用于燃气轮机设备的供气系统的压力调节装置的制作方法

本发明涉及一种用于燃气轮机设备的供气系统的压力调节装置。此外，本发明涉及一种用于燃气轮机设备的供气系统，以及涉及一种用于对气体进行压力调节的方法。

背景技术：

燃气轮机用作为用于通过燃烧气态燃料产生电流的燃气轮机设备的部分，所述燃料例如是天然气。在此，燃气轮机借助于燃料运行并且所述燃气轮机本身驱动一个或多个发电机。在将天然气流用于运行燃气轮机时尤其考虑天然气的入口压力。因为燃气开采地点通常远离消费者的地区，所以相应的送货是必需的。为此，将燃气首先压缩至高的运输压力并且气压仅在相应的消费位置处设定为需要的入口压力值。所述入口压力通常不是恒定的，而是波动的。

为了应对所述问题，在常见的实践中使用压力调节装置，所述压力调节装置能够在一个或多个调节线路中与入口压力的波动无关地将燃气的压力保持在预设的极限之内。为了运行燃气轮机，例如需要在36巴和40巴之间的范围中的运行压力。

在此，至今为止的设计方案提出，用于对燃气轮机设备进行供气的压力调节装置配设有两个并联连接的调节系统。调节系统中的一个调节系统构成为减压单元，所述减压单元将流入的燃气的压力限制为预先设定的值。压缩机设备用作为第二调节系统，所述压缩机设备用于压缩燃气并且在需要时、即当预期或已经记录到不期望的压力降时能够借助于所述压缩机设备再次提高燃气的压力。通过这两种调节系统的组合可行的是，对于所有气体输入条件在燃气轮机的入口设定需要的运行压力。

不仅压力调节装置的纯减压运行(即在流入的燃气的进气压力高时仅运行减压单元)而且纯压缩运行(即在流入的燃气的进气压力低时仅运行压缩机设备)是能够相对简单地控制的，然而在两个调节系统之间的切换阶段至今为止是成问题的。因为并联连接的调节系统在共同的收集器中工作，所以所述调节系统在切换阶段期间、即当在减压运行和压缩运行之间切换时相互影响。

因此，在从减压单元到压缩机设备的切换过程期间，所述压缩机设备仅能够在其能够“推开”减压单元或抑制减压运行时确保燃气的期望的压缩。在反方向的切换过程期间，只有当在压缩机设备方面不再存在压缩机压力时，减压单元才能够再次恢复运行。

然而，除了维持所调节的进气压力以外，燃气轮机也需要限制在进气系统中的压力梯度。因此，用于燃气轮机的供气系统的压力调节装置也必须构成为，使得尤其在切换过程期间避免压力冲击。

因此，在常规的压力调节装置中，调节系统、即尤其压缩机设备和减压单元配设有截止阀和自有介质操纵的调节阀，所述截止阀和调节阀在切换阶段期间以适宜的方式共同作用。例如，在压缩机设备的出口侧上能够设有发动机驱动的截止阀，其中在压缩机设备的出口侧上的压力用作为自有介质操纵的调节阀上的排气压力，所述调节阀使用在减压单元中。在从减压运行切换到压缩运行时，打开截止阀，同时由于目前升高的排气压力而关闭调节阀。相反，在关闭压缩机设备的截止阀时打开调节阀。然后，通过截止阀的和调节阀的响应时间来确定系统动态，并且能够仅通过选择适合的可用的阀来优化。然而并不会涉及在切换阶段期间的调节的或恒定的压力梯度。

在之前描述的压力调节装置中还存在如下必要性：即将压缩机设备的压力设定值选择为高于减压单元的压力设定值。在此，所需的压差基本上从在压力调节装置中所使用的阀门(Armaturen)的设备参数算出。压缩机设备的所需的压力设定值为高于减压单元的压力设定值大约3巴至4巴。由于这种压力过度升高，能够在切换阶段中停止运行减压单元(关闭调节阀)，进而在前置系统中确保对于运行燃气轮机设备而言足够稳定的、适宜水平的运行压力。

然而，由于在减压单元的设定值和压缩机设备的设定值之间的大约3巴至4巴的必需的压差，在压缩机设备中的燃气原则上被压缩至如下压力：该压力高于对于运行燃气轮机所需的压力。压缩机设备设计为用于如下压力：该压力高于燃气轮机的实际所需的运行压力3巴至4巴。

技术实现要素：

据此，本发明的第一目的是，提供一种相对于现有技术改进的用于燃气轮机设备的供气系统的压力调节装置。

本发明的第二目的是，提供一种具有相应的压力调节装置的供气系统。

本发明的第三目的是，提出一种用于气体的、尤其是用于燃气的压力调节的方法，所述方法利用改进的压力调节装置的优点。

根据本发明，本发明的第一目的通过用于燃气轮机设备的供气系统的压力调节装置实现，所述压力调节装置包括：减压单元，所述减压单元用于对流入的气体、尤其燃气进行减压；与减压单元并联连接的压缩机设备，所述压缩机设备用于压缩流入的气体；以及设置在减压单元的出口侧上的调节阀门，经由所述调节阀门能够将减压单元在出口侧上与压缩机设备流体分离。

在第一步骤中，本发明基于如下实际情况：由于在切换阶段期间所需的在压缩机设备的设定值和减压单元的设定值之间的压差，需要不必要的高的压缩机功率，所述压缩机功率引起不必要的附加成本，并且不期望地提高用于运行压力调节装置的能量需求。

在第二步骤中，本发明基于如下考虑：当在切换阶段期间防止用于压力调节的调节系统、即减压单元和压缩机设备相互影响时，能够取消对于压缩机设备至今为止所需的压力过度升高。

在第三步骤中，本发明认识到：这能够通过调节系统的可流体分离性实现，所述可流体分离性能够以简单且有效的方式通过将设置在减压单元的出口侧上的调节阀门集成到压力调节装置中来实现。通过这种调节阀门能够在需要时将减压单元在出口侧上与压缩机设备隔绝。

在从减压运行到压缩运行的切换阶段期间，在减压单元的出口侧上的压力能够缓慢地且受控制地降低，并且在压缩运行中，第一调节系统(减压单元)能够与第二调节系统(压缩机设备)分离。由此实现：压缩机设备尤其在切换阶段中不必抑制减压单元的功能，使得压缩机压力整体上能够设定为比至今为止更低。

由于压缩机设备的所需的出口压力较小，需要较小的压缩机功率，由此能够减少压缩机设备的运行成本。按照粗略计算，在基于16kg/s的燃气轮机设备的典型的消耗的情况下，在约20巴的入口压力以及30巴至40巴的最终压力下，在压缩机设定值降低3巴的数值时，压缩机设备的驱动功率降低大约300kW。因此，在多级的压缩机设备中，例如能够取消一个压缩机级。

此外，不再需要特定的防回流的、耐排气压力的调节阀门，该调节阀门至今为止用作为压缩机设备和减压单元中的调节阀门。因为在压缩机设备的运行中，通过将调节阀门设置在出口侧上，减压单元能够完全与其余的系统分离，所以从现在起能够采用更具成本效益的且更便于操作的调节阀门。

从减压运行到压缩运行的以及反向的受控制的切换能够通过选择适合的用于操纵调节阀门的关闭或打开规则、意即经由在连接于下游的管道系统中的压力梯度以简单的方式来调节。为此，调节阀门经由伺服驱动装置相应地操控。换言之，调节阀门在切换阶段期间能够实现在连接于下游的管道系统中的、即在压缩机设备的和减压单元的出口侧上的压力梯度的可设定性。

在压力调节装置的一个优选的改进方案中，减压单元和压缩机设备在出口侧上经由T形分支件引入共同的收集管路中，其中调节阀门设置在减压单元和T形分支件之间。在该部位处，在切换阶段期间能够在维持预设的压力梯度的情况下在技术上相对简单地且可控制地实现减压单元与压缩机设备的分离。

在本发明的一个有利的设计方案中，压缩机设备中的压力设定值基本上对应于减压单元中的压力设定值。如果减压单元构成为具有主调节线路和备用调节线路，那么压缩机设备中的压力设定值优选对应于减压单元中的压力设定值，即对应于为备用调节器预设的值。换言之，压缩机设备的最终压力处于减压单元的压力水平，通过集成的调节阀门能够取消至今为止必需的、在两个调节系统之间的压差的设定。

适宜地，调节阀门构成为调节球阀。调节球阀特别适合于小的压差，如在切换阶段中在减压单元和压缩机设备之间所存在的压差。调节球阀在打开的状态下的压力损耗是近似为零的。

优选地，减压单元包括两个并联连接的冗余的压力调节线路。在此，优选将压力调节线路中的一个压力调节线路用作为主调节器，以及将另一压力调节线路用作为备用调节器。为此，备用调节器设定到如下压力值：该压力值低于主调节器的压力设定值。只要主调节器按照规定地工作并且在主线路中没有出现其他干扰，那么排气压力处于如下范围中：在该范围中备用调节器例如经由在该处使用的自有介质操纵的调节阀而保持关闭。如果背压降低，那么在自有介质操纵的调节阀中自动地打开备用调节器。换言之，在一个优选的设计方案中，两个调节线路按照等级相对于彼此设定，其中压力设定值不同。

根据本发明，本发明的第二目的通过一种用于燃气轮机设备的供气系统实现，所述供气系统包括：供气部；上文所述的压力调节装置，所述压力调节装置与供气部流体耦联；和通向燃气轮机设备的进气管路，所述进气管路与压力调节装置流体耦联。

所提出的供气系统能够通过在减压运行中的燃气的减压和在压缩运行中的燃气的压缩之间的受控制地切换来实现提供在适宜的压力水平上的燃气，以用于以相对低的成本和能量耗费在燃气轮机中持续地燃烧。

优选地，处理级接入供气部中，以及再处理级接入通向燃气轮机设备的进气管路中。处理级或再处理级用于将燃气例如在其温度方面或在杂质含量方面为了压力调节装置和燃气轮机设备相应地进行处理。

在一个有利的设计方案中，处理级包括过滤单元和/或预热单元。处理级连接在压力调节装置上游。在此，过滤单元用于预先清洁燃气，例如通过移除不期望的颗粒来清洁燃气。在预热单元中将已预先清洁的燃气为了避免在膨胀时冷凝的目的而预热并且最终输送给减压单元和压缩机设备，以设定压力调节装置、即减压单元和压缩机设备的期望的压力，其中所述预热单元适宜地流体连接在过滤单元下游。

在经过压力调节装置之后，将燃气输送给连接在压力调节装置下游的再处理级。再处理级优选同样包括过滤单元和/或预热单元。在压力调节之后，将燃气再一次进行处理(或再处理)，并且为此所述燃气被进一步清洁和加热，其中在再处理的情况下在预热之后适宜地进行在过滤单元中的最后的清洁。附加地，能够在预热单元中影响燃气轮机设备的效率以及设定沃伯指数，即热值和相对密度的平方根之间的比值。

其他对于压力调节装置及其有利的改进方案所提及的优点能够符合意义地传递到供气系统上。

根据本发明，本发明的第三目的通过一种用于对气体进行压力调节的方法实现，所述气体尤其是燃气轮机设备的燃气，其中将气体输送给减压单元的和/或与所述减压单元并联连接的压缩机设备，其中在减压运行中经由压减压单元引导气体，其中在压缩运行中经由压缩机设备引导气体，并且其中在减压运行和压缩运行之间的切换阶段期间操纵调节阀门，所述调节阀门将减压单元在出口侧上与压缩机设备分离。

借助于这种方法能够确保，在减压运行和压缩运行之间的切换阶段期间维持对于压力值和对于压力梯度预设的极限值。为此，在切换阶段期间借助于相应的打开或关闭规则操纵调节阀门，使得减压单元和压缩机设备以特定的和确定的方式在共同的收集器中共同作用或者流体连接于所述收集器或与所述收集器分离。调节阀门的设置尤其能够实现：以如下压力设定值运行压缩机设备：该压力设定值对应于减压单元的最小压力设定值，对此参考用于压力调节装置的相应的实施方案。

在将燃气输送到上文描述的压力调节装置中时，所述燃气流过减压单元和/或流过与所述减压单元并联连接的压缩机设备。在减压单元之内，流入的燃气降低至预先设定的压力值。在设备入口压力不期望地降低为低于预设值的情况下，启动压缩机设备，以便将压力再次提高至对于压缩机设备预设的压力设定值。相应地，在设备入口压力升高时从压缩运行再次切换为减压运行。在压缩运行和减压运行之间的切换阶段期间如已经描述的那样以不期望的方式和方法影响这两个调节系统，这能够通过使用调节阀门来避免。

在一个有利的改进方案中，将调节阀门在从减压运行到压缩运行的切换阶段期间关闭并且在压缩运行期间保持关闭。更优选地，将调节阀门在从压缩运行到减压运行的切换阶段期间打开并且在减压运行期间保持打开。优选地，在切换阶段期间操纵调节阀门，以维持在连接于下游的管道系统中的压力梯度的预设范围。

由于在切换阶段期间操纵调节阀门，能够取消通过压缩机设备引起的压力过度升高。优选地，将压缩机设备的压力相应地设定为如下值：该值基本上对应于在减压单元中减压的气体的最小压力值。

适宜地，将气体在进入压力调节单元之前在处理级中进行处理。优选地，处理级包括过滤单元和/或预热单元。

更优选地，将从压力调节装置中排出的气体输送给再处理级。所述再处理级同样适宜地包括过滤单元和/或预热单元。在经过再处理级之后，将气体随后适宜地经由进气管路输送给燃气轮机设备。

附图说明

在下文中，详细阐述本发明的实施例。在此示出：

图1示出压力调节装置的作为燃气轮机的供气系统的部分；以及

图2示出具有根据图1的压力调节装置的供气系统。

具体实施方式

图1示出作为用于燃气轮机设备5的供气系统3的部分的压力调节装置1。压力调节装置1包括：第一调节系统，即减压单元7；和第二调节系统，即压缩机设备9，所述第一调节系统和第二调节系统彼此并联连接。

为了设定燃气的压力，将所述燃气在相应的处理之后输送给减压单元7，随后参考图2详细阐述所述处理。

减压单元7包括两个并联连接的压力调节线路13、15，所述压力调节线路分别包括优选自有介质操纵的调节阀16、两个安全截止阀17和两个可手动操纵的截止阀门19。在此，第一压力调节线路13的压力设定值例如设定为36巴的值，以及第二减压级15的压力设定值设定为35巴的值。相应地，第一压力调节线路13作为主调节器工作，以及第二压力调节线路15作为备用调节器工作。在正常运行中，第二调节线路15的自有介质操纵的调节阀16由于由第一调节线路13引起的较高的排气压力而保持关闭。

压缩机设备9包括压缩机部分20、自有介质操纵的调节阀16、两个安全截止阀17以及两个发动机操纵的截止阀门21。压缩机设备9设定到下述压力设定值，所述压力设定值对应于减压单元7的第二调节线路15的压力设定值、在此为35巴。

压缩机设备9和减压单元7在出口侧上供应到共同的收集器22中。经由T形分支件23将收集器22连接到燃气轮机设备5上。

如果设备入口压力低于极限压力，那么通过打开发动机驱动的截止阀门21来接入压缩机设备9，其中低于所述极限压力减压运行不再是可行的。减压单元7必须停止运行。为了在所述切换阶段中在出口侧上实现限定的压力值而不存在任何压力冲击，根据预设的关闭规则关闭设置在减压单元7和T形分支件23之间的调节阀门24。在压缩运行期间，所述调节阀门24保持关闭。

相反，在从压缩运行到减压运行的切换阶段中，根据预设的打开规则打开调节阀门24，同时关闭发动机驱动的截止阀21，并且所述调节阀门在减压运行期间保持打开。

在图2中示出具有根据图1的压力调节装置1的供气系统3。为了运行燃气轮机设备5，从管道29起经由构成为进气管路的供气部31将燃气、在此为天然气输送给处理级33。处理级33包括过滤单元35和预热单元37。在过滤单元35中清洁天然气，以及最后在连接于过滤单元35下游的预热单元37中预热天然气。

随后，将天然气经由另一进气管路38输送给压力调节装置1，以设定期望的压力。在此，如在图1中详尽描述那样，减小在减压单元7中的天然气的压力和/或将所述压力在压缩机设备9中压缩至期望的压力。

在经过压力调节装置1之后，将天然气经由进气管路39输送给再处理级41。在再处理级41中，将天然气在预热器43中再次预热，并且然后输送给另一过滤单元45，以进行最后的清洁。然后，从过滤单元45起，将天然气经由进气管路47输送给燃气轮机设备5的燃气轮机49，并且所述天然气在该处能够用于产生电能。