/또는 출구가 있는 경우에, 이와 같이 구성된다는 점에 주목해야 할 필요가 있다.
상기 엔진(210)은 전기 모터, 또는 증기 터빈, 또는 가스 터빈, 특히 항공 가스 터빈일 수 있다. 압축기에 의해 흡수되는 동력이 특정 임계값을 초과하는 경우에, 메인 엔진을 돕도록, 압축 트레인(특히 LNG 플랜트)의 축에 연결되어 있는 보조 엔진이, 메인 엔진에 부가하여 마련될 수 있다는 점에 주목해야 할 필요가 있는데; 이러한 보조 엔진을 "헬퍼"라고도 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(210)과 압축기(230)는 직접 연결되거나 기어 트레인(120)(일반적으로 기어박스의 일부분임)을 통해 연결될 수 있다.
도 2(및 도 4)에 도시된 원심 압축기와 동일하거나 유사한 원심 압축기는, 매우 빠르게 회전할 수 있고, 이에 따라 매우 높은 압축비에 도달할 수 있다. 따라서, 단일(및 소형) 케이스 내에 있는 획기적인 단일의 원심 압축기가, 별개의 케이스들 내에 있는 2개 이상의 종래의 원심 압축기를 대체할 수 있다.
게다가, 임펠러의 높은 회전 속도 때문에, 높은 유량 계수가 얻어질 수 있다.
도 2(및 도 4)에 도시된 트레인과 동일하거나 유사한 트레인은, 압축된 메탄을 제공하도록 배치되는 경우에 특히 유리하다. 예를 들어, 3개의 순수-냉매의 3-사이클(예를 들어, "CPOC")에 의한 액화 기술을 구현하는 LNG 플랜트가 이 경우에 해당된다.
도 2(및 도 4)에 도시된 트레인과 동일하거나 유사한 트레인은, 압축된 혼합-냉매를 제공하도록 배치되는 경우에 특히 유리하다. 예를 들어, 1개의 순수-냉매 및 1개의 혼합-냉매의 2-사이클(예를 들어, "APCI")에 의한 액화 기술을 구현하는 LNG 플랜트와, 2개의 순수-냉매 및 1개의 혼합-냉매의 3-사이클(예를 들어, "AP-X")에 의한 액화 기술을 구현하는 LNG 플랜트가 이 경우에 해당된다.
도 2(및 도 4)에 도시된 트레인과 동일하거나 유사한 트레인은, 압축된 질소를 제공하도록 배치되는 경우에 특히 유리하다. 예를 들어, 2개의 순수-냉매 및 1개의 혼합-냉매의 3-사이클(예를 들어, "AP-X")에 의한 액화 기술을 구현하는 LNG 플랜트가 이 경우에 해당된다.
도 1(및 도 3)에 도시된 트레인과 동일하거나 유사한 하나 이상의 트레인 및/또는 도 2(및 도 4)에 도시된 트레인과 동일하거나 유사한 하나 이상의 트레인이 LNG 플랜트에 포함될 수 있다.
상기한 압축기들과 함께 상기한 트레인들을 사용함으로써, 더 작은 공간에서 및/또는 더 작은 점유 면적에서 그리고 더 적은 수의 기계로, 더 많은 LNG를 생산하게 될 수 있다.
2개 이상의 케이스 대신에 단 1개의 케이스만을 구비하는 것은 많은 관점에 유리하다는 점에 주목해야 할 필요가 있다:
- 설치 및 유지 보수를 간소화하고,
- 유지 보수 시간을 줄이며,
- 신뢰도를 높이고(구성요소가 더 적고 고장 가능성이 더 낮으며),
- 기계들의 무게 및 점유 면적을 줄이며,
- 가스의 누출을 줄이고,
- 윤활유 시스템의 복잡성 및 크기를 감소시킨다.
도 5 및 도 6은 LNG 플랜트의 LNG 액화 라인(500 및 600)의 실시형태를 보여준다. 부호 501 및 601은 기체 천연 가스 입구를 나타내고, 부호 502 및 602는 액화 천연 가스 출구를 나타낸다. 부호 540 및 640은 천연 가스를 처리하고 냉각하며 액화하는 라인의 장비를 나타낸다. 라인의 다른 구성요소들은 가압된 냉매 가스들을 상기한 장비에 제공한다.
예를 들어, 장비(540)는 2-사이클 순수-냉매 및 혼합-냉매 액화 기술(예를 들어, "APCI")을 구현하고; 이에 따라, 가압된 프로판과 가압된 혼합 냉매를 이용한다.
예를 들어, 장비(640)는 3-사이클 순수-냉매 액화 기술(예를 들어, "CPOC")을 구현하고; 이에 따라, 가압된 프로판과, 가압된 메탄, 그리고 가압된 에탄 또는 에틸렌을 이용한다.
도 5의 LNG 액화 라인에서는, 프로판을 적어도 2개의 서로 다른 저압으로부터 고압으로 압축하기 위한, (이 도면에는 도시되어 있지 않은 엔진에 의해 구동되는) 적어도 1개의 고유량 축류 압축기(510)가 단일 케이스 내에 있다. 저압 프로판 입구는 통상적으로 2개 또는 3개 또는 4개일 수 있다.
도 5의 LNG 액화 라인에서는, 혼합-냉매를 적어도 2개의 서로 다른 저압으로부터 적어도 2개의 서로 다른 고압으로 압축하기 위한, (이 도면에는 도시되어 있지 않은 엔진에 의해 구동되는) 적어도 1개의 고압축비 원심 압축기(520)가 단일 케이스 내에 있다. 압축기(520)는, 중간-냉각 단계를 제공하도록 압축기(520)의 대응 보조 입구 및 대응 보조 출구에 의해 인터쿨러(550)에 유체 연통되어 있다. 이러한 LNG 액화 라인에서는, 1개 이상의, 예를 들어 2개 또는 3개의, 중간-냉각 단계가 있을 수 있다.
도 5의 LNG 액화 라인에서는, 질소를 저압으로부터 고압으로 압축하기 위한, (이 도면에는 도시되어 있지 않은 엔진에 의해 구동되는) 적어도 1개의 압축기(도시 생략)가 단일 케이스 내에 있을 수 있다.
도 6의 LNG 액화 라인에서는, 프로판을 적어도 2개의 서로 다른 저압으로부터 고압으로 압축하기 위한, (이 도면에는 도시되어 있지 않은 엔진에 의해 구동되는) 적어도 1개의 고유량 축류 압축기(610)가 단일 케이스 내에 있다. 저압 프로판 입구는 통상적으로 2개 또는 3개 또는 4개일 수 있다.
도 6의 LNG 액화 라인에서는, 메탄을 적어도 2개의 서로 다른 저압으로부터 고압으로 압축하기 위한, (이 도면에는 도시되어 있지 않은 엔진에 의해 구동되는) 적어도 1개의 고압축비 원심 압축기(620)가 단일 케이스 내에 있다. 저압 메탄 입구는 통상적으로 2개 또는 3개 또는 4개일 수 있다.
도 6의 LNG 액화 라인에서는, 에탄 또는 에틸렌을 적어도 2개의 서로 다른 저압으로부터 고압으로 압축하기 위한, (이 도면에는 도시되어 있지 않은 엔진에 의해 구동되는) 적어도 1개의 압축기(630)가 단일 케이스 내에 있다. 저압 에탄 또는 에틸렌 입구는 통상적으로 2개 또는 3개 또는 4개일 수 있다.
사용되는 엔진들의 동력과 사용되는 압축기들의 동력에 따라, 단일 엔진이 하나 이상의 압축기를 구동할 수 있다는 점에 주목해야 할 필요가 있다.
단일 엔진이, 예를 들어 2개의 압축기를 구동하는 경우, 기어 트레인(일반적으로 기어박스의 일부분임)은 2개의 서로 다른 속도로 2개의 압축기를 회전시키기 위해 사용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 압축 트레인(100)을 포함하는 LNG 플랜트로서;
    상기 압축 트레인(100)은 엔진(110)과, 상기 엔진(110)에 의해 구동되는 압축기(130)를 포함하고; 상기 압축기(130)는 축류 압축기이며 제1 세트의 축방향 압축 단(311, 312)과 상기 제1 세트의 축방향 압축 단(311, 312)의 하류측에 배치된 제2 세트의 축방향 압축 단(321, 322, 323)을 포함하고;
    적어도 상기 제1 세트 및 제2 세트의 축방향 압축 단(311, 312, 321, 322, 323)은 하나의 케이스(300) 내부에 수용되어 있으며;
    상기 압축기(130)는:
    - 상기 제1 세트의 축방향 압축 단(311, 312)의 상류측에 배치된 하나의 메인 입구(301)와,
    - 상기 제2 세트의 축방향 압축 단(321, 322, 323)의 하류측에 배치된 하나의 메인 출구(302)와,
    - 상기 제1 세트의 축방향 압축 단(311, 312)의 하류측에 그리고 상기 제2 세트의 축방향 압축 단(321, 322, 323)의 상류측에 배치된 적어도 하나의 보조 입구(303) 및/또는 적어도 하나의 보조 출구를 구비하고,
    상기 압축기(130)는, 상기 보조 입구(303)를 통해 압축기(130)에 들어가는 유체가 실질적인 반경방향에서 실질적인 축방향으로 방향 전환되거나 및/또는 상기 보조 출구를 통해 압축기(130)에서 나가는 유체가 실질적인 축방향에서 실질적인 반경방향으로 방향 전환되도록 구성되어 있으며;
    LNG 플랜트는 추가 압축 트레인(200)을 더 포함하고, 상기 추가 압축 트레인(200)은 추가 엔진(210)과, 상기 추가 엔진(210)에 의해 구동되는 추가 압축기(230)를 포함하며; 상기 추가 압축기(230)는 원심 압축기이고 제1 세트의 임펠러(411, 412)와 상기 제1 세트의 임펠러(411, 412)의 하류측 또는 상류측에 배치된 제2 세트의 임펠러(421, 422, 423)를 포함하며;
    상기 제1 세트의 임펠러(411, 412)는 원심형이고 개방형이며;
    상기 제2 세트의 임펠러(421, 422, 423)는 원심형이고 덮개형이며;
    적어도 상기 제1 세트 및 제2 세트의 임펠러(411, 412, 421, 422, 423)는 하나의 케이스(400) 내부에 수용되어 있고;
    상기 제1 세트 및 제2 세트의 임펠러(411, 412, 421, 422, 423)는 기계식 연결부(430, 440)를 통해 서로 연결되어 있는 것인 LNG 플랜트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유체는 상기 보조 입구/출구의 외부 측(303A)에서부터 상기 보조 입구/출구의 내부 측(303C)으로 연장되는 중간 경로(303B)에 의해 방향 전환되는 것인 LNG 플랜트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 엔진(110)은 전기 모터, 또는 증기 터빈, 또는 가스 터빈, 특히 항공 가스 터빈인 것인 LNG 플랜트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엔진(110)과 상기 압축기(130)는 직접 연결되거나 기어 트레인(120)을 통해 연결되는 것인 LNG 플랜트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축 트레인은 제1 압축 트레인(610)이고 프로판을 압축하도록 배치되어 있으며, 상기 추가 압축 트레인은 제2 압축 트레인(620)이고 메탄을 압축하도록 배치되어 있으며, 에틸렌 또는 에탄을 압축하도록 배치되어 있는 제3 압축 트레인(630)을 더 포함하고; 상기 제1 압축 트레인(610), 상기 제2 압축 트레인(620) 및 상기 제3 압축 트레인(630)은 기체 천연 가스의 흐름(601)을 액체 천연 가스의 흐름(602)으로 액화하도록 협동하는 것인 LNG 플랜트(600).
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축 트레인은 제1 압축 트레인이고 프로판을 압축하도록 배치되어 있으며, 상기 추가 압축 트레인은 제2 압축 트레인이고 에틸렌 또는 에탄을 압축하도록 배치되어 있으며, 메탄을 압축하도록 배치되어 있는 제3 압축 트레인을 더 포함하고; 상기 제1 압축 트레인, 상기 제2 압축 트레인 및 상기 제3 압축 트레인은 기체 천연 가스의 흐름을 액체 천연 가스의 흐름으로 액화하도록 협동하는 것인 LNG 플랜트.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제3 압축 트레인은 적어도 하나의 원심 압축기를 포함하는 것인 LNG 플랜트.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제3 트레인의 상기 적어도 하나의 원심 압축기는 제1 세트의 임펠러와, 상기 제1 세트의 임펠러의 하류측 또는 상류측에 배치된 제2 세트의 임펠러를 포함하고;
    상기 제1 세트의 임펠러는 원심형이며 개방형이고;
    상기 제2 세트의 임펠러는 원심형이며 덮개형이고;
    적어도 상기 제1 세트 및 제2 세트의 임펠러는 하나의 케이스 내부에 수용되어 있으며;
    상기 제1 세트 및 제2 세트의 임펠러는 기계식 연결부를 통해 서로 연결되어 있는 것인 LNG 플랜트.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축 트레인은 제1 압축 트레인(510)이고 프로판을 압축하도록 배치되어 있으며, 상기 추가 압축 트레인은 제2 압축 트레인(520)이고 혼합-냉매를 압축하도록 배치되어 있으며; 상기 제1 압축 트레인(510) 및 상기 제2 압축 트레인(510)은 기체 천연 가스의 흐름(501)을 액체 천연 가스의 흐름(502)으로 액화하도록 협동하는 것인 LNG 플랜트(500).
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축 트레인은 제1 압축 트레인이고 프로판을 압축하도록 배치되어 있으며, 상기 추가 압축 트레인은 제2 압축 트레인이고 혼합-냉매를 압축하도록 배치되어 있으며, 질소를 압축하도록 배치되어 있는 제4 압축 트레인을 더 포함하고; 상기 제1 압축 트레인, 상기 제2 압축 트레인 및 상기 제4 압축 트레인은 천연 가스의 흐름을 액화하도록 협동하는 것인 LNG 플랜트.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제4 압축 트레인은 적어도 하나의 원심 압축기를 포함하는 것인 LNG 플랜트.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제4 트레인의 상기 적어도 하나의 원심 압축기는 제1 세트의 임펠러와, 상기 제1 세트의 임펠러의 하류측 또는 상류측에 배치된 제2 세트의 임펠러를 포함하고;
    상기 제1 세트의 임펠러는 원심형이며 개방형이고;
    상기 제2 세트의 임펠러는 원심형이며 덮개형이고;
    적어도 상기 제1 세트 및 제2 세트의 임펠러는 하나의 케이스 내부에 수용되어 있으며;
    상기 제1 세트 및 제2 세트의 임펠러는 기계식 연결부를 통해 서로 연결되어 있는 것인 LNG 플랜트.
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