KR20240035621A - 연소 시스템에서 배기 퍼지 시간을 추정하고 설정하기 위한 개선된 방법 및 이의 연소 시스템 - Google Patents

Abstract

본 개시내용은 가스 터빈의 상류에, 특히 가스 터빈을 공급하는 연료-가스 격실 내측에 배열된 압력 검출기에 의해 수집된 값에 기초하여, 퍼지 사이클이 요구되는 지를 추정하도록 구성되는, 가스 터빈을 포함하는 연소 시스템에서 배기 퍼지 시간을 추정하고 설정하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 개시내용은 또한 그러한 방법을 수행하기 위한 연소 시스템에 관한 것이다.

Description

연소 시스템에서 배기 퍼지 시간을 추정하고 설정하기 위한 개선된 방법 및 이의 연소 시스템

본 개시내용은 연소 시스템, 특히 가스 터빈을 포함하는 연소 시스템에서 배기 퍼지 시간을 추정하고 설정하기 위한 방법에 관한 것이다. 그러한 방법을 수행하기 위한 연소 시스템이 또한 본원에 개시된다.

가스 터빈 및 이의 배기 덕트를 포함하는 연소 시스템은, 잔류 가스 또는 증기가 시스템 내로 폭발성 분위기를 생성할 수 있기 때문에, 터빈을 시동하거나 재시작하기 전에 잔류 가스로부터 퍼지될 필요가 있다.

그러한 가스 터빈 배기 시스템에서 퍼지 사이클을 수행하는 방법을 규정하는 안전성 표준, 즉: API616, ISO21789, ISO3977-3, NFPA37, 및 NFPA85가 존재한다. 구체적으로, 모든 언급된 표준은 가스 터빈을 시동하기 전에, 퍼지 사이클이 일반적으로 포함되고 수행되어야 한다는 것을 규정한다. 보통, 그러한 퍼지 사이클 동안, 가스 터빈 및 하류의 배기 덕트의 적어도 3회의 완전한 볼륨 변화가 행해진다.

ISO21789 및 NFPA85 표준 둘 모두는 또한 대안적인 안전성 조치가 준비된 경우에 그러한 완전한 퍼지 사이클이 회피될 수 있다는 가능성을 도입한다. 특히 NFPA85 표준에서는 퍼지 크레딧(purge credit)의 개념을 도입한다.

그러나, lSO2l789 및 NFPA85 표준에 의해 허용되는 위험성 평가의 그러한 개념, 또는 NFPA85 표준에 의해 도입된 퍼지 크레딧은 철저하게 분석된 적이 없다. 실제로, 대부분의 제조자에 의해 행해지는 현재의 접근법은 보수적이며, 여기서 퍼지 사이클은 배기 볼륨(NFPA85 표준에 의해 정의된 최대 수)의 5배 미만일 수 없다. 퍼지될 볼륨은 (수직 부분을 포함하는) 배기 덕트의 출구까지인 것으로 간주되며, 퍼지 사이클은 항상 각각의 가스 터빈 시작 또는 재시작 시에 수행된다.

그러나, 안정성의 관점에서 효과적이지만, 그러한 보수적인 접근법은, 연소 시스템의 이용가능성에 영향을 줄 수 있는데, 이는 그것은, 결과적으로 긴 가스-터빈 시동에 의해, 수행되는 데 긴 시간을 필요로 할 수 있기 때문이다.

이는 터빈 네트워킹(터보 발전기의 경우에)에서의 지연 및 스타터(starter)와 같은 일부 보조 시스템의 과부하를 초래할 수 있으며, 이는 연장된 작동 시간에 대해 특정 설계를 필요로 할 것이다. 이는 제조 비용의 증가를 의미한다.

예로서, 높은 배기 볼륨을 갖는 가스 터빈을 포함하고 회수 보일러가 또한 일렬로 설치되는 연소 시스템의 경우에, 하류 덕트에서 5회의 볼륨 변경을 완료하기 위한 퍼지 시간은 약 96분 지속될 수 있다. 그러한 값은 또한 배기 덕트의 치수에 좌우된다.

상기에 기초하여, 터빈 시동 동안 작동 시간을 감소시킬 수 있는, 연소 시스템에서 배기 퍼지 시간을 설정하기 위한 개선된 방법은, 관련된 작동 비용을 감소시킬 뿐만 아니라 가스 터빈 이용가능성을 증가시키는 것을 허용하여, 산업계에서 환영받을 것이다.

하나의 양태에서, 본원에 개시된 주제는 연소 시스템에서 배기 퍼지 시간을 추정하고 설정하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 셧오프 밸브가 제공된 연료 가스 격실에 의해 연료 가스가 공급되는, 터빈, 특히 가스 터빈을 포함한다. 구체적으로, 연료 가스 격실은 연소 시스템으로 진입하는 연료 가스를 위한, 연료 가스 유입구; 사용시에, 터빈으로의 연료 가스의 이동에 대해, 연료 가스 유입구의 하류에 배열되는, 제1 내부 셧오프 밸브 및 제1 내부 셧오프 밸브의 하류에 배열되는, 제2 내부 셧오프 밸브를 포함한다. 제1 내부 셧오프 밸브와 제2 내부 셧오프 밸브 사이에 적어도 하나의 압력 검출기가 배열된다. 그러한 양태에 따른 방법은, 터빈을 시동하는 단계 및 적어도 하나의 압력 검출기에 의해 검출된 압력을 수용하고 누출이 검출되지 않다는 것을 검증함으로써, 제1 내부 셧오프 밸브 및 제2 내부 셧오프 밸브를 체킹하는 단계를 포함한다. 체킹이 완료되고 터빈이 적어도 한 번 셧다운되었다면, 그 후 적어도 하나의 변수가 판독된다. 특히, 적어도 하나의 변수는 이전 터빈 셧다운과 연관되고, 퍼지 크레딧이 이용가능한 지를 표시한다. 따라서, 퍼지 크레딧이 이용가능하다는 것을 적어도 하나의 변수가 표시한다면, 그 후 배기 퍼지 시간은 0으로 설정되고, 이는 다음의 퍼지 사이클이 스킵된다는 것을 의미한다. 다르게, 퍼지 크레딧이 이용가능하지 않다는 것을 적어도 하나의 변수가 표시한다면, 배기 퍼지 시간은 미리결정된 퍼지 시간 값으로 설정된다.

특히, 퍼지 사이클은 퍼지 크레딧이 이용가능하다면 유한 회수가 스킵될 수 있다. 즉, 언급된 방법은 시스템이 잔여 퍼지 크레딧을 갖는지 여부를 평가하는 것을 허용하고, 따라서 퍼지 사이클 없이 터빈을 시동하는 것을 가능하게 한다.

하나의 양태에 따르면, 퍼지 크레딧이 이용가능하지 않고 이전 셧다운이 정상 셧다운이었다는 것을 적어도 하나의 변수가 표시한다면, 그 후, 미리결정된 퍼지 시간 값은 안전 임계치 미만으로 연소 시스템 내측의 잔류 배기 가스를 감소시키기 위해 제1 시간으로 설정될 수 있고, 잔류 배기 가스는 제1 미리결정된 가스 볼륨과 동일한 것으로 가정된다. 다른 한편으로, 이전 셧다운이 정상 셧다운이 아니었다는 것을 적어도 하나의 변수가 표시한다면, 그 후, 미리결정된 퍼지 시간은 안전 임계치 미만으로 연소 시스템 내측의 잔류 배기 가스를 감소시키기 위해 제2 시간으로 설정될 수 있고, 잔류 배기 가스는 제2 미리결정된 가스 볼륨과 동일한 것으로 가정된다.

하나의 양태에 따르면, 체킹은, 연료 가스 유입구로부터 연료 가스 격실로 진입하는 연료 가스에 의해, 제1 셧오프 밸브가 폐쇄되면서, 연료 가스 유입구와 제1 셧오프 밸브 사이의 연료 가스 격실의 제1 볼륨을 가압함으로써, 그리고 적어도 하나의 압력 검출기에 의해 검출된 압력이 제1 압력 제한을 초과하여 증가하지 않다는 것을 검증함으로써 수행된다. 제1 볼륨의 그러한 가압 후에, 제1 셧오프 밸브는 개방될 수 있는 한편, 제2 셧오프 밸브는 폐쇄될 수 있다. 후속적으로, 제1 셧오프 밸브는 재폐쇄될 수 있고, 적어도 하나의 압력 검출기에 의해 검출된 압력이 미리정의된 누출 임계치 미만으로 내려가지 않다는 것을 검증하기 위해 미리결정된 시간으로 대기될 수 있다.

하나의 양태에 따르면, 적어도 하나의 변수는 터빈 이전 셧다운 동안 계산될 수 있다. 특히, 터빈을 셧다운할 때, 제1 셧오프 밸브 및 제2 셧오프 밸브는 폐쇄될 수 있고, 제1 셧오프 밸브 및 제2 셧오프 밸브의 폐쇄 전후에 플레임의 손실과 관련된 신호가 수신될 수 있다. 제1 셧오프 밸브 및 제2 셧오프 밸브를 폐쇄한 후에 플레임의 손실과 관련된 신호가 도달하면, 그 후 연료-가스 격실의 제2 볼륨 내측의 잔류 연료-가스가 체킹된다. 그러한 제2 볼륨은 제1 셧오프 밸브의 하류측에 그리고 제2 셧오프 밸브의 상류측에 존재한다. 특히, 체킹된 잔류 연료-가스가 미리정의된 값 미만이라면, 그 후 퍼지 크레딧이 이용가능하다는 것을 표시하는 값이 적어도 하나의 변수에 할당될 수 있다. 한편, 체킹된 잔류 연료-가스가 미리정의된 값 미만이 아니라면, 그 후 퍼지 크레딧이 이용가능하지 않고 셧다운이 정상이었다는 것을 표시하는 값이 적어도 하나의 변수에 할당될 수 있다. 마지막으로, 플레임의 손실과 관련된 신호가 제1 셧오프 밸브 및 제2 셧오프 밸브의 폐쇄 전에 도달하면, 그 후 퍼지 크레딧이 이용가능하지 않고 셧다운이 정상적이지 않았다는 것을 표시하는 값이 적어도 하나의 변수에 할당될 수 있다.

하나의 양태에 따르면, 퍼지를 갖지 않는 미리결정된 시간이 경과하면, 방법은 다음의 터빈 시동에서 퍼지 크레딧이 이용가능하지 않다는 것을 표시하는 값을 적어도 하나의 변수에 할당할 수 있다.

하나의 양태에 따르면, 본원에 개시된 주제는 또한 방법을 실행하도록 구성된 제어 유닛, 제어 유닛에 연결된 터빈, 특히 가스 터빈, 및 연료 가스를 터빈에 공급하기 위해 터빈과 커플링되고 제어 유닛에 연결된 연료-가스 격실을 포함하는 연소 시스템에 관한 것이다. 특히, 연료 가스 격실은 연소 시스템으로 진입하는 연료 가스를 위한 연료 가스 유입구; 터빈으로의 연료 가스의 이동에 대해, 연료 가스 유입구의 하류에 배열되고, 제어 유닛에 연결된 제1 내부 셧오프 밸브; 제1 내부 셧오프 밸브의 하류에 배열되며 제어 유닛과 연결되는 제2 내부 셧오프 밸브; 및 제1 내부 셧오프 밸브와 제2 내부 셧오프 밸브 사이에 배열되는 적어도 하나의 압력 검출기를 포함한다.

본 발명의 개시된 구현예 및 이의 수반되는 많은 이점의 더 완전한 이해는 첨부 도면 및 구현예와 관련하여 고려할 때 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 보다 양호하게 이해하게 되는 바와 같이 용이하게 얻어질 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 양태에 따른 연소 시스템의 제1 구현예의 정면도를 도시하며, 연소 시스템은 가스 터빈 및 연료 가스를 가스 터빈에 공급하기 위한 연료 가스 격실을 포함한다.
도 2는 본 발명의 하나의 양태에 따른 연소 시스템의 제2 구현예의 정면도를 도시하며, 연소 시스템은 가스 터빈 및 연료 가스를 가스 터빈에 공급하기 위한 연료 가스 격실을 포함한다.
도 3은 본 발명의 하나의 양태에 따른 연소 시스템의 연료 가스 격실의 블록도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 하나의 양태에 따른 연소 시스템의 제어 유닛의 블록도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 하나의 양태에 따른 방법의 흐름도를 도시하며, 상기 유동도는 본 발명의 하나의 양태에 따른 연소 시스템에서 터빈 시동, 밸브 체크(valve check) 및 퍼지 시간 추정의 단계를 포함한다.
도 6은 도 1의 흐름도의 밸브 체크 단계를 탐색(exploring)하는 흐름도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 하나의 양태에 따른 방법의 흐름도를 도시하며, 상기 흐름도는 연소 시스템에서 터빈 셧다운을 체킹하기 위한 단계를 포함한다.

가스 터빈은 부하를 작동시키거나 전기 에너지를 생성하기 위한 기계적 에너지로 화학 에너지, 즉 화학 연료를 변환시킬 수 있는 회전 기계이다. 가스 터빈은 기계적 부하를 구동하는 것으로부터, 전기 에너지를 생성하는 것까지, 여러 서비스들을 위해 구현된다. 가스 터빈 내에서 발생하는 연소 때문에, 가스 터빈에 연결된 파이프는 안전 이유로, 보다 구체적으로는 가능한 폭발들을 방지하기 위해 규칙적인 간격으로 퍼지될 필요가 있다. 그러나, 이러한 관리유지는 여러 번의 다운타임과 가스 터빈에 의해 제공되는 서비스의 중단을 야기한다. 따라서, 요구된 퍼지 시간의 감소가 매우 중요할 것이다.

가스 터빈의 연소 스테이지의 상류에, 그리고 특히 터빈 자체를 피딩(feeding)하는, 연료-가스 격실 내에 배열된 압력 검출기에 의해 수집된 압력 값에 기초하여, 퍼지 사이클이 요구되는 지의 여부를 추정하기 위해 작동되는 새로운 연소 시스템이 개시된다. 해결책에 의해, 퍼징하는 단계는 필요할 때에만 수행되고, 반드시 동일한 안전성 레벨을 유지하는, 각각의 가스-터빈 시동에서, 수행되지는 않는다.

도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5, 도 6, 및 도 7을 참조하면, 도 5, 도 6 및 도 7 에 도시된 방법(100)을 수행하도록 구성되는 연소 시스템(1)(특히, 도 1 및 도 2에서 도시됨)이 본원에 설명된다. 방법(100)은 연소 시스템(1) 자체에서 배기 퍼지 시간을 추정하고 설정한다.

연소 시스템(1)은 가스 터빈(10), 및 터빈(10)과 커플링된 연료 가스 격실(11)을 포함한다. 일부 구현예에서, 가스-터빈(10)은 연료 가스 격실(11)에 체결된다. 일부 다른 구현예에서, 가스-터빈(10)은 연료 가스 격실(11)과 일체로 형성된다. 사용 시에, 연료 가스 격실은 연료 가스를 터빈(10)에 공급한다.

연소 시스템(1)은 또한 가스-터빈(10)과 커플링된, 배기 격실(13)을 포함한다. 일부 구현예에서, 배기 격실(13)은 터빈(10)에 체결될 수 있다. 사용시, 배기 격실(13)은 가스-터빈(10) 내로의 연소에 의해 생성된 그러한 배기 가스를 추출하기 위해, 터빈(10)의 배기 가스를 수용한다.

마지막으로, 연소 시스템(1)은 터빈(10) 및 연료 가스 격실(11)에 연결된 제어 유닛(14)을 포함한다. 제어 유닛(14)은 가스-터빈(10)에 근접한 케이싱에, 또는 인터넷, 이더넷 케이블 등과 같은 통신 채널을 통해 가스 터빈(10)에 연결된, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은, 원격 위치에 설치될 수 있다.

도 4를 참조하면, 버스(141), 버스(141)에 연결된 프로세서(142), 데이터 및 임의의 가능한 요구된 프로그램을 저장하기 위한, 버스(141)에 연결된, 컴퓨터 판독가능 메모리(143), 및 연소 시스템(1)의 가스-터빈(10)의 전기 인터페이스에 연결되어 그것을 제어하도록 구성된 입력/출력 포트(144)를 포함하는 제어 유닛(14)의 구현예가 예시된다.

또한, 컴퓨터 판독가능 메모리(143)는 컴퓨터 판독가능 코드를 저장하며, 컴퓨터 판독가능 코드는 프로세서(142)에 의해 액세스될 때, 프로세서(142)로 하여금, 아래에 보다 잘 상세히 설명되는 바와 같이 방법(100)을 수행하기 위한 프로그램을 실행하게 한다.

일부 구현예에서, 프로세서(142)는 안전성 PLC일 수 있다. 하나의 예는 Baker Hughes로부터의 3701/55 ADAPT ESD이다. 또한, 프로세서(142)는 또한 상이한 프로그램 가능한 타입일 수 있다.

연료 가스 격실(11)은 연소 시스템(1)의 임의의 다른 격실로부터 격리될 수 있다. 실제로, 연소 시스템(1)은 외부 공기를 터빈(10)에 공급하기 위한 필터 하우스(12)를 포함한다. 필터 하우스(12)는 안전 구역에 배열되고, 이는 연료 가스가 진입할 수 없는 구역에 그것이 배열된다는 것을 의미한다. 연소 시스템(1)의 이러한 레이아웃으로 덕분에, 연료 가스가 터빈(10)으로 진입하는 유일한 방법은 모든 시운전 활동 동안 격리되는, 연료 가스 격실(11)을 통하는 것이다.

구체적으로, 연료 가스 격실(11)(도 3에 도시됨)은 연료 가스 유입구(7)를 포함하고, 이를 통해 연료 가스가 연소 시스템(1)으로 진입할 수 있다. 또한, 연료 가스 격실(11)은, 사용시에, 터빈(10)으로의 연료 가스의 이동에 대해, 연료 가스 유입구(7)의 하류에 배열되는, 제1 내부 셧오프 밸브(3), 및 제1 내부 셧오프 밸브(3)의 하류에 배열되는, 제2 내부 셧오프 밸브(4)를 포함한다.

또한, 제1 압력 검출기(5)는 제1 내부 셧오프 밸브(3)의 상류에 배열되고, 제2 압력 검출기(6)는 제1 내부 셧오프 밸브(3)와 제2 내부 셧오프 밸브(4) 사이에 배열된다.

제2 압력 검출기(6)는 바람직하게는 인증된 안전성 무결성 레벨(SIL)이고, 연소 시스템(1)의 더 큰 안전성을 보장하기 위해, 예를 들어 안전성 PLC에 하드와이어링된(hardwired), 제어 유닛(14)에 연결된다. 그러나, 압력 검출기(6)와 제어 유닛(14) 사이의 연결을 위해 다른 연결 시스템들이 예상될 수 있다.

도 3에 도시된 연료 가스 유입구(7)는 외부 셧오프 밸브(7)이다. 따라서, 연료 가스 격실(11)은 외부 셧오프 밸브(7)와 제1 내부 셧오프 밸브(3) 사이의, 제1 볼륨(15) 및 제1 내부 셧오프 밸브(3)와 제2 내부 셧오프 밸브(4) 사이의 제2 볼륨(16)으로 분할될 수 있다.

마지막으로, 연료 가스 격실(11)은 제1 볼륨(15)에 배열된, 외부 통기 밸브(8) 및 제2 볼륨(16)에 배열된, 내부 통기 밸브(9)를 포함한다. 외부 통기 밸브(8) 및 내부 통기 밸브(9)는, 아래에서 더 잘 설명되는 바와 같이, 요구될 때, 제2 볼륨(16)의 감압을 허용한다. 연료 가스 격실(11)은 또한 제1 볼륨(15)의 감압을 허용하기 위한, 예열(warm-up) 밸브(90)를 포함한다.

또한, 터빈(10)을 향한 유동 가스를 측정하기 위해 제2 내부 셧오프 밸브(4)의 하류 및 가스 터빈(10)의 상류에 배열된 계량 밸브(40)가 존재한다. 계량 밸브(40)의 피드백은 연소 시스템(1) 안전성을 향상시키기 위해, 바람직하게는 안전성 PLC에 하드와이어링된, 제어 유닛(14)에 연결된다. 제2 내부 셧오프 밸브(4)의 하류에 설치될 수 있는 추가 하드웨어는 본 개시내용의 목적을 위해 고려되지 않는다.

제2 압력 검출기(6) 덕분에, 제어 유닛(14)에 의해, 실행되는 컴퓨터 방법(100)에 의해, 아래에 더 잘 개시되는 바와 같이, 터빈(10)이 시동되기 전에, 퍼지가 요구되는 지, 그리고 그러한 퍼지를 위해 요구되는 시간을 평가하는 것이 가능하다.

배기 격실(13)은 수직 덕트 및 하나 이상의 수평 덕트(도 1 및 2에 도시된 바와 같음)를 포함한다. 시운전 활동 동안 연료 가스 격실(11)의 격리로 인해, 연료 가스가 배기 격실(13) 내측으로 진입할 수 있는 신뢰성 있는 시나리오는 없다. 이러한 이유로, 연료 가스 격실(11)이 처음에 서비스될 때에 배기 격실(13)에 연료 가스가 없다는 것이 합리적으로 가정된다.

전술한 바와 같이, 연소 시스템(1)에서 퍼지 시간의 값(RPT1, RPT2, RPT3)을 추정하고 설정하기 위한 방법(100)은 도 5에 도시된 단계를 포함한다.

단계(101)에서, 가스-터빈(10)이 시동되고, 그 후 제1 내부 셧오프 밸브(3) 및 제2 내부 셧오프 밸브(4)의 체킹하는 단계(102)가 수행된다. 체킹하는 단계(102)는 제2 압력 검출기(6)에 의해 검출된 압력을 수용하고 누출이 검출되지 않다는 것을 검증함으로써 실행된다.

후속적으로, 체킹하는 단계(102)가 완료된 경우 및 가스-터빈(10)이 적어도 한 번 셧다운된 경우, 방법(100)은, 이전 셧다운과 연관되고 퍼지 크레딧이 이용가능한 지를 표시하는, 적어도 하나의 변수(V)를 판독하는 단계(103)를 포함한다. 퍼지 크레딧이 이용가능하다는 것을 적어도 하나의 변수(V)가 표시하면, 0으로 배기 퍼지 시간을 설정하는 단계(104)가 수행되고; 다르게, 퍼지 크레딧이 이용가능하지 않는다는 것을 적어도 하나의 변수(V)가 표시한다면, 그 후 방법(100)은 미리결정된 퍼지 시간 값(RPT1, RPT2, RPT3)으로 배기 퍼지 시간을 설정하는 단계(번호 105, 106, 108 참조)를 포함한다.

적어도 하나의 변수(V)는 또한 가장 최근의 가스 터빈(10)의 셧다운 동안 추정된, 설정될 퍼지 시간 값(RPT1, RPT2, RPT3)일 수 있다.

방법(100)은 또한 ("시작 후에(START PASSED)") 크랭크로 이동하기 전에 부가적인 허가를 체크하도록 설계된다.

실제로, 체킹(102) 동안, 전체 스트로크 테스트가 계량 밸브(40)에 대해 수행되어, 그 기능성을 체크한다. 제1 테스트는 완전 폐쇄로부터 완전 개방으로 그리고 반대로, 5% 스트로크/초속(stroke/sec rate)으로 밸브를 이동시킴으로써 수행된다. 이러한 밸브 체크는 모든 계량 밸브(40)에 대해 동시에 실행될 수 있다. 이러한 단계 동안, 밸브 드라이버는 그 적절한 파라미터화(즉, 제조자 설정)에 따라 트립(trip)을 생성할 수 있다. 이러한 테스트의 일부로서, 기본 프로세스 안전성 제어 시스템(BPCS, 제어 유닛(14)의 일부임)은 계량 밸브(40)에 명령하면서, 안전성 PLC는 계량 밸브(40)에 대해 "요청 vs 피드백" 체크를 수행할 것이다. 밸브/들 피드백은 안전성 PLC에 직접 와이어링된다. 요청은 BPCS로부터의 안전성 PLC에 공유되어야 한다. 테스트가 통과되면, 방법(100)을 그의 추가 단계를 사용하여 진행한다. 다르게, 제어 유닛(14)은 특정 경보를 발생시키고 가스 터빈(10) 시동(101)은 사전정의된 임계치를 초과하는 불일치가 존재하는 경우 중단된다. 예로서, 가스 터빈(10)의 시동(101)은 0.5초 초과 동안 3%보다 높은 불일치가 존재하는 경우 중단될 수 있다.

또한, 체킹(102) 동안, 아래에 설명된 바와 같이 제1 셧오프 내부 밸브(3) 및 제2 셧오프 내부 밸브(4)에 대해 보틀 테스트(bottle test: 도 6에 도시됨)가 수행된다.

그러한 보틀 테스트를 수행하기 위해, 가스-터빈(10)의 시동(101) 전에, 즉 가스 터빈(10)이 정지 조건(셧다운 상태)에 있는 동안, 외부 통기 밸브(8) 및 내부 통기 밸브(9) 또는 예열 밸브(90) 및 내부 통기 밸브(9)는 개방 조건으로 이동되는 한편 셧오프 밸브(외부 셧오프 밸브(7), 제1 내부 셧오프 밸브(3) 및 제2 내부 셧오프 밸브(4))는 폐쇄 조건으로 이동된다. 이러한 페이즈/조건에 대해 다른 체크는 예상되지 않으며 안전성 체크는 수행되지 않아야 한다. 이러한 조건은 가스-터빈이 시동되기 전이다.

가스-터빈(10)의 시동(101) 후에, 밸브-체킹하는 단계(102)가 개시되고, 외부 셧오프 밸브(7)가 개방되어 제1 볼륨(15)을 가압하는 한편, 외부 통기 밸브(8) 및 내부 통기(9)는 폐쇄된 상태로 유지된다(도 6의 단계(1020)). 모든 다른 밸브(3, 4)는 이전과 동일한 조건으로 유지된다. 이는 크랭크 전이다.

이러한 단계에서, 제1 압력 센서(5)에 의해 측정된 압력이 크랭크()에 대해 허용된 동일한 임계치에 도달할 때, 검출된 제2 압력 값()이 압력 제한()을 초과하는 지를 모니터링하기 위해, 제2 압력 센서(6) 기구에 대한 체크가 존재한다.그러한 모니터링은 미리 결정된 양의 시간 동안 수행된다.

도 6의 단계(1022)에 도시된 바와 같이, 제2 압력 센서(6)가 고압을 검출하면, 제어 유닛(14)은, 특정 경보를 발생시키고 가스 터빈 시동이 중단된다.본 기술적 맥락에서, 고압은 ()보다 크다는 것을 의미한다.

대신에, 내부 통기 밸브(9)가 개방되면(도 6의 단계(1021)의 제1 파트), 연료-가스 예열을 위한 표준 순서로 진행하는 것이 가능하다.

구체적으로, 전술한 단계(1020, 1021)가 성공적으로 완료된 후에, 크랭크 속도로의 가속 동안, 가스 터빈(10)이 더 이상 "제로 속도"에 있지 않을 때, 외부 셧오프 밸브(7)는 폐쇄된다.동시에, 감압 단계(1021)는 제1 압력 검출기(5)가 미리결정된 압력()과 동일한 제1 볼륨(15) 내측의 제1 압력 값()을 검출할 때까지, 예열 밸브(90)를 개방함으로써 제1 볼륨(15)을 감압하기 위해 수행될 수 있다.

제1 볼륨(15)을 감압(1021)하기 위한 최대 지속시간 제어는 미리결정된 압력()이 미리결정된 양의 시간 내에 달성되는 것을 검증하기 위해 제어 유닛(14)에 제공될 수 있다.

제어 유닛(14)은 특정 알람을 발생시키고, 가스 터빈(10) 시동 (101)은 그러한 미리결정된 압력()이 달성되지 않는 경우에 중단된다(도 6의 단계(1024)).

제1 볼륨(15) 감압(1021)이 성공적으로 완료된 후 그리고 가스 터빈(10)이 퍼지 속도인 상태에서, 제1 셧오프 밸브(3)는 고정된 시간 동안 개방되도록 명령을 받아 제2 볼륨(16) 볼륨을 가압(1023)하고 스키드 이중 블록(skid double block) 및 블리드 누출을 체크한다.제1 셧오프 밸브(3) "개방 명령"(1023)이 리셋된 후에, 누출 테스트가 바람직하게는 1초와 동일하게 설정된, 시간 지연() 후에 시작될 수 있다.이러한 시간 지연()은 일단 제2 압력 검출기(6)에서의 압력이 검출되었으면 누출 검증을 가능하게 하기 위해 의도된다.

구체적으로, 제2 압력 값()이 제2 압력 검출기(6)에서 검출된 후에, 그러한 제2 압력 값()을 모니터링하고 검출된 실제 감압을 이론적 누출 곡선과 비교하는 것으로 이루어지는 추가 테스트가 수행될 수 있다.이러한 검증은 미리결정된 양의 시간 동안 지속된다. 실제 감압이 이론적 누출 곡선의 미리규정된 누출 임계치 아래로 내려가면, 밸브 체크 테스트(102)는 실패한다(도 6의 단계 1027). 그러한 경우에, 제어 유닛(14)은 특정 경보를 발생시키고, 가스 터빈(10) 시동(101)은, 온-스키드(on-skid) 이중 블록 및 블리드 밸브 누출 검출의 경우에 사후-퍼지 순서를 개시하기 위해 중단된다. 그렇지 않다면, 밸브 체크(102)가 완료되고(도 6의 단계 1026), 방법(100)은 퍼지 시간을 추정하고 설정하기 위한 추가의 단계(103 내지 105)로 이동한다. 현재 단락에서 언급되지 않은, 다른 밸브는 동일한 초기 조건으로 유지된다.

요약하면, 상기 설명된 밸브-체킹하는 단계(102)는, 적어도 제1 셧오프 밸브(3)가 폐쇄되면서, 연료 가스 유입구(7)으로부터 연료 가스 격실(11)에 진입하는 연료 가스에 의해, 제1 볼륨(15)을 가압하고(1020), 제2 압력 검출기(6)에 의해 검출된 압력()이 압력 제한()을 초과하여 증가하지 않는다는 것을 검증하는 하위 단계를 포함한다.

가압하는 하위단계(1020) 후에, 제1 셧오프 밸브(3)가 개방(하위단계 1023)되는 한편, 제2 셧오프 밸브(4)는 폐쇄된다.개방(하위 단계 1023)이 완료된 후에, 제1 셧오프 밸브(3)는 폐쇄되고(1025), 미리결정된 시간이 경과해야 하며, 그 후에 제2 압력 검출기(6)에 의해 검출된 압력()이 미리정의된 누출 임계치, 특히 이론적 누출 곡선 아래로 내려가지 않는다는 것이 검증될 수 있다.

구체적으로, 폐쇄하는 하위단계(1025) 전 및 개방하는 하위단계(1023) 후에, 제1 볼륨(15)은 제1 압력 검출기(5)가 미리규정된 중간 압력()을 검출할 때까지 외부 통기 밸브(8) 또는 예열 밸브(90)를 개방함으로써 감압 단계(1021)에서 감압될 수 있다.

따라서, 체킹하는 단계(102)는 연료 가스 격실(11) 내에서 검출된 압력이 작동 압력 간격 내에, 즉 () 내지 () 사이에 있는 지를 체킹한다.

예를 들어 클래스 IV 누출과 함께, 제1 내부 셧오프 밸브(3)가 누출되고 있다는 것이 검출되는 경우, 다음의 터빈 시동은 퍼지를 필요로 할 것이다. 이러한 경우, 퍼지 시간은 연소 시스템(1) 내측의 잔류 배기 가스의 함수로서 추정될 수 있으며, 잔류 배기 가스는 제1 미리정의된 가스 볼륨과 동일한 것으로 가정된다. 구체적으로, 그러한 미리정의된 가스 볼륨은 최악의 시나리오가 발생한 것, 즉 제2 내부 셧오프 밸브(4) 및 내부 통기 밸브(9)가 완전히 개방되면서 제1 내부 셧오프 밸브(3)가 누출되었다는 것을 가정함으로써 추정될 수 있다. 그러한 추정된 잔류 가스의 함수는 폭발 하한(LEL)의 25% 미만의 추정된 잔류 가스의 레벨에 도달하도록 연소 시스템(1)의 볼륨을 클리닝하는 데 요구되는 시간을 추정할 수 있다.

제2 내부 셧오프 밸브(4)가 누출되는 것이 감지되는 경우에, 다음의 퍼지 시간도 유사한 방식으로 추정될 수 있다. 그러나, 그러한 시나리오에서, 미리규정된 가스 볼륨은 트립 동안 개방된 2개의 내부 셧오프 밸브(3, 4)를 가정함으로써 추정될 수 있다.

또한, 밸브 체킹하는 단계(102) 후에, 방법(100)은 다음 단계를 사용하여, 퍼지에 대해 설정될 퍼지 시간 값(RPT1, RPT2, RPT3)을 추정하도록 구성된다.

제1 가스-터빈(10) 시동이 존재하면, 퍼지 시간 값(RPT1. RPT2, RPT3)은 최소 시간 값과 연소 시스템(1)의 추정된 볼륨과 동일한 공기의 볼륨을 주입(insufflating)하기 위해 요구되는 시간 사이의 최대값과 동일한 값으로 설정된다(109). 제1 가스-터빈(10) 시동은 가스-터빈(10)은 배기 격실(13)에 커플링된 상태로, 연소 시스템(1)이 사이트에 설치된 후의, 가스-터빈(10)의 제1 시동(101)을 의미한다. 이러한 경우, 이전 셧다운 데이터는 이용될 수 없다.

제1 가스-터빈 시동에서 최소 시간 값 세트(109)는 바람직하게는 2분과 동일한 한편, 연소 시스템(1)의 추정된 볼륨은 아래에 논의된 바와 같이, 적어도 배기 격실(13)의 볼륨과 동일하다. 그러한 제1 추정 퍼지 시간에 대한 근거는, 시운전 동안, 배기 격실(13)의 배기 덕트가 공기로 충전되고(연료 가스는 그 내측으로 진입할 수 없음), 필터 하우스(12)가 안전 구역에 설치되고 연료 가스 시스템이 (제1 파이어(fire)까지 스펙터클 블라인드 또는 수동 밸브를 사용하여) 기계적으로 차단될 수 있다는 것이다. 이전의 가설이 적용되지 않는다면, 연소 시스템(1)의 추정된 볼륨의 5배와 동일한 공기의 볼륨의 주입을 사용하는 완전한 퍼지가 행해져야 한다. 제1 가스-터빈(10) 배기 퍼지 후에, 다음의 퍼지 시간 값(RPT1, RPT2, RPT3)은 다음과 같이 계산될 것이다. 모든 경우에, 추정 퍼지 시간 값(RPT1, RPT2, RPT3)은 연소 시스템(1)의 안전성을 보장하기 위해, 바람직하게는 2분 이상이다.

언급된 바와 같이, 방법(100)은 이전 셧다운과 관련된 정보에 기초하여 퍼지 시간 값(RPT1, RPT2, RPT3)을 설정한다. 구체적으로, 제어 유닛(14)은 퍼지 크레딧이 이용가능한지를 표시하고 이전 셧다운과 연관되는 적어도 하나의 변수(V)를 판독한다(103). 퍼지 크레딧은 이전의 가스-터빈(10) 셧다운이 정상 셧다운인 경우에만 이용가능하다. NFP85 표준에 의해 주어진 터빈 정상 셧다운의 정의에 따라, 이는 연소 시스템(1)에서 비정상 조건을 갖지 않는 가스 터빈(10)의 성공적인 셧다운을 자동으로 제공하는 이벤트의 정상적인 순서이다. 따라서 2개의 가능한 시나리오가 존재한다. 제1 시나리오에서, 플레임의 손실이 제1 내부 셧오프 밸브(3) 및 제2 내부 셧오프 밸브(4)의 폐쇄(201)에 후속하고, 연료 가스 격실에서의 이상이 검출되지 않을 때 임의의 정상 정지 또는 ES/ESN 일 수 있는, 정상 셧다운(200)이 발생하였다(도 7 참조). 제2 시나리오에서, 제1 내부 셧오프 밸브(3) 및 제2 내부 셧오프 밸브(4)의 폐쇄(201) 전에 플레임의 손실을 갖거나, 연료 가스 격실(11)에서 다른 이상이 검출되었을 수 있는, 비정상 셧다운(200)이 발생하였다.

이미 언급된 바와 같이, 가스-터빈(10) 정상 셧다운(200)은 제1 내부 셧오프 밸브(3) 및 제2 내부 셧오프 밸브(4)의 폐쇄(201)가 스위칭된 후에 플레임의 손실의 신호가 도달할 때 발생할 것이다. 그러한 신호는 제어 유닛(14)에 의해, 바람직하게는 안전성 PLC에 의해 평가될 것이다. 정상 셧다운이 검출될 때, 미연소된 연료 가스는 배기 격실(13) 내측에 그리고 구체적으로는 배기 덕트에 진입하지 않았다는 것이 가정된다.

따라서, 퍼지 크레딧을 달성하기 위해 다음 순서(203) 및 체크가 수행될 수 있다.

플레임의 손실 후에, (2개의 제한 스위치에 의해 확인된) 2개의 내부 셧오프 밸브(3, 4)가 폐쇄된 상태에서, 내부 통기 밸브(9)는 개방되어(2030), 제2 볼륨(16)을 미리결정된 압력까지, 바람직하게는 0.3 barG 와 동일하게 감압시킨다.이러한 값에서, 내부 통기 밸브(9)는 제2 압력 검출기에 의해 검출된 제2 압력()을 판독하고 그것이 제2 압력 제한()을 초과하지 않는다는 것을 검증함으로써(2031) 제1 셧오프 밸브(3)에 누출이 존재하는 지를 체크하기 위해 다시 폐쇄될 수 있다.\그러한 모니터링은 미리결정된 양의 시간 동안 수행된다.제2 압력()이 제2 압력 제한()보다 크면, 그 후 제어 유닛(14)은 특정 경보를 발생시키고(205) 크레딧 퍼지가 손실된다.그러한 이벤트에서, 연소 시스템(1)은 가스 터빈(10)의 셧다운의 경우에 크랭크 속도 아래로 내려가는 데 요구되는 시간보다 볼륨을 감압하는 데 요구되는 시간이 적다는 것을 검증하기 위해 체킹될 수 있다. 이러한 경우가 아니라면, 그러한 시간은 사용자, 특히 기술자의 도움으로 감소될 수 있다.

제2 볼륨(16) 내측의 압력을 검증하는 단계(2031)가 완료된 후에, 내부 통기 밸브(9)가 개방된다.

다음의 데이터는 플레임의 손실 후 2시간까지 제어 유닛(14), 특히 안전성 PLC(14)에 의해 모니터링될 수 있다:

- 제1 셧오프 밸브(3) 및 제2 셧오프 밸브(4)에 대한 제한 스위치(또는 가상 제한 스위치)의 폐쇄가 도달되고 유지된다;

- 내부 통기 밸브(9)의 제한 스위치(또는 가상 제한 스위치)의 개방이 도달되고 유지된다;

- ()는 제2 압력 제한 () 미만, 특히 0.3 barG이고;

- 연료 가스 유입구(7)에서의 가스 압력()은 0.3 barG보다 낮다(이러한 데이터는 안전성 PLC에서가 아닌, 제어 유닛(14)에 연결된 유닛 제어 패널에 의해 검증될 수 있다).

모든 상기 조건이 만족되면, 제어 유닛(14)은 최종 셧다운이 정상 셧다운이었고 크레딧 퍼지가 이용가능하다는 것을 표시하는 값으로 미리결정된 변수(V)를 설정한다(204). 그러한 크레딧 퍼지는 미리결정된 시간 제한까지 지속되도록 설정될 수 있다. 8일이 연소 시스템(1)의 안전성을 보장하면서 가스 터빈(10)의 이용성을 최적화하기 위한 최적의 시간 제한이라는 것이 발견되었다. 이는 가스 터빈(10)이 이전 셧다운으로부터 8일 이내에 시작될 것이라면, 배기 퍼지는 행해지지 않아야 한다는 것을 의미한다.

따라서, 적어도 하나의 변수(V)는 시간 카운터를 포함할 수 있으며, 이는 터빈(10) 셧다운이 퍼지 사이클을 추종한다면, 퍼지 크레딧이 이용가능하다는 것을 터빈(10) 셧다운이 표시한 후에 제1 미리결정된 값으로 설정되고, 시간 카운터는 시간에 따라 변화하고, 시간 카운터가 미리결정된 시간 제한과 동일할 때, 제어 유닛(14)은 다음의 터빈(10) 시동에서 퍼지 크레딧이 이용가능하지 않는다는 것을 표시하는, 제1 값을 적어도 하나의 변수(V)에 할당한다(208). 그러한 시간 카운터는 8일으로부터 0이 되도록 구성될 수 있다.

따라서, 타이머 메모리가 보유되는 것이 중요하다. 타이머 메모리 손실(DC 손실)의 경우, 예를 들어 배기 격실(13) 볼륨의 5배와 동일한 공기의 양을 주입함으로써 완전한 퍼지가 수행되어야 한다. 즉, 연소 시스템(1)이 메모리 손실에 의해 영향을 받으면, 그 후 적어도 하나의 변수(V)는 퍼지 크레딧이 이용가능하지 않는다는 것을 표시하는 값으로 설정되고, 배기 퍼지 시간은 미리결정된 최대 퍼지 시간 값, 특히 적어도 배기 격실(13)의 5번의 볼륨 교환을 완료하는데 필요한 시간으로 추정된다.

가스-터빈 셧다운(200) 동안 제어 유닛(14)에 의해 모니터링되는 조건 중 적어도 하나가 충족되지 않으면, 제어 유닛(14)은 최종 셧다운이 정상 셧다운이었지만, 연료 가스 격실(11)에서 검출된 비정상으로 인해 크레딧 퍼지가 이용가능하지 않는다는 것을 표시하는 값으로 미리결정된 변수(V)를 설정한다(205).

미리결정된 시간 제한이 경과했기 때문에 퍼지 크레딧이 더 이상 이용가능하지 않을 때와, 가스-터빈 셧다운(200) 동안 제어 유닛(14)에 의한 조건 중 적어도 하나가 충족되지 않을 때 둘 모두에서, 퍼지 시간은 연소 시스템(1) 내측의 추정된 잔류 배기 가스들의 함수인, 미리결정된 제1 값(RPT1)과 동일하도록 설정되고(105), 잔류 배기 가스들은 미리정의된 가스 볼륨과 동일하다고 가정된다. 특히, 값(RPT1)은 연소 시스템(1) 내측의 추정된 잔류 배기 가스의 양을 미리정의된 안전 임계치 미만, 바람직하게는 폭발 하한(LEL)의 25%와 동일하게 낮추는 데 요구되는 시간으로서 계산될 수 있다.

따라서, 상기 상세하게 설명된 방법(100)에 의해 수행되는 향상된 퍼지 시간 철학은 배기 격실(13)에 잠재적으로 존재하는 연료 가스의 최대 양이 항상 안전 임계치와 동일하거나 낮을 것을 보장하며, 이는 NFPA69 표준에 의해 요구되는 바와 같이, 바람직하게는 25%와 동일하다.

이러한 조건은 제2 압력 검출기(6)에서 검출된 압력()을 모니터링하고 그것이 크랭크 페이즈 동안 소정 제2 압력 제한() 미만이라는 것을 검증함으로써 모니터링되고 보장될 수 있다.이러한 제2 압력 제한()은 밸브 점검(check-up)(102) 동안, 그리고 보호 분석을 위한 층(LOPA)을 이용한 단계의 경우에 활성화되지 않는다.

따라서, 크랭크 시간 동안 제2 압력 검출기(6)에 의해 측정된 압력이 제2 압력 제한() 미만으로 유지되면, 순서는 파이어에 대해 진행될 수 있다;그렇지 않다면, 순서가 중단되어야 하고, 외부 셧오프 밸브(7), 제1 내부 셧오프 밸브(3) 및 제2 내부 셧오프 밸브(4)가 폐쇄되고, 외부 통기 밸브(8)(또는 예열 밸브(90)) 및 내부 통기 밸브(9)가 개방되며, 제어 유닛(14)이 특정 경보를 발생시킨다.

이러한 경우, 다음의 퍼지를 위해 요구되는 퍼지 시간 값(RPT1, RPT2, RPT3)은 연소 시스템(1) 내측의 추정된 잔류 배기 가스의 양을 미리정의된 안전 임계치 미만으로 낮추는데 요구되는 시간으로서 계산될 수 있으며, 그러한 추정된 잔류 배기 가스는 발생된 최악의 조건, 즉 제1 내부 셧오프 밸브(3)가 개방되면서 제2 내부 셧오프 밸브(4) 및 내부 통기 밸브(9)가 완전히 개방되는 조건을 가정함으로써 계산될 수 있다.

비정상 가스-터빈(10) 셧다운, 즉, 제1 내부 셧오프 밸브(3) 및 제2 내부 셧오프 밸브(4)가 폐쇄로 스위칭하기 전에 플레임 신호의 손실이 도달하는 가스 터빈(10) 비정상 셧다운의 경우에, 제어 유닛(14)은 비정상 셧다운이 발생했다는 것을 표시하는 제2 값(V2)으로 적어도 하나의 변수(V)를 설정한다(106). 이러한 경우에, 퍼지 시간 값(RPT2)은 배기 격실(13) 내측으로 진입한 미연소된 연료 가스가, 특히 배기 플리넘 및 배기 덕트에서 끝난다고 가정함으로써 추정된다. 따라서, 이러한 시나리오에서, 크레딧 퍼지는 이용가능하지 않을 수 있고, 퍼지 시간 값(RPT2)은 배기 격실(13) 내의 연료 가스를 25% LEL 미만의 값으로 감소시키는 데 요구되는 시간으로 계산될 수 있다.

도 5에 대해, 방법(100)은 또한 가스-터빈(10)의 점화 페이즈 동안, 어떠한 플레임도 검출되지 않는지(불 붙이는(light) 조건에 실패하는지)를 검증하도록 구성된다. 이러한 경우에, 적어도 하나의 변수(V)는 퍼지 크레딧이 이용가능하지 않는다는 것을 표시하는 값으로 설정될 것이고, 배기 퍼지 시간 값(RPT1 내지 RPT3)은 연소 시스템(1) 내측의 잔류 배기 가스의 함수인, 제3 값(RPT3)과 동일하도록 설정되며(107), 그러한 잔류 배기 가스는 미리규정된 가스 볼륨과 동일한 것으로 가정된다.

실제로, 불 붙이는 데 실패가 발생하는 경우, 미연소 연료 가스가 배기 격실(13), 및 특히 배기 플리넘으로 진입할 수 있다. 이러한 경우, 제어 유닛(14), 및 특히 안전성 PLC는 연소 시스템(11)에 포획되는 과도한 연료를 회피하기 위해 계량 밸브/들(40)의 최대 개방을 명령할 수 있다. 최대 개방의 값은 연료 가스 압력과 연관된 최대 값, 연료 가스 온도와 연관된 최소 값, 연료 가스 분자량과 연관된 최대 값, 계량 밸브/들(40)의 최대 개방 용량, 및 전체 연료 점화 시간에 좌우되는 함수로서 평가될 수 있다. 퍼지 시간 값(RPT3)은 연소 시스템(1), 및 특히 배기 격실(13) 내측의 연료 가스 농도를 25% LEL 미만으로 감소시키는데 요구되는 시간으로서 결정될 수 있다.

마지막으로, 점화 페이즈 동안 계량 밸브(40)가 이전에 식별된 임계치보다 더 많이 개방되면, 시동 순서는 중단되어야 하고 퍼지 시간은 불 붙이는 데 실패한 경우와 동일한 방식으로 계산될 수 있다. 계량 밸브(40) 개방은 주입된 연료 가스량을 연산하는데 사용될 것이다.

이러한 경우, 배기 격실(13) 내측에 주입되는 연료 가스의 양은 파이어링을 위한 시간과 시스템이 불 붙이는 것에 대한 실패에 반응하기 위해 필수적인 시간을 더한 것과 과도한 연료 유동을 곱함으로써 추정될 수 있다.

전술한 바와 같이, 상이한 시나리오들에서 설정될 퍼지 시간 값(RPT1, RPT2, RPT3)은 연소 시스템(1)의 볼륨의 함수일 수 있다. 또한, 제1 값(RPT1), 제2 값(RPT2) 및 제3 값(RPT3)은 모두 동일한 파라미터를 사용하여 계산될 수 있고, 따라서 동일할 수 있다(아래의 표 1 참조).

구체적으로, 퍼지 볼륨은 퍼지될 배기 격실(13)의 총 배기 볼륨으로 정의될 수 있고, 각각의 작업은 배기 격실(13) 자체의 최종 배열 및 기하학적 치수를 고려한다.

배기 격실(13)의 총 볼륨의 추정치는 터빈(10) 배출 섹션의 하류의 배기 격실(13)의 모든 부분적인 볼륨을 고려할 수 있다. 공기보다 가벼운 연료 가스로 작동하는 연소 시스템(1)의 경우, 퍼지될 볼륨은 다음과 같을 수 있다:

- 수평 배기 덕트를 가지며, 소음기가 수평 덕트에 설치된, 임의의 폐열 회수 유닛(WHRU) 또는 열 회수 스팀 발생기(HRSG)를 갖지 않는 단순 사이클의 경우에, 그러한 가스가 당연히 상향으로 확산되는 경향이 있고 따라서 수직 파트의 퍼지를 요구하지 하지 않기 때문에, 수직 아이템을 제외하는, 스택까지의 볼륨;

- 수평 배기 덕트를 가지며, 소음기가 수직 덕트에 설치된 (임의의 WHRU 또는 HRSG를 갖지 않는) 단순 사이클의 경우에, 포함된 소음기까지의 볼륨;

- 수직 배기 덕트를 갖는 (임의의 WHRU 또는 HRSG를 갖지 않는) 단순 사이클의 경우에, 포함된 소음기까지의 볼륨; 또는

- 수평 및 수직 배기 덕트를 갖는 (WHRU 또는 HRSG를 갖는) 조합된 사이클의 경우, HRSG에서 최종 증발기 섹션의 유출구까지 또는 소음기의 유출구까지의 볼륨; 선택은 요소가 최종인지에 좌우된다: 2개의 요소 둘 모두가 수평 덕트에 설치된다면, 고려될 볼륨은 수직 아이템을 제외한 스택까지일 것이다.

가스 터빈(10) 배출 섹션은 다음에 위치된 평면으로서 정의될 수 있다:

- 축방향 배기 배출(도 1에 도시된 바와 같음)을 갖는 가스 터빈 모델을 위한 배기 케이싱 플랜지; 이러한 경우, 가스 터빈(10) 볼륨은 퍼지 볼륨 정의에 포함되지 않아야 한다;

- 반경방향(도 2에 도시된 바와 같이 수직/측방향) 배기 덕트를 갖는 가스 터빈(10) 모델을 위한 배기 플리넘 상류의 배기 케이싱 플랜지; 이러한 경우, 가스 터빈(10) 배기 플리넘 볼륨은 총 퍼지 볼륨 정의에 포함되어야 한다.

공기보다 무거운 연료 가스의 경우, 퍼지 볼륨은 또한 배기 격실(13)의 수직 덕트를 고려해야 한다.

또한, 총 퍼지 볼륨의 추정을 위해, 배기 격실(13)은 기하학적 볼륨 계산의 용이함을 위해 적합한 부분적인 섹션으로 분할될 수 있다. 볼륨 계산은 노이즈 배플(noise baffle), 디플렉터 또는 파이핑과 같은 내부 컴포넌트에 의해 점유되는 볼륨을 무시하고, 각각의 섹션에 대한 빈 볼륨만을 고려할 수 있다. 반경방향 배기 덕트를 갖는 가스 터빈(10)에 대한 HRSG를 갖는 전형적인 배기 시스템 배열에서, 고려될 기하학적 볼륨은 단순 스택 및 HRSG를 갖는 스택에 대한 볼륨일 수 있다. 이러한 경우에, 퍼지될 총 배기 볼륨은 모든 고려된 섹션과 관련된 기하학적 볼륨들의 합에 의해 주어질 것이다.

마지막으로, 전술한 바와 같이, 퍼지 시간 값(RPT1, RPT2, RPT3)은 항상 연소 시스템(1), 및 특히 배기 격실(13) 내측의 추정된 미연소된 연료 가스를 미리정의된 안전 임계치, 예를 들어 LEL의 25% 미만으로 낮추는데 요구되는 시간으로서 계산될 수 있다.

즉, 퍼지 시간 값은 GT 배기 시스템에서 신선한 공기로 퍼지함으로써 안전 제한까지 연료 가스/가연성 증기/탄화수소의 농도를 감소시키기 위한 시간의 최소 지속시간으로서 정의될 수 있다.

교환비는 총 배기 볼륨이 완전한 퍼징 사이클을 보장하기 위해 배기되어야 하는 최소 회수를 의미한다. 총 배기 볼륨은 상기 상세하게 설명된 바와 같이, 고려될 가스 터빈(10) 섹션 및 배기 격실(13) 섹션의 배기 기하학적 볼륨의 합을 나타낸다. 사이트 퍼징 공기유동은 퍼징 속도, 예를 들어 1700 rpm 또는 2200 rpm으로 회전하는 가스 터빈(10)의 축방향 압축기에 의해 이송되는 새로운 공기 유동에 의해 주어진다. 실제로, 퍼징 공기 유동은 축방향 압축기에 의해 이송되고 따라서 가스 터빈(10)이 퍼지 속도로 작동될 때, 배기 배출 섹션에서 이용가능한 새로운 공기 유동을 나타낸다. 축방향 압축기가 볼륨 측정기(volumetric machine)에 통합(assimilate)될 수 있는 것을 고려하면, 축방향 압축기에 의해 이송되는 공기유동은 퍼지 사이클 지속시간에 대한 결정적인 영향을 갖는 그 속도의 함수로서 계산될 수 있다(더 높은 퍼지 속도는 더 높은 퍼지 유동을 의미하며, 이는 더 짧은 퍼지 사이클 지속시간을 의미한다).

전형적으로, 배기 퍼징 순서는 가스 터빈(10)의 크랭크 속도 = 공칭 퍼지 속도로 수행될 수 있다. 터빈 배기 배출 섹션에서 이용가능한 공기의 유량에 영향을 미칠 수 있는 또 다른 양태는 축방향 압축기로부터의 공기 추출의 존재(즉, 안티-서지(anti-surge), 오버 보어 블리드(over boar bleed), 외부 보조 시스템에 대한 블리딩(bleeding) 등)이다. 퍼지 순서에 대한 실제 이용가능한 유량을 보정하기 위해 대기로의 직접 공기 추출의 존재가 고려될 수 있다.

주어진 설치에 대해, 퍼지 속도가 상기 정의된 범위 밖으로 조정될 필요가 있는 경우에, 회전동역학(rotodynamic) 거동 및 퍼지 유동에 대한 영향들의 면밀한 검사 및 시작 시스템 능력의 검증은 미리결정된 보정 계수들로 조정되어, 사례별로 평가되어야 한다.

실제로, 퍼지 시간 값(RPT1, RPT2, RPT3)은 상이한 가스 터빈(10)의 배기 구성(축방향, 플리넘을 갖는 수직/측방향) 및 배기 시스템 설계(단순 스택, 열 회수 시스템을 갖는 CHP 등) 및 적용예(새로운 유닛 또는 기존 플랜트에서 가스 터빈(10) 교체/업그레이드)에서의 다른 옵션을 고려함으로써 추정될 수 있다. 퍼징 사이클의 지속시간은 또한 최종 배열, 가스 터빈(10) 및 이의 배기 격실(13)의 특성, 및 연료 가스 조성을 고려하여 각각의 작업에 대해 구체적으로 정의될 수 있다.

실시예 1

본원에 개시된 바와 같이, 단지 예로서, 가스 터빈(10)이 높은 배기 질량 유동을 갖는, 본 발명에 따른 방법을 사용하고 고전적인 접근법을 사용하여 가스 터빈(10)의 시동에 요구되는 퍼지 시간을 비교하는 표가 개시된다.

[표 1]

본 발명에 따른 방법(100)을 사용하는 것의 이점은 가스 터빈(10) 이용성을 증가시킨다는 점에서 명백하다.

본 발명의 양태들이 다양한 특정 구현예들의 관점에서 설명되었지만, 청구범위의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 많은 수정, 변경, 및 생략이 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 본 명세서에 달리 명시되지 않는 한, 임의의 프로세스 또는 방법 단계의 순서 또는 배열(sequence)은 대안적인 구현예에 따라 변화되거나 재배열될 수 있다.

본 개시내용의 구현예에 대한 언급이 상세히 이루어졌고, 구현예의 하나 이상의 예가 도면에 도시되어 있다. 각각의 예는 본 개시내용의 제한이 아니고, 본 개시내용의 설명을 위해 제공된다. 실제로, 본 개시내용의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않으면서, 본 개시내용에서 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 “하나의 구현예” 또는 “일 구현예” 또는 “일부 구현예”에 대한 언급은 구현예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조, 또는 특성이 개시된 주제의 적어도 하나의 구현예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 명세서 전체에 걸쳐 다양한 위치에서 “하나의 구현예에서” 또는 “일 구현예에서” 또는 “일부 구현예에서”라는 문구의 출현은 반드시 동일한 구현예(들)를 언급하는 것은 아니다. 또한, 특정 특징, 구조, 또는 특성은 하나 이상의 구현예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.

다양한 구현예의 요소가 소개될 때, 관사 “a”, “an”, “the” 및 “상기”는 하나 이상의 요소가 있다는 것을 의미하기 위한 것이다. 용어 “포함하는(comprising)”, “포함하는(including)”, 및 "갖는"은 포괄적인 것으로 의도되며, 열거된 요소 외에 추가적인 요소가 있을 수 있음을 의미한다.

Claims (14)

1. 가스 터빈 및 연료 가스 격실을 포함하는 연소 시스템에서 배기 퍼지 시간을 추정하고 설정하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 다음의 단계:
   상기 연소 시스템의 터빈을 시동하는 단계;
   적어도 하나의 압력 검출기에 의해 상기 연소 시스템의 연료 가스 격실 내의 압력을 체킹하는 단계로서;
   상기 체킹하는 단계에서, 상기 연료 가스 격실 내에서 검출된 상기 압
   력이 작동 압력 간격 내에 있다면, 그리고 상기 가스 터빈이 적어도 한 번
   셧다운되었다면,
   그 후, 퍼지 크레딧(purge credit)이 이용가능한 지를 표시하
   는, 이전의 터빈 셧다운과 연관된 적어도 하나의 변수를 판독하는 단
   계가 수행되고, 퍼지 크레딧이 이용가능하다는 것을 상기 적어도 하나
   의 변수가 표시한다면, 그 후 0으로 상기 배기 퍼지 시간을 설정하는
   단계 pf가 수행되고;
   다르게, 퍼지 크레딧이 이용가능하지 않는다는 것을 상기 적어
   도 하나의 변수가 표시한다면, 그 후 미리결정된 퍼지 시간 값으로 상
   기 배기 퍼지 시간을 설정하는 단계가 수행되고,
   퍼지 크레딧이 이용가능하지 않고 이전 셧다운이 정상 셧다운이었다는
   것을 상기 적어도 하나의 변수가 표시한다면,
   그 후, 상기 미리결정된 퍼지 시간 값은 안전 임계치 미만으로
   상기 연소 시스템 내측의 잔류 배기 가스를 감소시키기 위해 제1 시간
   으로 설정되고, 상기 잔류 배기 가스는 제1 미리결정된 가스 볼륨과
   동일한 것으로 가정되고;
   다르게, 상기 이전 셧다운이 정상 셧다운이 아니라는 것을 상기 적어
   도 하나의 변수가 표시한다면,
   그 후, 상기 미리결정된 퍼지 시간 값은 안전 임계치 미만으로
   상기 연소 시스템 내측의 잔류 배기 가스를 감소시키기 위해 제2 시간
   으로 설정되고, 상기 잔류 배기 가스는 제2 미리결정된 가스 볼륨과
   동일한 것으로 가정되는, 상기 체킹하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 체킹하는 단계는, 적어도 하나의 압력 검출기에 의해, 사용시에, 상기 터빈으로의 연료 가스의 이동에 대해, 연료 가스 유입구의 하류에 배열되는, 제1 내부 셧오프 밸브 및 상기 제1 내부 셧오프 밸브의 하류에 배열되는, 제2 내부 셧오프 밸브를 체킹하고, 누출이 검출되지 않는다는 것을 검증하는 하위단계를 포함하는, 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 체킹하는 단계는 다음의 하위단계:
   상기 연료 가스 유입구로부터 상기 연료 가스 격실로 진입하는 연료 가스에 의해, 상기 제1 셧오프 밸브가 폐쇄되면서, 상기 연료 가스 유입구와 상기 제1 셧오프 밸브 사이의 상기 연료 가스 격실의 제1 볼륨을 가압하는 단계, 및 상기 적어도 하나의 압력 검출기에 의해 검출된 상기 압력이 제1 압력 제한을 초과하여 증가하지 않는다는 것을 검증하는 단계;
   상기 가압하는 단계 후에, 상기 제2 셧오프 밸브가 폐쇄되면서 상기 제1 셧오프 밸브를 개방하는 단계; 및
   상기 개방하는 단계 후에, 상기 제1 셧오프 밸브를 폐쇄하는 단계 및 상기 적어도 하나의 압력 검출기에 의해 검출된 상기 압력이 미리정의된 누출 임계치 미만으로 내려가지 않는다는 것을 검증하기 위해 미리결정된 시간을 대기하는 단계를 포함하는, 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 개방하는 단계 전 및 상기 가압하는 단계 후에, 상기 제1 볼륨에 배열되는, 제1 압력 검출기가 미리정의된 중간 압력을 검출할 때까지 예열(warm-up) 밸브를 개방함으로써 상기 제1 볼륨을 감압하는 단계가 수행되는, 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 체킹하는 단계는 상기 제2 내부 셧오프 밸브의 하류에 배열된 계량 밸브를 통해 유동하는, 연료-가스 유동을 체킹하는 단계를 포함하는, 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 변수는 터빈 이전 셧다운 동안 다음의 단계:
   상기 터빈을 셧다운하고 상기 제1 셧오프 밸브 및 상기 제2 셧오프 밸브를 폐쇄하는 단계;
   플레임의 손실과 관련된 신호를 수신하는 단계;
   상기 제1 셧오프 밸브 및 상기 제2 셧오프 밸브를 폐쇄한 후에, 상기 수신하는 단계에서 수신된 상기 플레임의 손실과 관련된 신호가 도달하면,
   그 후, 상기 제1 셧오프 밸브의 하류 및 상기 제2 셧오프 밸브의 상류
   의 연료-가스 격실의 제2 볼륨 내측의 잔류 연료-가스가 미리정의된 값 미만
   이라는 것을 체킹하는 단계:
   상기 체킹하는 단계에서 체킹된 상기 잔류 연료-가스가 상기 미
   리정의된 값 미만이라면, 그 후 퍼지 크레딧이 이용가능하다는 것을
   표시하는 값을 상기 적어도 하나의 변수에 할당하는 단계;
   다르게, 상기 체킹하는 단계에서 체킹된 상기 잔류 연료-가스가
   상기 미리정의된 값 미만이 아니라면, 그 후 퍼지 크레딧이 이용가능
   하지 않고 셧다운이 정상이었다는 것을 표시하는 값을 상기 적어도 하
   나의 변수에 할당하는 단계;
   다르게, 상기 제1 셧오프 밸브 및 상기 제2 셧오프 밸브를 폐쇄하기 전에, 상기 수신하는 단계에서 수신된 상기 플레임의 손실과 관련된 신호가 도달하면,
   그 후, 퍼지 크레딧이 이용가능하지 않고 셧다운이 정상이 아니었다는
   것을 표시하는 값을 상기 적어도 하나의 변수에 할당하는 단계에 의해 계산
   되는, 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 체킹하는 단계는 다음의 하위단계:
   상기 제1 셧오프 밸브 및 상기 제2 셧오프 밸브가 폐쇄된 상태에서, 상기 연료-가스 격실의 제2 볼륨을, 미리정의된 제2 압력까지 감압하기 위해, 상기 연료-가스 격실의 제2 볼륨 내측에 배열된 내부 통기 밸브를 개방하는 단계; 및
   개방하는 하위단계 후에, 상기 제2 압력 검출기에 의해 검출된 상기 압력을 체킹하고 상기 잔류 연료-가스 값의 간접 측정으로서, 그것이 제2 압력 제한 미만이라는 것을 검증하는 단계를 포함하는, 방법.
8. 제1항에 있어서, 퍼지 없이 미리결정된 시간이 경과한 후, 다음의 터빈 시동에서 퍼지 크레딧이 이용가능하지 않는다는 것을 표시하는 값을 상기 적어도 하나의 변수에 할당하는 단계를 포함하는, 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 터빈이 시동되지 않는다면, 그 후 상기 적어도 하나의 변수는 퍼지 크레딧이 이용가능하지 않는다는 것을 표시하고, 상기 배기 퍼지 시간은 안전 임계치 미만으로 상기 연소 시스템 내측의 잔류 배기 가스를 감소시키기 위해 제3 시간 값으로 설정되며, 상기 잔류 배기 가스는 제3 미리결정된 가스 볼륨과 동일한 것으로 가정되는, 방법.
10. 제1항에 있어서, 연소 시스템이 메모리 손실에 의해 영향을 받는다면, 그 후 상기 적어도 하나의 변수는 퍼지 크레딧이 이용가능하지 않는다는 것을 표시하고, 상기 배기 퍼지 시간은 미리결정된 최대 퍼지 시간 값으로 설정되는, 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 터빈이 상기 제1 시간 동안 시동되는 경우, 상기 배기 퍼지 시간은 상기 연소 시스템의 추정된 볼륨과 동일한 공기의 볼륨을 주입(insufflating)하기 위해 요구되는 시간과 최소 시간 값 사이의 최대값과 동일한 것으로 추정되는, 방법.
12. 연소 시스템으로서,
    터빈;
    연료 가스를 상기 터빈에 공급하기 위해 상기 터빈과 커플링되는 연료-가스 격실을 포함하고, 상기 연료 가스 격실은
    상기 연소 시스템으로 진입하는 상기 연료 가스를 위한 연료 가스 유
    입구,
    상기 터빈으로의 상기 연료 가스의 이동에 대해, 상기 연료 가스 유입
    구의 하류에 배열되는, 제1 내부 셧오프 밸브,
    상기 제1 셧오프 밸브의 하류에 배열되는, 제2 내부 셧오프 밸브,
    상기 제1 내부 셧오프 밸브와 상기 제2 내부 셧오프 밸브 사이에 배열
    된 적어도 하나의 압력 검출기; 및
    상기 터빈 및 상기 연료-가스 격실에 작동가능하게 연결된 제어 유닛을 포함하고, 상기 제어 유닛은 상기 연소 시스템에서 상기 배기 퍼지 시간을 추정하고 설정하기 위한 방법을 실행하도록 구성되고, 방법은 다음의 단계:
    상기 터빈을 시동하는 단계;
    상기 적어도 하나의 압력 검출기에 의해 연료 가스 격실 내의 압력을 체킹하는 단계;
    상기 체킹하는 단계에서, 상기 연료 가스 격실 내에서 검출된 상기 압력이 작동 압력 간격 내에 있다면, 그리고 상기 터빈이 적어도 한 번 셧다운되었다면,
    그 후, 퍼지 크레딧이 이용가능한 지를 표시하는, 상기 이전의 터빈 셧다운과 연관된 적어도 하나의 변수를 판독하는 단계; 퍼지 크레딧이 이용가능하다는 것을 상기 적어도 하나의 변수가 표시한다면, 0으로 상기 배기 퍼지 시간을 설정하는 단계;
    다르게, 퍼지 크레딧이 이용가능하지 않는다는 것을 상기 적어도 하나의 변수가 표시한다면, 그 후 미리결정된 퍼지 시간 값으로 상기 배기 퍼지 시간을 설정하는 단계를 포함하는, 제어 유닛을 포함하는, 연소 시스템.
13. 제12항에 있어서,
    상기 연료 가스 격실은,
    상기 제1 내부 셧오프 밸브의 상류에 배열되는, 제1 압력 검출기;
    상기 제1 내부 셧오프 밸브와 상기 제2 내부 셧오프 밸브 사이에 배열
    되는, 제2 압력 검출기; 및
    상기 제1 셧오프 밸브의 상류에 배열되며, 상기 제어 유닛과 연결되는
    예열 밸브를 포함하고;
    상기 제어 유닛은,
    상기 연료 가스 유입구로부터 상기 연료 가스 격실로 진입하는 연료
    가스에 의해, 상기 제1 셧오프 밸브가 폐쇄되면서, 상기 연료 가스 유입구와
    상기 제1 셧오프 밸브 사이의 상기 연료 가스 격실의 제1 볼륨을 가압하도
    록, 및 상기 적어도 하나의 압력 검출기에 의해 검출된 상기 압력이 제1
    압력 제한을 초과하여 증가하지 않는다는 것을 검증하도록;
    상기 가압하는 단계 후에, 상기 제1 볼륨에 배열되는, 상기 제1 압력
    검출기가 미리정의된 중간 압력을 검출할 때까지 상기 예열 밸브를 개방함으
    로써 상기 제1 볼륨을 감압하도록.
    상기 감압하는 단계 후에, 상기 제2 셧오프 밸브가 폐쇄되면서 상기 제1 셧오프 밸브를 개방하도록; 그리고
    상기 개방하는 단계 후에, 상기 제1 셧오프 밸브를 폐쇄하고, 상기 제2 압력 검출기에 의해 검출된 상기 압력이 미리정의된 누출 임계치 미만으로 내려가지 않는다는 것을 검증하기 위해 미리결정된 시간을 대기하도록 구성되는, 연소 시스템.
14. 제12항에 있어서, 상기 연료 가스 격실은 상기 제1 셧오프 밸브와 상기 제2 셧오프 밸브 사이에 있고 상기 제어 유닛에 연결된 내부 통기 밸브를 포함하는, 연소 시스템.