KR101606364B1 - 압축기를 제어하기 위한 방법 및 장치 및 탄화수소 스트림을 냉각시키는 방법 - Google Patents

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Abstract

압축기 공급 스트림 (10) 이 통해 지나가는 하나 이상의 제 1 압축기 (12) 를 제어하기 위한 방법 및 장치. 제 1 압축기 (12) 주위에 제공되고 직렬 제 1 재순환 밸브 (24) 를 포함하는 압축기 재순환 라인 (22) 의 하류에 적어도 하나의 스로틀링 밸브 (32) 가 제공된다. 때때로, 압축기 공급 스트림 (10) 의 적어도 일부가, 바이패스 라인 (60) 을 통해, 제 1 압축기 (12) 및 적어도 하나의 스로틀링 밸브를 우회하도록 선택적으로 허용된다. 스로틀링 밸브 (32) 중 적어도 하나는, 압축기 공급 스트림 (10) 의 압력 (P1), 압축기 공급 스트림 (10) 의 유동 (F1), 제1 압축된 스트림 (20) 의 압력 (P2), 및 제 1 압축된 스트림 (20) 의 유동 (F2) 으로 구성되는 그룹 중 적어도 하나의 압력 및 적어도 하나의 유동의 측정값을 사용하여 자동으로 제어된다. 이런 방식으로 제어되는 제 1 압축기가 초기 탄화수소 스트림 (100) 을 냉각시키는 방법에 사용될 수 있다.

Description

압축기를 제어하기 위한 방법 및 장치 및 탄화수소 스트림을 냉각시키는 방법{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING A COMPRESSOR AND METHOD OF COOLING A HYDROCARBON STREAM}
본 발명은 압축기를 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 다른 양태에서, 본 발명은 탄화수소 스트림을 냉각시키는 방법에 관한 것이다.
천연 가스는 유용한 연료 공급원이고 다양한 탄화수소 화합물의 공급원이다. 여러 가지 이유로, 천연 가스를 천연 가스 스트림의 공급원에 있는 또는 이 공급원 부근에 있는 액화 천연 가스 (LNG) 플랜트에서 액화시키는 것이 바람직하다. 예컨대, 가스 형태로서 보다는 액체 형태로서의 천연 가스가 더 용이하게 저장될 수 있고 장거리를 운반될 수 있는데, 이는 액체 형태로서의 천연 가스가 작은 용적을 차지하고 고압에서 저장될 필요가 없기 때문이다.
일반적으로, 천연 가스는 주로 메탄을 포함한다. 메탄 이외에, 천연 가스는 일반적으로 에탄, 프로판, 부탄, C5+ 탄화수소 및 방향족 탄화수소와 같은 어떤 더 중질의 탄화수소를 포함한다. 이것들 및 어떤 다른 일반적이거나 알려진 더 중질의 탄화수소 및 불순물은, 메탄을 액화시키는 일반적인 알려진 방법, 특히 메탄을 액화시키는 가장 효율적인 방법을 막거나 방해한다. 모두 그렇지는 않더라도 대부분의 알려진 또는 제안된 탄화수소를 액화시키는 방법, 특히 천연 가스를 액화시키는 방법은 액화 공정 전에 적어도 대부분의 더 중질의 탄화수소 및 불순물의 레벨을 가능한 감소시키는 것에 기초한다.
메탄보다 더 중질의 탄화수소 및 일반적으로는 에탄은 천연 가스 스트림으로부터 천연 가스 액 (NGL) 으로서 전형적으로 응축되고 회수되며, 이를 일반적으로 NGL 회수라 한다. NGL 은 일반적으로 값비싼 탄화수소 생성물을 산출하기 위해 자체로 또는 액화에서의 사용을 위한 생성물 스팀으로서, 예컨대 냉각제의 성분으로서 분류된다.
NGL 회수는 일반적으로, 천연 가스 스트림이 NGL 을 포함하는 바닥 스트림 및 메탄이 풍부한 오버헤드 스트림으로 분리되는 NGL 분리 탑을 포함하며, 메탄이 풍부한 오버헤드 스트림은 대개 하나 이상의 압축기에 의해 압축되거나 재압축된다 (천연 가스 스트림은 NGL 분리 탑의 상류에서 감압되었을 수 있다).
가스 스트림을 위한 압축기가 여러 상황, 시스템 및 구성에서 사용된다. 일반적으로, '서지 (surge)' 를 회피하기 위해서 압축기 주위에는 증기 재순환 라인이 있다. 통상적으로, 서지는 유동에 급격한 파동을 유발할 수 있는 과도하게 낮은 압축기로의 유동에 관련된다.
US 4,464,720 은, 원하는 오리피스 차압을 추정하기 위해 알고리즘을 사용하며, 추정된 결과를 실제 차압과 비교하는 서지 제어 시스템을 개시한다. 압력 및 온도 측정은 원심 압축기의 흡입측 및 배출측 양측에서 이루어지며, 따라서 제어 시스템에 입력되어, 실제 차압이 원하는 차압과 실질적으로 같아진다. 원심 압축기로 들어가는 가스의 흡입 온도가 측정되고 사용된다.
압축기 공급 스트림의 압력 및 제 1 압축된 스트림의 압력으로 구성되는 그룹 중 적어도 하나의 압력; 및 압축기 공급 스트림의 유동 및 제 1 압축된 스트림의 유동으로 구성되는 그룹 중 하나의 유동의 측정값을 이용하여 압축기의 하류에 제공된 스로틀링 밸브를 자동으로 제어하는 것에 의해 초킹 (choking) 의 발생을 방지할 수 있다는 것을 알아냈다. 서지 이외에, '스톤월 (stonewall)' 또는 초킹에 의해 압축기가 손상될 수도 있다. 따라서, 이로써 압축기에 대한 고장 및/또는 손상은 감소된다.
압축기의 초킹은, 과도하게 낮은 압력비에서 유동의 과잉용량이 있을 때 발생하며, 그 결과로 압축기가 '초크 (choke)' 되고 가스의 유동을 압축할 수 없게 된다. 이는 압축기를 손상시킬 수 있는 높은 진동을 유발한다.
초킹의 문제는, 압축기의 하류에 있는 스로틀링 밸브가 제 1 압축된 스트림의 압력을 떨어트리도록 자동으로 제어되고 바이패스 라인의 압력에 대해 제 1 압축된 스트림의 압력을 자동으로 조절하는, 본원에 개시된 방법에 의해 회피될 수 있다. 이렇게 하여, 초킹이 발생하는 작동 조건으로의 변화가 회피될 수 있다.
압축기 서지는, 낮은 용적 유량에서 압축기에서 발생하여 주어진 압축기의 최소 용량을 제한하는 현상이다. 압축기의 작동에 있어서, 시스템 저항이 증가됨에 따라, 압축기에 의해 발생되는 압축비 또는 헤드는 이 저항을 극복하도록 증가한다. 시스템 압력이 증가함에 따라, 더 적은 유동이 압축기를 통해 지나갈 수 있고, 이는 압축기의 최대 헤드 용량까지 계속될 것이다. 최소 유동에 있어서의 제한은 서지 라인을 형성한다. 서지 라인 아래에서, 배압은 압축기가 전달할 수 있는 압력을 초과하고, 순간적인 역류 조건을 유발한다. 역류 동안, 시스템 저항은 감소하여 배압이 강하되도록 하고, 압축기가 증가된 유동을 전달할 수 있게 한다. 압축기의 하류의 유동에 대한 방해가 변하지 않는 경우, 피크 헤드 전달이 다시 도달될 수 있고 역류가 관찰되며, 서지로서 알려진 순환 조건을 일으킨다. 기계적인 손상을 일으킬 수 있는 진동, 소음, 축방향 축 이동 및 과열로 인해 압축기가 서지 지점을 넘어 작동되는 경우, 상당한 손상이 압축기에 일어날 수 있다.
서지의 문제는, 서지 라인에 가까워질 때, 개방되어 제 1 압축기 재순환 라인을 따라 압축기 공급 스트림으로 복귀되는 제 1 압축된 스트림의 양을 증가시키도록 직렬 제 1 재순환 밸브를 자동으로 제어함으로써 본원에 개시된 방법에 의해 회피될 수 있다.
본 실시형태는, 예컨대 압축기 공급 스트림의 압력 및 유동의 증강 (build up) 및 시동 동안, 또는 어떤 상류 압력 강하로 인해, 탄화수소 스트림을 처리하기 위한 라인-업 (line-up) 또는 시스템에서 압축기의 제어 및 통합 (integration) 을 허용하는, 하류의 스로틀링 밸브를 자동으로 제어하는 단계에 기초하여 압축기를 제어하는 더 효율적인 방법을 제공한다. 압축기의 제어의 자동화는, 압축기 데이터를 측정함으로써 압축기에 대한 수용가능한 작동창 (operating window) 에 관련하여 압축기가 작동하는 현재의 작동 지점의 결정을 가능하게 한다. 제어기의 자동화는 따라서 압축기의 작동이 압축기 서지 및 초크와 같은 압축기 문제의 가능성을 감소시키도록 변경될 수 있게 한다.
본원에 기재된 바와 같은 하류 스로틀링 밸브의 자동적인 제어를 이용한 제 1 압축기(들)의 제어 및 장치는 그러므로 제 1 압축기의 시동에 특히 유용하다.
그러나, 그렇더라도 서지 제어 시스템 손상이 발생할 수 있고 압축기에 이상이 생길 수 있다.
본 발명은 제 1 양태에서 적어도 이하의 단계를 포함하는 하나 이상의 제 1 압축기를 제어하는 방법을 제공한다:
(a) 압축기 공급 스트림을 제공하는 단계;
(b) 하나 이상의 제 1 압축된 스트림을 제공하기 위해 압축기 공급 스트림을 제 1 입구 및 제 1 출구를 구비하는 하나 이상의 제 1 압축기를 통해 지나가게 하는 단계;
(c) 적어도 2 개의 측정값을 제공하기 위해, 압축기 공급 스트림의 압력, 압축기 공급 스트림의 유동, 제 1 압축된 스트림의 압력 및 제 1 압축된 스트림의 유동으로 구성되는 그룹 중 적어도 하나의 압력 및 적어도 하나의 유동을 측정하는 단계;
(d) 직렬 제 1 재순환 밸브를 포함하는 제 1 압축기 재순환 라인을 제 1 압축기 주위에 제공하는 단계;
(e) 제어된 스트림을 제공하기 위해 제 1 압축된 스트림을 압축기 재순환 라인의 하류에 있는 적어도 하나의 스로틀링 밸브를 통해 지나가게 하는 단계;
(f) 압축기 공급 스트림의 일부 (fraction) 가 제 1 바이패스 라인을 통해 제 1 압축기 및 적어도 하나의 스로틀링 밸브 (32) 를 선택적으로 우회할 수 있게 하는 단계; 및
(g) 단계 (c) 의 측정값을 사용하여 스로틀링 밸브(들) 중 적어도 하나를 자동으로 제어하는 단계.
제 2 양태에서, 본 발명은, 적어도 이하의 단계를 포함하는, 바람직하게는 천연 가스를 포함하는 초기 탄화수소 스트림을 냉각시키는 단계를 제공한다:
(ⅰ) 안정화된 응축물 스트림 및 혼합된 탄화수소 스트림을 제공하기 위해 분리기를 통해 초기 탄화수소 스트림을 지나가게 하는 단계;
(ⅱ) 혼합된 탄화수소 스트림을 압축기 공급 스트림으로서의 경질 오버헤드 스트림 및 중질 바닥 스트림으로 분리하는 단계; 및
(ⅲ) 하나 이상의 제어된 스트림을 제공하기 위해, 위에서 설명된 본 발명의 제 1 양태의 방법에 규정된 바와 같은 방법을 이용하여, 압축기 공급 스트림을 하나 이상의 제 1 압축기 및 적어도 하나의 스로틀링 밸브를 통해 지나가게 하고 하나 이상의 제 1 압축기를 제어하는 단계;
(ⅳ) 하나 이상의 제 2 압축된 스트림을 제공하기 위해 제어된 스트림을 하나 이상의 제 2 압축기를 통해 지나가게 하는 단계; 및
(ⅴ) 냉각된, 바람직하게는 액화된 탄화수소 스트림을 제공하기 위해 하나 이상의 제 2 압축된 스트림의 적어도 일부를 냉각, 바람직하게는 액화시키는 단계.
본 발명은 하나 이상의 제 1 압축기를 제어하기 위한 장치를 제공하며, 상기 장치는 적어도 이하를 포함한다:
하나 이상의 제 1 압축된 스트림을 제공하기 위해 제 1 압축기의 제 1 입구와 제 1 출구 사이에서 압축기 공급 스트림을 압축하는 하나 이상의 제 1 압축기;
적어도 2 개의 측정값을 제공하기 위해, 압축기 공급 스트림의 압력, 압축기 공급 스트림의 유동, 제 1 압축된 스트림의 압력 및 제 1 압축된 스트림의 유동으로 구성되는 그룹 중 적어도 하나의 압력 및 적어도 하나의 유동을 측정할 수 있는 적어도 2 개의 측정기;
제 1 압축기 주위의, 직렬 제 1 재순환 밸브를 포함하는 압축기 재순환 라인;
제어된 스트림을 제공하기 위해, 제 1 압축된 스트림을 받는 압축기 재순환 라인의 하류의 적어도 하나의 스로틀링 밸브;
압축기 공급 스트림의 일부가 제 1 압축기 및 적어도 하나의 스로틀링 밸브를 우회할 수 있게 하는 제 1 바이패스 라인; 및
단계 (c) 의 측정값을 사용하여 스로틀링 밸브 중 적어도 하나를 자동으로 제어하는 것.
이 장치는 천연 가스 액화 플랜트 또는 설비의 일부를 형성할 수 있다.
이제 본 발명의 실시형태 및 실시예를 첨부된 비제한적인 도면을 참조하여 단지 실시예로서 설명할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 압축기를 제어하는 방법을 위한 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 압축기를 제어하는 방법을 위한 개략도이다.
도 3 은 도 1 및 도 2 에 도시된 실시형태를 포함하는 초기의 탄화수소 스트림을 냉각시키는 방법의 개략도이다.
도 4 는 서지, 속도 및 초크 라인을 나타내는, 압축기에 대한 헤드 압축비 대 용량의 예시적인 도표이다.
도 5 는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 2 개의 병렬 압축기를 제어하는 방법을 위한 개략도이다.
본 설명을 위해, 라인 및 이 라인에서 운반되는 스트림에 단일 도면 부호가 할당될 것이고, 스트림의 압력/유동 및 압력/유동의 측정기에 단일 부호가 할당될 것이다.
도면을 참조하면, 도 1 및 도 2 는, NGL 회수 시스템 (1) 의 일부로서의, 압축기 공급 스트림 (10) 을 압축하기 위한 제 1 압축기 (12) 를 제어하기 위한 방법의 다양한 실시형태를 나타낸다. 도 3 은, 도 1 및 도 2 의 NGL 회수 시스템 (1) 을 포함하는, 초기 탄화수소 스트림 (100) 을 냉각시키기 위한 방법을 위한 액화 천연 가스 플랜트 (2) 의 간략화된 제 1 개략도를 나타낸다.
초기 탄화수소 스트림은, 냉각될 수 있는 탄화수소-함유 가스 스트림 (이것으로 제한되는 것은 아님) 과 같은 어떤 적절한 탄화수소 스트림일 수 있다. 일 실시예는 천연 가스 또는 석유 저장소 (petroleum reservoir) 로부터 획득된 천연 가스 스트림이다. 또한, 대안으로서, 천연 가스 스트림은, 피셔-트롭쉬 공정 (Fischer-Tropsch process) 과 같은 합성 공급원을 포함하는 다른 공급원으로부터 획득될 수 있다.
일반적으로, 이러한 초기 탄화수소 스트림은 실질적으로 메탄으로 구성된다. 바람직하게는, 이러한 초기 탄화수소 스트림은 적어도 50 mol% 메탄, 더 바람직하게는 적어도 80 mol% 메탄을 포함한다.
도 3 은, 냉각된 그리고 부분적으로 응축된 초기 탄화수소 스트림 (110) 을 제공하기 위해 제 1 냉각 단계 (104) 에 의해 냉각되는, 천연 가스를 포함하는 초기 탄화수소 스트림 (100) 을 나타낸다.
제 1 냉각 단계 (104) 는, 종래기술에 알려진 방식의, 병렬, 직렬 또는 병렬과 직렬 양자의 하나 이상의 열교환기를 포함할 수 있다. 제 1 단계 냉각 (104) 에 대한 냉각의 제공은 당업자에게 알려져 있다. 초기 탄화수소 스트림 (100) 의 냉각은, 별도의 공정 또는 프로판 냉각제 회로 (도시 생략) 를 포함하는 사전-냉각 단계와 같은 액화 공정의 일부일 수 있다. 초기 탄화수소 스트림 (100) 의 냉각은 초기 탄화수소 스트림 (100) 의 온도를 -0 ℃ 미만, 예컨대 -10 ℃ 내지 -70 ℃ 범위로 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
냉각된 초기 탄화수소 스트림 (110) 은, 일반적으로 종래기술에 알려진 방식으로 초과 대기 압력 (above ambient pressure) 에서 작동하는 응축물 안정화 탑 (108) 과 같은 분리기로 보내질 수 있다. 응축물 안정화 탑 (108) 은, 바람직하게는 -0 ℃ 미만의 온도를 가지는 오버헤드 혼합 탄화수소 스트림 (8), 및 안정화된 응축물 스트림 (120) 을 제공한다. 오버헤드 스트림 (8) 은 냉각된 초기 탄화수소 스트림 (110) 에 비해 메탄이 풍부한 스트림이다.
본원에서 사용되는 용어 "혼합된 탄화수소 스트림" 은, 메탄 (C1), 및 에탄 (C2), 프로판 (C3), 부탄 (C4) 및 C5+ 탄화수소를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 5 mol% 의 1 종 이상의 탄화수소를 포함하는 스트림에 관한 것이다. 전형적으로는, 혼합된 탄화수소 스트림 (8) 에서의 메탄의 비율은 30 ~ 50 mol% 이며, 예컨대 각각 5 ~ 10 mol% 의 상당한 분율의 에탄 및 프로판을 갖는다.
용어 "경질" 및 "중질" 은, 서로에 대해 상대적으로 규정되며, 하나 이상의 가스 액체 분리기 (14) 로부터의 오버헤드 스트림 및 바닥 스트림과 각각 관련된다. "경질" 및 "중질" 탄화수소 스트림의 조성은, 공급 가스의 조성 및 가스 액체 분리기의 구성 및 작동 조건에 의존한다.
용어 "중질 탄화수소 스트림" 은 경질 오버헤드 스트림보다 비교적 더 높은 함량의 더 중질의 탄화수소를 포함하는 스트림에 관한 것이다. 예컨대, 중질 탄화수소 스트림은 주로 에탄 (C2) 및 더 중질의 탄화수소를 포함하는 C2+ 탄화수소 스트림일 수 있다. 에탄의 상대적인 양은 공급 스트림에서의 에탄의 상대적인 양보다 더 많지만, C2+ 스트림은 여전히 약간의 메탄을 포함할 수 있다. 마찬가지로, C3+ 탄화수소 스트림, C4+ 탄화수소 스트림 또는 C5+ 탄화수소 스트림은 각각 프로판 및 더 중질의 탄화수소, 부탄 및 더 중질의 탄화수소, 또는 펜탄 및 더 중질의 탄화수소가 상대적으로 풍부하다.
NGL 회수에서, 혼합된 탄화수소 스트림으로부터 메탄이 풍부한 스트림을 분리하고 (예컨대, 연료로서의 사용을 위해, 또는 LNG 플랜트 (2) 에서 액화되고 추가적인 LNG 로서 제공되도록), 적어도 중질 스트림, 선택적으로는 C2 스트림, C3 스트림, C4 스트림 및 C5+ 스트림 중 일 종 이상을 회수하는 것이 바람직하다.
도 3 에서, 혼합된 탄화수소 스트림 (8) 의 적어도 일부, 일반적으로는 모두가 NGL 회수 시스템 (1) 으로 보내진다. NGL 회수 시스템 (1) 은 일반적으로, 혼합된 탄화수소 스트림 (8) 을, 비교적 낮은 압력에 있는, 예컨대 20 bar 내지 35 bar 범위에 있는 적어도 경질 스트림 및 일 종 이상의 중질 스트림으로 분리하기 위해 증류탑 및/또는 스크럽 탑 (scrub column) 과 같은 하나 이상의 가스/액체 분리기를 포함한다. 적절한 제 1 가스/액체 분리기 (14) 의 실시예는, 메탄이 풍부한 오버헤드 스트림 및 C2+ 탄화수소에 풍부한 바닥의 또는 이 바닥 부근의 일 종 이상의 액체 스트림을 제공하도록 구성된 "디메타나이저 (demethanizer)" 이다. 그러나, 혼합된 탄화수소 공급 스트림의 조성 및 경질 오버헤드 스트림의 원하는 사양에 따라, 제 1 가스/액체 분리기 (14) 는 디-메타나이저 대신에 디-에타나이저, 디-프로파나이저 또는 디-부타나이저, 또는 스크럽 탑일 수 있다.
혼합된 탄화수소 스트림 (8) 은 일반적으로 예컨대 40 bar 내지 70 bar 범위의 고압 초기 탄화수소 스트림 (100) 으로부터 제공되기 때문에, 제 1 가스/액체 분리기 (14) 전에 팽창될 필요가 있을 수 있다. 이러한 팽창은 또한 온도의 감소를 유발할 수 있다. 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 혼합된 탄화수소 스트림 (8) 은 감소된 온도 및 압력의 혼합-상 (액체 및 증기) 탄화수소 스트림 (9) 을 제공하기 위해 하나 이상의 팽창기 (52) 를 통해 지나갈 수 있고, 그 후 이 탄화수소 스트림 (9) 은 적절한 높이에서 제 1 가스/액체 분리기 (14) 로 들어간다.
제 1 가스/액체 분리기 (14) 는 액체 상 및 증기 상을 분리하도록 적용되어, 경질 오버헤드 스트림 (후속하여 제 1 압축기 스트림 (10) 으로서 사용됨) 및 중질 바닥 스트림 (50) 을 제공한다. 제 1 가스/액체 분리기 (14) 는 종래기술에 알려진 방식의 재가열기 및 제 1 재가열기 증기 리턴 스트림 (도시 생략) 을 포함할 수 있다.
제 1 가스/액체 분리기 (14) 에 의해 제공된 스트림의 성질은, 종래기술에 일려진 방식으로, 분리기의 작동 조건 및 파라미터, 및 분리기의 크기 및 유형에 따라 변할 수 있다. 도 1 내지 도 3 에 도시된 구성에 대하여, 경질 오버헤드 제어 스트림 (30) 은 메탄이 풍부한 것이 바람직하다. 경질 오버헤드 스트림은, 여전히 소량 (<10 mol%) 의 중질 탄화수소를 포함할 수 있지만, 바람직하게는 >80 mol%, 더 바람직하게는 >95 mol% 메탄이다. 중질 바닥 스트림 (50) 은, >90 또는 >95 mol% 에탄 및 더 중질의 탄화수소일 수 있고, 후속하여 분류되거나 또는 NGL 스트림을 위해 종래기술에 알려진 방식으로 사용될 수 있다.
경질 오버헤드 스트림은, 압축기 공급 스트림 (10) 의 하나의 가능한 공급원을 제공하며, 적어도 하나 이상의 제 1 압축기 (12) 에 의해 후속하는 사용을 위해 (재)압축될 수 있다.
도 1 은 이하를 포함하는 본원에 개시된 방법의 일 실시형태를 나타낸다:
(a) 압축기 공급 스트림 (10) 을 제공하는 단계;
(b) 제 1 압축된 스트림 (20) 을 제공하기 위해 압축기 공급 스트림 (10) 을 제 1 입구 (13) 및 제 1 출구 (16) 를 구비하는 제 1 압축기 (12) 를 통해 지나가게 하는 단계;
(c) 적어도 2 개의 측정값을 제공하기 위해, 압축기 공급 스트림 (10) 의 압력 (P1), 압축기 공급 스트림 (10) 의 유동 (F1), 제 1 압축된 스트림 (20) 의 압력 (P2) 및 제 1 압축된 스트림 (20) 의 유동 (F2) 을 포함하는 그룹 중 적어도 하나의 압력 및 적어도 하나의 유동을 측정하는 단계;
(d) 직렬 제 1 재순환 밸브 (24) 를 포함하는 압축기 재순환 라인 (22) 을 제 1 압축기 (12) 주위에 제공하는 단계;
(e) 제어된 스트림 (30) 을 제공하기 위해 제 1 압축된 스트림 (20) 을 압축기 재순환 라인 (22) 의 하류에 있는 적어도 하나의 스로틀링 밸브 (32) 를 통해 지나가게 하는 단계;
(f) 압축기 공급 스트림 (10) 의 일부가 제 1 압축기 및 스로틀링 밸브 (32) 를 선택적으로 우회할 수 있도록 하기 위해 제 1 바이패스 라인 (60) 을 제공하는 단계; 및
(g) 단계 (c) 의 측정값을 사용하여 스로틀링 밸브 (32) 중 적어도 하나를 자동으로 제어하는 단계.
과도하게 낮은 압력비에서 유동의 과잉용량이 있을 때 압축기의 초킹이 발생하고, 그 결과 압축기는 '초크' 되고 가스의 유동을 압축할 수 없다. 이는 압축기를 손상시킬 수 있는 높은 진동을 유발한다. 압축기에서 서지와 초킹을 회피하는 문제는 US 4,464,720 에 언급되어 있지 않다.
현재 개시된 실시형태에서 압축기 공급 스트림 (10) 및/또는 제 1 압축된 스트림 (20) 으로부터 얻은 압력 및 유동 측정의 선택 및/또는 조합은 제 1 압축기 (20) 의 초크 라인에 관련하여 제 1 압축기 (12) 의 작동을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
압축기의 초크 라인은, 압축기의 사용자에게 알려지며, 일반적으로 압축기 구성 파라미터의 일부인 압축기의 특징이다. 상이한 가스 조건 (예컨대, 온도 및 분자량) 에서의 압축기 입구 용적 유동에 대한 헤드의 비교에 기초한 압축기의 특성 곡선은 압축기 제조자에 의해 사용자에게 제공되는 파라미터이며, 이는 사용자에게 압축기의 초크 라인의 확인을 제공한다. 압축기의 특성 곡선의 예시적인 도표가 도 4 에 제공되며, 10 % 의 증분의 50 % 내지 110 % 구성의 작동에 대한 속도 라인 이외에 서지 라인 및 초크 라인을 나타낸다.
따라서, 단계 (c) 의 측정값을 측정하고 이 측정에 따라 압축기의 스로틀링을 제어함으로써, 제 1 압축기 (20) 의 초크 라인에 관련하여 제 1 압축기 (12) 의 작동을 결정하여, 압축기의 초킹을 회피할 수 있다.
도 1 로 다시 돌아가면, 스로틀링 밸브 (32) 의 자동적인 제어는 본원에 설명된 압력 및/또는 유동 측정의 비사용자 계산 (non-user computation) 에 기초한다. 이러한 제어는, 단계 (c) 에 의해 제공된 측정값을 하나 이상의 사전-결정된 값과 관련하여 비교하고 계산할 수 있는, 제어기 "XC" 로서 도 1 에 나타낸, 종래기술에 알려진 하나 이상의 자동 제어기의 사용에 의해 제공될 수 있고, 압축기 공급 스트림 (10) 의 특성 및 성질에 따라 제 1 압축기 (12) 의 배출 압력을 제어하도록 스로틀링 밸브 (32) 에 하나 이상의 제어 지시를 직접적으로 제공한다.
바람직하게는, 현재 개시된 방법은 또한, 선택적으로는 도 1 에 도시된 제어기 (XC) 와 같은 동일한 제어기(들)를 통해, 같은 이유를 위해 압축기 재순환 라인 (22) 의 직렬 제 1 재순환 밸브 (24) 를 자동으로 제어하는 단계를 포함한다.
현재 개시된 방법 및 장치는 압력 및/또는 유동 측정값을 측정하는 형태에 의해 또는 그 성질 또는 수로 제한되지 않는다. 예컨대, 압축기 공급 스트림 또는 제 1 압축된 스트림의 유동을 측정하는 단계는 직접적인 스트림 유동 측정으로 제한되지 않고, 관련된 스트림 유동이 유도될 수 있는 어떤 파라미터가 유동 측정값으로서 사용될 수 있다. 결과적으로, 실제 측정은, 압축기 공급 스트림 또는 제 1 압축된 스트림의 유동을 계산하기 위해 사용될 수 있는, 오리피스, 노즐 또는 벤츄리에서의 압력 변화와 같은, 유동을 직접적으로 측정하는 파라미터일 수 있다. 유동을 측정하는 이러한 직접적 및 간접적 방법은 종래기술에 알려져 있다. 유동 측정값은 압축기의 초크 라인과 관련하여 압축기의 작동을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
도 1 에 도시된 P1 및 P2 와 같은 어떤 적절한 압력 측정기를 이용하여 압력값을 얻을 수 있고, 도 1 에 도시된 F1 및 F2 와 같은 어떤 적절한 유동 측정기에의해 스트림 유동 측정이 제공될 수 있다. 2 개의 유동 측정기 (F1, F2) 및 2 개의 압력 측정기 (P1, P2) 가 도 1 에 도시되어 있지만, 본원에 개시된 방법은 단일 유동 측정기 및 단일 압력 측정기를 가지고 작동할 수 있다. 하나를 초과하는 유동계 또는 압력계의 존재가 이 실시형태의 범위 내에 포함되지만, 도시된 추가적인 유동 및 압력 측정기는 이 장치에 대한 대안적인 가능한 위치를 제공한다. 압력 및 유동 측정기 (P1, F1, P2, F2) 및 제어기 (XC) 는 단지 명확화를 위해서 도 2 및 도 3 에 도시하지 않는다.
바람직하게는, 현재 개시된 방법의 단계 (c) 는 이하를 포함하는 그룹 중 적어도 하나를 측정하는 단계를 포함한다:
(ⅰ) 압축기 공급 스트림 (10) 의 압력 (P1) 및 유동 (F1);
(ⅱ) 압축기 공급 스트림 (10) 의 압력 (P1) 및 제 1 압축된 스트림 (20) 의 유동 (F2);
(ⅲ) 압축기 공급 스트림 (10) 의 유동 (F1) 및 제 1 압축된 스트림 (20) 의 압력 (P2); 및
(ⅳ) 제 1 압축된 스트림 (20) 의 압력 (P2) 및 유동 (F2).
상기 2 개의 값 중 어느 하나의 비교가, 종래기술에 알려진 방식의 제 1 압축기 (12) 의 초크 라인과 관련한 제 1 압축기 (12) 의 작동의 추정을 계산기에 제공할 수 있다.
도 1 은 점선 신호 경로를 따라 제어기 (XC) 로 보내지는 4 개의 측정값 (P1, F1, P2 및 F2) 을 나타내며, 이 제어기 (XC) 는 제 1 압축기의 알려진 초크 라인과 관련하여 제 1 압축기의 작동을 추정하기 위해 측정값을 계산하고, 제어 신호를 스로틀링 밸브 (32) 및 선택적으로는 직렬 제 1 재순환 밸브 (24) 로 보내어, 스로틀링 밸브 (32) 및 직렬 제 1 재순환 밸브 (24) 의 작동을 제어하고, 그에 따라 제 1 재순환 스트림 (22) 및 제 1 압축된 연속 스트림 (25) (이하에서 설명됨) 의 유동을 제어하여, 제 1 압축기 (12) 의 초킹을 회피한다.
어떤 압축기 공급 스트림, 특히 에탄-함유 스트림과 같은 1 종 이상의 탄화수소를 위한 제 1 압축기 (12) 를 제어하는 방법이 본원에 개시된다.
제 1 압축기 (12) 는, 제 1 입구 (13) 및 제 1 출구 (16) 를 구비하고, 종래기술에 알려진 방식으로 제 1 압축된 경질 스트림 (20) 을 제공하기 위해 압축기 공급 스트림 (10) 의 적어도 일부를 압축할 수 있다.
제 1 압축기 (12) 의 제 1 출구 (16) 와 제 1 입구 (13) 사이에는, 제 1 압축된 스트림 (20) 의 적어도 일부를 취할 수 있고 그것을 압축기 공급 스트림 (10) 의 경로로 다시 재순환시킬 수 있는 제 1 압축기 재순환 라인 (22) 이 있다. 제 1 압축기 재순환 라인 (22) 은 압축기 공급 스트림 (10) 에 더해진다. 제 1 압축된 연속 스트림 (25) 과 제 1 압축기 재순환 스트림 (22) 사이에서의 제 1 압축된 스트림 (20) 의 분할은 종래기술에 알려진 어떤 적절한 분할기 또는 분리기에 의해 실행될 수 있다. 제 1 압축된 스트림 (20) 의 분할은 이하에서 더 설명되는 바와 같이 연속 스트림 (25) 및 제 1 재순환 스트림 (22) 각각에 대해 대략 0 % ~ 100 % 일 수 있다.
제 1 압축기 재순환 라인 (22) 은 제 1 압축기 (12) 주위의 전용 라인이다. 제 1 압축기 재순환 라인 (22) 은 바람직하게는 냉각되지 않고, 따라서 바람직하게는 냉각기를 포함하지 않는다. 더 바람직하게는, 제 1 압축기 재순환 라인 (22) 은, 제 1 압축기 재순환 스트림 (22) 의 압력을 제 1 압축기 (12) 의 흡입측을 위한 압축기 공급 스트림 (10) 의 의도된 압력에 비슷해지게 하거나 동등하게 하도록 그 압력을 변화시키는데 요구되는 하나 이상의 제어 밸브 (24) 만을 포함한다.
선택적으로는, 제 1 압축된 스트림 (20) 을 제공하는 제 1 압축된 라인 (20) 은, 압축기 재순환 스트림 (22) 을 제 1 압축기 (12) 의 입구 (13) 로 재도입시키기 전에 적어도 압축기 재순환 스트림 (22) 의 온도를 감소시키기 위해, 하나 이상의 물 냉각기 및/또는 공기 냉각기와 같은 하나 이상의 냉각기를 포함한다.
제 1 압축된 연속 스트림 (25) 은 그 후 제어된 스트림 (30) 을 제공하기 위해 스로틀 제어 밸브 (32) 를 통해 지나간다. 도 2 및 도 3 은 제어된 스트림 (30) 을 하나 이상의 제 2 압축기 (42) 로 보내는 선택권을 나타내며, 각각의 제 2 압축기 (42) 는 종래기술에 알려진 방식으로 제 2 압축된 스트림 (40) 을 제공하기 위해 제어된 스트림 (30) 을 위한 제 2 입구 (43) 및 제 2 출구 (44) 를 구비한다. 제 2 압축기 (42) 는, 통상적으로 제 1 압축기 (12) 와 별도의 전용 구동장치 또는 구동 기구를 구비하는 '부스트 (boost)' 압축기와 동일하거나 유사할 수 있다.
제 2 압축기 (42) 주위에, 더 구체적으로는 제 2 출구 (44) 와 제 2 입구 (43) 사이에는 제 2 압축기 재순환 라인 (45) 이 있을 수 있고, 따라서 하나 이상의 제 2 압축된 스트림 (40) 은 최종 압축된 스트림 (70) 과 제 2 압축기 재순환 스트림 (45) 사이에서 대략 0 % ~ 100 % 에서 종래기술에 알려진 분할기 또는 스트림 분리기에 의해 분할될 수 있다. 최종 압축된 스트림 (70) 은 원-웨이 밸브 (41) 를 포함할 수 있다. 제 2 압축기 재순환 스트림 (45) 은, 종래기술에 알려진 그리고 제 2 압축기 재순환 스트림 (45) 의 온도를 감소시키도록 적용된, 직렬 냉각기와 같은 하나 이상의 냉각기 (46), 바람직하게는 하나 이상의 물 냉각기 및/또는 공기 냉각기를 포함한다. 제 2 압축기 (42) 의 제 2 입구 (43) 전의 주 압축기 스트림으로의 재도입을 위한 최종 재순환 스트림 (48) 을 제공하기 위해 하나 이상의 공기 냉각기 (46) 후에 하나 이상의 제어 밸브 (47) 가 온다.
제 2 압축기 재순환 라인 (45) 은 종래기술에 알려진 방식으로 제 2 압축기 (42) 주위에 서지-방지 제어를 제공한다. 제 2 압축기 재순환 라인 (45) 은 제 2 압축기 (42) 주위의 전용 라인이다. 특히, 하나 이상의 냉각기 (46) 는 단지, 제 2 압축기 재순환 라인 (45) 으로 보내지는 제 2 압축된 스트림 (40) 의 비율을 냉각시키기 위해 요구되며, 이 비율은 일반적으로 0 또는 최소이며, 따라서 하나 이상의 냉각기 (46) 의 오펙스 (OPEX) 를 최소화시킨다는 점을 유념하라.
도 2 및 도 3 은, 전용 제 1 압축기 재순환 라인 (22) (전용 또는 외부 냉각을 요구하지 않을 수 있음) 을 구비하는 제 1 압축기 (12), 및 전용 제 2 압축기 재순환 라인 (45) 을 구비하는 제 2 압축기 (42) 를 이용하여 압축기 공급 스트림 (10) 을 재압축하는 간략화된 구성을 나타낸다. 따라서, 제 1 및 제 2 압축기 재순환 라인 (22, 45) 은 독립적이며 독립적으로 제어될 수 있다.
도 1 은 또한, 제 2 압축기 (42) 를 위한 공급물을 공급하는 제어된 스트림 (30) 을 제공하기 위해, 제 1 압축기 (12) 주위에서 압축기 공급 스트림 (10) 의 일부를 얻을 수 있도록 제 1 압축기 (12) 주위의 원-웨이 밸브 (62) 를 구비하는 제 1 바이패스 라인 (60) 을 나타낸다. 제 1 바이패스 라인 (60) 은, NGL 회수 시스템 (1) 의 시동 동안, 특히 제 1 압축기 (12) 를 위한 구동력이 없는 경우에 (예컨대, 압축기 (12) 가 팽창기 (52) 에 연결되고 따라서 팽창기 (52) 에 의해 구동되는 경우에) 사용될 수 있다. 제 1 바이패스 라인 (60) 은 또한, 제 1 압축기 (12) 중 하나 이상이 이하에서 더 설명되는 바와 같이 '트립 (trip)' 되는 경우에 유용할 수 있다.
유사하게는, 도 2 는, 제어 밸브 (82) 를 구비하는, 팽창기 (52) 주위의 팽창기 바이패스 라인 (80) 을 나타낸다. 이렇게 하여, 혼합된 탄화수소 스트림 (8) 의 적어도 일부, 선택적으로는 아무것도 또는 모두가, 팽창기 (52) 를 우회하고 라인 (9) 에서 혼합-상 탄화수소 스트림에 공급되도록 팽창기 바이패스 라인 (80) 을 통해 지나가는 것이 선택적으로 허용될 수 있다. 이 구성은, 이하에서 더 설명되는 바와 같이, NGL 회수 시스템 (1) 의 시동 동안, 그리고/또는 팽창기 (52) 중 하나 이상의 트립핑 (tripping) 동안 발생할 수 있다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 최종 압축된 스트림 (70) 은 전체적으로 또는 부분적으로 연료 가스 (72) 로서 사용될 수 있거나, 가스 망으로 보내질 수 있거나, 또는 후속하여 냉각되고, 바람직하게는 액화되어, LNG 와 같은 냉각된 탄화수소 스트림을 제공할 수 있다. 냉각 및 바람직하게는 액화는, 액화된 탄화수소 스트림 (130) 을 제공하기 위해, 전형적으로 하나 이상의 열 교환기를 포함하는 제 2 냉각 단계 (112) 에서 라인 (71) 을 따른 통과에 의해 실행될 수 있다. 이러한 제 2 냉각 단계를 위한 적절한 액화 공정이 당업자에게 알려져 있으며 본원에서는 더 설명하지 않는다.
도 3 은 또한, 제 1 가스/액체 분리기 (14) 전의 팽창기 (52) 가 제 1 압축기 (12) 에 기계적으로 연결되는 실시형태를 나타낸다. 이러한 기계적인-연결은 어떤 알려진 연동장치에 의해 실행될 수 있고, 이 중 한 실시예는 공유 또는 공통의 구동축 (21) 이다. 기계적으로 연결된 압축기를 부분적으로 또는 전체적으로 구동시키기 위해, 팽창기를 통한 가스의 팽창에 의해 팽창기로부터 제공되는 일 에너지의 일부를 사용하기 위한, 팽창기 및 압축기의 기계적인 연결은 종래기술에 알려져 있다.
이렇게 하여, 제 1 압축기 (12) 의 작동 및 성능이 이하에서 더 설명되는 바와 같이 팽창기 (52) 의 작동 및 성능에 관련될 수 있다.
본원에 개시된 방법은 제 1 압축기 (12) 의 시동 동안 특히 바람직하다. 압축기 공급 스트림 (10) 의 일부가 제 1 압축기 (12) 및 스로틀 밸브 (32) 를 우회하도록 하기 위해서 제 1 압축기 (12) 주위에 제 1 바이패스 라인 (60) 이 제공될 수 있다. 따라서, 라인 (25 및 30) 의 압력은 조절될 수 있다.
이렇게 하여, 특히 탄화수소 처리 공정 또는 처리의 시동 동안, 예컨대 제 1 가스/액체 분리기 (14) 에 의해 제공되는 거의 모든 압축기 공급 스트림 (10) 은 제 1 바이패스 라인 (60) 을 통해 지나갈 수 있어 그 하류의 유동을 제공하고, 한편 압축기 공급 스트림 (10) 의 유동 및/또는 압력은 증가한다. 스로틀링 밸브 (32) 는, (제 1 압축기 (12) 로 보내지고 그 후 원-웨이 밸브 (31) 를 통해 보내지는 압축기 공급 스트림 (10) 의 증가하는 부분에 기초하여) 제 1 바이패스 스트림 (60) 과 제어된 스트림 (30) 의 증가하는 제공 사이의 압력차를 제어함으로써, 제 1 압축기 (12) 와 하류의 라인과의 통합을 위한 자동적인 제어를 제공한다. 스로틀링 밸브 (32) 의 작동은, 분리기 (예컨대, 도 1 에 도시된 제 1 가스/액체 분리기 (14)) 로부터 제공된 압축기 공급 스트림 (10) 의 압력에 영향을 주지 않으면서, 제 1 바이패스 스트림 (60) 이 감소하는 상태에서 라인에서 압축기 (12) 의 통합이 처리될 수 있게 한다.
제어기 (XC) 가, 압축기 (12) 의 시동 및 제 1 바이패스 라인 (60) 의 사용 동안 스로틀 밸브 (32) 및/또는 직렬 재순환 밸브 (24) 의 자동적인 제어를 제공할 수 있는 것이 본원에 개시된 방법 및 장치의 특별한 이점이다.
따라서, 현재 개시된 방법은 본원에 규정된 제 1 압축기 (12) 를 제어하는 방법을 이용하여 제 1 압축기 (12) 의 시동을 제어하는 방법으로 확장된다.
압축기 공급 스트림 (10) 또는 그 일부의 공급원의 압력의 어떤 갑작스런 또는 급격한 강하를 포함하여, 압축기 공급 스트림 (10) 의 압력에 영향을 주는 어떤 상류 압력 강하의 결과로서 제 1 압축기 (12) 의 제어를 제공하는 것이 본원에 개시된 방법 및 장치의 다른 특별한 이점이다.
이것의 실시예가, 이하에서 설명되는 바와 같이 기계적으로 상호연결된 팽창기-압축기 스트링과 같은 연관 또는 관련된 장치, 유닛, 기계 또는 공정의 '트립핑' 이다. 특히, 실시예가 도 5 에 도시되어 있는 멀티-스트림 NGL 회수 시스템에서, 하나의 팽창기-제 1 압축기 스트링의 트립핑은, 트립핑된 스트링이 재통합되는 (re-integrated) 동안 공정의 연속성을 유지시키기 위해, NGL 회수 시스템에서 압축기 공급 스트림 (10) 을 포함하는 다양한 스트림의 유동의 일반적으로 급격한 조정을 필요로 한다. 스로틀링 밸브 (32) 의 자동적인 제어는, 하나 이상의 압축기 공급 스트림의 완전한 재여압 (re-pressurisation) 이 진행되는 동안 제 1 압축기의 하류의 압력을 제어함으로써, 트립핑된 스트링의 주 공정으로의 재통합을 허용한다.
도 5 는, 제 1 팽창기 및 제 1 압축기 스트링 (A) 및 제 2 팽창기 및 제 1 압축기 스트링 (B) 을 구비하는 것에 기초한 간략화된 제 2 NGL 회수 시스템 (3) 을 나타낸다.
도 5 에서, 예컨대 도 3 에 도시된 바와 같이 제공된 혼합된 탄화수소 스트림 (8) 은 스트림 분리기 (11) 에 의해 적어도 2 개, 바람직하게는 2 개 또는 3 개의 부분-공급 스트림 (8a 및 8b) 으로 분할되며, 이 부분-공급 스트림 (8a 및 8b) 은 각각의 공통 구동축 (21a 및 21b) 에 의해 각각의 제 1 압축기 (12a 및 12b) 에 기계적으로 연결되는 각각의 팽창기 (52a 및 52b) 로 보내진다. 부분-공급 스트림 (8a 및 8b) 으로의 혼합된 탄화수소 스트림 (8) 의 분할은 어떠한 비 또는 백분율도 가질 수 있지만, 일반적으로 팽창기 (52a 및 52b) 가 동일한 용량을 가지는 제 2 NGL 회수 시스템 (3) 의 통상적인 그리고 종래의 작동 동안 같을 것이다. 팽창기 (52a, 52b) 의 크기, 유형, 용량, 수 및 그것들의 균형의 변화, 및 제 1 압축기 (12a, 12b) 의 크기, 용량, 유형, 수 및 균형의 결과는 NGL 회수 공정, 작동 및 파라미터에 대한 지식을 가지는 당업자에게 알려져 있다.
각각의 팽창기 (52a, 52b) 는 각각 혼합-상 탄화수소 스트림 (9a, 9b) 을 제공하며, 이 혼합-상 탄화수소 스트림 (9a, 9b) 은 상기와 같은 제 1 가스/액체 분리기 (14) 로 보내지는 단일 혼합-상 탄화수소 스트림 (9) 을 제공하기 위해 T-피스 (T-piece) 와 같은 적절한 조합기에 의해 조합될 수 있다. 선택적으로는, 혼합-상 탄화수소 스트림 (9a 및 9b) 중 하나 이상은 다른 혼합-상 탄화수소 스트림 또는 모든 다른 혼합-상 탄화수소 스트림과의 조합 없이 제 1 가스/액체 분리기 (14) 로 직접 보내질 수 있다.
제 1 가스/액체 분리기 (14) 는 상기와 같이 경질 오버헤드 스트림 및 중질 바닥 스트림 (50) 을 제공한다. 경질 오버헤드 스트림은 종래기술에 알려진 방식의 스트림 분리기 (36) 에 의해 적어도 2 개, 바람직하게는 2 개 또는 3 개의 부분-압축기 공급 스트림 (10a, 10b) 으로 분할될 수 있는 압축기 공급 스트림 (10) 을 제공할 수 있으며, 이 부분-압축기 공급 스트림 (10a, 10b) 은 2 개의 각각의 제 1 압축된 스트림 (20a, 20b) 을 제공하기 위해 2 개의 제 1 압축기 (12a, 12b) 의 입구를 통해 이 2 개의 제 1 압축기 (12a, 12b) 로 각각 보내진다. 제 1 압축된 스트림 (20a, 20b) 의 0 % ~ 100 % 는, 상기와 같이, 각각의 제어 밸브 (24a, 24b) 를 통한 재순환을 위해 2 개의 각각의 제 1 압축기 재순환 라인 (22a, 22b) 으로 보내지고 2 개의 제 1 압축기 (12a, 12b) 의 흡입측으로 복귀될 수 있다.
제 1 압축기 재순환 라인 (22a, 22b) 으로 보내지지 않는 각각의 제 1 압축된 스트림 (20a 및 20b) 의 일부는 제 1 압축된 연속 스트림 (25a, 25b) 을 제공하고, 이 제 1 압축된 연속 스트림 (25a, 25b) 은 각각의 원-웨이 밸브 (31a, 31b) 및 스로틀 제어 밸브 (32a, 32b) 를 통해 지나갈 수 있어 제어된 스트림 (30a, 30b) 을 제공하고, 그 후 조합기 (53) 에 의해 조합되어 조합된 제 2 압축기 공급 스트림 (34) 을 제공하며, 이 조합된 제 2 압축기 공급 스트림 (34) 은 제 2 압축된 스트림 (40) 을 제공하기 위해 제 2 압축기 (42) 로 보내진다. 상기와 같이, 제 2 압축된 스트림 (40) 의 0 % ~ 100 % 사이의 일부가 하나 이상의 제어 밸브 (47) 를 포함할 수 있는 제 2 압축기 재순환 스트림 (45) 을 제공할 수 있고, 한편 원-웨이 밸브 (41) 를 통해 보내질 수 있는 최종 압축된 스트림 (70) 이 상기와 같이 예컨대 연료 스트림, 수출 스트림 (export stream) 중 하나 이상으로서, 또는 LNG 와 같은 액화된 탄화수소 스트림을 제공하기 위해 냉각, 바람직하게는 액화를 위해 사용될 수 있다.
제 1 팽창기 (52a), 기계적으로 연결된 제 1 압축기 (12a), 및 이것들의 연관된 라인의 조합은 제 1 스트링 (A) 을 제공하며, 제 2 팽창기 (52b), 기계적으로 연결된 제 1 압축기 (12b), 및 이것들의 연관된 라인의 조합은 제 2 스트링 (B) 을 제공한다.
이렇게 하여, 제 2 NGL 회수 시스템 (3) 의 사용자는, 제 2 NGL 회수 시스템 (3) 을 통한 혼합된 탄화수소 스트림 (8) 의 유동, 특히 팽창기 (52a, 52b) 및 제 1 압축기 (12a, 12b) 를 통한 작동 및 유동에 관한 더 큰 선택권 및 유연성을 가질 수 있다. NGL 회수 시스템의 통상적인 그리고/또는 전통적인 운행 동안 작동적인 이점을 제공할 뿐만아니라, 이 구성은 2 개의 추가이 이점을 더 제공한다.
하기와 같이, 멀티-스트링 NGL 회수 시스템의 어떤 스트링이 사고 또는 계획에 의해 정상적으로 운행할 수 없는 경우, NGL 회수의 연속성은 하나 이상의 다른 스트링을 통해 가능하다. 특히, 스트링이 '트립' 되는 경우, 혼합된 탄화수소 공급 스트림의 용적 및/또는 질량이 동일한 레벨에서 지속되거나 또는 아주 큰 레벨에서 지속되는 경우에도, 다른 스트링이 NGL 회수의 작동을 지속할 수 있다.
팽창기-압축기 스트링의 '트립핑' 은 여러 이유로 그리고/또는 여러 상황에서 발생할 수 있다. 일반적인 실시예는, 예컨대 구동장치가 압축기에 의해 요구되는 것보다 더 큰 동력을 출력하는 경우의 '과속' 및 압축기가 유동 한계를 넘어 작동하고 있거나 베인각 (vane angle) 에 대한 유동각이 부정확할 때의 '진동' 을 포함한다.
도 5 에 도시된 제 2 NGL 회수 시스템 (3) 의 제 2 특별한 이점은 NGL 회수의 시동 중에 있다. 2 개 이상의 스트링을 제공함으로써, 각각의 스트링은 상이한 시간에 그리고 선택적으로는 각각의 다른 스트링과 상이한 시동 파라미터로 개별적으로 시동될 수 있다. 따라서, 사용자는 전체 NGL 회수 시스템 (3) 의 완전한 그리고 통상적인 작동 전에 모든 스트링에 대해 더 큰 선택권 및 제어를 갖는다.
예컨대, NGL 회수 시스템의 시동시에, 혼합된 탄화수소 공급 스트림 (8) 의 압력은 이미 낮은 레벨에 있을 수 있고, 따라서 제 1 팽창기 (52a, 52b) 의 팽창이 불필요하거나 혼합-상 탄화수소 스트림 (9) 에 과도하게 낮은 압력을 초래할 수 있기 때문에, 혼합된 탄화수소 공급 스트림 (8) 은 일반적으로 제 1 팽창기 (52a, 52b) 를 우회하도록 팽창기 바이패스 스트림 (80) 을 통해 보내져서 혼합-상 탄화수소 스트림 (9) 을 제공한다. 이는 그렇지 않을 때보다 더 높은 압력의 압축기 공급 스트림 (10) 을 제 1 압축기 (12a, 12b) 에 제공한다.
유사하게는, 압축기 공급 스트림 (10) 은, 특히 제 1 압축기 (12a, 12b) 에 동력이 제공되지 않거나 제 1 압축기 (12a, 12b) 가 유사하게 우회되고 있는 제 1 팽창기 (52a, 52b) 에 의해 구동되지 않는 경우, 제 1 압축기 (12a, 12b) 를 우회하도록 제 1 바이패스 라인 (60) 및 원-웨이 밸브 (62) 를 통해 보내질 수 있다.
본원에 개시된 방법 및 장치의 특별한 이점은, 각각의 바이패스 스트림 및 각각의 부분-스트림의 압력 및 유동 제어를 통해, 혼합-상 탄화수소 스트림 (9) 의 유동 및/또는 압력이 시동 동안 증가함에 따라, 멀티-스트링 NGL 회수 시스템의 하나 이상의 스트링이 제어된 절차로서 개별적으로 시동되고 통상적인 작동까지 온다는 점이다. 따라서, 제 1 압축기 연속 스트림 (25a, 25b) 의 경로의 2 개의 스로틀 제어 밸브 (32a, 32b) 는, 제 1 바이패스 스트림 (60) 의 유동의 감소와의 계산으로 제 1 압축기 (12a, 12b) 로의 각각의 압축기 공급 스트림 (10a, 10b) 의 도입의 제어를 허용한다. 2 개의 스로틀 밸브 (32a, 32b) 는, 시동 동안 그리고 스트링의 어떤 트립핑 이후에 가장 일반적으로 발생할 수 있는 특히 각각의 제 1 압축기 (12a, 12b) 의 스톤월 부근에서의 제 1 압축기 (12a, 12b) 각각의 배출물의 압력을 제어할 수 있다.
이렇게 하여, 제 1 바이패스 라인 (60) 의 스트림의 압력은 제 1 압축기 (12a, 12b) 각각의 시동을 함께 또는 독립적으로 방해하지 않는다. 이런 구성은, 스톤월 영역에서 작동하는 일 없이, 제 1 압축기를 통한 최대 전방 유동을 보장하는 것 (그리고, 따라서 과열이 없는 것) 을 추구한다.
멀티-스트링 NGL 회수 시스템의 추가의 이점은, 제 1 압축기 (12a, 12b) 중 하나 이상이 다른 제 1 압축기로부터 분리될 수 있어 제 1 압축기 (12a, 12b) 사이의 상호작용을 감소시킨다는 점이다.
당업자는, 본 발명이 첨부된 청구항의 범위 내에서 많은 방식으로 변형될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다.

Claims (18)

  1. 적어도 이하의 단계를 포함하는 제 1 압축기를 제어하는 방법:
    (a) 압축기 공급 스트림을 제공하는 단계;
    (b) 제 1 압축된 스트림을 제공하기 위해 압축기 공급 스트림을 제 1 입구 및 제 1 출구를 구비하는 제 1 압축기를 통해 지나가게 하는 단계;
    (c) 적어도 2 개의 측정값을 제공하기 위해, 압축기 공급 스트림의 압력 (P1), 압축기 공급 스트림의 유동 (F1), 제 1 압축된 스트림의 압력 (P2) 및 제 1 압축된 스트림의 유동 (F2) 으로 구성되는 그룹 중 적어도 하나의 압력 및 적어도 하나의 유동을 측정하는 단계;
    (d) 직렬 제 1 재순환 밸브를 포함하는 제 1 압축기 재순환 라인을 제 1 압축기 주위에 제공하는 단계;
    (e) 제어된 스트림을 제공하기 위해 제 1 압축된 스트림을 압축기 재순환 라인의 하류에 있는 스로틀링 밸브를 통해 지나가게 하는 단계;
    (f) 압축기 공급 스트림의 일부가 제 1 바이패스 라인을 통해 제 1 압축기 및 스로틀링 밸브를 선택적으로 우회할 수 있게 하는 단계; 및
    (g) 제 1 압축된 스트림의 압력을 감압시키고 그리고 제 1 바이패스 라인에서의 압력에 대하여 제 1 압축된 스트림의 압력을 자동 조절하기 위해 단계 (c) 의 측정값을 사용하여 스로틀링 밸브를 자동으로 제어하는 단계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (c) 의 측정값의 사용은 제 1 압축기의 초크 라인에 대하여 제 1 압축기의 작동을 결정하는 단계를 포함하는, 제 1 압축기를 제어하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    (h) 단계 (c) 의 측정값을 사용하여 직렬 제 1 재순환 밸브를 자동으로 제어하는 단계를 더 포함하는, 제 1 압축기를 제어하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 단계 (c) 의 측정값의 사용은 제 1 압축기의 서지 라인에 대하여 제 1 압축기의 작동을 결정하는 것을 포함하는, 제 1 압축기를 제어하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제 1 바이패스 라인의 제 1 바이패스 스트림을 제어된 스트림과 선택적으로 조합시키는 단계를 더 포함하는, 제 1 압축기를 제어하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제어기 (XC) 를 사용하여 단계 (c) 의 측정 및 단계 (g) 의 제어를 조화시키는 단계를 더 포함하는, 제 1 압축기를 제어하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    (ⅰ) 압축기 공급 스트림의 압력 (P1) 및 유동 (F1);
    (ⅱ) 압축기 공급 스트림의 압력 (P1) 및 제 1 압축된 스트림의 유동 (F2);
    (ⅲ) 압축기 공급 스트림의 유동 (F1) 및 제 1 압축된 스트림의 압력 (P2); 및
    (ⅳ) 제 1 압축된 스트림의 압력 (P2) 및 유동 (F2) 으로 구성되는 그룹 중 적어도 하나를 측정하는 단계를 포함하는, 제 1 압축기를 제어하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기 공급 스트림은, 압축기 공급 스트림인 경질 오버헤드 스트림 및 중질 바닥 스트림으로 분리되는 혼합된 탄화수소 스트림으로부터 제공되고, 상기 혼합된 탄화수소 스트림은 이 스트림의 분리 상류에서 혼합 상 탄화수소 스트림을 제공하기 위해 팽창기에서 팽창되며, 팽창기 및 제 1 압축기는 공통 구동축에 의해 기계적으로 상호연결되는, 제 1 압축기를 제어하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    혼합된 탄화수소 스트림을 적어도 2 개의 부분-스트림으로 분할하는 단계를 포함하고,
    상기 혼합된 탄화수소 스트림을 팽창시키는 것은 팽창기를 통해 각각의 상기 부분-스트림을 팽창시키는 것과 혼합-상 탄화수소 스트림을 제공하기 위해 각각의 부분-스트림의 유출유동을 조합시키는 것을 포함하는, 제 1 압축기를 제어하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기 공급 스트림은 2 개 이상의 부분-공급 스트림으로 분할되어, 2 개 이상의 제 1 압축기를 통해 지나가서 2 개 이상의 제 1 압축된 스트림을 제공하고, 2 개 이상의 스로틀링 밸브를 통해 지나가서 2 개 이상의 제어된 스트림을 제공하며; 그리고
    상기 단계 (b), (e), 및 (g) 는 각각의 부분-공급 스트림, 각각의 제 1 압축된 스트림, 및 각각의 스로틀링 밸브에 대해 실행되는, 제 1 압축기를 제어하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 2 개 이상의 제어된 스트림은 제 2 압축기를 통해 지나가는 조합된 제 2 압축기 공급 스트림을 제공하기 위해 조합되는, 제 1 압축기를 제어하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (j) 제 2 압축된 스트림을 제공하기 위해 제 2 압축기를 통해 제어된 스트림을 지나가게 하는 단계; 및
    (k) 제 2 압축기 재순환 라인, 직렬 제 2 재순환 밸브를 제공하는 단계를 더 포함하는, 제 1 압축기를 제어하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 압축기 재순환 라인은 1 개 이상의 제 2 압축기 재순환 냉각기들을 포함하는, 제 1 압축기를 제어하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    액화된 탄화수소 스트림을 제공하기 위해 제 2 압축된 스트림의 적어도 일부를 추가로 냉각 및 액화시키는 단계를 더 포함하는, 제 1 압축기를 제어하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 액화된 탄화수소 스트림은 LNG 인, 제 1 압축기를 제어하는 방법.
  16. 적어도 이하의 단계를 포함하는 초기 탄화수소 스트림을 냉각시키는 방법:
    (ⅰ) 안정화된 응축물 스트림 및 혼합된 탄화수소 스트림을 제공하기 위해 초기 탄화수소 스트림을 분리기를 통해 지나가게 하는 단계;
    (ⅱ) 혼합된 탄화수소 스트림을, 압축기 공급 스트림으로서의 경질 오버헤드 스트림 및 중질 바닥 스트림으로 분리하는 단계;
    (ⅲ) 제어된 스트림을 제공하기 위해, 압축기 공급 스트림을 제 1 압축기 및 그 후에 스로틀링 밸브를 통해 지나가게 하고, 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 규정된 방법을 이용하여 제 1 압축기를 제어하는 단계;
    (ⅳ) 압축된 스트림을 제공하기 위해 제어된 스트림을 제 2 압축기를 통해 지나가게 하는 단계; 및
    (ⅴ) 냉각된 탄화수소 스트림을 제공하기 위해 제 2 압축된 스트림의 적어도 일부를 냉각시키는 단계.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 압축된 스트림의 적어도 일부를 냉각시키는 단계는 제 2 압축된 스트림의 적어도 일부를 액화시키는 것을 포함하고, 상기 냉각된 탄화수소 스트림은 액화된 탄화수소 스트림을 포함하는, 초기 탄화수소 스트림을 냉각시키는 방법.
  18. 적어도 이하를 포함하는 제 1 압축기를 제어하기 위한 장치:
    제 1 압축된 스트림을 제공하기 위해 제 1 압축기의 제 1 입구와 제 1 출구 사이에서 압축기 공급 스트림을 압축하는 제 1 압축기;
    적어도 2 개의 측정값을 제공하기 위해, 압축기 공급 스트림의 압력 (P1), 압축기 공급 스트림의 유동 (F1), 제 1 압축된 스트림의 압력 (P2) 및 제 1 압축된 스트림의 유동 (F2) 으로 구성되는 그룹 중 적어도 하나의 압력 및 적어도 하나의 유동을 측정할 수 있는 적어도 2 개의 측정기;
    제 1 압축기 주위의 직렬 제 1 재순환 밸브를 포함하는 압축기 재순환 라인;
    제어된 스트림을 제공하기 위해, 제 1 압축된 스트림을 수용하는 압축기 재순환 라인의 하류의 스로틀링 밸브;
    압축기 공급 스트림의 일부가 제 1 압축기 및 스로틀링 밸브를 우회할 수 있게 하는 제 1 바이패스 라인; 및
    제 1 압축된 스트림의 압력을 감압시키고 그리고 제 1 바이패스 라인에서의 압력에 대하여 제 1 압축된 스트림의 압력을 자동 조절하기 위해 상기 측정기의 측정값을 사용하여 스로틀링 밸브를 자동으로 제어하는 것.
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