(57)【要約】【課題】広範囲の周囲温度にわたって分割ＭＲ圧縮の利点を十分に利用することができる液化システムの提供。【解決手段】低圧（「ＬＰ」）および中圧（「ＭＰ」）のＭＲ圧縮器が第１のガスタービンによって駆動され、プロパン圧縮器および高圧（「ＨＰ」）のＭＲ圧縮器が第２のガスタービンによって駆動される分割混合冷媒（「ＭＲ」）天然ガス液化システムが開示されている。分割ＭＲ液化システムは、システムの設計点と比較して、より少ない動力が利用可能である場合にはより少ない動力を必要とし、より多くの動力が利用可能である場合にはより多くの動力を必要とするＨＰ  ＭＲ圧縮器の特性を調整するように構成されている。そのような調整は、プロパン圧縮器とＨＰ  ＭＲ圧縮器との間の動力の均衡をシフトさせてＬＮＧ製造効率を改善することを可能にする。【選択図】図２
2020020567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素流体液化システムを操作する方法であって、方法は、
ａ．予備冷却冷媒流の間接熱交換によって炭化水素供給流を予備冷却して、第１の所定範囲内の温度を有する予備冷却炭化水素流体流を生成するステップと、
ｂ．少なくとも１つの圧縮段を有する予備冷却圧縮器内で予備冷却冷媒流を圧縮するステップと、
ｃ．第２の冷媒流の間接熱交換によって予備冷却炭化水素流をさらに冷却し少なくとも部分的に液化して、第２の所定範囲内の温度を有する冷却炭化水素流体流を生成するステップと、
ｄ．複数の圧縮段を含む圧縮シーケンスで第２の冷媒流を圧縮するステップと、
ｅ．第１の最大利用可能動力を有する第１のドライバを用いて予備冷却圧縮器および複数の第２の冷媒圧縮段のうちの少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段を駆動するステップと、
ｆ．第２の最大利用可能動力を有する第２のドライバを用いて複数の混合冷媒圧縮段のうちの他の第２の冷媒圧縮段を駆動するステップと、
ｇ．第１の動力要件で少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段を操作し、その結果、第１および第２のドライバによって利用される第１の総合動力が得られるステップと、
ｈ．少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件を第２の動力要件に調整するステップと、
ｉ．第２の動力要件で少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段を操作し、その結果、第１および第２のドライバによって利用される第２の総合動力が得られ、第２の総合動力は第１の総合動力よりも大きいステップと、を含む、方法。
【請求項２】
ステップ（ｅ）が、前記第１のドライバが前記第１の最大利用可能動力を有する状態で前記予備冷却圧縮器および前記複数の第２の冷媒圧縮段のうちの少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段を駆動するステップを含み、前記少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段は、前記複数の第２の冷媒圧縮段のうちの他のいずれの圧縮段よりも大きい吐出圧力を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
周囲温度が所定の設計周囲温度の外側にあるステップ（ｈ）を実行するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
周囲温度が所定の設計周囲温度より高いステップ（ｈ）を実行するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ｈ）が、前記少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の前記動力要件を低下させるステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ステップ（ｇ）が、第１の動力要件で少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段を操作し、その結果、前記第１および第２のドライバによって利用される第１の総合動力が得られるステップを含み、前記少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段および前記予備冷却圧縮器の圧縮要求の結果として、前記第１および第２のドライバのうちの一方が最大利用可能動力を供給し、別の前記第１および第２のドライバが最大利用可能動力を供給しない、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件を第２の動力要件に調整するステップが、前記少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の吸込側と流体流連通する吸込絞りバルブの位置を調整するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件を第２の動力要件に調整するステップが、前記少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段に位置付けされた一組の調節可能な入口案内翼の位置を変えるステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件を第２の動力要件に調整するステップが、前記予備冷却圧縮器と前記第１のドライバのドライブシャフト上の前記少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段との間に位置付けされた可変速ギアボックスのギア比を変えるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の冷媒が混合冷媒を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記予備冷却冷媒がプロパンからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記予備冷却冷媒流が混合冷媒からなる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの第１の冷媒圧縮段および少なくとも１つの予備冷却熱交換器を有する予備冷却圧縮器を有する予備冷却サブシステムであって、第１の冷媒流の間接熱交換によって炭化水素供給流を冷却して予備冷却炭化水素流体流を生成するように適合されている、予備冷却サブシステムと、
複数の第２の冷媒圧縮段および少なくとも１つの液化熱交換器を有する液化サブシステムであって、第２の冷媒流の間接熱交換によって予備冷却炭化水素流を少なくとも部分的に液化して冷却炭化水素流体流を生成するように適合されている、液化サブシステムと、
予備冷却圧縮器および複数の第２の冷媒圧縮段のうちの少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段を駆動する第１のドライバと、
複数の第２の冷媒圧縮段のうちの他の第２の冷媒圧縮段を駆動する第２のドライバと、
少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件を変えるための手段と、
第１のドライバの第１の動力状態および第２のドライバの第２の動力状態を測定し、少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件、第１のドライバの第１の動力状態、第２のドライバの第２の動力状態、ならびに炭化水素供給流および予備冷却炭化水素流の群から選択される少なくとも１つの流速を制御するように適合されているコントローラと、を含む、システム。
【請求項１４】
前記コントローラが、前記少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件を変えるための前記手段を調整することによって前記第１の動力状態と前記第２の動力状態との間の差を減少させるようにプログラムされている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段が、前記複数の第２の冷媒圧縮段のうちの他のいずれの第２の冷媒圧縮段よりも大きい吐出圧力を有する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件を変えるための前記手段が、前記少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の吸込側と流体流連通する吸込絞りバルブを含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件を変えるための手段が、前記少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の吸込側と流体流連通している一組の調整可能な案内翼を含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件を変えるための手段が、前記予備冷却圧縮器と前記第１のドライバのドライブシャフト上の前記少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段との間に位置付けされた可変速ギアボックスを含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１のドライバが、並列に配置された少なくとも２つのドライバを含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第２のドライバが、並列に配置された少なくとも２つのドライバを含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第２の冷媒流が、混合冷媒を含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１の冷媒流が、プロパンからなる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２３】
前記予備冷却冷媒流が、混合冷媒からなる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２４】
炭化水素流体液化システムを操作する方法であって、方法は、
ａ．第１の流速で供給される炭化水素供給流を、予備冷却冷媒流および第１の所定範囲内の温度を有する予備冷却炭化水素流体流の間接熱交換によって予備冷却するステップと、
ｂ．少なくとも１つの圧縮段を有する予備冷却圧縮器内で予備冷却冷媒流を圧縮するステップと、
ｃ．第２の冷媒流の間接熱交換によって予備冷却炭化水素流をさらに冷却し少なくとも部分的に液化して、第２の所定範囲内の温度を有する冷却炭化水素流体流を生成するステップと、
ｄ．第１の組の第２の冷媒圧縮段および第２の組の第２の冷媒圧縮段からなる複数の第２の冷媒圧縮段を含む圧縮シーケンスで第２の冷媒流を圧縮するステップと、
ｅ．第１のドライバを用いて予備冷却圧縮器および第１の組の第２の冷媒圧縮段を駆動するステップと、
ｆ．第２のドライバを用いて第２の組の第２の冷媒圧縮段を駆動するステップと、
ｇ．第１のドライバと第２のドライバとの間に第１の動力差動が生じる第１の動力要件で少なくとも１つの第１の組の第２の冷媒圧縮段を操作するステップと、
ｈ．少なくとも１つの第１の組の第２の冷媒圧縮段の圧縮動力要件を調整し、その結果、第１のドライバと第２のドライバとの間に第２の動力差動が得られ、第２の動力差動は第１の動力差動よりも小さいステップと、
ｉ．ステップ（ｈ）と同時に又はステップ（ｈ）を実施した後に炭化水素供給流の第１の流速を第２の流速に増加させ、一方で予備冷却炭化水素流体流の温度を第１の所定範囲内に、冷却炭化水素流体流の温度を第２の所定の範囲内に維持するステップと、を含む、方法。
【請求項２５】
ステップ（ｅ）が、前記予備冷却圧縮器および前記第１の組の第２の冷媒圧縮段を第１のドライバで駆動するステップを含み、前記第１の組の第２の冷媒圧縮段は、前記第２の組の第２の冷媒圧縮段のいずれよりも大きい吐出圧力を有する段からなる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
周囲温度が所定の設計周囲温度の外側にあるステップ（ｈ）を実行するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
周囲温度が所定の設計周囲温度より高いステップ（ｈ）を実行するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
ステップ（ｈ）が、少なくとも１つの前記第１の組の第２の冷媒圧縮段の前記動力要件を低下させるステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
少なくとも１つの前記第１の組の第２の冷媒圧縮段の前記圧縮動力要件を調整するステップが、前記少なくとも１つの前記第１の組の第２の冷媒圧縮段の吸込側と流体流連通する吸込絞りバルブの位置を調整するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
少なくとも１つの前記第１の組の第２の冷媒圧縮段の前記圧縮動力要件を調整するステップが、前記少なくとも１つの前記第１の組の第２の冷媒圧縮段に位置付けされた一組の調整可能な入口案内翼の位置を変えるステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
少なくとも１つの前記第１の組の第２の冷媒圧縮段の前記圧縮動力要件を調整するステップが、前記予備冷却圧縮器と前記第１のドライバのドライブシャフト上の前記少なくとも１つの前記第１の組の第２の冷媒圧縮段との間に位置付けされた可変速ギアボックスのギア比を変えるステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３２】
前記第２の冷媒流が、混合冷媒を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
前記予備冷却冷媒流が、プロパンからなる、請求項２４に記載の方法。
【請求項３４】
前記予備冷却冷媒流が混合冷媒からなる、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
単一混合冷媒（「ＳＭＲ」）サイクル、プロパン予備冷却混合冷媒（「Ｃ３ＭＲ」）サイクル、二重混合冷媒（「ＤＭＲ」）サイクル、Ｃ３ＭＲ−窒素ハイブリッド（ＡＰ−Ｘなど）サイクル、窒素またはメタンエキスパンダサイクル、およびカスケードサイクルなどの、天然ガスを冷却、液化、および任意選択で過冷却するためのいくつかの液化システムが当技術分野において周知である。通常、そのようなシステムでは、天然ガスは、１つ以上の冷媒の間接熱交換によって冷却され、液化され、および任意選択で過冷却される。混合冷媒、純構成要素、二相冷媒、気相冷媒などのような様々な冷媒を使用することができる。窒素、メタン、エタン／エチレン、プロパン、ブタン、およびペンタンの混合物である混合冷媒（「ＭＲ」）は、多くのベースロード液化天然ガス（「ＬＮＧ」）プラントで使用されてきた。ＭＲ流の組成は、通常供給ガス組成および操作条件に基づいて最適化される。
【０００２】
冷媒は、１つ以上の熱交換器および１つ以上の冷媒圧縮システムを含む冷媒回路内を循環する。冷媒回路は閉ループまたは開ループとすることができる。天然ガスは、熱交換器内の冷媒の間接熱交換によって冷却、液化、および／または過冷却される。
【０００３】
Ｇａｕｍｅｒらの米国特許第３，７６３，６５８号は、２つの冷媒システム、すなわち天然ガスを予備冷却するためのプロパンと、天然ガスを液化および過冷却するための混合冷媒システムとを利用するＣ３ＭＲ天然ガス液化プロセスを教示している。このプロセスにおいて、プロパン圧縮器は、すべての多段圧縮が１つの筐体内で行われることを可能にするサイズである。これとは対照的に、ＭＲ圧縮は、より広範囲であり、通常２〜３個の筐体を必要とする。結果として、ＭＲ圧縮器は、プロパン圧縮器が必要とする動力量の約２倍の動力量を必要とする。
【０００４】
一部のユーザは、両方の圧縮システム上で同一のタービンドライバを使用することを好む。プロパン圧縮器が一方のドライバにあり、すべてのＭＲ圧縮が他方にあるように圧縮システムが配置されている場合、ＭＲ圧縮はプロパン圧縮の約２倍の動力を必要とするので、プロパンドライバに未使用の動力がある可能性がある。同一のドライバを使用したときの２つのシステム間の機械的負荷のこの不均衡は、潜在的な動力の無駄につながる。これに対処するために、いくつかのＣ３ＭＲ天然ガス液化プロセスは、低圧（「ＬＰ」）および中圧（「ＭＰ」）のＭＲ圧縮器が１つのガスタービンドライバによって駆動される「分割」配置で２つのガスタービンを利用し、プロパン圧縮器および高圧（「ＨＰ」）のＭＲ圧縮器は、第２のドライバによって駆動される。言い換えれば、プロパン圧縮器ドライバによって生成された動力の一部分は、ＭＲ圧縮器に迂回または「分割」され、システムへの負荷の均衡を取り、ＬＮＧ製造を最大化にするのに役立つ。この配置は、そのＳｐｌｉｔＭＲ（登録商標）ドライバ／圧縮器配置としてＡｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．によって市販されている。
【０００５】
分割配置の１つの制限は、２つのドライバ間の相対動力使用量が周囲温度によって変わることである。設計周囲温度では、両方のドライバからの動力が完全に利用されるように、プロセスおよび圧縮器の設計を最適化して圧縮器の動力を均衡させることができる。しかし、設計よりも温かい周囲温度では、プロパン圧縮器は全体の動力のより高い割合を必要とするが、一方でドライバはより低い動力出力を有する。これにより、プロパンおよびＨＰ  ＭＲの圧縮器ドライバは、通常、温かい季節には最大利用可能駆動動力を消費する。しかしながら、ＬＰおよびＭＰ  ＭＲ圧縮器ドライバは、利用可能動力を完全に使用することができない。したがって、ＳｐｌｉｔＭＲ（登録商標）  構成では、利用可能動力が少なく、すべての利用可能動力を完全に利用できるわけではないため、暑い時期には製造量が落ち込む。逆に、設計よりも低い周囲温度では、ＬＰ  ＭＲ／ＭＰ  ＭＲ圧縮器は一般に最大駆動動力を消費し、未使用の動力をプロパン／ＨＰ  ＭＲ圧縮器ストリングに残す。温帯、北極圏、またはアメリカ湾岸の気候で見られるような広い温度範囲の地域では、その影響は顕著になる。
【０００６】
航空派生型ガスタービンが使用されるとき、この問題はさらに大きくなる。一般に、航空派生型ガスタービンは、産業用ガスタービンドライバよりも高い周囲温度でより大きな動力減少を示す。さらに、産業用ガスタービンが使用されるとき、補助モータも使用することができる。したがって、航空派生型ガスタービンドライバの配置では、産業用ガスタービンドライバを補助モータと組み合わせて使用するときよりも、高い周囲温度での動力減少の割合が大きい。
【０００７】
上記に基づいて、広範囲の周囲温度にわたって分割ＭＲ圧縮の利点を十分に利用することができる液化システムが必要とされている。
【発明の概要】
【０００８】
この概要は、詳細な説明において以下でさらに説明される概念の選択を単純化された形で紹介するために提供される。この概要は、請求される主題の主要な特徴または本質的な特徴を識別することを意図しておらず、特許請求される主題の範囲を限定するために使用することも意図していない。
【０００９】
開示された例示的な実施形態は、以下に記載され、特許請求の範囲によって定義されるように、低圧（「ＬＰ」）および中圧（「ＭＰ」）のＭＲ圧縮器が（ガスタービンなどの）第１のドライバによって駆動され、プロパン圧縮器および高圧（「ＨＰ」）のＭＲ圧縮器が第２のドライバによって駆動される分割混合冷媒（「ＭＲ」）天然ガス液化システムを提供する。分割ＭＲ液化システムは、システムの設計温度と比較して、より温かい周囲温度ではより少ない動力を、より冷たい周囲温度ではより多くの動力を必要とするようにＨＰ  ＭＲ圧縮器の特性の調整を可能にするように動作可能に構成されている。そのような調整は、プロパン圧縮器とＨＰ  ＭＲ圧縮器との間の動力の均衡をシフトさせてＬＮＧ製造効率を改善することを可能にする。
【００１０】
さらに、本発明のシステムおよび方法のいくつかの特定の態様を以下に概説する。
【００１１】
態様１：炭化水素流体液化システムを操作する方法であって、方法は、
ａ．予備冷却冷媒流の間接熱交換によって炭化水素供給流を予備冷却して、第１の所定範囲内の温度を有する予備冷却炭化水素流体流を生成するステップと、
ｂ．少なくとも１つの圧縮段を有する予備冷却圧縮器内で予備冷却冷媒流を圧縮するステップと、
ｃ．第２の冷媒流の間接熱交換によって予備冷却炭化水素流をさらに冷却し少なくとも部分的に液化して、第２の所定範囲内の温度を有する冷却炭化水素流体流を生成するステップと、
ｄ．複数の圧縮段を含む圧縮シーケンスで第２の冷媒流を圧縮するステップと、
ｅ．第１の最大利用可能動力を有する第１のドライバを用いて予備冷却圧縮器および複数の第２の冷媒圧縮段のうちの少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段を駆動するステップと、
ｆ．第２の最大利用可能動力を有する第２のドライバを用いて複数の混合冷媒圧縮段のうちの他の第２の冷媒圧縮段を駆動するステップと、
ｇ．第１の動力要件で少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段を操作し、その結果、第１および第２のドライバによって利用される第１の総合動力が得られるステップと、
ｈ．少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件を第２の動力要件に調整するステップと、
ｉ．第２の動力要件で少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段を操作し、その結果、第１および第２のドライバによって利用される第２の総合動力が得られ、第２の総合動力は第１の総合動力よりも大きいステップと、を含む、方法。
【００１２】
態様２：ステップ（ｅ）が、第１のドライバが第１の最大利用可能動力を有する状態で予備冷却圧縮器および複数の第２の冷媒圧縮段のうちの少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段を駆動するステップを含み、少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段は、複数の第２の冷媒圧縮段のうちの他のいずれの圧縮段よりも大きい吐出圧力を有する、態様１に記載の方法。
【００１３】
態様３：周囲温度が所定の設計周囲温度の外側にあるステップ（ｈ）を実行するステップをさらに含む、態様１〜２のいずれかに記載の方法。
【００１４】
態様４：周囲温度が所定の設計周囲温度より高いステップ（ｈ）を実行するステップをさらに含む、態様１〜３のいずれかに記載の方法。
【００１５】
態様５：ステップ（ｈ）が、少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件を低下させるステップを含む、態様４に記載の方法。
【００１６】
態様６：ステップ（ｇ）が、第１の動力要件で少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段を操作し、その結果、第１および第２のドライバによって利用される第１の総合動力が得られるステップを含み、少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段および予備冷却圧縮器の圧縮要求の結果として、第１および第２のドライバのうちの一方が最大利用可能動力を供給し、別の第１および第２のドライバが最大利用可能動力を供給しない、態様１〜５のいずれかに記載の方法。
【００１７】
態様７：少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件を第２の動力要件に調整するステップが、少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の吸込側と流体流連通する吸込絞りバルブの位置を調整するステップを含む、態様１〜６のいずれかに記載の方法。
【００１８】
態様８：少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件を第２の動力要件に調整するステップが、少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段に位置付けされた一組の調節可能な入口案内翼の位置を変えるステップを含む、態様７に記載の方法。
【００１９】
態様９：少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件を第２の動力要件に調整するステップが、予備冷却圧縮器と第１のドライバのドライブシャフト上の少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段との間に位置付けされた可変速ギアボックスのギア比を変えるステップを含む、態様１〜８のいずれかに記載の方法。
【００２０】
態様１０：第２の冷媒が混合冷媒を含む、態様１〜９のいずれかに記載の方法。
【００２１】
態様１１：予備冷却冷媒がプロパンからなる、態様１〜１０のいずれかに記載の方法。
【００２２】
態様１２：予備冷却冷媒流が混合冷媒からなる、態様１〜１１のいずれかに記載の方法。
【００２３】
態様１３：少なくとも１つの第１の冷媒圧縮段および少なくとも１つの予備冷却熱交換器を有する予備冷却圧縮器を有する予備冷却サブシステムであって、第１の冷媒流の間接熱交換によって炭化水素供給流を冷却して予備冷却炭化水素流体流を生成するように適合されている、予備冷却サブシステムと、
複数の第２の冷媒圧縮段および少なくとも１つの液化熱交換器を有する液化サブシステムであって、第２の冷媒流の間接熱交換によって予備冷却炭化水素流を少なくとも部分的に液化して冷却炭化水素流体流を生成するように適合されている、液化サブシステムと、
予備冷却圧縮器および複数の第２の冷媒圧縮段のうちの少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段を駆動する第１のドライバと、
複数の第２の冷媒圧縮段のうちの他の第２の冷媒圧縮段を駆動する第２のドライバと、
少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件を変えるための手段と、
第１のドライバの第１の動力状態および第２のドライバの第２の動力状態を測定し、少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件、第１のドライバの第１の動力状態、第２のドライバの第２の動力状態、ならびに炭化水素供給流および予備冷却炭化水素流の群から選択される少なくとも１つの流速を制御するように適合されているコントローラと、を含む、システム。
【００２４】
態様１４：コントローラが、少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件を変えるための手段を調整することによって第１の動力状態と第２の動力状態との間の差を減少させるようにプログラムされている、態様１３に記載のシステム。
【００２５】
態様１５：少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段が、複数の第２の冷媒圧縮段のうちの他のいずれの第２の冷媒圧縮段よりも大きい吐出圧力を有する、態様１３〜１４のいずれかに記載のシステム。
【００２６】
態様１６：少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件を変えるための手段が、少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の吸込側と流体流連通する吸込絞りバルブを含む、態様１３〜１５のいずれかに記載のシステム。
【００２７】
態様１７：少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件を変えるための手段が、少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の吸込側と流体流連通している一組の調整可能な案内翼を含む、態様１３〜１６のいずれかに記載のシステム。
【００２８】
態様１８：少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段の動力要件を変えるための手段が、予備冷却圧縮器と第１のドライバのドライブシャフト上の少なくとも１つの第２の冷媒圧縮段との間に位置付けされた可変速ギアボックスを含む、態様１３〜１７のいずれかに記載のシステム。
【００２９】
態様１９：第１のドライバが、並列に配置された少なくとも２つのドライバを含む、態様１３〜１８のいずれかに記載のシステム。
【００３０】
態様２０：第２のドライバが、並列に配置された少なくとも２つのドライバを含む、態様１３〜１９のいずれかに記載のシステム。
【００３１】
態様２１：第２の冷媒流が、混合冷媒を含む、態様１３〜２０のいずれかに記載のシステム。
【００３２】
態様２２：第１の冷媒流が、プロパンからなる、態様１３〜２１のいずれかに記載のシステム。
【００３３】
態様２３：予備冷却冷媒流が、混合冷媒からなる、態様１３〜２２のいずれかに記載のシステム。
【００３４】
態様２４：炭化水素流体液化システムを操作する方法であって、方法は、
ａ．第１の流速で供給される炭化水素供給流を、予備冷却冷媒流および第１の所定範囲内の温度を有する予備冷却炭化水素流体流の間接熱交換によって予備冷却するステップと、
ｂ．少なくとも１つの圧縮段を有する予備冷却圧縮器内で予備冷却冷媒流を圧縮するステップと、
ｃ．第２の冷媒流の間接熱交換によって予備冷却炭化水素流をさらに冷却し少なくとも部分的に液化して、第２の所定範囲内の温度を有する冷却炭化水素流体流を生成するステップと、
ｄ．第１の組の第２の冷媒圧縮段および第２の組の第２の冷媒圧縮段からなる複数の第２の冷媒圧縮段を含む圧縮シーケンスで第２の冷媒流を圧縮するステップと、
ｅ．第１のドライバを用いて予備冷却圧縮器および第１の組の第２の冷媒圧縮段を駆動するステップと、
ｆ．第２のドライバを用いて第２の組の第２の冷媒圧縮段を駆動するステップと、
ｇ．第１のドライバと第２のドライバとの間に第１の動力差動が生じる第１の動力要件で少なくとも１つの第１の組の第２の冷媒圧縮段を操作するステップと、
ｈ．少なくとも１つの第１の組の第２の冷媒圧縮段の圧縮動力要件を調整し、その結果、第１のドライバと第２のドライバとの間に第２の動力差動が得られ、第２の動力差動は第１の動力差動よりも小さいステップと、
ｉ．ステップ（ｈ）と同時に又はステップ（ｈ）を実施した後に炭化水素供給流の第１の流速を第２の流速に増加させ、一方で予備冷却炭化水素流体流の温度を第１の所定範囲内に、冷却炭化水素流体流の温度を第２の所定の範囲内に維持するステップと、を含む、方法。
【００３５】
態様２５：ステップ（ｅ）が、予備冷却圧縮器および第１の組の第２の冷媒圧縮段を第１のドライバで駆動するステップを含み、第１の組の第２の冷媒圧縮段は、第２の組の第２の冷媒圧縮段のいずれよりも大きい吐出圧力を有する段からなる、態様２４に記載の方法。
【００３６】
態様２６：周囲温度が所定の設計周囲温度の外側にあるステップ（ｈ）を実行するステップをさらに含む、態様２４〜２５のいずれかに記載の方法。
【００３７】
態様２７：周囲温度が所定の設計周囲温度より高いステップ（ｈ）を実行するステップをさらに含む、態様２４〜２６のいずれかに記載の方法。
【００３８】
態様２８：ステップ（ｈ）が、少なくとも１つの第１の組の第２の冷媒圧縮段の動力要件を低下させるステップを含む、態様２７に記載の方法。
【００３９】
態様２９：少なくとも１つの第１の組の第２の冷媒圧縮段の圧縮動力要件を調整するステップが、少なくとも１つの第１の組の第２の冷媒圧縮段の吸込側と流体流連通する吸込絞りバルブの位置を調整するステップを含む、態様２４〜２８のいずれかに記載の方法。
【００４０】
態様３０：少なくとも１つの第１の組の第２の冷媒圧縮段の圧縮動力要件を調整するステップが、少なくとも１つの第１の組の第２の冷媒圧縮段に位置付けされた一組の調整可能な入口案内翼の位置を変えるステップを含む、態様２４〜２９のいずれかに記載の方法。
【００４１】
態様３１：少なくとも１つの第１の組の第２の冷媒圧縮段の圧縮動力要件を調整するステップが、予備冷却圧縮器と第１のドライバのドライブシャフト上の少なくとも１つの第１の組の第２の冷媒圧縮段との間に位置付けされた可変速ギアボックスのギア比を変えるステップを含む、態様２４〜３０のいずれかに記載の方法。
【００４２】
態様３２：第２の冷媒流が、混合冷媒を含む、態様２４〜３１のいずれかに記載の方法。
【００４３】
態様３３：予備冷却冷媒流が、プロパンからなる、態様２４〜３２のいずれかに記載の方法。
【００４４】
態様３４：予備冷却冷媒流が、混合冷媒からなる、態様２４〜３３のいずれかに記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
特許請求の範囲に記載された発明をより完全に理解するために、添付の図面と併せて検討される実施形態の以下の詳細な説明を参照する。
【００４６】
【図１】図１は、先行技術によるＣ３ＭＲプロセスの概略フロー図である。
【００４７】
【図２】図２は、第１の例示的な実施形態による分割混合冷媒天然ガス液化システムの概略フロー図である。
【００４８】
【図３】図３は、第２の例示的な実施形態による分割混合冷媒天然ガス液化システムの概略フロー図である。
【００４９】
【図４Ａ】図４Ａは、図３に示す分割混合冷媒天然ガス液化システムと関連して使用される調整可能な入口案内翼の斜視図であり、調整可能な入口案内翼は、より少なく流れ制限された位置（すなわち、より開放的）に構成されている。
【００５０】
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの調節可能な入口案内翼の斜視図であり、調節可能な入口案内翼は、より流れ制限された位置（すなわち、より閉鎖的）に構成されている。
【００５１】
【図５】図５は、入口案内翼を有する圧縮器段の例示的なヘッド／フローチャートである。
【００５２】
【図６】図６は、第３の例示的実施形態による分割混合冷媒天然ガス液化システムの概略フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下の詳細な説明は、好ましい例示的な実施形態のみを提供し、かつ特許請求の範囲に記載された発明の範囲、適用性、または構成を限定することを意図しない。むしろ、好ましい例示的な実施形態の次の詳細な説明は、特許請求の範囲に記載された発明の好ましい例示的な実施形態を実施するための実施可能な説明を当業者に提供する。特許請求の範囲に記載された発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、要素の機能および配置に様々な変更を加えることができる。
【００５４】
図面に関連して明細書中に導入された参照番号は、他の特徴のための文脈を提供するために明細書中にさらなる説明をすることなく１つ以上の後続の図面において繰り返すことができる。
【００５５】
特許請求の範囲では、特許請求されたステップを識別するために文字が使用されている（例えば、（ａ）、（ｂ）、および（ｃ））。これらの文字は、方法ステップを参照するのを補助するために使用され、そのような順序が特許請求の範囲に具体的に列挙されている場合を除き、請求されたステップが実行される順序を示すことを意図しない。
【００５６】
本明細書および特許請求の範囲では、本発明の一部分（例えば、上、下、左、右など）を説明するために方向用語を使用することがある。これらの方向の用語は単に例示的な実施形態を説明するのを支援することを意図しており、特許請求の範囲に記載された発明の範囲を限定することを意図していない。本明細書で使用されるとき、用語「上流」は、基準点から導管内の流体の流れの方向と反対の方向を意味することを意図している。同様に、用語「下流」は、基準点から導管内の流体の流れの方向と同じ方向を意味することを意図している。
【００５７】
本明細書において別段の定めがない限り、明細書、図面および特許請求の範囲において特定されるありとあらゆる百分率は、重量百分率ベースであると理解されるべきである。本明細書において別段の定めがない限り、明細書、図面および特許請求の範囲において特定されるありとあらゆる圧力は、ゲージ圧力を意味すると理解されるべきである。
【００５８】
本明細書および特許請求の範囲で使用される用語「流体流連通」は、液体、蒸気、および／または二相混合物を構成要素間で制御された方法（すなわち、漏洩なく）で直接的または間接的に輸送することを可能にする２つ以上の構成要素間の接続性の性質を指す。２つ以上の構成要素を互いに流体流連通するように結合することは、溶接部、フランジ付き導管、ガスケット、およびボルトの使用など、当技術分野で知られている任意の適切な方法を含むことができる。２つ以上の構成要素はまた、それらを分離することができるシステムの他の構成要素、例えば、バルブ、ゲート、または流体の流れを選択的に制限または指示することができる他の装置を介して互いに結合することができる。
【００５９】
本明細書および特許請求の範囲で使用される用語「導管」は、流体がシステムの２つ以上の構成要素間で輸送されることができる１つ以上の構造を指す。例えば、導管は、液体、蒸気、および／または気体を輸送するパイプ、ダクト、通路、およびそれらの組み合わせを含むことができる。
【００６０】
本明細書および特許請求の範囲で使用される用語「天然ガス」は、主にメタンからなる炭化水素ガス混合物を意味する。
【００６１】
本明細書および特許請求の範囲で使用される用語「炭化水素ガス」または「炭化水素流体」は、少なくとも１つの炭化水素を含み、炭化水素が気体／流体の全組成の少なくとも８０％、より好ましくは少なくとも９０％を占める気体／流体を意味する。
【００６２】
本明細書および特許請求の範囲で使用される用語「混合冷媒」（「ＭＲ」と略される）は、少なくとも２つの炭化水素を含み、その炭化水素が冷媒の全組成の少なくとも８０％を構成する流体を意味する。
【００６３】
用語「束」および「管束」は、本出願内では交換可能に使用されており、同義語であることを意図している。
【００６４】
本明細書および特許請求の範囲で使用される用語「周囲流体」は、周囲の圧力および温度でまたはその近くでシステムに供給される流体を意味する。
【００６５】
用語「圧縮回路」は、本明細書では、互いに流体連通し、直列に配置された構成要素および導管を指すために使用され（以下「直列流体流連通」）、第１の圧縮器または圧縮段から上流で始まり、最後の圧縮器または圧縮器段から下流で終わる。用語「圧縮シーケンス」は、関連する圧縮回路を構成する構成要素および導管によって実行されるステップを指すことを意図している。
【００６６】
用語「吸込側」は、本明細書では、圧縮段の低圧側（または入口）を指すために使用される。同様に、用語「吐出側」は、本明細書では、圧縮段の高圧側（または出口）を指すために使用される。用語「出口圧力」は、圧縮段の吐出側のゲージ圧を指すことを意図している。
【００６７】
本明細書で使用されるとき、圧縮段の「キャパシティ」は、特定の操作状態でその圧縮段を通る流体の流速を指すことを意図している。例えば、動的圧縮器段の場合、そのキャパシティは、圧縮器におけるドライブシャフトの特定の回転速度ならびに特定の吸込条件および吐出条件で流体が圧縮器を通って流れる速度を意味することを意図している。
【００６８】
本明細書で使用されるとき、用語「動力要件」は、圧縮段と関連して使用されるとき、その圧縮段を特定の操作状態（すなわち、流体流速および圧力増加）で操作するための動力量を指すことを意図している。
【００６９】
本明細書および特許請求の範囲で使用されるとき、用語「高−高」、「高」、「中」、および「低」は、これらの用語が使用される要素の特性についての相対値を表すことを意図している。例えば、高−高圧流は、本出願に記載または請求されている対応する高圧流または中圧流もしくは低圧流よりも高い圧力を有する流れを示すことを意図している。同様に、高圧流は、明細書または特許請求の範囲に記載されている対応する中圧流または低圧流よりも高いが、本出願に記載または請求されている対応する高−高圧流よりも低い圧力を有する流れを示すことを意図している。同様に、中圧流は、明細書または特許請求の範囲に記載された対応する低圧流よりも高いが、本出願に記載または請求されている対応する高圧流よりも低い圧力を有する流れを示すことを意図している。
【００７０】
本明細書で使用するとき、用語「寒剤」または「極低温流体」は、−７０℃未満の温度を有する液体、気体、または混合相流体を意味することを意図している。寒剤の例には、液体窒素（ＬＩＮ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液体ヘリウム、液体二酸化炭素および加圧混合相寒剤（例えば、ＬＩＮと気体窒素の混合物）が含まれる。本明細書で使用されるとき、用語「極低温温度」は、−７０℃より低い温度を意味することを意図している。
【００７１】
表１は、説明された実施形態を理解するのを補助するために本明細書および図面を通して使用される頭字語のリストを定義する。
【表１】
2020020567.tif 000003
【００７２】
記載された実施形態は、炭化水素流体の液化のための効率的な方法を提供し、かつ天然ガスの液化に特に適用可能である。図１を参照すると、先行技術の通常の天然ガス液化システムが示されている。好ましくは天然ガスである供給流１００は、前処理部分９０において既知の方法によって洗浄および乾燥されて水、ＣＯ２およびＨ２Ｓなどの酸性ガス、ならびに水銀などの他の汚染物質を除去し、前処理供給流１０１を生じる。本質的に水を含まない前処理供給流１０１は、予備冷却システム１１８で予備冷却されて予備冷却天然ガス流１０５を生成し、さらにＭＣＨＥ１０８中で冷却、液化、および／または過冷却されてＬＮＧ流１０６を生成する。ＬＮＧ流１０６は、通常、それをバルブまたはタービン（図示せず）に通すことによって減圧した後、ＬＮＧ貯蔵タンク１０９に送られる。タンク内での圧力降下および／または沸騰中に発生するフラッシュ蒸気はすべて流れ１０７で表され、これはプラント内で燃料として使用され、供給にリサイクルされ、または排出することができる。
【００７３】
前処理供給流１０１は、１０℃未満、好ましくは約０℃未満、より好ましくは約−３０℃の温度に予備冷却される。予備冷却天然ガス流１０５は、約−１５０℃〜約−７０℃、好ましくは約−１４５℃〜約−１００℃の温度に液化され、続いて、約−１７０℃〜約−１２０℃、好ましくは、約−１７０℃〜約−１４０℃の温度に過冷却される。図１に示すＭＣＨＥ１０８は、３つの束を有するコイル巻き熱交換器である。しかしながら、任意の数の束および任意の交換器の種類を利用してもよい。
【００７４】
用語「本質的に水を含まない」は、前処理供給流１０１中のあらゆる残留水が、下流の冷却および液化プロセスにおける水の凍結に関連する操作上の問題を防ぐのに十分に低い濃度で存在することを意味する。本明細書に記載の実施形態では、水濃度は、好ましくは１．０ｐｐｍ以下、より好ましくは０．１ｐｐｍ〜０．５ｐｐｍである。
【００７５】
Ｃ３ＭＲプロセスで使用される予備冷却冷媒は、プロパンである。図１に示されるように、プロパン冷媒１１０は、前処理供給流１０１に対して温められて温低圧プロパン流１１４を生成する。温低圧プロパン流１１４は、４つの圧縮段を含むことができる１つ以上のプロパン圧縮器１１６で圧縮される。中間圧力レベルの３つの副流１１１、１１２、および１１３は、プロパン圧縮器１１６の最終段、３段目、および２段目の吸入側でそれぞれプロパン圧縮器１１６に入る。圧縮プロパン流１１５は凝縮器１１７内で凝縮されて低温高圧流を生成し、次いでこれは減圧され（減圧バルブは図示されていない）、予備冷却システム１１８内の前処理供給流１０１を冷却するのに必要な冷却負荷を提供するプロパン冷媒１１０を生成する。プロパン液体は、流れ１０１を冷却して低圧プロパン蒸気流１１４を生成するときに蒸発する。凝縮器１１７は、通常空気または水などの周囲流体と熱を交換する。
【００７６】
図は４段のプロパン圧縮を示しているが、任意の数の圧縮段を採用することができる。複数の圧縮段が記載または請求されるとき、そのような複数の圧縮段は、単一の多段圧縮器、複数の圧縮器、またはそれらの組み合わせを含み得ることを理解するべきである。圧縮器は、単一の筐体または複数の筐体内にあってもよい。プロパン冷媒を圧縮するプロセスは、本明細書では一般にプロパン圧縮シーケンスと呼ばれる。プロパン圧縮シーケンスは、米国特許出願公開第２０１７／００８９６３７（Ａ１）号として公開された米国特許出願第１４／８７０，５５７号にさらに詳細に記載されており、その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００７７】
ＭＣＨＥ１０８では、冷蔵の少なくとも一部分、好ましくは全部が、バルブまたはタービンにわたる減圧の後に冷媒流の少なくとも一部分を蒸発させることによって提供される。
【００７８】
低圧気体ＭＲ流１３０がＭＣＨＥ１０８のシェル側の温端から引き出され、低圧吸込ドラム１５０を通って送られて、随伴液滴が圧縮器１５１に入るのを防ぎ、蒸気流１３１は、低圧（ＬＰ）圧縮器１５１内で圧縮されて中圧ＭＲ流１３２を生成する。低圧気体ＭＲ流１３０は、通常プロパン予備冷却温度またはそれに近い温度、好ましくは約−３０℃の温度および１０ｂａｒａ（１４５ｐｓｉａ）未満の圧力で引き出される。中圧ＭＲ流１３２は、低圧アフタークーラ１５２で冷却されて、冷却中圧ＭＲ流１３３を生成し、そこから随伴液滴が中圧吸込ドラム１５３内において任意選択で除去され、中圧（ＭＰ）圧縮器１５４でさらに圧縮される中圧蒸気流１３４を生成する。得られた高圧ＭＲ流１３５は、中圧アフタークーラ１５５で冷却されて冷却高圧ＭＲ流１３６を生成する。冷却高圧ＭＲ流１３６は、任意選択で高圧吸込ドラム１５６に送られて随伴液滴を除去する。得られた高圧蒸気流１３７は、さらに高圧（ＨＰ）圧縮器１５７内で圧縮されて高−高圧ＭＲ流１３８を生成し、高圧アフタークーラ１５８で冷却されて、冷却高−高圧ＭＲ流１３９を生成する。その後、冷却高−高圧ＭＲ流１３９は予備冷却システム１１８内で蒸発プロパンに対して冷却され、二相ＭＲ流１４０を生成する。その後、二相ＭＲ流１４０は気液分離器１５９に送られ、そこからＭＲＬ流１４１およびＭＲＶ流１４３が得られ、これらはＭＣＨＥ１０８に送り返されてさらに冷却される。それらがその後液化された後でさえも、相分離器を出る液体流は産業界においてＭＲＬと呼ばれ、相分離器を出る蒸気流は産業界においてＭＲＶと呼ばれる。ＭＲがＭＣＨＥ１０８の下部から引き出され、その後複数の流れとしてＭＣＨＥ１０８の管側に戻された後のＭＲの圧縮および冷却のプロセスは、本明細書では一般にＭＲ圧縮シーケンスと呼ばれる。
【００７９】
ＭＲＬ流１４１およびＭＲＶ流１４３の両方は、ＭＣＨＥ１０８の２つの別々の回路内で冷却される。ＭＲＬ流１４１は、ＭＣＨＥ１０８の第１の２つの束で過冷却され、その結果、減圧されて低温の二相流１４２が生成され、これがＭＣＨＥ１０８のシェル側に送り返されて、ＭＣＨＥの第１の２つの束で必要な冷蔵が提供される。ＭＲＶ流１４３は、ＭＣＨＥ１０８の第１、第２、および第３の束内で冷却され、液化され、かつ過冷却され、低温高圧減圧バルブを横切って減圧され、流れ１４４としてＭＣＨＥ１０８に導入されて過冷却、液化、および冷却工程において冷蔵を提供する。ＭＣＨＥ１０８は、コイル巻き熱交換器、平板フィン熱交換器、またはシェルおよび管形熱交換器などの天然ガス液化に適した任意の交換器とすることができる。コイル巻き熱交換器は、天然ガス液化のための最新技術の交換器であり、プロセスおよび温かい冷媒流を流すための複数の螺旋巻き管と、冷たい冷媒流を流すためのシェル空間とを含む少なくとも１つの管束を含む。
【００８０】
図２は第１の例示的な実施形態を示す。この実施形態では、図１のシステム（システム１００）と共有される要素は、１００を増加した参照番号によって表される。例えば、図１のプロパン圧縮器１１６は、図２のプロパン圧縮器２１６に対応する。明確にするために、第２の実施形態と共有されるこの実施形態のいくつかの特徴は、図２では番号付けされているが、本明細書では繰り返されない。参照番号がこの実施形態において提供され、明細書において議論されない場合、それは図１に示されるシステムの対応する要素と同一であると理解されるべきである。これらの同じ原理は、以降の例示的実施形態のそれぞれにも当てはまる。
【００８１】
図２は、ＳｐｌｉｔＭＲ（登録商標）天然ガス液化システム２００を示しており、これは図１のシステム１００の要素を含むが、Ｃ３ＭＲプロセスおよびＭＲプロセスの圧縮器が駆動される方法が異なる。システム２００は、プロパン圧縮器２１６および（すべてのＭＲ圧縮器２５１、２５４、２５７のうち最も高い出口圧力を有する）ＨＰ  ＭＲ圧縮器２５７を機械的に駆動する第１のガスタービン２６０を含む。システム２００はまた、ＬＰ  ＭＲ圧縮器２５１およびＭＰ  ＭＲ圧縮器２５４を機械的に駆動する第２のガスタービン２６２を含む。任意選択で、これらの圧縮ストリングはそれぞれ、補助／スターターモータ２６４、２６６をそれぞれ含むことができる。
【００８２】
設計温度（システム２００が操作するように設計されている周囲温度）またはその付近で、３つのＭＲ圧縮段（すなわち、ＬＰ、ＭＰ、およびＨＰのＭＲ圧縮器２５１、２５４、および２５７）およびプロパン圧縮器２１６の動力要件は、システム２００の全製造速度がキャパシティに近い状態で操作されるときに両方のガスタービン２６０、２６２がキャパシティに近い状態で操作するようにそれぞれ設定される。
【００８３】
設計温度よりも著しく温かい周囲温度では、プロパン圧縮器２１６のための動力要件は増加するが、一方で第１のガスタービン２６０から利用可能な動力は低下する。そのような状況では、プロパン圧縮器２１６の吐出圧力は、凝縮器内でその中のプロパンが凝縮し得るように増加しなければならない。このヘッド（すなわち、１ポンドの所与のガスをある圧力レベルから別の圧力レベルにポリトロピック的に圧縮して移送するのに必要な仕事またはエネルギー（フィートポンド））の増加は、設計条件と比較して、プロパン圧縮器２１６が第１のガスタービン２６０から利用可能な動力のより大きな部分を使用することを必要とする。しかしながら、ＨＰ  ＭＲ圧縮器２５７の特性を独立して変えるいかなる手段もない場合は、第１のガスタービン２６０の速度を変えるまたはＭＲ  ＪＴバルブを開放するなどの通常の制御を通してプロパン圧縮器２１６にシフトできる限られた量の動力がある。その結果、プロパン圧縮器２１６からのプロパン流は、第１のガスタービン２６０は最大利用可能動力で操作されるので、これらのより温かい周囲温度で製造するためのボトルネックとなる。ＬＰおよびＭＰ  ＭＲ圧縮器２５１、２５４を駆動する第２のガスタービン２６２（すなわち、それは最大利用可能動力では操作していない）上にあるが、ＭＲ循環量が増加すると、この追加のＭＲ冷媒を予備冷却してＨＰ  ＭＲ圧縮器２５７の動力要件を増加させるためにプロパン流を増加させる必要があるので、そのような動力は使用できない。本出願で使用されているように、「最大利用可能動力」は、現在の動作条件下でドライバが利用可能な燃料および空気供給の最大利用率を指すことを意図している。上述のように、周囲温度が上昇するにつれて、ドライバの最大利用可能動力は低下する。
【００８４】
そのような周囲温度での動力効率を高めるために、分割ＭＲ液化システム２００は、設計温度と比較して、より温かい周囲温度ではより少ない動力を、より低い周囲温度ではより多くの動力を必要とするようにＨＰ  ＭＲ圧縮器２５７の特性を調整するように構成されている。そのような調整は、プロパン圧縮器２１６とＨＰ  ＭＲ圧縮器２５７との間の動力の均衡をシフトさせることを可能にする。
【００８５】
圧縮器に対する動力要件の調整を可能にするために提供し得る多数の手段がある。例えば、ＳｐｌｉｔＭＲ（登録商標）  液化システム２００は、ＨＰ  ＭＲ圧縮器２５７と、ＭＰ  ＭＲ圧縮器２５４に接続されたＭＰアフタークーラ２５５から受け取った冷却ＨＰ  ＭＲ流２３６との間に接続された吸込絞りバルブ２６８を組み込んでいる。吸込絞りバルブ２６８の開度は、ＨＰ  ＭＲ圧縮器２５７に入る流体の密度および吸込圧力を変えるように調整することができ、それによってＨＰ  ＭＲ圧縮器２５７が効率的に実行するのに必要な動力量を変える。
【００８６】
周囲温度がＭＲ液化システム２００の設計温度より高いとき、吸込絞りバルブ２５７は、より閉位置に調整される。この調整により、第１のガスタービン２６０からのより多くの動力をプロパン圧縮器２１６に充てることが可能になり、より多くのプロパン流の循環が可能になる。プロパン流を増加させることはまた、全体的なＭＲ流の増加を可能にし、その結果、第１および第２のガスタービン２６０、２６２の両方からの動力のより効率的な使用がもたらされる。全体として、吸込絞りバルブ２６８を介して冷却ＨＰ  ＭＲ流体の密度を調節することによって、第１および第２のガスタービン２６０、２６２の両方からのより多くの利用可能な全動力を使用してより多くの冷媒を循環させることができ、より高度で、より効率的なＬＮＧ製造をもたらすことができる。
【００８７】
逆に、設計よりも低い周囲温度では、プロパン圧縮器２１６の動力要件は低下し、一方で第１のガスタービン２６０から利用可能な動力は増加する。吸込絞りバルブ２６８は、同じドライブシャフト上にあるプロパン圧縮器２１６に対してＨＰ  ＭＲ圧縮器２５７により多くの動力を供給するために、より開位置に調整することができる。これは、ＨＰ  ＭＲ圧縮器２５７により多くの動力をシフトさせるという利点を有し、分割ＭＲ液化システム２００が接続されるＣ３ＭＲプロセスが、設計よりも低い周囲温度でのＬＮＧ製造量を増加させることを可能にする。
【００８８】
これらの概念を表現する別の方法は、周囲温度が設計範囲の外側にあるとき、ドライバ２６０、２６２間の「動力要件差動」が設計周囲条件におけるものよりも大きいことである。これは、通常ドライバ２６０、２６２の一方が１．０に近い「動力比」で操作しているが、他方のドライバがそうではないことを意味する。本出願の目的のために、用語「動力比」は、そのドライバの最大利用可能動力に対するドライバによって供給されている動力の比を意味する。用語「動力差動」は、第１のドライバの動力比と第２のドライバの動力比との間の差である。
【００８９】
この例示的な実施形態では、吸込絞りバルブ２６８の位置およびタービン２６０、２６２の動力状態は、コントローラ２７４によって監視および制御される。好ましくは、コントローラ２７４は、ガスタービンドライバの周囲温度および利用可能動力を測定する（または別の方法で決定する）能力を含み、吸込絞りバルブ２６８の位置およびタービン２６０、２６２の動力状態を周囲温度に基づいて自動的に調整するようにプログラムされている。コントローラ２７４は、図３または７には示されていないが、その中に示されている例示的な実施形態のいずれかと関連して使用することができる。
【００９０】
ここで図３および４Ａ〜Ｂを参照すると、ＨＰ  ＭＲ圧縮器３５７の特性を独立して変えるための異なる方法を組み込んだ分割ＭＲ液化システム３００の第２の実施形態が示されている。より具体的には、分割ＭＲ液化システム３００は、冷却ＨＰ  ＭＲ流３３６を受け取るＨＰ  ＭＲ圧縮器３５７の入口に一組の調整可能な入口案内翼３７０を含む。設計よりも温かい温度では、入口案内翼３７０は、図４Ｂに示されるように、ＨＰ  ＭＲ圧縮器３５７によって体積流あたりの動的ヘッドが少なくなるように調整され、それによってＨＰ  ＭＲ圧縮器３５７は、冷却ＨＰ  ＭＲ流３３６からの入口体積流あたりの動的ヘッドが少なくなり、したがって、ＨＰ  ＭＲ圧縮器３５７の動力要件が低下し、プロパン圧縮器３１６に利用可能な動力が増加する。設計よりも低い周囲温度では、図４Ａに示すように、ＨＰ  ＭＲ圧縮器３５７上の入口案内翼３７０を開いて、体積流あたりの動的ヘッドを大きくし、ＨＰ  ＭＲ圧縮器３５７の動力消費を増加させることができる。図３に示される入口案内翼３７０は、入口案内翼３７０がＨＰ  ＭＲ圧縮器２５７の吸込みを絞ることに関連する損失を回避するという点で、図２に示される吸込絞りバルブ２６８よりも有益とすることができる。
【００９１】
別の例示的な実施形態では、調節可能な入口案内翼３７０の代わりに調節可能なディフューザ翼を使用してＨＰ  ＭＲ圧縮器３５７の動力要件を調節することができる。圧縮段の入口（吸込側）に位置付けされる代わりに、ディフューザ翼は出口側に位置付けされる。この方法は、入口案内翼とは異なる方法で圧縮器の動的ヘッドおよびフロー特性を変える。
【００９２】
図５は圧縮器段の例示的なヘッド／フローチャートを示す図である。入口案内翼が開くと、圧縮器のキャパシティが増加し、体積流あたりのヘッドが増え、その結果、ドライバからより多くの動力を吸収する。逆に、入口案内翼を閉じると、圧縮器のキャパシティが減少し、体積流あたりのヘッドが少なくなり、その結果、ドライバからの動力の吸収が少なくなる。
【００９３】
図６は、プロパン圧縮器４１６へ／から動力をシフトさせるためにＨＰ  ＭＲ圧縮器４５７の特性を変えるように構成された分割ＭＲ液化システムの第３の実施形態を示す。この実施形態では、分割ＭＲ液化システムは、プロパン圧縮器４１６とＨＰ  ＭＲ圧縮器４５７との間に設置された可変速ギアボックス４７２を使用してＨＰ  ＭＲ圧縮器４５７の速度を調整する。可変速ギアボックス４７２は、ＨＰ  ＭＲ圧縮器４５７がプロパン圧縮器４１６の最適速度よりも高いかまたは低い可能性がある最適速度で操作することを可能にする。さらに、可変速ギアボックス４７２は、分割ＭＲ液化システム４００の周囲温度の変化にしたがってＨＰ  ＭＲ圧縮器の操作速度を調整するように構成されている。
【００９４】
本発明の意図する趣旨から逸脱することなく、分割ＭＲ液化システム２００、３００、および４００に対する多くの追加の修正を加えることができる。例えば、一実施形態では、ガスタービン（すなわち、第１および第２のガスタービン２６０および２６２、３６０および３６２、ならびに４６０および４６２）を蒸気タービン、航空派生型タービン、または電気モータの代わりに使用することができる。他のすべてのそのような改変は、本発明の範囲内にあるとみなされることを意図している。本発明は添付の特許請求の範囲の用語によってのみ限定されることが意図される。
【図１】
2020020567.tif 000004
【図２】
2020020567.tif 000005
【図３】
2020020567.tif 000006
【図４Ａ】
2020020567.tif 000007
【図４Ｂ】
2020020567.tif 000008
【図５】
2020020567.tif 000009
【図６】
2020020567.tif 000010
【外国語明細書】
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