(57)【要約】      （修正有）【課題】冷媒圧縮システムのボトルネックを解消することにより天然ガス液化プロセスの能力と効率を高めるためのシステムおよび方法の提供。【解決手段】少なくとも１つのダブルフロー圧縮器を含む二次圧縮回路は、一次圧縮回路の少なくとも一部と平行に流体流れ連通するようにもたらされる圧縮システム。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の圧力を有する第１の冷媒の第１の流れを圧縮して、完全に圧縮された圧力を有する第１の圧縮された冷媒流を生成するために作動的に構成された圧縮システムであって、
少なくとも１つの予冷熱交換器であり、前記少なくとも１つの予冷換熱器の各々が、前記第１の冷媒に対する間接的な熱交換によって、炭化水素流体を冷却するために作動的に構成されている、少なくとも１つの予冷熱交換器と、
複数の一次圧縮器段と複数の部分的に圧縮された流れとを有している一次圧縮回路であり、前記複数の圧縮器段の各々が吸込側および吐出側を有しており、前記複数の部分的に圧縮された流れの各々が、前記複数の一次圧縮器段のうちの１つの出口および前記複数の一次圧縮器段のうちの別のものの入口と流体流れ連通しており、前記複数の部分的に圧縮された流れの各々が、前記第１の圧力より高く、前記完全に圧縮された圧力より低い圧力を有しており、前記複数の部分的に圧縮された流れの各々の前記圧力が、前記複数の部分的に圧縮された流れのうちの他の全ての圧力と異なっており、前記複数の一次圧縮器段のうちの最終一次圧縮器段が前記第１の圧縮された冷媒蒸気の第１の部分を生成する出口を有している、一次圧縮回路と、
内部容積を定めるケーシング、第１の入口、第２の入口、および前記第１の圧縮された冷媒流の第２の部分を生成する出口を有したダブルフロー圧縮器を含む二次圧縮回路であり、前記第１の圧縮された冷媒流の前記第２の部分は前記第１の圧縮された冷媒流の前記第１の部分と流体流れ連通しており、前記ケーシングは前記内部容積の内側に位置する第１の圧縮器段と第２の圧縮器段を更に有しており、前記第１の圧縮器段は第１の吸込側、第１の吐出側、少なくとも１つの第１のインペラ、および少なくとも１つの第１のディフューザを有しており、前記第２の圧縮器段は第２の吸込側、第２の吐出側、少なくとも１つの第２のインペラ、および少なくとも１つの第２のディフューザを有しており、前記第１の吸込側は前記第２の吸込側の遠位にあり、かつ前記第１の吐出側は前記第２の吐出側の近位にある、二次圧縮回路と、
前記少なくとも１つの予冷熱交換器のうちの第１の予冷熱交換器の下流に位置し、かつ流体流れ連通している第１の副流であり、前記第１の副流は、第１の副流圧力と、前記複数の部分的に圧縮された流れのうちの第１の部分的に圧縮された第１の冷媒流と流体流れ連通して、前記複数の一次圧縮器段のうちの第１の一次圧縮器段の入口の上流にあり、かつ流体流れ連通している第１の混合流れを形成する第１の部分と、を有しており、前記第１の副流が前記ダブルフロー圧縮器の前記第１の入口と流体流れ連通する第２の部分を有している、第１の副流と、
前記少なくとも１つの予冷熱交換器のうちの第２の予冷熱交換器の下流にあり、かつ流体流れ連通している第２の副流であり、前記第２の副流は、第２の副流圧力と、前記複数の部分的に圧縮された流れのうちの第２の部分的に圧縮された第１冷媒流と流体流れ連通し、前記複数の一次圧縮器段のうちの第２の一次圧縮器段の入口の上流にあり、かつ流体流れ連通している第２の混合流れを形成する第１の部分とを有しており、前記第２の副流が、前記ダブルフロー圧縮器の前記第２の入口と流体流れ連通する第２の部分を有している、第２の副流と、
を備え、
前記第１の入口は前記第１の圧縮器段の前記第１の吸込側に位置し、前記第２の入口は前記第２の圧縮器段の前記第２の吸込側に位置し、前記出口が前記第１の吐出側および前記第２の吐出側の近位に位置している、圧縮システム。
【請求項２】
前記複数の一次圧縮器段が単一の一次圧縮器ケーシングの内部に収容されている、請求項１に記載の圧縮システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第１のインペラは各々が第１のインペラジオメトリを有している第１の数のインペラから構成され、前記少なくとも１つの第２のインペラは各々が第２のインペラジオメトリを有している第２の数のインペラから構成され、前記少なくとも１つの第１のディフューザは各々が第１のディフューザジオメトリを有しており、かつ前記第２の少なくとも１つの第２のディフューザは第２のディフューザジオメトリを有しており、かつ
前記第１の圧縮器段は、以下のグループ：（ａ）インペラの前記第１の数はインペラの前記第２の数と異なる、（ｂ）前記第１のインペラジオメトリは前記第２のインペラジオメトリと異なる、および（ｃ）前記第１のディフューザジオメトリは前記第２のディフューザジオメトリと異なる、から選択される少なくとも１つにおいて、前記第２の圧縮器段と異なる、請求項１に記載の圧縮システム。
【請求項４】
前記圧縮システムは、前記一次圧縮回路の複数の一次圧縮器段のうちの少なくとも２つの間で前記第１の冷媒を中間冷却するように更に作動的に構成されている、請求項１に記載の圧縮システム。
【請求項５】
前記炭化水素流体と前記炭化水素流体が前記少なくとも１つの予冷熱交換器により冷却された後の第２の冷媒との間の間接的な熱交換により、前記炭化水素流体を更に冷却して液化するように作動的に構成された主熱交換器を更に含む、請求項１に記載の圧縮システム。
【請求項６】
前記主熱交換器は、前記炭化水素流体と前記第２の冷媒流が前記主熱交換器のコイル巻きチューブの側を通って流れるときに、前記主熱交換器のシェル側を通って流れる前記第２の冷媒との間接的な熱交換により、前記炭化水素流体を液化するとともに前記第２の冷媒を冷却するように作動的に構成されている、請求項５に記載の圧縮システム。
【請求項７】
前記第２の冷媒が混合冷媒であり、かつ前記第１の冷媒がプロパンである、請求項１に記載の圧縮システム。
【請求項８】
一次圧縮回路と前記二次圧縮回路との間の前記第１の冷媒の流れの分配を制御するように作動的に構成されている弁を更に備える、請求項１に記載の圧縮システム。
【請求項９】
前記第１の一次圧縮器段が第１の一次ヘッド−流れ比を有しており、かつ前記ダブルフロー圧縮器の前記第１の圧縮器段が前記第１の一次ヘッド−流れ比未満である第１の二次ヘッド−流れ比を有している、請求項１に記載の圧縮システム。
【請求項１０】
前記二次ヘッド−流れ比が前記一次ヘッド−流れ比の７０〜９５％である、請求項９に記載の圧縮システム。
【請求項１１】
圧縮器であって、
内部容積、第１の入口、第２の入口、および出口を定めるケーシングであり、前記ケーシングは前記内部容積内に配置された第１の圧縮器段と第２の圧縮器段を更に含み、前記第１の圧縮器段は、第１の吸込側、第１の吐出側、少なくとも１つの第１のインペラ、および少なくとも１つの第１のディフューザを有しており、第２の圧縮器段は、第２の吸込側、第２の吐出側、少なくとも１つの第２のインペラ、および少なくとも１つの第２のディフューザを有しており、前記第１の吸込側は前記第２の吸込側の遠位にあり、前記第１の吐出側は前記第２の吐出側の近位にある、ケーシング、を備え、
前記第１の入口は前記第１の圧縮器段の前記第１の吸込側に配置され、前記第２の入口は前記第２の圧縮器段の前記第２の吸込側に配置され、かつ前記出口は前記第１の圧力側と前記第２の圧力側の近位に配置されており、
前記少なくとも１つの第１のインペラは、第１の数のインペラから構成され、各々が第１のインペラジオメトリを有しており、前記少なくとも１つの第２のインペラは、第２の数のインペラから構成され、各々が第２のインペラジオメトリを有しており、前記少なくとも１つの第１のディフューザは各々が第１のディフューザジオメトリを有しており、かつ前記第２の少なくとも１つの第２のディフューザは第２のディフューザジオメトリを有しており、
前記第１の圧縮器段は、以下のグループ：（ａ）インペラの前記第１の数はインペラの前記第２の数と異なる、（ｂ）前記第１のインペラジオメトリは前記第２のインペラジオメトリと異なる、および（ｃ）前記第１のディフューザジオメトリは前記第２のディフューザジオメトリと異なる、から選択される少なくとも１つにおいて、前記第２の圧縮器段と異なる、圧縮器。
【請求項１２】
インペラの前記第１の数はインペラの前記第２の数より大きい、請求項１１に記載の圧縮器。
【請求項１３】
前記第１の吐出側、前記第２の吐出側、および前記出口の近位にある混合チャンバを更に含む、請求項１１に記載の圧縮器。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの第１のインペラの各々と、前記少なくとも１つの第２のインペラの各々が、第１のシャフトに固定されている、請求項１１に記載の圧縮器。
【請求項１５】
方法であって、
ａ．冷媒の第１の低い圧力流れと前記冷媒の少なくとも１つの副流を、複数の圧縮器段を含む一次圧縮シーケンスにおいて、圧縮して、第１の中圧にある第１の部分的に圧縮された一次流れと最終圧力にある完全に圧縮された一次流れとを形成し、前記最終圧力が前記第１の中圧より大きい、圧縮する段階、
ｂ．前記少なくとも１つの副流の第１の副流を前記第１の部分的に圧縮された冷媒流と組み合わせる段階、
ｃ．前記第１の低い圧力流れと前記第１の副流のグループより選択される１つから第１のスリップ流を分離し、前記第１のスリップ流が第１のスリップ流圧力を有している、分離する段階、
ｄ．前記第１のスリップ流を第１の二次圧縮器段において、圧縮して第１の圧縮された二次流れ形成する、圧縮する段階、
ｅ．前記少なくとも１つの副流のうちの１つから第２のスリップ流を分離し、前記第２のスリップ流が前記第１のスリップ流圧力より高い第２のスリップ流圧力を有している、分離する段階、
ｆ．第２の二次圧縮器段において、前記第２のスリップ流を前記最終圧力に圧縮して第２の圧縮された二次流れを形成する、圧縮する段階、
ｇ．前記第１の圧縮された二次流れと前記第２の圧縮された二次流れを前記完全に圧縮された冷媒流と組み合わせる段階、および
ｈ．前記冷媒との間接的な熱交換により炭化水素を冷却する段階、
を含む、方法。
【請求項１６】
段階（ａ）、（ｂ）、および（ｄ）が、
ａ．冷媒の第１の流れと前記冷媒の少なくとも１つの副流を複数の圧縮器段を含む一次圧縮シーケンスにおいて、圧縮して、第１の中圧にある第１の部分的に圧縮された冷媒流、第２の中圧にある第２の部分的に圧縮された冷媒流、および最終圧力にある完全に圧縮された冷媒流を形成し、前記最終圧力は前記第２の中圧より高く、かつ前記第２の中圧は前記第１の中圧より高い、圧縮する段階、
ｃ．前記少なくとも１つの副流の第１の副流から第１のスリップ流を分離し、前記第１のスリップ流は前記第１の中圧に等しい第１のスリップ流圧力を有している、分離する段階、および
ｄ．前記少なくとも１つの副流の第２の副流からの第２のスリップ流を分離し、前記第２のスリップ流は前記第２の中圧に等しい第２のスリップ流圧力を有している、分離する段階、
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ｉ．段階（ｆ）を実行する前に前記第１の圧縮された二次流れを前記第２のスリップ流と組み合わせる段階を更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
ダブルフロー圧縮器の内部で段階（ｆ）と（ｇ）を実行することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
段階（ｆ）および（ｇ）が、
ｆ．第１の吐出側を有する第１の二次圧縮器段において、前記第１のスリップ流を前記最終圧力に圧縮して第１の圧縮された副流を形成する、圧縮する段階、および
ｇ．前記第１の吐出側に近位である第２の吐出側を有する第２の二次圧縮器段において、前記第２のスリップ流を前記最終圧力に圧縮して第２の圧縮された副流を形成する、圧縮する段階、
を更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
段階（ｆ）および（ｇ）が、
ｆ．第１のインペラジオメトリを有した少なくとも１つの第１のインペラを含む第１の二次圧縮器段において、前記第１のスリップ流を前記最終圧力に圧縮して第１の圧縮された二次流れを形成する、圧縮する段階、および
ｇ．前記第１のインペラジオメトリとは異なる第２のインペラジオメトリを有した少なくとも１つの第２のインペラを含む第２の二次圧縮器段において、前記第２のスリップ流を前記最終圧力に圧縮して第２の圧縮された二次流れを形成する、圧縮する段階、
を更に含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
天然ガスを冷却し、液化し、選択的に過冷却する液化システム、例えば単一混合冷媒（ＳＭＲ）サイクル、プロパン予冷混合冷媒（Ｃ３ＭＲ）サイクル、デュアル混合冷媒（ＤＭＲ）サイクル、Ｃ３ＭＲ−窒素ハイブリッド（ＡＰ−Ｘ（商標）など）サイクル、窒素もしく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は、従来技術においてよく知られている。典型的に、そのようなシステムにおいては、天然ガスは１つ以上の冷媒との間接的な熱交換により冷却され、液化され、かつ選択的に過冷却される。例えば混合冷媒、純粋成分、二相冷媒、気相冷媒等といった様々な冷媒を用い得る。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）プラントにおいて用いられてきた。ＭＲ流れの組成物は、典型的に、供給ガスの組成と運転条件に基づいて最適化される。
【０００２】
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において、冷媒は循環される。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との間接的な熱交換により冷却され、液化され、および／または過冷却される。
【０００３】
各冷媒圧縮システムは、循環冷媒を圧縮し冷却するための圧縮回路と、圧縮器を駆動するために必要なパワーをもたらす駆動装置アセンブリとを含む。冷媒圧縮システムは液化システムの重要な構成要素である。天然ガスを冷却し、液化し、選択的に過冷却するために必要な必要熱量をもたらす冷たく低圧な冷媒流を生成するために、膨張の前に冷媒を高圧に圧縮して冷却する必要があるからである。
【０００４】
ベースロードＬＮＧプラントにおける大部分の冷媒圧縮は、高い容量、可変な速度、高い効率、低いメンテナンス性、小型であることを含むそれらの固有の能力により、動的または動力学的な圧縮器、特に遠心圧縮器により実行される。他のタイプの動圧縮器、例えば軸流圧縮器および軸流遠心縮器は、類似の理由により用いられてきた。動的圧縮器は、圧縮する流体の運動量を増加させることによって機能する。それらが典型的な動的圧縮器よりかなり低い容量を有するとともに、圧縮する流体の容積を減少させることにより機能するにもかかわらず、容積式圧縮器も用いることもできる。
【０００５】
ＬＮＧサービスのために用いられてきた主駆動装置には３つのタイプ、すなわちガスタービン、蒸気タービン、および電気モータがある。
【０００６】
いくつかのシナリオにおいて、ＬＮＧの製造速度は、設置されている冷媒圧縮器により制限され得る。そのような１つのシナリオは、圧縮器の動作点がサージに近いときである。サージは、圧縮器のヘッド能力が最大で容積流量限界が最小に達する動作点として定義される。反サージラインは、サージに対して安全な作動アプローチの動作点である。Ｃ３ＭＲサイクルについてのそのようなシナリオの実例は、高い周囲温度において、プロパン予冷システムの負荷が増加して最大ヘッドを生じさせ、それによって最も低い許容可能流量に達するというものである。したがって、冷媒の流量が制限され、それは冷凍およびＬＮＧの製造速度を制限する。
【０００７】
設置された冷媒圧縮器によりＬＮＧの製造速度が制限される他のシナリオは、圧縮器がストーンウォール（ｓｔｏｎｅｗａｌｌ）またはチョークの近傍にあるときである。ストーンウォールまたはチョークは、圧縮器の安定容積流量が最大でヘッド能力が最小に達したときの動作点として定義される。そのようなシナリオの実例は、プラントが完全に装てんされ、かつ最大ＬＮＧ容量で運転されるときである。圧縮器は、それを通過するそれ以上の冷媒流を引き受けることができず、したがってプラントは圧縮器の作動により制限される。
【０００８】
設置された冷媒圧縮器によりＬＮＧの製造が制限され得る更なるシナリオは、大規模ベースロード施設において、圧縮器の動作点が、例えば流量係数、入口マッハ数等の圧縮器の設計限度により制限されることである。
【０００９】
いくつかのシナリオにおいて、ＬＮＧの製造は利用可能な駆動パワーにより制限される。このことは、プラントが高いＬＮＧ製造速度での稼働中に起こり得る。それはまた、周囲温度が高いときに、ガスタービン駆動装置の利用可能なガスタービンパワーが低下することで起こり得る。
【００１０】
ＬＮＧ業界において利用される標準的な動的圧縮器は、１つ以上の入口および単一の出口を有した単一ケーシングを含む。入口が複数の場合、またケーシングは、前段のコンプレッサステージからの排出と入口流とを混合するチャンバを含む。例えば、２つの入口流を有する第２の圧縮器段は、第１の圧縮器段からの排出流と入口流を混合するための混合チャンバを必要とする。
【００１１】
冷媒圧縮システムのボトルネックを解消するための１つのアプローチは、一次圧縮器の吐出側に、その駆動装置とともに上記したものに類似する、例えば遠心圧縮器といった動的圧縮器を追加することである。このことは、圧縮器がサージ近傍で動作しているシナリオについて、圧縮器システムへのより多くのヘッドのビルドアップを助ける。主圧縮器の吐出側に動的圧縮器を追加することの利益は、圧縮器がストーンウォールの近傍で動作しているときに制限される。したがって、動的圧縮器の追加は最大流れの制約の課題を解決しない。
【００１２】
他のアプローチは、１つ以上の動的圧縮器、例えば遠心圧縮器を、一次圧縮器に並列に追加することであった。このことは、一次圧縮器のボトルネックの解消をある程度は助けるが、それは充分ではない、または効率的でないものとなり得る。この方法は、一次圧縮器段における異なる圧縮器の段階のボトルネックを同じ量だけ解消する。しかしながら、いくつかの段階は未だそれらの限界にあって、ボトルネックの解消を更に必要とし得る。
【００１３】
全体的に、一次圧縮器と並列な単一段動的圧縮器は、最適状態に及ばない設計に至り得る。したがって、必要なものは、ＬＮＧプラントに装備された圧縮システムのボトルネックを解消するコンパクトでより効率的な方法である。
【発明の概要】
【００１４】
この概要は、以下の詳細な説明において更に説明する概念の選択を簡略化した形で導入するために与えられている。この概要は、請求の範囲に記載された主題の特徴または本質的な特徴の特定を意図せず、かつ請求の範囲に記載された主題の範囲を限定するために用いられることも意図していない。
【００１５】
以下に説明されかつ後に続く請求の範囲によって定められる、いくつかの実施形態は、ＬＮＧ液化プロセスの一部として用いられる圧縮システムの改良を含む。いくつかの実施形態は、ＬＮＧ液化プラントの冷媒圧縮システムの１つ以上の一次圧縮回路と並列なダブルフロー圧縮器を用い、それによって、そうでなければプラント容量を制限することになる条件の下でプラントが作動することを可能にすることにより、従来技術における必要性を満たす。
【００１６】
加えて、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。
【００１７】
態様１：第１の圧力を有する第１の冷媒の第１の流れを圧縮して、完全に圧縮された圧力を有する第１の圧縮された冷媒流を生成するために作動的に構成された圧縮システムであって、
少なくとも１つの予冷熱交換器であり、少なくとも１つの予冷熱交換器の各々が、第１の冷媒に対する間接的な熱交換によって、炭化水素流体を冷却するために作動的に構成されている、少なくとも１つの予冷熱交換器と、
複数の一次圧縮器段と複数の部分的に圧縮された流れとを有している一次圧縮回路であり、複数の圧縮器段の各々が吸込側および吐出側を有しており、複数の部分的に圧縮された流れの各々が、複数の一次圧縮器段のうちの１つの出口および複数の一次圧縮器段のうちの別のものの入口と流体流れ連通しており、複数の部分的に圧縮された流れの各々が、第１の圧力より高く、完全に圧縮された圧力より低い圧力を有しており、複数の部分的に圧縮された流れの各々の圧力が、複数の部分的に圧縮された流れのうちの他の全ての圧力と異なっており、複数の一次圧縮器段のうちの最終一次圧縮器段が第１の圧縮された冷媒蒸気の第１の部分を生成する出口を有している、一次圧縮回路と、
内部容積を定めるケーシング、第１の入口、第２の入口、および第１の圧縮された冷媒流の第２の部分を生成する出口を有したダブルフロー圧縮器を含む二次圧縮回路であり、第１の圧縮された冷媒流の第２の部分は第１の圧縮された冷媒流の第１の部分と流体流れ連通しており、ケーシングは内部容積内に配置された第１の圧縮器段と第２の圧縮器段を更に含み、第１の圧縮器段は、第１の吸込側、第１の吐出側、少なくとも１つの第１のインペラ、および少なくとも１つの第１のディフューザを有しており、第２の圧縮器段は、第２の吸込側、第２の吐出側、少なくとも１つの第２のインペラ、および少なくとも１つの第２のディフューザを有しており、第１の吸込側は前記第２の吸込側の遠位にあり、かつ第１の吐出側は前記第２の吐出側の近位にある、二次圧縮回路と、
少なくとも１つの予冷熱交換器のうちの第１の予冷熱交換器の下流に位置し、かつ流体流れ連通している第１の副流であり、第１の副流は、第１の副流圧力と、複数の部分的に圧縮された流れのうちの第１の部分的に圧縮された第１の冷媒流と流体流れ連通して、複数の一次圧縮器段のうちの第１の一次圧縮器段の入口の上流にあり、かつ流体流れ連通している第１の混合流れを形成する第１の部分と、を有しており、第１の副流がダブルフロー圧縮器の第１の入口と流体流れ連通する第２の部分を有している、第１の副流と、
少なくとも１つの予冷熱交換器のうちの第２の予冷熱交換器の下流にあり、かつ流体流れ連通している第２の副流であり、第２の副流は、第２の副流圧力と、複数の部分的に圧縮された流れのうちの第２の部分的に圧縮された第１冷媒流と流体流れ連通し、複数の一次圧縮器段のうちの第２の一次圧縮器段の入口の上流にあり、かつ流体流れ連通している第２の混合流れを形成する第１の部分とを有しており、第２の副流が、ダブルフロー圧縮器の第２の入口と流体流れ連通する第２の部分を有している、第２の副流と、
を備え、
第１の入口は第１の圧縮器段の第１の吸込側に配置され、第２の入口は第２の圧縮器段の第２の吸込側に配置され、出口が第１の吐出側および前記第２の吐出側の近位に位置している、圧縮システム。
【００１８】
態様２：少なくとも１つの第１のインペラは、第１の数のインペラから構成され、各々が第１のインペラジオメトリを有しており、少なくとも１つの第２のインペラは、第２の数のインペラから構成され、各々が第２のインペラジオメトリを有しており、少なくとも１つの第１のディフューザは各々が第１のディフューザジオメトリを有しており、かつ第２の少なくとも１つの第２のディフューザは第２のディフューザジオメトリを有しており、
第１の圧縮器段は、以下のグループ：（ａ）インペラの前記第１の数はインペラの前記第２の数と異なる、（ｂ）前記第１のインペラジオメトリは前記第２のインペラジオメトリと異なる、および（ｃ）前記第１のディフューザジオメトリは前記第２のディフューザジオメトリと異なる、から選択される少なくとも１つにおいて、第２の圧縮器段と異なる、態様１に記載の圧縮システム。
【００１９】
態様３：インペラの第１の数はインペラの第２の数と異なる、態様２に記載の圧縮システム。
【００２０】
態様４：インペラの第１の数はインペラの第２の数より大きい、態様２に記載の圧縮システム。
【００２１】
態様５：ケーシングが第１および第２の吐出側の近位にある混合チャンバを更に含む、態様１〜３のいずれかに記載の圧縮システム。
【００２２】
態様６：第１の冷媒がプロパンである、態様１〜４のいずれかに記載の圧縮システム。
【００２３】
態様７：圧縮システムは、一次圧縮回路の複数の一次圧縮器段のうちの少なくとも２つの間で第１の冷媒を中間冷却するように更に作動的に構成されている、態様１〜６のいずれかに記載の圧縮システム。
【００２４】
態様８：炭化水素流体とその炭化水素流体が少なくとも１つの予冷熱交換器により冷却された後の第２の冷媒との間の間接的な熱交換により、炭化水素流体を更に冷却して液化するように作動的に構成された主熱交換器を更に備える、態様１〜７のいずれかに記載の圧縮システム。
【００２５】
態様９：主熱交換器は、炭化水素流体と第２の冷媒流れが主熱交換器のコイル巻きチューブの側を通って流れるときに、主熱交換器のシェル側を通って流れる第２の冷媒との間接的な熱交換により、炭化水素流体を液化するとともに第２の冷媒を冷却するように作動的に構成されている、態様５に記載の圧縮システム。
【００２６】
態様１０：第２の冷媒が混合冷媒であり、かつ第１の冷媒がプロパンである、態様１〜９のいずれかに記載の圧縮システム。
【００２７】
態様１１：駆動装置アセンブリが一次圧縮回路のための第１の駆動装置と二次圧縮回路のための第２の駆動装置を含み、第１の駆動装置が第２の駆動装置から独立している、態様１〜１０のいずれかに記載の圧縮システム。
【００２８】
態様１２：一次圧縮回路と二次圧縮回路との間の第１の冷媒の流れの分配を制御するように作動的に構成されている弁を更に備える、態様１〜１１のいずれかに記載の圧縮システム。
【００２９】
態様１３：第１の一次圧縮器段が第１の一次ヘッド−流れ比を有しており、かつダブルフロー圧縮器の第１の圧縮器段が第１の一次ヘッド−流れ比未満である第１の二次ヘッド−流れ比を有している、態様１〜１２のいずれかに記載の圧縮システム。
【００３０】
態様１４：二次ヘッド−流れ比が一次ヘッド−流れ比の７０〜９０％である、態様１〜１３のいずれかに記載の圧縮システム。
【００３１】
態様１５：一次ヘッド−流れ比は５０〜９５％である、態様１〜１４のいずれかに記載の圧縮システム。
【００３２】
態様１６：圧縮器であって、
内部容積、第１の入口、第２の入口、および出口を定めるケーシングであり、ケーシングは内部容積内に配置された第１の圧縮器段と第２の圧縮器段を更に含み、第１の圧縮器段は、第１の吸込側、第１の吐出側、少なくとも１つの第１のインペラ、および少なくとも１つの第１のディフューザを有しており、第２の圧縮器段は、第２の吸込側、第２の吐出側、少なくとも１つの第２のインペラ、および少なくとも１つの第２のディフューザを有しており、第１の吸込側は前記第２の吸込側の遠位にあり、第１の吐出側は前記第２の吐出側の近位にある、ケーシングを備え、
第１の入口は第１の圧縮器段の第１の吸込側に配置され、第２の入口は第２の圧縮器段の第２の吸込側に配置され、かつ出口は第１の圧力側と第２の圧力側の近位に配置されており、
少なくとも１つの第１のインペラは、第１の数のインペラから構成され、各々が第１のインペラジオメトリを有しており、少なくとも１つの第２のインペラは、第２の数のインペラから構成され、各々が第２のインペラジオメトリを有しており、少なくとも１つの第１のディフューザは各々が第１のディフューザジオメトリを有しており、かつ第２の少なくとも１つの第２のディフューザは第２のディフューザジオメトリを有しており、
第１の圧縮器段は、以下のグループ：（ａ）インペラの第１の数はインペラの第２の数と異なる、（ｂ）第１のインペラジオメトリは第２のインペラジオメトリと異なる、および（ｃ）第１のディフューザジオメトリは第２のディフューザジオメトリと異なる、から選択される少なくとも１つにおいて、第２の圧縮器段と異なる、圧縮器。
【００３３】
態様１７：インペラの第１の数はインペラの第２の数と異なる、態様１６に記載の圧縮器。
【００３４】
態様１８：インペラの第１の数はインペラの第２の数より大きい、態様１６に記載の圧縮器。
【００３５】
態様１９：第１の吐出側、第２の吐出側、および出口の近位にある混合チャンバを更に備える、態様１６〜１８のいずれかに記載の圧縮器。
【００３６】
態様２０：少なくとも１つの第１のインペラの各々と、少なくとも１つの第２のインペラの各々が、第１のシャフトに固定されている、態様１６〜１９のいずれかに記載の圧縮器。
【００３７】
態様２１：方法であって
ａ．冷媒の第１の低い圧力流れと冷媒の少なくとも１つの副流を、複数の圧縮器段を含む一次圧縮シーケンスにおいて、圧縮して、第１の中圧にある第１の部分的に圧縮された一次流れと最終圧力にある完全に圧縮された一次流れとを形成し、最終圧力が前記第１の中圧より大きい、圧縮する段階、
ｂ．少なくとも一方の側の流れの第１の副流を第１の部分的に圧縮された冷媒流と組み合わせる段階、
ｃ．第１の低い圧力流れと第１の副流のグループより選択される１つから第１のスリップ流を分離し、第１のスリップ流が第１のスリップ流圧力を有している、分離する段階、
ｄ．第１のスリップ流を第１の２次圧縮器段において、圧縮して第１の圧縮された二次流れ形成する、圧縮する段階、
ｅ．少なくとも１つの副流のうちの１つから第２のスリップ流を分離し、第２のスリップ流が第１のスリップ流の圧力より高い第２のスリップ流の圧力を有している、分離する段階、
ｆ．第２の二次圧縮器段において、第２のスリップ流を最終圧力に圧縮して第２の圧縮された二次流れを形成する、圧縮する段階、
ｇ．第１の圧縮された二次流れと第２の圧縮された二次流れを完全に圧縮された冷媒流と組み合わせる段階、および
ｈ．冷媒との間接的な熱交換により炭化水素を冷却する段階、を含む、方法。
【００３８】
態様２２：段階（ａ）、（ｂ）、および（ｄ）が、
ａ．冷媒の第１の流れと冷媒の少なくとも１つの副流を複数の圧縮器段を含む一次圧縮シーケンスにおいて、圧縮して、第１の中圧にある第１の部分的に圧縮された冷媒流れ、第２の中圧にある第２の部分的に圧縮された冷媒流れ、および最終圧力にある完全に圧縮された冷媒流れを形成し、最終圧力は第２の中圧より高く、かつ第２の中圧は第１の中圧より高い、圧縮する段階、
ｃ．少なくとも１つの副流の第１の副流から第１のスリップ流を分離し、第１のスリップ流が第１の中圧に等しい第１のスリップ流圧力を有している、分離する段階、および
ｄ．少なくとも１つの副流の第２の副流からの第２のスリップ流を分離し、第２のスリップ流が第２の中圧に等しい第２のスリップ流圧力を有している、分離する段階、
を含む、態様２１に記載の方法。
【００３９】
態様２３：
ｉ．段階（ｆ）を実行する前に第１の圧縮された二次流れを第２のスリップ流と組み合わせる段階を更に含む、態様２１または態様２２に記載の方法。
【００４０】
態様２４：段階（ｇ）が、第１の圧縮二次流れおよび第２の圧縮二次流れを混合して混合二次流れを形成し、続いて混合二次流れを完全に圧縮した冷媒流れと組み合わせることを含む、態様１５〜２２のいずれかに記載の方法。
【００４１】
態様２５：単一圧縮器ケーシングの内部で段階（ｆ）および（ｇ）を実行することを更に含む、態様１５〜２４のいずれかに記載の方法。
【００４２】
態様２６：段階（ｆ）および（ｇ）をダブルフロー圧縮器の単一圧縮器ケーシングの内部で実行することを更に含む、態様２５に記載の方法。
【００４３】
態様２７：段階（ｆ）および（ｇ）が、
ｆ．第１の吐出側を有する第１の二次圧縮器段において、第１のスリップ流を最終圧力に圧縮して第１の圧縮された副流を形成する、圧縮する段階、および
ｇ．第１の吐出側の近位にある第２の吐出側を有する、第２の二次圧縮器段において、第２のスリップ流を最終圧力に圧縮して第２の圧縮された副流を形成する、圧縮する段階、
を更に含む、態様２６に記載の方法。
【００４４】
態様２８：段階（ｆ）および（ｇ）が、
ｆ．第１のインペラジオメトリを有した少なくとも１つの第１のインペラを含む第１の二次圧縮器段において、第１のスリップ流を最終圧力に圧縮して第１の圧縮された二次流れを形成する、圧縮する段階、および
ｇ．第１のインペラジオメトリとは異なる第２のインペラジオメトリを有した少なくとも１つの第２のインペラを含む第２の二次圧縮器段において、第２のスリップ流を最終圧力に圧縮して第２の圧縮された二次流れを形成する、圧縮する段階、
を更に含む、態様２６に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、先行技術によるＣ３ＭＲシステムの模式的な工程系統図である。
【００４６】
【図２】図２は、先行技術によるＣ３ＭＲシステムの予備冷却システムの模式的な工程系統図である。
【００４７】
【図３】図３は、先行技術によるＣ３ＭＲシステムのプロパン圧縮システムの模式的な工程系統図である。
【００４８】
【図４】図４は、先行技術によるＣ３ＭＲシステムのプロパン圧縮システムの模式的な工程系統図である。
【００４９】
【図５】図５は、第１の例示的な実施形態によるＣ３ＭＲシステムのプロパン圧縮システムの模式的な工程系統図である。
【００５０】
【図６】図６は、第２の例示的な実施形態によるＣ３ＭＲシステムのプロパン圧縮システムの模式的な工程系統図である。
【００５１】
【図７】図７は、第２の例示的な実施形態に適用される二次圧縮器の概略図である。
【００５２】
【図８】図８は、第３の例示的な実施形態によるＣ３ＭＲシステムの混合冷媒圧縮システムの模式的な工程系統図である。
【００５３】
【図９】図９は、第３の例示的な実施形態に適用されるダブルフロー圧縮器の概略図である。
【００５４】
【図１０】図１０は、動的圧縮器についてのパーセント圧力比とパーセント入口体積流量のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
後に続く詳細な説明は、好ましい例示的な実施形態をもたらすだけであり、範囲、適用性、または構成を限定することを意図していない。むしろ、後に続く好ましい例示的な実施形態の詳細な説明は、好ましい例示的な実施形態を実行するための効果的な説明を当業者にもたらす。その趣旨および範囲を逸脱することなしに、要素の機能および構成に様々な変更をなすことができる。
【００５６】
図面に関連して明細書に導入される参照符号は、他の特徴について前後関係をもたらすために、１つ以上のその後の図面において、明細書における追加の説明なしに反復され得る。
【００５７】
請求の範囲において、請求項に係る段階を特定するために文字（例えば（ａ）、（ｂ）、および、（ｃ））が用いられる。これらの文字は、方法の段階を言及する際の助けとして用いられ、そのような順序が請求の範囲に特別に詳述されていない場合、またそのような順序が請求の範囲に特別に詳述されている範囲においても、請求項に係る段階を実行する順序を示すことを意図していない。
【００５８】
開示された実施形態の部分を説明するために、方向を表す用語（例えば、上側、下側、左側、右側等）を明細書と請求の範囲に用いることができる。これらの方向を表す用語は、例示的な実施形態を説明する際の助けを意図するだけであり、請求項に係る発明の範囲を限定することを意図していない。本明細書に用いる「上流」という用語は、基準点から導管内で流体が流れる方向とは反対の方向を意味することを意図している。同様に、「下流」という用語は、基準点から導管内で流体が流れる方向と同じ方向を意味することを意図している。
【００５９】
本明細書に特に明記しない限り、明細書、図面および請求の範囲において、特定されるありとあらゆるパーセンテージは、重量百分率をベースとするものと理解されなければならない。本明細書に特に明記しない限り、明細書、図面および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を意味するものと理解されなければならない。
【００６０】
明細書と請求の範囲に用いる「流体流れ連通している」という用語は、液体、蒸気、および／または二相混合体が構成要素の間で、直接的にまたは間接的に制御されたやり方で、すなわち、漏出なしに輸送されることを可能にする、２つ以上の構成要素の間の接続の性質を指す。それらが互いに流体流れ連通するように２つ以上の構成要素を連結することには、例えば溶接、フランジ付き導管、ガスケット、およびボルトといった従来技術において、知られている任意の好適な方法を含めることができる。２つ以上の構成要素は、それらを切り離すことができるシステムの他の構成要素、例えば弁、ゲート、または流体の流れを選択的に規制しまたは導くことができる他の装置により一体に連結することもできる。
【００６１】
明細書と請求の範囲に用いる「導管」という用語は、システムの２つ以上の構成要素の間で、それに通して流体を輸送できる、１つ以上の構造を指す。例えば、導管は、液体、蒸気および／またはガスを輸送するパイプ、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。
【００６２】
明細書と請求の範囲に用いる「天然ガス」という用語は、主としてメタンから構成される炭化水素のガス混合物を意味する。
【００６３】
明細書と請求の範囲に用いる「炭化水素ガス」または「炭化水素流体」という用語は、少なくとも１つの炭化水素を含むガス／流体であり、その全体的な組成物の少なくとも８０％、より好ましくは少なくとも９０％をその炭化水素が占めるガス／流体を意味する。
【００６４】
本明細書と請求の範囲に用いる（「ＭＲ」と略記される）「混合冷媒」という用語は、少なくとも２つの炭化水素を含むとともにその冷媒の全体的な組成物の少なくとも８０％をその炭化水素が占める流体を意味する。
【００６５】
「束」および「管群」という用語は、この出願の範囲内では交換可能に用いられ、かつ同義であることが意図されている。
【００６６】
明細書と請求の範囲に用いる「周囲流体」という用語は、周囲の圧力および温度において、またはその近傍において、システムにもたらされる流体を意味する。
【００６７】
明細書に用いる「圧縮回路」という用語は、第１の圧縮器または圧縮器段の上流に始まるとともに最後の圧縮器または圧縮器段の下流で終了する、互いに流体連通しつつ直列的に配置された（以下「直列的に流体流れ連通する」）構成要素および導管を指す。「圧縮シーケンス」という用語は、関連する圧縮回路を含む構成要素および導管により実行される段階を指すことが意図されている。
【００６８】
明細書と請求の範囲に用いる「高−高」、「高」、「中間」および「低」という用語は、これらの用語を用いる要素の特性についての相対的な値を表すことが意図されている。例えば、高−高圧力の流れは、この出願において、説明しまたは請求の範囲に記載する、対応する高い圧力の流れ、または中圧の流れ、または低い圧力の流れよりも高い圧力を有する流れを示すことが意図されている。同様に、高い圧力の流れは、明細書または請求の範囲に記載する、対応する中圧の流れまたは低い圧力の流れよりは高いが、この出願において、説明しまたは請求の範囲に記載する、対応する高−高圧力の流れよりは低い圧力を有する流れを示すことが意図されている。同様に、中圧の流れは、明細書または請求の範囲に記載する、対応する低い圧力の流れよりは高いが、この出願において、説明しまたは請求の範囲に記載する、対応する高い圧力の流れよりは低い圧力を有する流れを示すことが意図されている。
【００６９】
本明細書に用いる「低温液体」または「極低温流体」という用語は、−７０℃より低い温度の液体、ガス、または混相流体を意味することが意図されている。低温液体の実施例には、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、および加圧された混相低温液体（例えば、ＬＩＮと気体窒素の混合物）が含まれる。本明細書に用いる「極低温」という用語は、−７０℃より低い温度を意味することが意図されている。
【００７０】
本明細書に用いる「圧縮器」という用語は、ケーシング内に収容された少なくとも１つの圧縮器段を有するとともに流体流れの圧力を高める装置を意味することが意図されている。
【００７１】
本明細書に用いる「ダブルフロー圧縮器」という用語は、単一のケーシング内に収容された少なくとも２つの圧縮器段を有するとともに少なくとも２つの入口流れと少なくとも１つの出口流れを有する圧縮器を意味することが意図されている。加えて、入口流れは、別々に圧縮されるとともに吐出の際に組み合わされて出口流れを生成する。
【００７２】
本明細書に用いる「ケーシング」という用語は、内部容積を定めるとともに少なくとも１つの圧縮器段を含む、圧力を閉じ込めるシェルを意味することを意図している。圧力を閉じ込めている２つ以上のシェルが導管により接続されるときに、その構成は２つ以上のケーシングと考えられる。
【００７３】
本明細書に用いる「圧縮器段」という用語は、流体の圧力を高めるとともに単一の入口、単一の出口、１つ以上のインペラ、および関連するディフューザを有する装置を意味することが意図されている。
【００７４】
本明細書に用いる「インペラ」という用語は、それに入る流体の圧力を高める回転装置を意味することが意図されている。
【００７５】
本明細書に用いる「ディフューザ」という用語は、流体の動圧の少なくとも一部を静圧に変換する、インペラの出口に位置する装置を意味することを意図している。ディフューザは、そのディフューザが関連する圧縮器段の動作特性を変更するために動かすことができる、調節可能な案内羽根を選択的に含むことができる。
【００７６】
表１は、説明する実施形態の理解を助けるものとして明細書および図面の全体にわたって用いる略語のリストを定義する。
【表１】
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【００７７】
説明する実施形態は、炭化水素流体を液化するための効率的な方法をもたらし、特に天然ガスの液化に適用できる。図１を参照すると、先行技術の典型的なＣ３ＭＲプロセスが示されている。好ましくは天然ガスである供給流れ１００は、水、例えば二酸化炭素および硫化水素といった酸性の気体、ならびに例えば水銀といった他の汚染物質を除去するために前処理セクション９０において、既知の方法で洗浄されかつ乾燥され、前処理された供給流れ１０１となる。本質的に水を含まない前処理された供給流れ１０１は、予冷天然ガス流体１０５を生成すべく予冷システム１１８において、予冷されるとともに、ＬＮＧ流れ１０６を生成するために（主熱交換器とも呼ばれる）ＭＣＨＥ１０８において、更に冷却され、液化され、および／または過冷却される。ＬＮＧ流れ１０６は、弁またはタービン（図示せず）に通すことにより典型的に圧力を低下させ、続いて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／またはボイルオフの間に生成された何らかのフラッシュ蒸気は流れ１０７で表されているが、それはプラントの燃料として用いたり、供給のために再利用したり、または排気したりすることができる。
【００７８】
前処理された供給流れ１０１は、１０℃より低い、好ましくは約０℃より低い、好ましくは約−３０℃の温度に予冷される。予冷された天然ガス流体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２に示されている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熱交換器のタイプを用いることができる。
【００７９】
「本質的に水を含まない」という用語は、下流の冷却および液化プロセスにおける水分の凍結に関連する運転上の問題を防止するために、前処理された供給流れ１０１における如何なる残留水分もが十分に低い濃度で存在することを意味する。本明細書で説明する実施形態において、水分の濃度は、好ましくは１．０ｐｐｍ以下、より好ましくは０．１ｐｐｍ〜０．５ｐｐｍである。
【００８０】
Ｃ３ＭＲプロセスで用いる予冷冷媒はプロパンである。図２に図解するように、暖かい低圧のプロパン流れ１１４を生成するために、プロパン冷媒１１０は前処理された供給流れ１０１に対して暖められる。暖かく低圧のプロパン流れ１１４は、４つの圧縮器段１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃ、１１６Ｄを含み得る、１つ以上のプロパン圧縮器１１６において、圧縮される。中圧レベルの３つの副流１１１、１１２、および１１３は、プロパン圧縮器１１６の最終の１１６Ｄ、第３の１１６Ｃ、第２の１１６Ｂの段の吸い込みにおいて、それぞれプロパン圧縮器１１６に流入する。圧縮されたプロパン流れ１１５は、凝縮器１１７において、凝縮されて冷たい高圧流れを生じさせ、続いて圧力が低下して（図示されない低下弁）プロパン冷媒１１０を生じさせ、予冷システム１１８において、前処理された供給流れ１０１を冷却するために必要な冷却仕事をもたらす。プロパンの液体はそれが暖まるにつれて蒸発し、暖かく低圧のプロパン流れ１１４を生じさせる。凝縮器１１７は、典型的に、例えば空気または水といった周囲流体と熱交換する。図はプロパン圧縮の４つの段を示しているが、任意の数の圧縮器段を用いることができる。ここで理解されるべきことは、多数の圧縮器段を説明しまたは請求の範囲に記載するときに、そのような多数の圧縮器段が、単一の多段圧縮器、多数の圧縮器、またはそれらの組み合わせを含み得ることである。圧縮器は、単一ケーシングまたは多数ケーシングとすることができる。プロパン冷媒を圧縮するプロセスは、本明細書においては、全般的にプロパン圧縮シーケンスと称する。プロパン圧縮シーケンスは図２に詳細に説明されている。
【００８１】
ＭＣＨＥ１０８においては、冷却の少なくとも一部、好ましくは全部が、弁またはタービンを通過して圧力が低下した後に少なくとも一部の冷媒流れを気化させることによりもたらされる。
【００８２】
低圧でガス状のＭＲ流れ１３０はＭＣＨＥ１０８のシェル側の底部から取り出され、低圧吸引ドラム１５０に送られてあらゆる液体が分離され、蒸気流れ１３１は低圧（ＬＰ）圧縮器１５１において、圧縮されて中圧ＭＲ流れ１３２を生じさせる。低圧でガス状のＭＲ流れ１３０は、典型的に、プロパン予冷温度またはその近傍の温度において、好ましくは約−３０℃かつ１０バール（１４５ｐｓｉａ）未満の圧力で取り出される。中圧のＭＲ流れ１３２は、低圧アフタークーラ１５２において、冷却されて冷却された中圧ＭＲ流れ１３３を生じさせ、あらゆる液体が中圧吸引ドラム１５３において、排出されて中圧蒸気流れ１３４を生じさせ、それは中圧（ＭＰ）圧縮器１５４において、更に圧縮される。結果として生じる高圧ＭＲ流れ１３５は、中圧アフタークーラ１５５において、冷却されて、冷却された高圧ＭＲ流れ１３６を生じさせる。冷却された高圧ＭＲ流れ１３６は高圧吸引ドラム１５６に送られ、そこであらゆる液体が排出される。結果として生じる高圧蒸気流れ１３７は、高圧（ＨＰ）圧縮器１５７において、更に圧縮されて高高圧力ＭＲ流れ１３８を生じさせ、それは高圧アフタークーラ１５８において、冷却されて冷却された高高圧ＭＲ流れ１３９を生じさせる。冷却された高高圧ＭＲ流れ１３９は、続いて、予冷システム１１８におけるプロパンの蒸発により冷却されて二相ＭＲ流れ１４０を生じさせる。二相ＭＲ流れ１４０は、続いて気液セパレータ１５９に送られ、そこからＭＲＬ流れ１４１とＭＲＶ流れ１４３が得られ、それらは更に冷却されるためにＭＣＨＥ１０８に送られる。それらがその後で液化されても、相分離器から離れた液体流れは業界において、ＭＲＬと呼ばれ、かつ相分離器から離れた蒸気流れは業界において、ＭＲＶと呼ばれる。ＭＣＨＥ１０８の底部から取り出された後、続いて多数の流れとしてＭＣＨＥ１０８の管側に戻されるＭＲを圧縮して冷却するプロセスは、本明細書においては全般的にＭＲ圧縮シーケンスと称する。
【００８３】
ＭＲＬ流れ１４１とＭＲＶ流れ１４３は、ＭＣＨＥ１０８の２つの独立した回路において、冷却される。ＭＲＬ流れ１４１はＭＣＨＥ１０８の第１の２つの束において、冷却されかつ部分的に液化されて冷たい流れとなり、圧力が低下されて冷たい２相流れ１４２を生じさせ、ＭＣＨＥ１０８のシェル側に送られてＭＣＨＥの第１の２つの束において、必要な冷却をもたらす。ＭＲＶ流れ１４３はＭＣＨＥ１０８の１番目、２番目および第３の束において、冷却され、冷い高圧減圧弁を通過して圧力が低下し、流れ１４４としてＭＣＨＥ１０８に導入されて過冷却、液化、および冷却の段階における冷却をもたらす。ＭＣＨＥ１０８は、例えばコイル巻き熱交換器、プレートおよびフィン熱交換器、またはシェルおよび管熱交換器といった、天然ガスの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、天然ガスの液化のための最新式の熱交換器であり、流れプロセスおよび冷媒流れを暖めるための複数の螺旋巻き管と、冷たい冷媒流れを流すためのシェル空間とを含む、少なくとも１つの管群を有している。
【００８４】
図２は、図１に描かれている予冷システム１１８と予冷圧縮シーケンスの例示的な構成を図解している。前処理された供給流れ１０１は、図１で説明したように、蒸発器１７８、１７７、１７４、および１７１における間接的な熱交換により冷却されて、冷却されたプロパン流れ１０２、１０３、１０４、および１０５をそれぞれ生じさせる。暖かい低圧プロパン流れ１１４は、プロパン圧縮器１１６において、圧縮されて、圧縮されたプロパン流れ１１５を生じさせる。プロパン圧縮器１１６は、副流１１３、１１２、および１１１が流入する４段圧縮器として示されている。圧縮プロパン流れ１１５は、典型的に、凝縮器１１７における間接的な熱交換によって、完全に凝縮されてプロパン冷媒１１０を生じさせ、プロパン膨張弁１７０において、圧力が低下して流れ１２０を生じさせ、高高圧蒸発器１７１において、部分的に蒸発して２相流れ１２１を生じさせ、気液セパレータ１９２において、蒸気流れと液体冷媒流れ１２２に分離できる。蒸気流れは高圧力副流１１１と呼ばれ、プロパン圧縮器１１６の第４の圧縮器段１１６Ｄの吸い込みに導入される。液体冷媒流れ１２２は減圧弁１７３において、圧力が低下して流れ１２３を生じさせ、それは高圧蒸発器１７４において、部分的に蒸発して２相流れ１２４を生じさせ、それは続いて気液セパレータ１７５において、分離できる。蒸気部分は中圧副流１１２と呼ばれ、プロパン圧縮器１１６の第３の圧縮器段１１６Ｃの吸い込みに導入される。液体冷媒流れ１２５は減圧弁１７６において、圧力が低下して流れ１２６を生じさせ、それは中圧蒸発器１７７において、部分的に蒸発して２相流れ１２７を生じさせ、それは気液セパレータ１９３において、相分離できる。蒸気部分は低圧副流１１３と呼ばれて、プロパン圧縮器１１６の第２圧縮器段の吸い込みに導入される。液体冷媒流れ１２８は減圧弁１７９において、圧力が低下して流れ１２９を生じさせ、それは低圧蒸発器１７８において、完全に蒸発して暖かい低圧プロパン流れ１１４を生じさせ、それはプロパン圧縮器１１６の第１の圧縮器段１１６Ａの吸い込みに送られる。
【００８５】
このように、冷却は、４つの蒸発器圧力レベルに対応する４つの温度レベルにおいて、供給できる。４つの蒸発器および温度／圧力よりも多いまたは少ないレベルを有することもできる。蒸発器１７１、１７４、１７７、および１７８については、例えばケトル、コア、プレートおよびフィン、シェルおよび管、コイル巻き、ケトル内コアといった、任意のタイプの熱交換器を用いることができる。ケトルの場合には、熱交換器および気液セパレータは、共通ユニットに組み合わせることができる。
【００８６】
プロパン冷媒１１０は、典型的に２つの流れに分けられて、２つの並列なシステムに送られ、一方は前処理された供給流れ１０１を予冷して予冷された天然ガス流体１０５を生じさせ、他方は冷却された高高圧ＭＲ流れ１３９を冷却して２相ＭＲ流れ１４０を生じさせる。説明を簡単にするため、単に供給予冷回路だけが図２に示されている。
【００８７】
図３は、Ｃ３ＭＲシステムのプロパン圧縮システムを示している。プロパン圧縮器１１６は、４つの圧縮器段または４つの独立した圧縮器を含む単一の圧縮器とすることができる。それは４つより多いまたは少ない圧縮器段／圧縮器を含むこともできる。約１〜５絶対ｂａｒの圧力の暖かい低圧プロパン流れ１１４は、第１の圧縮器段１１６Ａに流入し、約１．５〜１０絶対ｂａｒの圧力の中圧プロパン流れ１８０を生じさせる。続いて中圧プロパン流れ１８０は低圧副流１１３と混合して中圧混合流れ１８１を生じさせ、それは第２の圧縮器段１１６Ｂに供給されて約２〜１５の絶対ｂａｒの圧力の高圧プロパン流れ１８２を生じさせる。続いて高圧プロパン流れ１８２は中圧副流１１２と組み合わさって高圧混合流れ１８３を生じさせ、それは第３の圧縮器段１１６Ｃに送られて約２．５〜２０絶対ｂａｒの圧力の高高圧プロパン流れ１８４を生じさせる。次いで高高圧プロパン流れ１８４は高圧副流１１１と組み合わさって高高圧混合流れ１８５を生じさせ、それは第４の圧縮器段１１６Ｄに送られて約２．５〜３０絶対ｂａｒの圧力の圧縮プロパン流れ１１５を生じさせる。続いて圧縮プロパン流れ１１５は、図２の凝縮器１１７において、凝縮される。
【００８８】
図１〜図３に示されている予冷および液化圧縮器は、典型的に動的または動力学的圧縮器であり、特にそれらの高い容量、可変な速度、高い効率、少ないメンテナンス、小さな寸法等を考慮に入れると遠心圧縮器である。例えば軸流および混相流圧縮器といった他のタイプの動的圧縮器もまた、同様の理由で用いられてきた。
【００８９】
図１〜図３に示されている実施形態には２つの一次圧縮回路がある。第１の一次圧縮回路はＣ３ＭＲプロセスの一部であり、暖かい低圧プロパン流れ１１４において、始まり、圧縮プロパン流れ１１５において、終了し、かつ４つの圧縮器段１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃ、１１６Ｄを含んでいる。第２の一次圧縮回路はＭＲ圧縮システムの一部であり、蒸気流れ１３１において、始まり、高高圧ＭＲ流れ１３８において、終了し、かつＬＰ圧縮器１５１、低圧アフタークーラ１５２、中圧吸引ドラム１５３、ＭＰ圧縮器１５４、中圧アフタークーラ１５５、高圧吸引ドラム１５６、およびＨＰ圧縮器１５７を含んでいる。
【００９０】
図４は先行技術の構成を示しており、第２、第３、および第４の圧縮器段１１６Ｂ、１１６Ｃ、および１１６Ｄが施設の全体的な機能を制限しており、並列な圧縮列が第１の二次圧縮器段１８７を含んでおり、かつ第２の二次圧縮器段１８８がそれらの段に並列に追加されている。この実施形態において、低圧副流１１３は、一次低圧副流１１３Ａと二次低圧副流１１３Ｂ（「スリップ流」とも呼ばれる）に分割される。一次低圧副流１１３Ａは中圧プロパン流れ１８０と混ぜ合わされて中圧混合流れ１８１を生じさせ、それは第２の圧縮器段１１６Ｂに供給されて高圧プロパン流れ１８２を生じさせる。二次低圧副流１１３Ｂは第１の二次圧縮器段１８７および第２の二次圧縮器段１８８において、圧縮されて、二次出口流れ１８６Ｂを生じさせる。この構成の欠点は、一次圧縮器１１６の３つ段の各々のボトルネックを同じ量だけ解消することである。しかしながら、これらの段は異なる量で制限され得るため、１つの流量が全段を通る単一装置を有することは効率的でないことになる。
【００９１】
図５は、例示的な実施形態を示しており、プロパン圧縮器１１６の第２、第３、および第４の圧縮器段１１６Ｂ、１１６Ｃ、１１６Ｄと並列に二次圧縮回路が組み込まれている。この実施形態において、低圧副流１１３が一次低圧副流１１３Ａと二次低圧副流１１３Ｂに分割される。一次低圧副流１１３Ａは中圧プロパン流れ１８０と混ぜ合わされて中圧混合流れ１８１を生じさせ、それは第２の圧縮器段１１６Ｂに供給されて約２〜１５絶対ｂａｒの圧力の高圧プロパン流れ１８２を生じさせる。中圧副流１１２は、一次中圧副流１１２Ａと二次中圧副流１１２Ｂに分割される。高圧プロパン流れ１８２は、一次中圧副流１１２Ａと組み合わされて高圧混合流れ１８３を生じさせ、それは第３の圧縮器段１１６Ｃに送られて約２．５〜２０絶対ｂａｒの圧力の高高圧プロパン流れ１８４を生じさせる。高高圧プロパン流れ１８４は、続いて高圧副流１１１と組み合わされて高高圧混合流れ１８５を生じさせ、それは第４の圧縮器段１１６Ｄに送られて一次出口流れ１８６ａを生じさせる。
【００９２】
二次低圧副流１１３Ｂは第１の二次圧縮器段１８７に送られ、かつ二次中圧副流１１２Ｂは第２の二次圧縮器段１８８に送られて、第１の二次圧縮流れ１８６Ｄと第２の二次圧縮流れ１８６Ｃを生じさせ、それらは混合されて二次出口流れ１８６Ｂを生じさせる。二次出口流れ１８６Ｂは一次出口流れ１８６Ａと混ぜ合わされて、約２．５〜３０絶対ｂａｒの圧力の圧縮プロパン流れ１１５を生じさせる。続いて圧縮プロパン流れ１１５は冷却され、図２の凝縮器１１７内で凝縮する。他の実施形態においては、どの副流も一次および二次の圧縮回路の間で分割できる。さらなる実施形態において、一次および二次の圧縮回路は独立した凝縮器熱交換器を有することができる。更に他の実施形態において、二次低圧副流１１３Ｂおよび二次中圧副流１１２Ｂは、一次圧縮回路の任意の他の位置、例えば中圧混合流れ１８１および高圧混合流れ１８３から得ることができる。追加の二次圧縮器を用いることもできる。
【００９３】
図５に説明されている実施形態を用いることの利益は、一次圧縮器の多数の圧縮器段のボトルネックを異なる量で解消できることにある。例えば、第３および第４の圧縮器段１１６Ｃおよび１１６Ｄは、第２の圧縮器段１１６Ｂより多い流れでバイパスされている。更に、二次低圧副流１１３Ｂと二次中圧副流１１２Ｂの流量は、必要に応じて変更できる。
【００９４】
図６は他の実施形態を示しており、一次圧縮器の第２、第３、および第４の圧縮器段１１６Ｂ、１１６Ｃ、および１１６Ｄのボトルネックが解消されている。この実施形態においては、第１の二次圧縮器段１８７と第２の二次圧縮器段１８８が直列に配置され、かつ二次中圧副流１１２Ｂが副流に導入されている。
【００９５】
低圧副流１１３は、一次低圧副流１１３Ａと二次低圧副流１１３Ｂに分割されている。一次低圧副流１１３Ａは中圧プロパン流れ１８０と混ぜ合わされて中圧混合流れ１８１を生じさせ、それは第２の圧縮器段１１６Ｂに供給されて約２〜１５絶対ｂａｒの圧力の高圧プロパン流れ１８２を生じさせる。中圧副流１１２は、一次中圧力副流１１２Ａと二次中圧副流１１２Ｂに分割されている。高圧プロパン流れ１８２は一次中圧副流１１２Ａと組み合わされて高圧混合流れ１８３を生じさせ、それは第３の圧縮器段１１６Ｃに送られて約２．５〜２０絶対ｂａｒの圧力の高高圧プロパン流れ１８４を生じさせる。続いて高高圧プロパン流れ１８４は高圧副流１１１と組み合わされて高高圧混合流れ１８５を生じさせ、それは第４の圧縮器段１１６Ｄに送られて一次出口流れ１８６Ａを生じさせる。
【００９６】
二次低圧副流１１３Ｂは第１の二次圧縮器段１８７に送られて第１の二次中間流れ１１３Ｃを生じさせ、それは二次中圧副流１１２Ｂと混ぜ合わされて第２の二次中間流れ１１３Ｄを生じさせる。第２の二次中間流れ１１３Ｄは第２の二次圧縮器において、圧縮されて、二次出口流れ１８６Ｂを生じさせる。二次出口流れ１８６Ｂは一次出口流れ１８６Ａと混ぜ合わされて、約２．５〜３０絶対ｂａｒの圧力の圧縮プロパン流れ１１５を生じさせる。続いて圧縮プロパン流れ１１５は冷却され、図２の凝縮器１１７内で凝縮する。
【００９７】
この実施形態の利益は、図５と同様に、一次圧縮器１１６のボトルネックの異なる解消を可能にすることにある。二次低圧副流１１３Ｂと二次中圧副流１１２Ｂは、異なる流量、かつ異なる圧力および温度とすることができる。
【００９８】
この実施形態の追加の利益は、第１の二次圧縮器段１８７と第２の二次圧縮器段１８８を単一の圧縮器ケーシングに収容できることであり、それは施設の装置コストと設置床面積を減少させる。図７は圧縮器７００を示しており、図６の第１の二次圧縮器段１８７と第２の二次圧縮器段１８８が、第１の二次圧縮器段７８７と第２の二次圧縮器段７８８としてもたらされ、単一のケーシング７９１の内部に収容されている。第１の二次圧縮器段７８７と第２の二次圧縮器段７８８に流入しかつ流出する流れは、図６に示されているものと同一である。二次低圧副流１１３Ｂ、二次中圧副流１１２Ｂ、第１の二次中間流れ１１３Ｃ、第２の二次中間流れ１１３Ｄ、および二次出口流れ１８６Ｂの位置は図７に示されている。
【００９９】
図７に示す実施形態において、第１の二次圧縮器段７８７は第１のインペラ７０１を含んでおり、かつ第２の二次圧縮器段７８８は、２つのインペラ、第２のインペラ７０２と第３のインペラ７０３を含んでいる。各圧縮器段には、任意の数のインペラを用いることができる。好ましい実施形態において、第１の二次圧縮器段７８７は、第２の二次圧縮器段７８８より多くのインペラを有する。
【０１００】
内部混合チャンバ７１０は、典型的に、第２の二次圧縮器段７８８の吸込側７８７Ａにもたらされて、第１の二次中間流１１３Ｃと二次中圧副流１１２Ｂとの効率的な混合を可能にして、二次中間流れ１１３Ｄを生じさせる。
【０１０１】
図８は好ましい実施形態を示しており、二次圧縮回路は、プロパン圧縮器１１６の第２、第３、および第４の圧縮器段１１６Ｂ、１１６Ｃ、１１６Ｄと並列に組み込まれている。この実施形態において、低圧副流１１３が、一次低圧副流１１３Ａと二次低圧副流（スリップ流）１１３Ｂに分割される。一次低圧副流１１３Ａは、中圧プロパン流れ１８０と混ぜ合わされて中圧混合流れ１８１を生じさせ、それは第２の圧縮器段１１６Ｂに供給されて約２〜１５絶対ｂａｒの圧力の高圧プロパン流れ１８２を生じさせる。中圧副流１１２は、一次中圧力副流１１２Ａと二次中圧副流１１２Ｂに分割される。高圧プロパン流れ１８２は一次中圧副流１１２Ａと組み合わされて高圧混合流れ１８３を生じさせ、それは第３の圧縮器段１１６Ｃに送られて約２．５〜２０絶対ｂａｒの圧力の高高圧プロパン流れ１８４を生じさせる。続いて高高圧プロパン流れ１８４は高圧副流１１１と組み合わされて高高圧混合流れ１８５を生じさせ、それは第４の圧縮器段１１６Ｄに送られて一次出口流れ１８６Ａを生じさせる。
【０１０２】
二次低圧副流１１３Ｂと二次中圧副流１１２Ｂはダブルフロー圧縮器１９０に送られ、それは第１の二次圧縮器段１８７と第２の二次圧縮器段１８８の２つの圧縮セクションを含んでいる。二次低圧副流１１３Ｂは第１の二次圧縮器段１８７において、圧縮されて、第１の二次中間流れ１１３Ｃを生じさせる。二次中圧副流１１２Ｂは第２の二次圧縮器段１８８において、圧縮されて、第２の二次中間流れ１１２Ｃを生じさせる。第１および第２の二次中間流れ１１２Ｃ、１１３Ｃ（図９を参照、図８には示されていない）はダブルフロー圧縮器１９０の内部で混合されて二次出口流れ１８６Ｂを生じさせる。典型的に、第１の二次中間流れ１１３Ｃと第２の二次中間流れ１１２Ｃは同じ圧力である。この実施形態においては、二次出口流れ１８６Ｂは一次出口流れ１８６Ａと混ぜ合わされて、約２．５〜３０絶対ｂａｒの圧力の圧縮プロパン流れ１１５を生じさせる。続いて圧縮プロパン流れ１１５は冷却され、図２の凝縮器１１７において、凝縮する。
【０１０３】
他の実施形態において、図５、図６、および図８に示されているものと異なる副流は、一次および二次の圧縮回路の間で分割できる。例えば、スリップ流は、流れ１１４から分離させて圧縮器段１８７に向けることができ、かつ副流１１３、１１２、１１１のうちのいずれかからのスリップ流を圧縮器段１８８に向けることができる。他の実施形態において、一次および二次圧縮回路は独立した凝縮器熱交換器を有することができる。他の実施形態において、二次低圧副流１１３Ｂおよび二次中圧副流１１２Ｂは、一次圧縮回路の他の位置、例えば中圧混合流れ１８１と高圧混合流れ１８３のそれぞれから得ることができる。他の実施形態においては、そのプロセスにおいて、多数の流れを圧縮する多数のダブルフロー圧縮器を用いることができる。
【０１０４】
図９は、ダブルフロー圧縮器９００の概略図を示すとともに、第１の二次圧縮器段９８７、第２の二次圧縮器段９８８、二次低圧副流１１３Ｂ、二次中圧副流１１２Ｂ、第１の二次中間流れ１１３Ｃ、第２の二次中間流れ１１２Ｃ、および二次出口流れ１８６Ｂを示している。各二次圧縮器段９８７、９８８は１つ以上のインペラを含み、かつ両方の段９８７、９８８は単一のケーシング９９１の内部に収容されている。この実施形態において、第１の二次圧縮器段９８７は、３つのインペラ９０１、９０２、９０３と、それらに関連する上下のディフューザ９０１Ａと９０１Ｂ、９０２Ａと９０２Ｂ、および９０３Ａと９０３Ｂを、それぞれ含んでいる。第２の二次圧縮器段９８８は、２つインペラ９０４、９０５と、それらに関連する上下のディフューザ９０４Ａと９０４Ｂ、９０５Ａと９０５Ｂを、それぞれ含んでいる。両方の二次圧縮器段９８７、９８８のインペラの全てが単一のシャフト９２０に固定されており、それは単一の動力供給源（図示せず）により駆動される。他の実施形態において、任意の数のインペラとそれらの関連するディフューザを各圧縮器段に用いることができる。
【０１０５】
上記したように「ダブルフロー圧縮器」は、単一のケーシング内に収容された少なくとも２つの段を有するとともに、少なくとも２つの入口流れと少なくとも１つの出口流れを有する圧縮器である。加えて、図９のダブルフロー圧縮器９００に示すように、２つの入口流れは別々に圧縮されるとともに排出部において、組み合わされて出口流れを生じさせる。二次圧縮器段９８７、９８８のそれぞれの吸引側が互いに遠位であり、かつ圧力側が近位にある結果となる。ダブルフロー圧縮器は、例えば動的または容積式といった、任意の既知のタイプの圧縮器を含むことができる。
【０１０６】
先行技術のダブルフロー圧縮器は本質的に対称形であり、かつ２つの入口流れは、流れ、圧力および温度が同一である。その結果、両方の圧縮器段のインペラのジオメトリと数は空気力学的に同一である。圧縮器段のジオメトリには、インペラジオメトリとディフューザジオメトリが含まれる。インペラジオメトリとディフューザジオメトリには、これらに限定されるものではないが、ブレードの数、ブレードの長さ、およびブレードの取り付け角度が含まれる。しかしながら、図８と図９の実施形態においては、２つの入口流れ１１２Ｂ、１１３Ｂは異なる圧力および／または流量でもたらすことができ、それらは（単一の圧力と流量を有する）単一の二次出口流れ１８６Ｂに組み合わされなければならない。そのような運転条件の下で先行技術のダブルフロー圧縮器を用いることは実際的ではない。
【０１０７】
図９に図式的に示されているように、ダブルフロー圧縮器９００は非対称であり、それは第１の二次圧縮器段９８７における（ａ）インペラの数および／または（ｂ）インペラのジオメトリが、第２の二次圧縮器段９８８とは異なることを意味する。
【０１０８】
図８と図９に説明する実施形態を用いることの利点は、例えば流量、温度および、圧力といった異なる状態でもたらされる２つの流れを、単一の圧縮器ボディの内部で圧縮して、２つの中間生成物（出口）の流れ（「圧力」側とも呼ぶ）を生じさせることを可能にする点にある。更に、ダブルフロー圧縮器の排出部において、２つの中間生成物流れを混合して単一の生成物流れを生じさせることを可能にし、それは（図６と図７に示すように）圧縮器の吸引側において、入口流れを混合することに対する改良をもたらす。上に説明したように、このことは、それらの各吸引側９１０、９１１が互いに遠位にあり、かつ（「圧力」とも呼ばれる）それらの各排出側９１２、９１３が互いに近位にある、圧縮器段１８７、１８８の構成によって、可能となる。
【０１０９】
図６と図７における入口流れを混合することは、内部混合チャンバ７１０を必要とし、かつ２つの入口流れ１１２Ｂ、１１３Ｃの圧力のマッチングが含まれる。ダブルフロー圧縮器９００の出口における２つの流れは、第１の二次中間流れ１１３Ｃと第２の二次中間流れ１１２Ｃであり、それらは両方とも同じ圧力である。したがって、圧力のマッチングは問題ではない。図８と図９に示される実施形態は、あらゆるプロセス混合の非効率性と、異なる温度での流れを混合することによる運転上の問題を克服する。図８と図９において、説明する実施形態は、第２の二次圧縮器段７８８の吸込側上の内部混合チャンバ７１０の必要性を取り除き、かつ混合の非効率性を取り除く。
【０１１０】
図１０の点線は、図８の圧縮器段１１６Ｂについての（両方の値が固定基準点に関する）相対的なヘッド上昇と相対的な入口体積流量との対比の例示的な曲線を示している。一次圧縮回路において、最も一般的に用いられるタイプの、動的圧縮器は、典型的に高い入口体積流量で作動するとともに高い冷媒流容量を有していて、それはベースロードＬＮＧサービスにおいて、有利である。図１０に示すように、動的圧縮器、例えば圧縮器段１１６Ｂは、典型的に段階的なヘッド−流量曲線を有している。段階的な曲線は典型的に有益である。それが、広範囲の流量および圧力での圧縮器段の作動を可能にするとともに、例えば減量運転や変動する周囲温度といった様々な運転シナリオにそれらを適したものにするからである。
【０１１１】
圧縮器段が処理するように設計されている最も高いおよび最も低い流量は、それぞれＦｍａｘおよびＦｍｉｎとして本明細書に定義される。圧縮器が処理するように設計されている最も高いおよび最も低いヘッドは、それぞれＨｍａｘおよびＨｍｉｎとして本明細書に定義される。ＨｍａｘはＦｍｉｎにおいて、発生し、サージ動作点１２である。ＨｍｉｎはＦｍａｘにおいて、発生し、ストーンウェル動作点１４である。ＦｍａｘとＦｍｉｎの比はＦｒａｔｉｏとして定義され、かつＨｍａｘとＨｍｉｎの比はＨｒａｔｉｏとして定義される。これらの運転点は図１０のグラフにおいて、特定されている。「ヘッド−流量比」は、ＨｒａｔｉｏをＦｒａｔｉｏで除算した値として定義される。高いヘッド−流量比は急なヘッド−流量カーブを意味し、かつ低いヘッド−流量比は段階的なヘッド−流量カーブを意味する。
【０１１２】
好ましくは、二次圧縮回路の圧縮器段は（それらが多数の圧縮器段を有する単一の圧縮器ケーシングであるか多数の圧縮器ケーシングであるか関わらず）一次圧縮回路よりも急なヘッド−流量曲線を有する。図８の圧縮器段１８７についての例示的なヘッド−流量曲線は、サージ点１２’およびストーンウェル点１４’とともに、図１０に一点鎖線で示されている。
【０１１３】
圧縮器段１１６Ｂを含めた一次圧縮回路の圧縮器段についての典型的なヘッド−流量比は、５０〜９５％の範囲である。二次圧縮回路の各圧縮器段のヘッド−流量比は、好ましくは、スリップ流が副流から分離される箇所の直ぐ下流にある一次圧縮回路の圧縮器段のヘッド−流量比よりも（好ましくは７０〜９５％）低い。例えば、図８において、圧縮器段１８７のヘッドの流量比は、好ましくは圧縮器段１１６Ｂのヘッド−流量比未満（好ましくは７０〜９５％）である。
【０１１４】
二次圧縮回路により急なヘッド−流量比を与えることの利点は、一次および二次の圧縮回路の作動をより容易にすることにある。一次および二次圧縮回路の圧縮器段は異なる流量で設計されるが、出口における同じ状態を確実にするために全体的な圧力比は通常は同一である。２つの圧縮回路は同一ではなく、第２の圧縮回路は、典型的に、主圧縮回路より極めて少ない容量である。例えば、サージの近傍で作動しているＣ３ＭＲ設備においては、周囲温度が低下するにつれて、サージへの接近が強まり、かつ二次圧縮回路の全体の流量の低下が要求される。二次圧縮回路の圧縮段を急なヘッド−流動曲線で設計することは、必要に応じた流れの変化を可能にする。したがって、この改良は、主圧縮回路のボトルネックを解消するという難題に最も効率的で可能な方法で対処することになる。この実施形態は、低い資本経費、プロットスペースに結びつき、かつ運転上の変更とより容易な制御に対して設計をよりフレキシブルなものにする。
【０１１５】
本明細書に述べた全ての実施形態において、一次圧縮回路および二次圧縮回路は任意のタイプの圧縮器を含むことができる。他の実施形態において、二次圧縮回路は、一次圧縮回路の任意の数の圧縮器段と並列にすることができる。ほとんどの用途において、二次圧縮回路を、二次圧縮回路と並列に配置されていない圧縮器または圧縮器段のどれよりも高い圧力で作動する一次圧縮回路の圧縮器または圧縮器段と並列に配置することが好ましい。
【０１１６】
本明細書に述べた実施形態はＣ３ＭＲ液化サイクルのプロパン予冷圧縮器に言及しているが、本明細書に開示される本発明の概念は、これらに限定されるものではないが、二相冷媒、気相冷媒、混合冷媒、純粋要素冷媒（例えば窒素）等を含む任意の他の冷媒タイプにも適用できる。加えて、それらは予冷、液化、または過冷却を含む、ＬＮＧプラントにおいて、用いられる任意のサービスに用いられる冷媒に適用できる。それらは、ＳＭＲ、ＤＭＲ、窒素エキスパンダサイクル、メタンエキスパンダサイクル、カスケード、および任意の他の適切な液化サイクルを含む、任意のプロセスサイクルを用いる天然ガス液化設備の圧縮システムに適用できる。加えて、それらは開ループおよび閉ループの液化サイクルに適用できる。
【０１１７】
他の例示的な実施形態は、例えば高い製造速度において、または高い周囲温度の間に、ガスタービン駆動装置の利用可能なパワーが低下するといった、ＬＮＧの製造が利用可能な駆動装置パワーにより制限されるシナリオに適用できる。そのような場合、二次圧縮器を駆動するために追加の駆動装置をもたらすことができる。これは、圧縮システムにおいて、利用可能なパワーを増加させ、かつ同時に、圧縮システムに追加のパワーを分散させる都合の良い方法をもたらすとともに、制約が生じている段のボトルネックを解消する。このことは、改造設計を実行して既存のＬＮＧプラントの容量を増加させるときに特に有益である。
【０１１８】
本明細書に説明する実施形態は、任意の数の圧縮器、圧縮器ケーシング、圧縮器段、インターまたはアフタークーリングの存在、入口案内羽根の存在、等を含む任意の圧縮器設計にも適用できる。加えて、一次または二次圧縮回路の圧縮器の速度は、性能を最適化するために変更できる。二次圧縮回路は、直列のまたは並列の、多数の圧縮器または圧縮器段を含むことができる。更に、本明細書に説明する方法および装置は、新しいプラント設計の一部として、または既存のＬＮＧプラントのボトルネックを解消するための改造として実施できる。
【実施例】
【０１１９】
以下は、例示的な実施形態の作動の実施例である。実施例のプロセスおよびデータは、名目上ＬＮＧの６つのＭＴＰＡを製造するプラントにおけるＣ３ＭＲプロセスのシミュレーションをベースとしている。この実施例は、特に、図８に示される実施形態に言及する。この実施例の説明を単純化するために、図８に示される実施形態に関して説明した要素および参照符号を用いる。
【０１２０】
この実施例においては、プラントの機能は、可能な最大ヘッドで作動する遠心圧縮器運転である、プロパン圧縮器１１６の第２および第３の圧縮器段１１６Ｂ、１１６Ｃにより制限されている。ダブルフロー圧縮器９００が図８に示すように追加されている。暖かい低圧のプロパン流れ１１４は、１．２絶対ｂａｒ（１８．１ｐｓｉａ）、−３４．２℃（華氏−２９．６度）１４４，２０７立方メートル／時（５，０９２，６０６立方フート／時）の冷媒流量で第１の圧縮器段１１６Ａに流入し、かつ２．１絶対ｂａｒ（３０．３ｐｓｉａ）の圧力、−１２．７℃（華氏９．２度）の中圧プロパン流れ１８０として流出する。２．１絶対ｂａｒ（３０．３ｐｓｉａ）、−２２．４℃（華氏−８．４度）、および１１８，２２０立方メートル／時（４，１７４，９１６立方フート／時）の流量の低圧副流１１３が、一次低圧副流１１３Ａおよび二次低圧副流１１３Ｂに分割される。二次低圧副流１１３Ｂは、４０，０００立方メートル／時（１，４１２，５８７立方フート／時）の流量である。一次低圧副流１１３Ａは中圧プロパン流れ１８０と混ぜ合わされて中圧混合流れ１８１を生じさせ、それは第２の圧縮器段１１６Ｂに供給されて、約３．８絶対ｂａｒ（５４．５ｐｓｉａ）の圧力、６．３℃（華氏４３．４度）、および１２５，８５５立方メートル／時（４，４４４，５１５立方フート／時）の流量の高圧プロパン流れ１８２を生じさせる。３．８絶対ｂａｒ（５４．５ｐｓｉａ）、−５．３℃（華氏２２．４度）、および１０３，８５７立方メートル／時（３，６６７，６８３立方フート／時）の流量の中圧副流１１２は、一次中圧副流１１２Ａと二次中圧副流１１２Ｂに分割される。二次中圧副流１１２Ｂは、２８，２８４立方メートル／時（９９８，８５７立方フート／時）の流量を有している。高圧プロパン流れ１８２は一次中圧副流１１２Ａと組み合わされて高圧混合流れ１８３を生じさせ、それは第３の圧縮器段１１６Ｃに送られて、６．６絶対ｂａｒ（９５．９ｐｓｉａ）および２６．３℃（華氏７９．４度）の高高圧プロパン流れ１８４を生じさせる。続いて高高圧プロパン流れ１８４は、６．６絶対ｂａｒ（９５．９ｐｓｉａ）、１３℃（華氏５５．５度）、３３，４５９立方メートル／時（１，１８１，５９８立方フート／時）の高圧副流１１１と組み合わされて高高圧混合流れ１８５を生じさせ、それは第４の圧縮器段１１６Ｄに送られて１４．３絶対ｂａｒ（２０７ｐｓｉａ）、５９．２℃（華氏１３８．５度）、７３，６０５立方メートル／時（２，５９９，３５３立方フート／時）の一次出口流れ１８６Ａを生じさせる。
【０１２１】
二次低圧副流１１３Ｂと二次中圧副流１１２Ｂはダブルフロー圧縮器９００に送られて２つの圧縮された二次中間流れ１１２Ｃ、１１３Ｃを生じさせ、それらはダブルフロー圧縮器の内部で混合されて１４．３絶対ｂａｒ（２０７ｐｓｉａ）、１５，３８３立方メートル／時（５４３，２４２立方フート／時）の二次出口流れ１８６Ｂを生じさせる。二次出口流れ１８６Ｂは一次出口流れ１８６Ａと混ぜ合わされて、１４．３絶対ｂａｒ（２０７ｐｓｉａ）、６０℃（華氏１４０．１度）、および８８，９５４立方メートル／時（３，１４１，３７４立方フート／時）の圧縮プロパン流れ１１５を生じさせる。続いて、圧縮プロパン流れ１１５は冷却され、凝縮器１１７において、凝縮する。プラントの全体的なＬＮＧ製造は、ダブルフロー圧縮器９００のない同じシステムに比較して約１０％増加した。したがって、この実施例の構成は、プロパン圧縮器のボトルネックの解消に成功し、かつ改良されたプラント容量および効率に帰着した。
【０１２２】
好ましい実施形態およびその他の実施形態の観点から発明を開示してきた。もちろん、本発明の教示からの様々な変更、修正および、改変は、その意図される趣旨および範囲を逸脱しない範囲において、当業者が予測し得るところである。本発明は、添付の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ている。
【図１】
2018169151.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年8月23日(2018.8.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の圧力を有する第１の冷媒の第１の流れを圧縮して、完全に圧縮された圧力を有する第１の圧縮された冷媒流を生成するために作動的に構成された圧縮システムであって、
少なくとも１つの予冷熱交換器であり、前記少なくとも１つの予冷換熱器の各々が、前記第１の冷媒に対する間接的な熱交換によって、炭化水素流体を冷却するために作動的に構成されている、少なくとも１つの予冷熱交換器と、
複数の一次圧縮器段と複数の部分的に圧縮された流れとを有している一次圧縮回路であり、前記複数の圧縮器段の各々が吸込側および吐出側を有しており、前記複数の部分的に圧縮された流れの各々が、前記複数の一次圧縮器段のうちの１つの出口および前記複数の一次圧縮器段のうちの別のものの入口と流体流れ連通しており、前記複数の部分的に圧縮された流れの各々が、前記第１の圧力より高く、前記完全に圧縮された圧力より低い圧力を有しており、前記複数の部分的に圧縮された流れの各々の前記圧力が、前記複数の部分的に圧縮された流れのうちの他の全ての圧力と異なっており、前記複数の一次圧縮器段のうちの最終一次圧縮器段が前記第１の圧縮された冷媒流の第１の部分を生成する出口を有している、一次圧縮回路と、
内部容積を定めるケーシング、第１の入口、第２の入口、および前記第１の圧縮された冷媒流の第２の部分を生成する出口を有したダブルフロー圧縮器を含む二次圧縮回路であり、前記第１の圧縮された冷媒流の前記第２の部分は前記第１の圧縮された冷媒流の前記第１の部分と流体流れ連通しており、前記ケーシングは前記内部容積の内側に位置する第１の圧縮器段と第２の圧縮器段を更に有しており、前記第１の圧縮器段は第１の吸込側、第１の吐出側、少なくとも１つの第１のインペラ、および少なくとも１つの第１のディフューザを有しており、前記第２の圧縮器段は第２の吸込側、第２の吐出側、少なくとも１つの第２のインペラ、および少なくとも１つの第２のディフューザを有しており、前記第１の吸込側は前記第２の吸込側の遠位にあり、かつ前記第１の吐出側は前記第２の吐出側の近位にある、二次圧縮回路と、
前記少なくとも１つの予冷熱交換器のうちの第１の予冷熱交換器の下流に位置し、かつ流体流れ連通している第１の副流であり、前記第１の副流は、第１の副流圧力と、前記複数の部分的に圧縮された流れのうちの第１の部分的に圧縮された第１の冷媒流と流体流れ連通して、前記複数の一次圧縮器段のうちの第１の一次圧縮器段の入口の上流にあり、かつ流体流れ連通している第１の混合流れを形成する第１の部分と、を有しており、前記第１の副流が前記ダブルフロー圧縮器の前記第１の入口と流体流れ連通する第２の部分を有している、第１の副流と、
前記少なくとも１つの予冷熱交換器のうちの第２の予冷熱交換器の下流にあり、かつ流体流れ連通している第２の副流であり、前記第２の副流は、第２の副流圧力と、前記複数の部分的に圧縮された流れのうちの第２の部分的に圧縮された第１冷媒流と流体流れ連通し、前記複数の一次圧縮器段のうちの第２の一次圧縮器段の入口の上流にあり、かつ流体流れ連通している第２の混合流れを形成する第１の部分とを有しており、前記第２の副流が、前記ダブルフロー圧縮器の前記第２の入口と流体流れ連通する第２の部分を有している、第２の副流と、
を備え、
前記第１の入口は前記第１の圧縮器段の前記第１の吸込側に位置し、前記第２の入口は前記第２の圧縮器段の前記第２の吸込側に位置し、前記出口が前記第１の吐出側および前記第２の吐出側の近位に位置している、圧縮システム。
【請求項２】
前記複数の一次圧縮器段が単一の一次圧縮器ケーシングの内部に収容されている、請求項１に記載の圧縮システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第１のインペラは各々が第１のインペラジオメトリを有している第１の数のインペラから構成され、前記少なくとも１つの第２のインペラは各々が第２のインペラジオメトリを有している第２の数のインペラから構成され、前記少なくとも１つの第１のディフューザは各々が第１のディフューザジオメトリを有しており、かつ前記少なくとも１つの第２のディフューザは第２のディフューザジオメトリを有しており、かつ
前記第１の圧縮器段は、以下のグループ：（ａ）インペラの前記第１の数はインペラの前記第２の数と異なる、（ｂ）前記第１のインペラジオメトリは前記第２のインペラジオメトリと異なる、および（ｃ）前記第１のディフューザジオメトリは前記第２のディフューザジオメトリと異なる、から選択される少なくとも１つにおいて、前記第２の圧縮器段と異なる、請求項１に記載の圧縮システム。
【請求項４】
前記圧縮システムは、前記一次圧縮回路の複数の一次圧縮器段のうちの少なくとも２つの間で前記第１の冷媒を中間冷却するように更に作動的に構成されている、請求項１に記載の圧縮システム。
【請求項５】
前記炭化水素流体と前記炭化水素流体が前記少なくとも１つの予冷熱交換器により冷却された後の第２の冷媒との間の間接的な熱交換により、前記炭化水素流体を更に冷却して液化するように作動的に構成された主熱交換器を更に含む、請求項１に記載の圧縮システム。
【請求項６】
前記主熱交換器は、前記炭化水素流体と前記第２の冷媒流が前記主熱交換器のコイル巻きチューブの側を通って流れるときに、前記主熱交換器のシェル側を通って流れる前記第２の冷媒との間接的な熱交換により、前記炭化水素流体を液化するとともに前記第２の冷媒を冷却するように作動的に構成されている、請求項５に記載の圧縮システム。
【請求項７】
前記第２の冷媒が混合冷媒であり、かつ前記第１の冷媒がプロパンである、請求項５に記載の圧縮システム。
【請求項８】
一次圧縮回路と前記二次圧縮回路との間の前記第１の冷媒の流れの分配を制御するように作動的に構成されている弁を更に備える、請求項１に記載の圧縮システム。
【請求項９】
前記第１の一次圧縮器段が第１の一次ヘッド−流れ比を有しており、かつ前記ダブルフロー圧縮器の前記第１の圧縮器段が前記第１の一次ヘッド−流れ比未満である第１の二次ヘッド−流れ比を有している、請求項１に記載の圧縮システム。
【請求項１０】
前記二次ヘッド−流れ比が前記一次ヘッド−流れ比の７０〜９５％である、請求項９に記載の圧縮システム。
【請求項１１】
圧縮器であって、
内部容積、第１の入口、第２の入口、および出口を定めるケーシングであり、前記ケーシングは前記内部容積内に配置された第１の圧縮器段と第２の圧縮器段を更に含み、前記第１の圧縮器段は、第１の吸込側、第１の吐出側、少なくとも１つの第１のインペラ、および少なくとも１つの第１のディフューザを有しており、第２の圧縮器段は、第２の吸込側、第２の吐出側、少なくとも１つの第２のインペラ、および少なくとも１つの第２のディフューザを有しており、前記第１の吸込側は前記第２の吸込側の遠位にあり、前記第１の吐出側は前記第２の吐出側の近位にある、ケーシング、を備え、
前記第１の入口は前記第１の圧縮器段の前記第１の吸込側に配置され、前記第２の入口は前記第２の圧縮器段の前記第２の吸込側に配置され、かつ前記出口は前記第１の圧力側と前記第２の圧力側の近位に配置されており、
前記少なくとも１つの第１のインペラは、第１の数のインペラから構成され、各々が第１のインペラジオメトリを有しており、前記少なくとも１つの第２のインペラは、第２の数のインペラから構成され、各々が第２のインペラジオメトリを有しており、前記少なくとも１つの第１のディフューザは各々が第１のディフューザジオメトリを有しており、かつ前記少なくとも１つの第２のディフューザは第２のディフューザジオメトリを有しており、
前記第１の圧縮器段は、以下のグループ：（ａ）インペラの前記第１の数はインペラの前記第２の数と異なる、（ｂ）前記第１のインペラジオメトリは前記第２のインペラジオメトリと異なる、および（ｃ）前記第１のディフューザジオメトリは前記第２のディフューザジオメトリと異なる、から選択される少なくとも１つにおいて、前記第２の圧縮器段と異なる、圧縮器。
【請求項１２】
インペラの前記第１の数はインペラの前記第２の数より大きい、請求項１１に記載の圧縮器。
【請求項１３】
前記第１の吐出側、前記第２の吐出側、および前記出口の近位にある混合チャンバを更に含む、請求項１１に記載の圧縮器。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの第１のインペラの各々と、前記少なくとも１つの第２のインペラの各々が、第１のシャフトに固定されている、請求項１１に記載の圧縮器。
【請求項１５】
方法であって、
ａ．冷媒の第１の低い圧力流れと前記冷媒の少なくとも１つの副流を、複数の圧縮器段を含む一次圧縮シーケンスにおいて、圧縮して、第１の中圧にある第１の部分的に圧縮された一次流れと最終圧力にある完全に圧縮された一次流れとを形成し、前記最終圧力が前記第１の中圧より大きい、圧縮する段階、
ｂ．前記少なくとも１つの副流の第１の副流を前記第１の部分的に圧縮された冷媒流と組み合わせる段階、
ｃ．前記第１の低い圧力流れと前記第１の副流のグループより選択される１つから第１のスリップ流を分離し、前記第１のスリップ流が第１のスリップ流圧力を有している、分離する段階、
ｄ．前記第１のスリップ流を第１の二次圧縮器段において、圧縮して第１の圧縮された二次流れ形成する、圧縮する段階、
ｅ．前記少なくとも１つの副流のうちの１つから第２のスリップ流を分離し、前記第２のスリップ流が前記第１のスリップ流圧力より高い第２のスリップ流圧力を有している、分離する段階、
ｆ．第２の二次圧縮器段において、前記第２のスリップ流を前記最終圧力に圧縮して第２の圧縮された二次流れを形成する、圧縮する段階、
ｇ．前記第１の圧縮された二次流れと前記第２の圧縮された二次流れを前記完全に圧縮された冷媒流と組み合わせる段階、および
ｈ．前記冷媒との間接的な熱交換により炭化水素を冷却する段階、
を含む、方法。
【請求項１６】
段階（ａ）、（ｃ）、および（ｄ）が、
ａ．冷媒の第１の流れと前記冷媒の少なくとも１つの副流を複数の圧縮器段を含む一次圧縮シーケンスにおいて、圧縮して、第１の中圧にある第１の部分的に圧縮された冷媒流、第２の中圧にある第２の部分的に圧縮された冷媒流、および最終圧力にある完全に圧縮された冷媒流を形成し、前記最終圧力は前記第２の中圧より高く、かつ前記第２の中圧は前記第１の中圧より高い、圧縮する段階、
ｃ．前記少なくとも１つの副流の第１の副流から第１のスリップ流を分離し、前記第１のスリップ流は前記第１の中圧に等しい第１のスリップ流圧力を有している、分離する段階、および
ｄ．前記少なくとも１つの副流の第２の副流からの第２のスリップ流を分離し、前記第２のスリップ流は前記第２の中圧に等しい第２のスリップ流圧力を有している、分離する段階、
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ｉ．段階（ｆ）を実行する前に前記第１の圧縮された二次流れを前記第２のスリップ流と組み合わせる段階を更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
ダブルフロー圧縮器の内部で段階（ｆ）と（ｇ）を実行することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
段階（ｆ）および（ｇ）が、
ｆ．第１の吐出側を有する第１の二次圧縮器段において、前記第１のスリップ流を前記最終圧力に圧縮して第１の圧縮された副流を形成する、圧縮する段階、および
ｇ．前記第１の吐出側に近位である第２の吐出側を有する第２の二次圧縮器段において、前記第２のスリップ流を前記最終圧力に圧縮して第２の圧縮された副流を形成する、圧縮する段階、
を更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
段階（ｆ）および（ｇ）が、
ｆ．第１のインペラジオメトリを有した少なくとも１つの第１のインペラを含む第１の二次圧縮器段において、前記第１のスリップ流を前記最終圧力に圧縮して第１の圧縮された二次流れを形成する、圧縮する段階、および
ｇ．前記第１のインペラジオメトリとは異なる第２のインペラジオメトリを有した少なくとも１つの第２のインペラを含む第２の二次圧縮器段において、前記第２のスリップ流を前記最終圧力に圧縮して第２の圧縮された二次流れを形成する、圧縮する段階、
を更に含む、請求項１８に記載の方法。
【外国語明細書】
2018169151000001.pdf