(57)【要約】【課題】圧縮機の腐食を低減することができる圧縮機システム、圧縮機システムにおけるガス置換方法を提供する。【解決手段】圧縮機システム１は、腐食成分を含む流体を圧縮する圧縮機２と、圧縮機２の内部流路Ｒを不活性ガスで置換するガス置換処理部４と、を備える。この圧縮機システム１は、圧縮機２の運転が休止状態にあるときに、圧縮機２の内部流路Ｒに不活性ガスを送り込むことで、内部流路Ｒに存在する腐食成分を含む流体を不活性ガスに置換する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
腐食成分を含む流体を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機の内部流路内の流体を不活性ガス又は乾燥空気で置換するガス置換処理部と、
を備える圧縮機システム。
【請求項２】
前記ガス置換処理部は、
前記内部流路に前記不活性ガス又は乾燥空気を供給するガス供給管と、
前記ガス供給管を開閉する供給弁と、
前記内部流路から前記圧縮機の外部に前記不活性ガス又は乾燥空気を排出するガス排出管と、
前記ガス排出管を開閉する排出弁と、
を備える請求項１に記載の圧縮機システム。
【請求項３】
前記ガス置換処理部は、前記内部流路内における前記不活性ガス又は乾燥空気の圧力を計測する圧力センサをさらに備える請求項２に記載の圧縮機システム。
【請求項４】
前記ガス置換処理部の動作を制御するコントローラをさらに備え、
前記コントローラは、前記圧縮機を作動させることで前記内部流路内に前記不活性ガス又は乾燥空気を吸い込む請求項１から３の何れか一項に記載の圧縮機システム。
【請求項５】
前記コントローラは、
前記圧縮機の運転が休止状態にあるときに、前記ガス置換処理部における不活性ガス又は乾燥空気への置換処理を実行する請求項４に記載の圧縮機システム。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項に記載の圧縮機システムにおけるガス置換方法であって、
前記圧縮機の運転が休止状態にあるときに、前記圧縮機の前記内部流路に不活性ガス又は乾燥空気を送り込むことで、前記内部流路に存在する腐食成分を含む前記流体を前記不活性ガス又は乾燥空気に置換する圧縮機システムにおけるガス置換方法。
【請求項７】
前記内部流路内の前記不活性ガス又は乾燥空気の圧力を計測し、前記圧力が予め定めた基準値以上となるまで、前記内部流路に前記不活性ガス又は乾燥空気を送り込む、請求項６に記載の圧縮機システムにおけるガス置換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧縮機システム、圧縮機システムにおけるガス置換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機にあっては、非特許文献１のような海底生産システム（Ｓｕｂｓｅａ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）や、非特許文献２のような浮体式海洋石油貯蔵設備（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｔｏｒａｇｅ  ａｎｄ  Ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ、ＦＰＳＯ）に使用されるものが知られている。非特許文献１の海底生産システムに使用される圧縮機は、例えば、海底に設置されて海底から数千ｍの深さまで掘削した生産井から原油や天然ガス等が混在した生産流体を海上に送り出す用途で用いられる。一方で、非特許文献２の浮体式海洋石油貯蔵設備に使用される圧縮機は、船舶等の海上設備に設置される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】三菱重工技報  Ｖｏｌ．３４  Ｎｏ．５  Ｐ３１０−Ｐ３１３
【非特許文献２】Ｔｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ／Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２０１４  Ｐ１８−Ｐ２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１、非特許文献２で取り扱う流体による圧縮機の腐食防止方法としては、溶射などによりコーティングを施す方法がある。しかし、非特許文献１と非特許文献２で取り扱う流体は、フィルタ等により前処理がされているものの、十分に固形物の除去がなされていない場合がある。この固形物は、硬質であることが多い。そのため、コーティングは、固形物の衝突による摩耗等が生じてしまう。一方で、耐摩耗性を向上しようとすると、コーティングの硬度を上昇させる必要がある。しかし、コーティングの硬度上昇により、ヒビ等が発生し易くなり、腐食が進む可能性がある。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、圧縮機の腐食を低減することができる圧縮機システム、圧縮機システムにおけるガス置換方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
この発明の第一態様によれば、圧縮機システムは、腐食成分を含む流体を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機の内部流路内の流体を不活性ガス又は乾燥空気で置換するガス置換処理部と、を備える。
このように構成することで、ガス置換処理部で圧縮機の内部流路内の流体を不活性ガス又は乾燥空気で置換することができる。そのため、内部流路から腐食成分を含む流体を排除することができる。その結果、腐食成分による圧縮機の腐食を低減することができる。
【０００６】
この発明の第二態様によれば、圧縮機システムは、第一態様の前記ガス置換処理部が、前記内部流路に前記不活性ガス又は乾燥空気を供給するガス供給管と、前記ガス供給管を開閉する供給弁と、前記内部流路から前記圧縮機の外部に前記不活性ガス又は乾燥空気を排出するガス排出管と、前記ガス排出管を開閉する排出弁と、を備えていてもよい。
このように構成することで、供給弁を開いてガス供給管側から不活性ガス又は乾燥空気を供給しつつ、排出弁を開けば、ガス排出管を通して内部流路内の流体を容易に排出し、不活性ガス又は乾燥空気への置換を効率よく行うことができる。
また、排出弁を閉じた状態で、ガス供給管から不活性ガス又は乾燥空気を供給し続ければ、内部流路内の不活性ガス又は乾燥空気の圧力を高めて充填することができ、内部流路に不活性ガス又は乾燥空気を十分に行き渡らせることができる。
【０００７】
この発明の第三態様によれば、圧縮機システムは、第二態様において、前記ガス置換処理部は、前記内部流路内における前記不活性ガス又は乾燥空気の圧力を計測する圧力センサをさらに備えるようにしてもよい。
これにより、内部流路内への不活性ガス又は乾燥空気の充填を、予め定めた基準値以上の圧力となるまで確実に行うことができる。
【０００８】
この発明の第四態様によれば、圧縮機システムは、第一から第三態様の何れか一つにおいて、前記ガス置換処理部の動作を制御するコントローラをさらに備え、前記コントローラは、前記圧縮機を作動させることで前記内部流路内に前記不活性ガス又は乾燥空気を吸い込むようにしても良い。
これにより、不活性ガス又は乾燥空気を圧縮機の内部流路に送り込むのにコンプレッサやポンプ等を別途用意する必要がなく、低コストで不活性ガス又は乾燥空気による置換を行うことができる。
【０００９】
この発明の第五態様によれば、圧縮機システムは、第四態様において、前記コントローラは、前記圧縮機の運転が休止状態にあるときに、前記ガス置換処理部における不活性ガス又は乾燥空気への置換処理を実行するようにしてもよい。
このように構成することで、圧縮機の休止中に、不活性ガス又は乾燥空気への置換を行うことができる。その結果、休止中の圧縮機内で腐食が進むことを抑制できる。
【００１０】
この発明の第六態様によれば、圧縮機システムにおけるガス置換方法は、第一から第五態様の何れか一つの態様の圧縮機システムにおけるガス置換方法であって、前記圧縮機の運転が休止状態にあるときに、前記圧縮機の前記内部流路に不活性ガス又は乾燥空気を送り込むことで、前記内部流路に存在する腐食成分を含む前記流体を前記不活性ガス又は乾燥空気に置換する。
このように、圧縮機の休止中に、圧縮機内に残存する腐食成分を置換することで、休止中の圧縮機内で腐食が進むことを抑制できる。
【００１１】
この発明の第七態様によれば、圧縮機システムにおけるガス置換方法は、第六態様において、前記内部流路内の前記不活性ガス又は乾燥空気の圧力を計測し、前記圧力が予め定めた基準値以上となるまで、前記内部流路に前記不活性ガス又は乾燥空気を送り込むようにしてもよい。
これにより、不活性ガス又は乾燥空気を内部流路内に圧力を高めて充填することができ、不活性ガス又は乾燥空気を内部流路に十分に行き渡らせることができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る圧縮機、圧縮機システムにおけるガス置換方法によれば、圧縮機における腐食を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施形態における圧縮機の概略構成図である。
【図２】上記圧縮機が通常運転モードにあるときの流体の流れを示す図である。
【図３】上記圧縮機で不活性ガス置換処理を行っているときの不活性ガスの流れを示す図である。
【図４】上記圧縮機で不活性ガスを所定圧力値まで充填しているときの不活性ガスの流れを示す図である。
【図５】上記圧縮機における不活性ガス置換処理の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の一実施形態に係る圧縮機システムを図面に基づき説明する。
図１は、この発明の実施形態における圧縮機の概略構成図である。
この実施形態における圧縮機システム１は、海底数百から数千ｍに存在する油ガス田の生産井から採取された油・ガス等の生産流体を圧送する。この圧縮機システム１は、例えば、海洋油ガス田開発方式の一つである海底生産システム（Ｓｕｂｓｅａ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）に使用されて海底に設けられたり、浮体式海洋石油貯蔵設備（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｔｏｒａｇｅ  ａｎｄ  Ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ、ＦＰＳＯ）に使用されて海上に設けられたりする。この圧縮機システム１が取り扱う流体には、硫黄等の金属を腐食させる腐食成分が含まれている。
【００１５】
図１に示すように、圧縮機システム１は、圧縮機２と、モータ部（駆動部）３と、ガス置換処理部４と、コントローラ５と、を備えている。
【００１６】
圧縮機２は、遠心圧縮機、または軸流圧縮機である。圧縮機２は、ケーシング６内に、圧縮対象となるガス等の流体を圧縮する圧縮部７を備えている。圧縮部７は、例えば遠心圧縮機の場合、回転軸８と、インペラ９と、を備えている。回転軸８は、ケーシング６内に設けられた軸受（図示せず）に回転自在に支持されている。インペラ９は、回転軸８と一体に設けられ、回転軸８とともに回転する。
【００１７】
ケーシング６は、流体導入口６ａと、流体吐出口６ｂと、を備えている。流体導入口６ａには、外部から流体を供給する流体供給管１１が接続されている。流体吐出口６ｂには、外部に流体を吐出する流体排出管（ガス排出管）１２が接続されている。
【００１８】
モータ部３は、回転軸８を、その中心軸回りに回転駆動させる。モータ部３は、コントローラ５により、その作動が制御される。
【００１９】
図２は、上記圧縮機が通常運転モードにあるときの流体の流れを示す図である。
図２に示すように、圧縮機２は、通常運転モードにおいて、モータ部３で回転軸８を回転させると、流体供給管１１から供給される流体が流体導入口６ａからケーシング６内に吸い込まれる。吸い込まれた流体は、圧縮部７内の内部流路Ｒを流れる間に、回転軸８とともに回転するインペラ９により圧縮される。圧縮された流体は、圧縮部７から吐出され、流体吐出口６ｂを経て流体排出管１２を通してケーシング６外に送り出される。
【００２０】
図１に示すように、ガス置換処理部４は、供給弁４１と、排出弁４２と、圧力センサ４３と、を備えている。
【００２１】
供給弁４１は、流体供給管１１に設けられている。供給弁４１は、三方弁であり、流体供給管１１に不活性ガスを送り込むガス供給管４６が接続されている。この供給弁４１により、圧縮機２における圧縮対象となる流体の供給と、ガス供給管４６からの不活性ガスの供給とを選択的に切り換えることが可能となっている。
【００２２】
排出弁４２は、流体排出管１２に設けられている。排出弁４２は、流体排出管１２の内部流路を開閉することで、流体排出管１２を通しての流体の排出を断続する。
【００２３】
圧力センサ４３は、ケーシング６内の内部流路Ｒの圧力を検出する。圧力センサ４３は、検出した圧力の検出結果をコントローラ５に出力する。
【００２４】
ここで、この実施形態においては、圧縮機２は、硫黄等の酸性の腐食成分を含んだ流体（例えば、重油等）を圧縮する。このような圧縮機２に対し、ガス置換処理部４は、圧縮機２の運転が休止状態にあるときに、不活性ガスとして、例えば窒素（Ｎ）を圧縮機２内の内部流路Ｒに送り込み、内部流路Ｒ内に残存する硫黄等の腐食成分を含んだ雰囲気を不活性ガスで置換する。
【００２５】
コントローラ５は、予め設定された動作プログラムに基づいて、モータ部３、供給弁４１、排出弁４２を制御し、圧縮機２内の内部流路Ｒの不活性ガス置換処理を実行する。
【００２６】
図３は、上記圧縮機で不活性ガス置換処理を行っているときの不活性ガスの流れを示す図である。図４は、上記圧縮機で不活性ガスを所定圧力値まで充填しているときの不活性ガスの流れを示す図である。図５は、上記圧縮機における不活性ガス置換処理の流れを示す図である。
次に、上述した圧縮機システム１における不活性ガス置換方法について図５の処理フローを参照しながら説明する。この実施形態の一例における不活性ガス置換処理は、圧縮機システム１の通常運転モードの作動が休止している間に実行される。
【００２７】
圧縮機システム１の通常運転モードの作動が休止されると、圧縮機２が停止する。すると、コントローラ５は、通常運転モードから不活性ガス置換処理モードに移行し、図５の処理フローに示す処理を開始する。
これにはまず、図３に示すように、供給弁４１を切り換える。より具体的には、流体供給管１１を通しての流体の供給を遮断するとともに、ガス供給管４６から流体供給管１１を経由して流体導入口６ａに不活性ガスが流入するように供給弁４１を切り換える（ステップＳ１１）。
次いで、モータ部３により、圧縮機２を作動させる。ここで、圧縮機２の回転数は、通常運転モードにおける回転数よりも低く抑えられている。言い換えれば、圧縮機２は、不活性ガスをケーシング６内に導入できる最低限の出力で作動される。
これにより、圧縮機２への腐食成分を含んだ流体の供給が遮断された状態で、不活性ガスの内部流路Ｒへの供給が開始される（ステップＳ１２）。
【００２８】
すると、ガス供給管４６から送り込まれた不活性ガスが、圧縮機２内の内部流路Ｒに順次吸い込まれる。吸い込まれた不活性ガスにより、圧縮機２内の内部流路Ｒ内全体の流体が押し出される。内部流路Ｒ内の流体が不活性ガスで置換されたら、排出弁４２を閉じる（ステップＳ１３）。
【００２９】
不活性ガスにより、圧縮機２内の内部流路Ｒ内全体の流体が置換されたか否かは、例えば、ステップＳ１２で不活性ガスの供給を開始してからの経過時間が、予め定めた基準値に到達したか否かで判断することができる。これには、供給弁４１から圧縮機２内の内部流路Ｒを経て排出弁４２までのガス流路の容積と、不活性ガスの流量とから、圧縮機２内の内部流路Ｒ内全体の流体が全て不活性ガスに置換されるまでに要する時間を算出し、この算出された時間を上記の基準値とすればよい。
【００３０】
また、例えば、流体排出管１２に、酸素濃度センサ４９を設置し、流体排出管１２の内部の流路における酸素濃度を検出するようにしてもよい。検出される酸素濃度が予め定めた基準値を下回れば、不活性ガスによる置換がなされたと判断することができる。
【００３１】
図４に示すように、排出弁４２を閉じた後も、圧縮機２を作動させ続け、不活性ガスの供給を継続する。内部流路Ｒ内への不活性ガスの供給中、圧力センサ４３で検出されるケーシング６内の圧力値が、予め定めた基準値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。
ケーシング６内の圧力値が基準値以上でなければ（ステップＳ１４でＮｏ）、不活性ガスの供給をそのまま継続する。
【００３２】
一方で、ケーシング６内の圧力値が基準値以上であれば（ステップＳ１４でＹｅｓ）、供給弁４１を閉じるとともに、モータ部３による圧縮機２の作動を停止させる。これにより、不活性ガスの供給が停止され、ケーシング６内への不活性ガスの充填が完了する（ステップＳ１５）。
このようにすることで、休止中の圧縮機２の内部流路Ｒ内は、不活性ガスが充填された状態で維持され、圧縮機２内の腐食が抑制できる。
【００３３】
したがって、上述した実施形態の圧縮機によれば、ガス置換処理部４で圧縮機２の内部流路Ｒ内の流体を不活性ガスで置換することによって、内部流路Ｒから腐食成分を含む流体を排除することができる。また、不活性ガスへの置換により、内部流路Ｒ内の水分も排除することができる。その結果、腐食成分による圧縮機２の腐食を低減することができる。
【００３４】
さらに、上述した実施形態では、圧縮機２内の流体を不活性ガスで置換する際に、圧縮機２を作動させることによって不活性ガスを圧縮機２内に導入するようにした。そのため、不活性ガスを圧縮機２に導入するために、別途、コンプレッサやポンプ等を用意する必要がなく、低コストで圧縮機システム１における腐食を抑えることができる。
【００３５】
さらに、上述した実施形態では、圧縮機２内の流体を不活性ガスに置換する際に、供給弁４１を開いてガス供給管４６側から不活性ガスを供給するとともに、排出弁４２を開くことによって、流体排出管１２を通して内部流路Ｒ内の流体を容易に排出するようにした。これにより、不活性ガスへの置換を効率良く行うことができる。
さらに、上述した実施形態では、不活性ガスへの置換が完了した後も、排出弁４２を閉じた状態で、ガス供給管４６から不活性ガスを供給し続けることで、内部流路Ｒ内の不活性ガスの圧力を高めて充填するようにした。そのため、内部流路Ｒに不活性ガスを十分に行き渡らせることができる。この際、圧力センサ４３で内部流路Ｒ内における不活性ガスの圧力を計測するため、不活性ガスの充填を確実に行うことができる。
【００３６】
（その他の変形例）
この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上記実施形態において、例えば、圧縮機２等の構成はいかなるものとしてもよい。さらに、図１から図４に、ガス置換処理部４における配管や各種弁のレイアウトを例示したが、これに限るものではない。
【００３７】
さらに、不活性ガス置換処理の流れについても、圧縮機２に対して不活性ガスの置換および充填を行うことができるのであれば、各種動作の順序等は、いかなるように行ってもよい。
【００３８】
さらに、上述した実施形態では、コントローラ５により不活性ガス置換処理を自動的に実行するようにしたが、これを、作業者の手作業によって順次行うようにしても良い。
【００３９】
さらに、上述した実施形態では、圧縮機２を作動させることで内部流路Ｒに不活性ガスを導入させる場合について説明した。しかし、不活性ガスを圧縮機２の内部流路Ｒに導入するための専用のコンプレッサ等を設けるようにしても良い。
さらに、上述した実施形態では、不活性ガスとして窒素を用いたが、他に、ヘリウム、アルゴン等を用いることも可能であり、また、乾燥空気を用いることも可能である。ここで、「乾燥空気」とは、外気（圧縮機２の外気）と比較して湿度が低い状態の空気を意味する。この乾燥空気は、例えば、空気中の水分を除去する乾燥装置等を介して外気を導入することで得られる。この乾燥空気を用いた場合、外気よりも湿度が低いため、外気をそのまま導入する場合よりも水分に起因する腐食を抑制できる。この乾燥空気の湿度は、低いほど好ましい。
【符号の説明】
【００４０】
１  圧縮機システム
２  圧縮機
３  モータ部
４  ガス置換処理部
５  コントローラ
６  ケーシング
６ａ  流体導入口
６ｂ  流体吐出口
７  圧縮部
８  回転軸
９  インペラ
１１  流体供給管
１２  流体排出管（ガス排出管）
４１  供給弁
４２  排出弁
４３  圧力センサ
４６  ガス供給管
Ｒ  内部流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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