用于有效地管理气体条件中的改变的气体处理系统与方法

用于有效地管理气体条件中的改变的气体处理系统与方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于根据压缩系统的操作条件与操作模式有效地管理气体的压缩的系统与方法，其中此系统包括：增压压缩机；增压压缩机旁路；连接到增压压缩机和增压压缩机旁路的管道；用于根据当前操作条件将气体流选择性地引导到增压压缩机旁路或增压压缩机的装置；以及连接到增压压缩机与增压压缩机旁路管道的基准压缩机。
【专利说明】
用于有效地管理气体条件中的改变的气体处理系统与方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2015年4月30日提交的标题为"A GAS HANDLING SYSTEM AM) METHOD FOR EFFICIENTLY MANAGING CHANGES IN GASEOUS CONDITIONS" 的美国专利申请 No. 62/155129的优先权与权益，其内容通过引用的方式包含于此。
技术领域
[0003] 下面涉及用于气体处理系统的系统与方法，并且更具体地说涉及具有操作效率增 加的气体压缩系统的液化天然气(LNG)或液化石油气（LPG)气体处理系统与用于管理气体 处理系统的环境条件中的变化的方法。
【背景技术】
[0004] 可以利用低温冷却技术通过将天然气或石油气冷却成液态来制造液化天然气 (LNG)与液化石油气(LPG)。通过在低温温度下将气体冷凝成液体，LNG或LPG可以存储在箱 或储存器中，作为液体保持并且输送长距离到期望的最终目的地，在那里该LNG或LPG可以 通过消耗气体的设备或车辆再汽化、加压和使用。
[0005] 为了管理、使用或输送存储在存储箱与储存器中的液化气体，LNG或LPG可能需要 经历一个或多个压缩步骤努力使LPG或LNG增加到使用LNG或LPG的系统的操作压力。当前的 压缩方法与系统被认为是效率低的。低效率系统与方法依赖单个压缩机来处理全部压缩工 作载荷以将LNG或LPG压缩到期望的压力。已知利用LNG或LPG系统的系统的操作条件在任意 特定瞬间都根据由这些复杂LNG或LPG系统使用的操作模式显著地改变。在利用单个压缩机 来处理气体的管理的系统下，必须安装能够处理LNG或LPG到压缩系统的期望最大输入并且 将其压缩到最大要求压力的压缩机。如果利用不能处理操作条件可能发生的全部可变改变 的压缩机，该单个压缩机可能被压倒并且不能处理操作条件中的最极端变化，并且由此不 能在全部条件下充分地操作。
[0006] 在依靠单个压缩机来处理较大体积的LNG或LPG的系统中，压缩机的尺寸可能非常 大并且与较小压缩机相比使用更多能量来操作。此外，当对于系统的每个操作模式来说单 个压缩机是仅有的可用选择时，压缩机必须在连续工作而不能够进入低功率或节能状态。 由于尺寸过大、功率过大的压缩机一直在操作，即使在较小、更加节能的压缩机将会满足的 正常操作条件期间，气体压缩系统连续运行可能也是尤其低能效的。
[0007] 由此，需要能够根据当前的操作条件动态地调节使用的压缩机、降低系统中的压 缩机的总操作能量要求以及增加 LNG或LPG压缩的效率的气体处理系统与方法。

【发明内容】

[0008] 本公开的第一方面涉及气体压缩系统，其包括增压压缩机、增压压缩机旁路管道、 连接到增压压缩机与增压压缩机旁路管道的管道，其中管道根据当前操作条件将气体流选 择性地引导到增压压缩机旁路或增压压缩机，以及连接到增压压缩机与增压压缩机旁路管 道的基准压缩机。
[0009] 本公开的第二方面涉及用于压缩气体的方法，包括步骤:提供增压压缩机;提供增 压压缩机旁路;从第一操作模式或第二操作模式中选择操作模式，其中第一操作模式将气 体引导通过增压压缩机旁路并且第二操作模式将气体引导到增压压缩机，将此气体压缩成 压缩气体，并且对于两种模式来说都提供基准压缩机以接收来自增压压缩机旁路的气体或 者来自增压压缩机的压缩气体并且通过基准压缩机压缩气体或压缩气体。
[0010] 通过下面的详细公开结合附图将更加容易理解并且完全了解构造与操作的上述 与其它特征。
【附图说明】
[0011] 将参照下面的附图详细地描述实施方式中的一些，其中相同的附图标记指示相同 的构件，其中：
[0012] 图la描述了气体压缩系统的一个实施方式的示意图；
[0013] 图lb描述了图la的气体压缩系统的另选实施方式的示意图；
[0014] 图2描述了气体压缩系统的另一个另选实施方式的示意图；
[0015] 图3描述了气体压缩系统的又一个另选实施方式的示意图；
[0016]图4描述了气体压缩系统的计算系统的一个实施方式；以及
[0017] 图5描述了包括多个增压压缩机的另选气体压缩系统的示意图。
【具体实施方式】
[0018] 下文描述的公开的装置、方法与系统的实施方式的详细描述在这里通过示例且不 限定的方式参照附图提出。尽管已经详细地示出和描述了一些实施方式，应该理解的是在 不偏离所附权利要求的范围的情况下可以作出多种改变与修改。本公开的范围将绝不限制 于组成部件的数量、其材料、其形状、其相关布置等，并且仅作为本公开的实施方式的实例 公开。
[0019] 作为详细描述的前序，应该指出的是，如在此说明书与所附权利要求中使用的，除 非内容另外地清楚地指出，否则单数形式"一个"、"一"和"该"包括复数项。
[0020] 参照附图，图la的示意图描述了压缩系统100,其可以实施或者集成在系统中用于 管理、控制、使用、输送或运送诸如来自LNG或LPG系统的气体。在下面描述以及在本申请的 附图中描述的压缩系统的实施方式可以应用到多种不同类型的天然气、LNG或者LPG系统， 包括但不限于LNG或者LPG载体，包括LNG/LPG载体推进系统、再液化系统与LPG或LNG发送系 统，以及LNG/LPG工厂的液化或净化设施。下面描述的压缩系统的实施方式还可以集成在用 于其它具有利用天然气、石油气驱动的发动机的LPG或LNG车辆的系统中，以及加油站或用 于将LNG或LPG输送到载体、车辆与消费者的设施。
[0021] 参照图la，压缩系统100的实施方式可以经由管道101接收压缩或未压缩天然气流 或石油气流。管道101可以输送来自诸如储存器或存储箱的源的天然气流或石油气流。在一 些实施方式中，储存器或存储箱可以填充以LNG或LPG。在其它实施方式中，进入压缩系统 100的气体源可以在经由管道101到达压缩系统100以前从可能利用LNG或LPG的上游处理或 系统进入压缩系统100。当气体通过管道101进入压缩系统100时，该气体可以到达交叉点 102,在那里气体可以进入增压压缩机105或者气体可以进入增压压缩机旁路103。进入增压 压缩机旁路103的气体可以避开增压压缩机105。
[0022] 压缩系统100的实施方式可以利用增压压缩机103的使用以便在特定操作条件过 程中避免增压压缩机105的使用。例如，在经由管道101进入系统100的气体在没有增压压缩 机105协助的情况下能够通过系统100充分地压缩与管理的操作条件下，可以绕过增压压缩 机105。能够在不启用增压压缩机105或补充默认压缩系统100的压缩能力的其它辅助装置 的情况下通过系统100管理的条件，可以称作为基准条件。
[0023] 基准条件的实施方式可以是关于压缩系统100的环境的用户定义值或系统定义 值，或值的范围，其中此系统可以在不利用诸如增压压缩机105的其它辅助设备的情况下充 分地操作。基准条件可以根据压缩系统100实施方式的设定以及设置在压缩系统内的设备 的整体能力改变。各系统实施方式的整体能力都可以根据压缩系统的构造与执行压缩系统 的功能的设备而改变。
[0024] 使用者可以根据压缩系统可以能够在其下操作的环境条件不同地构造公开的压 缩系统的实施方式的基准条件。当构造基准条件时使用者可能考虑的环境条件可以包括变 量的值或值的范围，这些变量包括但不限于进入系统1〇〇的气体的体积、系统的温度、气体 的温度、操作时间、一组时间间隔、压缩系统内的默认设备的能量消耗以及在基准条件下的 装置的最大操作能力。
[0025] 此外，可以利用布置在压缩系统100内的一个或多个传感器监控与测量压缩系统 100中的环境条件。例如，一个或多个压力传感器、热传感器、或温度传感器可以布置在压缩 系统100的管道内，以传输与操作环境的测量以及流动通过系统的气体的条件相关的环境 条件数据。在其它实施方式中，可以将一个或多个传感器装配或集成在基准压缩机109、增 压压缩机105、或者换热器111、112中以便确定系统100在基准条件内操作。在一些实施方式 中，通过压缩系统100内的传感器接收的数据可以传输到由压缩系统100的操作者或管理员 使用、维护或观察的诸如控制面板或一体机的计算系统。
[0026] 图4示出了根据本公开的实施方式的用于接收与气体压缩系统的环境条件相关的 传输数据与信息以及启用一个或多个操作模式的计算机系统490。计算机系统490可以包括 处理器491、联接到处理器491的输入装置492、联接到处理器491的输出装置493、以及各自 联接到处理器491的存储装置494和495。输入装置492可以尤其是键盘、鼠标等。输出装置 493可以，尤其是打印机、绘图机、电脑屏幕、磁带、移动硬盘、软盘等。存储装置494和495可 以尤其是，硬盘、软盘、磁带、光学存储，诸如光盘(CD)或数字视频光盘(DVD)、动态随机存取 存储器(DRAM)、只读存储器(ROM)等。存储装置495可以包括计算机代码497,其可以是包括 计算机可执行指令的计算机程序。计算机代码497包括可以记录与显示气体压缩系统内部 的环境条件的软件或程序指令并且可以响应于提供给计算系统的环境条件数据进一步选 择性地启用在本公开中描述的操作模式中的一个或多个。处理器491执行计算机代码497。 存储装置494包括输入数据496。输入数据496包括由计算机代码897需要的输入。输出装置 493显示从计算机代码497的输出。存储装置494或495(或者在图4中未示出的一个或多个其 它存储装置)或者二者都可以用作计算机可用存储介质（或者程序存储装置），其具有体现 在其中的计算机可读程序和/或具有存储在其中的其它数据，其中计算机可读取程序包括 计算机代码497。通常来说，计算机系统490的计算机编程产品（或者，另选地，制品）可以包 括所述计算机可使用存储介质(或者所述编程存储装置）。
[0027] 尽管图4将计算机系统490描述为硬件与软件的特定构造，如本领域中的技术人员 将会了解的，硬件与软件的任意构造都可以出于上述目的结合图4的特定计算系统490使 用。例如，存储装置494和495可以是单个存储装置的部分而不是分开的存储装置。
[0028] 在一些实施方式中，不是从硬驱动、光盘或者其它可写入、可重新写入、或者可移 除硬件存储装置495存储与读取，而是存储的计算机程序代码497可以存储在静态、非可移 除、只读存储介质上诸如只读存储(ROM)装置，或者可以通过处理器491直接地从这种静态、 非可移除、只读介质读取。类似地，在一些实施方式中，存储的计算机编程代码497可以作为 计算机可读取固件存储，或者可以通过处理器491直接地从此固件读取，而不是从诸如硬驱 动或光盘的更加动态或可移除硬件数据存储装置595读取。
[0029] 压缩系统100的实施方式可以包括多个操作模式。此多个操作模式可以根据压缩 系统中的设备的构造改变。在具有更加复杂构造的实施方式中，操作模式的数量可能比更 简单或者不那么复杂的系统更大。该多个操作模式还可以根据压缩系统经历的操作条件的 改变或波动而改变。例如，当在压缩系统中存在特定的操作条件时，在压缩系统1〇〇的操作 过程中经历广泛操作条件的系统可以包括可以选择的更多操作模式。在操作条件中经历较 少变化的压缩系统100的类似实施方式可以编程为具有更加有限数量的操作模式。在一些 实施方式中，接收来自传感器的数据的计算系统、控制面板或一体机可以响应于由存在于 气体压缩系统中的一个或多个传感器记录的环境条件的改变自动地选择与启用下面描述 的操作模式中的一个或多个。在另选实施方式中，气体压缩系统的使用者或管理人可以响 应存在于气体压缩系统中的环境条件中的改变手动地选择这里描述的操作模式并且传输 到接收与监控由一个或多个传感器记录的环境条件的计算系统。
[0030] 在一些实施方式中，当在系统内存在基准条件时可以选择默认操作模式。在基准 条件下操作的系统100的实施方式可以将此默认操作模式认为是其第一操作模式。在第一 操作模式中，通过管道101进入系统1〇〇的压缩或未压缩气体流可以选择性地引导为继续通 过旁路103并且避开增压压缩机105。通过在第一操作模式中避开增压压缩机，增压压缩机 105可以保持在低功率状态中或者关闭状态中，或者如果先前启用了，则从第二操作模式改 变返回到第一操作模式可以引起压缩系统执行将增压压缩机从启用状态切换到低功率状 态的步骤。在基准操作条件下避开增压压缩机105对于降低压缩系统100的能量消耗来说可 能是有用的。在离开旁路103以后，气体可以进入管道107。为了讨论与识别的目的，在本申 请中管道被单独地标记，然而一些实施方式中，管道101、103和107可以是经过这里描述以 及在图la至图3中描述的气体压缩的每个部件的一个连续管道。
[0031] 离开管道103并且沿着管道107输送的气体可以进入基准压缩机109的入口。基准 压缩机109可以是压缩系统100中在基准条件下可操作的任何压缩机。基准压缩机109可以 是在基准条件下在没有来自辅助设备的进一步协助的情况下操作进入与离开系统100的气 体的压缩与排放的压缩机。在一些实施方式中，基准压缩机可以称作为低功率压缩机。低功 率压缩机可以是单级压缩机或多级压缩机。存在于压缩系统中的此类小功率压缩机可以取 决于压缩系统100集成在其中的整个系统。例如，小功率压缩机可以具有一到四个级或更 多。例如，在使用蒸汽涡轮机推进系统的实施方式中可以具有1级小功率压缩机，然而双燃 料柴油电力(DFDE)推进系统，诸如用于LNG载体的这些，该小功率压缩机可以是2级或4级压 缩机。
[0032] 返回参见图la，进入基准压缩机109的入口的气体可以经历预先选择或预定量的 压缩以到达LNG、LPG或者压缩系统100作为其部分的任何其它系统的要求或期望的压力要 求。一旦基准压缩机内部的气体已经到达了适当的压缩等级，管道110中的压缩气体就可以 从压缩系统100排放并且进一步输送到期望的目的地、机器、发动机或者设备以便在压缩系 统100的下游进一步使用或存储。此外，管道110中的压缩气体可以离开出口并且进入另一 个压缩机的入口以便在压缩系统中进一步压缩。
[0033]基准压缩机109的实施方式可以是在LNG、LPG或者用于压缩目的的其它气体使用 系统内使用的任意类型的压缩机。使用的压缩机的实例可以包括诸如离心式压缩机或轴流 式压缩机的动力压缩机。可以在压缩系统100中使用的其它压缩机可以包括往复式压缩机 或回转式压缩机。往复式压缩机的类型可以包括但不限于膜片式压缩机、双动式压缩机或 单动式压缩机，而回转式压缩机的类型可以包括螺杆式压缩机、螺旋式压缩机、液环式压缩 机、涡旋式压缩机或滑片式压缩机。
[0034] 系统100的实施方式还可以包括第一操作模式之外的复数的一个或多个其它操作 模式。当描述系统1〇〇的基准条件的环境条件的一个或多个变量在由使用者或系统编程或 设定的值或值的范围以上或以下延伸时，可以单独地开始各个不同的操作模式。可以通过 名称或数字称呼不同操作模式中的每个。例如，每个随后的操作模式都可以称作为第二、第 三、第四、第五、第六等，或者通过描述性名称，诸如增压操作模式，低功率操作模式、补充操 作模式、液化操作模式、或者可以表示压缩系统使用的操作模式的目的的任何其它描述性 标题。
[0035] 可以响应压缩系统中存在的基准条件或环境条件中的不同变化而由压缩系统100 编程、选择或启用的操作模式的数量没有限制。在基准操作条件中的波动可以基于压缩系 统100连接的LNG、LPG或者其它气体系统的类型频繁地、不频繁地或者以设定间隔发生。 LNG、LPG的其它系统或者其它气体系统可以持续地启用或停用并且这些其它系统的作用可 以致使存在于压缩系统100中的环境条件的改变。响应于改变，压缩系统100可以通过触发、 启用、启动或执行编程为响应于压缩系统的环境变化而被启用的一个或多个不同操作模式 来进行响应。
[0036] 在压缩系统100内部的环境条件可能致使另一个操作模式启用的情况下，可以以 使用者或者系统自身手动或自动选定、设计或编程的方式启用连接到压缩系统1〇〇的其它 设备。例如，在一些实施方式中，第二或随后的操作模式可以启用增压压缩机105以通过压 缩引入到系统100中的气体协助基准压缩机109。增压压缩机105可以指可以提供气体压缩 系统中的压力临时增加以及超过在基准条件下操作的压缩机的能力的额外压缩以满足离 开气体压缩系统的压缩气体的目标压力的任何类型的压缩机。增压压缩机的实施方式排放 到另一个压缩机的入口或抽吸线中。系统100中的增压压缩机105的实施方式可以将由增压 压缩机105压缩的气体排放到基准压缩机109的入口中以便经由中间管道107进一步压缩。
[0037] 在系统100的一个或多个实施方式中，其中操作模式已启用，例如响应于气体压缩 系统100中存在的环境条件在预编程或预定值或值的范围以外，经由管道101到达系统100 的气体可以选择性地引导到前进到增压压缩机105,而不是在第一操作模式中使用的增压 压缩机旁路103。当气体进入增压压缩机105,它们可以被压缩到可以通过基准压缩机109管 理的中间压力。这一初级压缩步骤可以同时通过减少去往基准压缩机109的气体的体积以 及通过减小即将由基准压缩机执行压缩的总量来协助基准压缩机，以便满足排放到管道 110中的压缩气体的压力要求。随后，接收来自增压压缩机105排出口的中间压缩气体的基 准压缩机109可以进一步压缩气体以实现压缩系统100在管道110中的目标等级的压缩。
[0038] 例如，在基准条件下，当系统在特定温度或温度范围下操作时，系统100的第一操 作模式可以保持启用。当系统100的温度在编程用于基准条件的温度范围设定以上或以下 波动时，可以由气体压缩系统启动或启用第二操作模式。在此实例中，当温度升高超过基准 条件时，进入压缩系统100的气体的体积可能增加到超过基准压缩机109独自适当压缩以满 足LNG、LPG或其它气体系统的管道110中的要求排放压力的能力的等级。在一些实施方式 中，第二操作模式可以启动第二压缩机，诸如增压压缩机105,以补偿由于温度波动超过基 准条件导致的气体体积的升高。在此实施方式中，一旦启用增压压缩机105,增压压缩机105 就可以开始将进入压缩系统的气体压缩到由基准压缩机管控的中间压力。在一些实施方式 中，从增压压缩机105排放的压缩气体可以具有大于经由管道101进入压缩系统100的气体 的压力，但是小于最终排放压力110。接收从从增压压缩机105排放的压缩气体的基准压缩 机可以进一步压缩来自增压压缩机的排放气体以将压力进一步升高到气体处理系统的管 道110中的排放气体要求的压力。
[0039] 压缩系统100的实施方式可以动态地响应在其操作过程中的任意点处压缩系统 100内存在的环境条件的改变。如上所述，当限定环境条件的变量变化到设定为基准条件的 值或值的范围外部时，压缩系统1〇〇的实施方式可以进入一个或多个不同的操作模式。可以 通过选择性地启用第二或随后的操作模式以及随后在再次满足基准条件时返回到第一操 作模式发生对压缩系统100的环境条件中的变化的此动态响应。
[0040] 利用上面的温度实例，LNG或LPG系统的实施方式可以包括当需要时可以启用与停 用的再液化系统。在LNG或LPG系统的一个部分处的再液化系统的启用与停用可以实际上致 使通过管道101进入压缩系统100的气体的环境温度的升高与降低。在LNG或LPG系统的一些 实施方式中，再液化系统的启用可以导致进入压缩系统100的气体温度的升高并且此温度 的升高可以超过第一操作模式的基准条件。响应于包括可接受基准温度范围以上的温度的 环境条件，系统100的实施方式可以动态地启用第二操作模式以协助压缩系统。第二操作模 式可以串联地一起利用增压压缩机105与基准压缩机109以实现包含压缩系统100的气体处 理系统的管道110中的要求的排放压力。
[0041 ]随后，LNG、LPG或者其它气体处理系统可以使其连接到下游压缩系统的再液化系 统停用。再液化系统的停用可以致使到达位于再液化系统下游的压缩系统100的气体的温 度向回减小到基准条件内。响应于气体温度返回到预设或预先编程的基准条件的可接受范 围内，压缩系统100可以使停止在第二操作模式中操作并且返回到第一操作模式，这可以利 用增压压缩机旁路103绕过不需要的增压压缩机105。
[0042]压缩系统100的实施方式可以根据用作压缩系统的一部分的设备改变。例如，系统 100可以包括不同数量的阀124、125、126、128、开关或门121、123以及换热器或中冷器111、 112。集成在压缩系统100中的阀、开关、门、换热器或中冷器的类型、构造、位置、和/或数量 可以取决于与压缩系统100的实施方式连接的LNG、LPG或其它气体操作系统的目的。此外， 增压压缩机105或基准压缩机109的尺寸、级与能量消耗可以改变，并且由此需要的压缩机 的数量，以及通过多个换热器或中冷器提供到这些压缩机105、109的冷却的量也可以根据 需要改变以保持适当的操作条件或选择的操作模式。
[0043]在其它实施方式中，操作模式可以包括单独操作增压压缩机105,同时可以关闭基 准压缩机。例如，在压缩系统内部的环境条件可能造成此操作模式启用的条件下，经由管道 101到达系统100的气体可以前进到增压压缩机105,而不是利用在第一操作模式或其它操 作模式中使用的增压压缩机旁路103。当气体进入增压压缩机105时，此气体可以压缩到适 于以目标等级的压缩排放的压力，以在管道110中产生压缩气体。在气体绕过低功率基准压 缩机109的此实施方式中，气体可以经由管道107离开增压压缩机105,并且经由基准压缩机 旁路绕过基准压缩机，基准压缩机旁路构造为绕过基准压缩机1〇9(可以将其关闭）并且到 达排放压缩气体110的压缩系统的出口。
[0044]在如图lb中所示的压缩系统200的另选实施方式中，压缩系统200还可以包括可以 连接到增压压缩机105的入口与排出口的循环环路201。在压缩系统200的一些实施方式中， 经由管道101进入压缩系统200的气体的一部分可以在第一交叉点102处进入增压压缩机 105而不是旁路103。当第一操作模式启用时，为了限制增压压缩环路的作用，离开增压压缩 机105的排出口的压缩气体可以转移到循环环路201中而不是继续向前到管道107。当气体， 诸如中间压缩气体，离开增压压缩机的排出口时，循环环路201可以将离开增压压缩机的排 出口的气体向回输送到增压压缩机的入口。
[0045] 如在图lb的示例性实施方式中所示，经由管道101进入的气体可以被引导为进入 增压压缩机105或者增压压缩机旁路103。当气体的一部分进入增压压缩机105时，可以通过 控制阀，诸如在附图中描述的过程控制阀124,防止排放气体进入管道107。由于压缩气体不 能通过控制阀124,因此可以迫使气体进入使中间压缩气体向回循环到增压压缩机105的循 环环路201中。当将气体输送通过增压压缩机的管道变得加压时，其它气体可能不能进入增 压压缩机105或循环环路201并且由此当系统200在第一操作模式中起作用时，经由管道101 进入压缩系统200的气体可能被迫通过旁路103。
[0046] 在一些实施方式中，旁路103还可以包括控制阀125。当在基准条件下的第一操作 模式中操作时，此控制阀125可以保持打开，以允许气体穿过旁路103进入第二管道107中并 且进一步进入基准压缩机109的入口中。然而，在压缩系统200的实施方式中，其中操作模式 可能已经从第一操作模式切换到第二操作模式，存在于旁路103中的控制阀125可以闭合。 同样地，由于当改变到第二操作模式时控制阀125闭合，存在于增压压缩机105环路中的控 制阀126和124可以打开。在此实施方式中，当开始第二操作模式时，控制阀126将打开，控制 阀124将打开，然后控制阀125将闭合并且将气体引导到增压压缩机105。控制阀125可以部 分地或者完全地闭合以限制或者防止离开增压压缩机105的气体返回到增压压缩机105的 入口。由此，进入压缩系统200的气体可以被引导通过包括增压压缩机105的另选路径以经 由管道107排放到基准压缩机109的入口或抽吸线中。
[0047] 由于先前束缚在循环环路201中的气体从增压压缩机105排放，此气体现在可以通 过当启用第二操作模式时打开的控制阀124离开。不是束缚在循环环路201中，气体现在可 以在由增压压缩机105提供的期望中间压力下进入管道107并且可以通过基准压缩机适当 地加压到管道110中的压缩排放压力。此外，压缩系统200的实施方式还可以包括一个或多 个阀或门，诸如止回阀121和123,以防止或阻止管道107中的气体在系统中向回流动。控制 阀，诸如过程控制阀124,可以接近、靠近或者以其他方式布置在止回阀123附近以允许增压 压缩机105被隔离并且在不影响系统200的情况下启动。如图la和图lb中所示，单向止回阀 121可以防止从旁通管道103行进到管道107的气体向后行进到旁通管道中。同样，止回阀 123可以防止离开增压压缩机进入管道107中的气体流回到增压压缩机环路或循环环路201 中。
[0048] 在这里描述并且在图la、图lb、图2和图3中图示的压缩系统的示例性实施方式中， 增压压缩机105与基准压缩机109可以描述为两个或多个物理分离的压缩机单元。然而，在 另选实施方式中，增压压缩机105与基准压缩机109可以是具有多个压缩级的单个压缩机单 元，其包括增压压缩机部分与基准压缩机部分。与上述系统类似，单个、集成压缩机单元可 以根据压缩系统的环境条件在多个级操作并且进一步编程为具有与前面说明的系统类似 的多个可选择操作模式。同样地，集成的压缩机单元的实施方式还可以包括在第一操作模 式操作时打开的旁路，其可以防止气体进入集成压缩机的增压级；以及在一些实施方式中 用于增压级的循环环路。此外，与上述实施方式非常类似，集成的压缩机单元可以动态地切 换、使用或启用编程的操作模式以根据环境条件与预设基准条件或者条件的范围使用或不 使用集成压缩机的增压压缩级。
[0049] 压缩系统100、200的实施方式不限于仅具有单个增压压缩机105与单个基准压缩 机109的系统。在压缩系统的一些实施方式中，可能具有在系统中使用的多个基准或增压压 缩机或者具有多个级的集成的基准或增压压缩机。如在压缩系统300的实施方式中所描述 的，基准压缩机可以包括压缩的一个或几个级。如通过图2的示例性实施方式所示，基准压 缩机可以构造为具有以期望压力到达管道110中的排出口所需的预设数量的级。
[0050] 在一些实施方式中，为了减小压缩机的尺寸或者相比于使用较少数量、更大或更 强压缩机的系统增加能效，可以使用多个基准压缩机109、309、311、313。在另选实施方式 中，此系统可以利用多个基准压缩机，其中较少压缩机可能是不可行或不实际的。系统300 中基准压缩机的数量或基准压缩机的级的数量可以根据LNG、LPG或集成了压缩系统300的 其它气体系统的要求与使用而改变。
[0051]在压缩系统的另选实施方式中，多个基准压缩机109、309、311、313不限于仅彼此 串联布置以增加压缩系统的整体加压能力或效率。在一些另选实施方式中，复数的一个或 多个基准压缩机109、309、311、313可以与多个第二基准压缩机408、409、411、413并联布置。 [0052]如在图3中描述的，经由管道107进入的气体可以进入多个第一基准压缩机109、 309、311、313和/或经由管道407进入多个第二并联的基准压缩机408、409、411、413。进入多 个第一基准压缩机109、309、311、313与多个第二基准压缩机408、409、411、413的气体可以 被一个或多个压缩机压缩直到进入多个第二基准压缩机的气体的压力在管道110中的第一 排出口或者管道410中的第二排出口以期望的目标压力排放。如在示例性实施方式中所描 述的，管道110和管道410中的压缩气体可以结合以在管道420中形成单个气体流，其具有处 于使用者期望的要求压力的压力并且此气体系统集成或使用此压缩系统400。流入到管道 420中的管道110、410中的这些结合的气体然后可以输送到LPG、LNG或者其它气体系统的下 一个下游步骤。
[0053]随着集成在LNG、LPG或其它气体系统中的压缩系统变得更加复杂或者包括其它设 备与布置，因此可以利用其它操作模式。例如，在一些实施方式中，在压缩系统400中的基准 条件下的第一操作模式不能同时利用多个第一基准压缩机1〇9、309、311、313与多个第二基 准压缩机408、409、411、413。替代地，操作模式可以选择其中一组多个基准压缩机而不选另 一组，或者根据需要动态地增加各系列的压缩机的组中的启用压缩机的数量以补偿环境条 件与压缩工作载荷中的变化。
[0054]在压缩系统400的另选实施方式中，不是全部压缩机都可以一直使用。在一个例子 中，第一操作模式可能仅使用多个第一基准压缩机109、309、311、313。在第二操作模式中， 当系统400的环境条件到达预设或预编程值或者在限定一个或多个环境条件的值或参数范 围内时，系统400可以启动多个第二基准压缩机。随后，在一些实施方式中，当满足预定组的 环境条件或可变值时，可以利用第三操作模式，其中增压压缩机、多个第一压缩机109、309、 311、313与多个第二增压压缩机408、409、411、413可以单独地或者彼此结合地启用。
[0055] 在又一个实施方式中，在不会产生以启用第一、第二或第三操作模式的不同组条 件下可以启用第四操作模式。例如，在此另选实施方式中，当启用第四操作模式时，可以连 同多个第一基准压缩机启用增压压缩机。另选地，在其它实施方式中，此操作模式可以启用 基准压缩机与多个第二基准压缩机。此外，在上述压缩系统的其它实施方式中，压缩机系统 500可以包括如图5中所示的复数的一个或多个增压压缩机105、505。可以根据启用的操作 模式同时地使用增压压缩机，或者使用的增压压缩机的数量可以根据使用者选择的操作模 式或者由于环境条件而增加或减少。
[0056] 除了使用处于不同操作模式中的压缩机以外，当存在诸如图5中示出的并联布置 的压缩机时，在一个或多个压缩机故障、维护失效或者不可用时，可以使用复数的一个或多 个基准压缩机或多个增压压缩机105、505以提供备用。在一些实施方式中，还可以交替地使 用增压压缩机或基准压缩机以平衡在特定操作模式中用于各压缩机的操作小时数。
[0057]如图5中所示，系统500的一些实施方式可以包括换热器511、循环环路501与经由 管道连接到基准压缩机501的阀或门523。并联增压压缩机501路径的部件可以以与增压压 缩机105、换热器111、阀或门123以及循环环路201相同或类似方式操作。例如，鉴于换热器 11接收来自增压压缩机105的压缩气体，除非门123打开否则其进入循环环路201，除非阀或 门523处于打开状态中，否则进入增压压缩机505的气体可以经过换热器511并且经由循环 环路501返回到增压压缩机505。
[0058] 现在参照图la-图5,用于利用上述系统的实施方式压缩气体的方法的实施方式可 以包括提供一个或多个增压压缩机、增压压缩机旁路与一个或多个基准压缩机的步骤。方 法的实施方式可以包括通过管道将气流，诸如未压缩气体或者压缩气体接收到气体压缩系 统中的步骤。在一些方法中，可以例如通过使用布置在管道内的传感器执行测量在管道内 的环境条件的步骤。如先前上面描述的，气体压缩系统可以具有预先编程的值或值的范围。 当测量管道中存在的环境条件时，传感器可以将环境条件数据传输到计算系统，以将收集 到的环境条件与预先编程或预设环境条件进行比较。
[0059] 在方法的一些实施方式中，在收集与比较描述气体压缩系统的环境条件的数据以 后，在一些方法中连接到那里的气体压缩系统或计算系统可以进一步执行选择预设或可编 程操作模式的步骤。
[0060] 选择操作模式的步骤可以包括从多个操作模式中选择操作模式。在一些实施方式 中，可以基于限定压缩系统自身内的操作条件与环境条件的值或值的范围自动地执行选择 操作模式的步骤。在另选实施方式中，可以通过压缩系统的使用者手动地执行选择操作模 式的步骤。例如，使用者可以在电子地或远程地连接到压缩系统的远程或网络可进入计算 系统处选择操作模式。
[0061] 在示例性实施方式的实例中，可以通过选择第一操作模式或第二操作实现选择操 作模式的步骤。在一些实施方式中，当选择第一操作模式时，可以通过将进入系统的气体流 引导通过增压压缩机旁路继续进行压缩系统。可以通过由压缩系统提供并且布置在增压压 缩机旁路管道和/或增压压缩机环路内的一个或多个阀执行气体的引导。另选地，可以通过 将进入压缩系统的气体流引导到增压压缩机的入口继续选择第二操作模式的步骤，其中增 压压缩机是启用并且可操作的，将进入的气体压缩成中间压缩气体，以中间压力排放气体 以及将中间压缩气体输送到增压压缩机下游的基准压缩机以便进一步压缩。
[0062] 用于将气体进一步压缩到期望最终压力的方法的实施方式包括将从增压压缩机 或增压压缩机旁路排放的气体输送到一个或多个基准压缩机以通过基准压缩机入口接收 气体。在一些实施方式中，可以通过压缩接收的气体、将气体加压到预定或预先要求压力以 及在由系统的使用者期望的压力从系统中的一个或多个基准压缩机排放气体使基准压缩 机继续进行。
[0063] 在另选实施方式中，包括并联运行、接收来自增压压缩机或增压压缩机旁路的气 体的一个或多个基准压缩机，此方法还可以包括在以预设或预先要求压力排放来自基准压 缩机的气体的步骤以后，结合来自每个基准压缩机的加压气体的步骤。
[0064]出于描述性目的提供了以下软件仿真实例。此仿真旨在是非限定的并且用于进一 步解释并且协助阐明益处并且当利用上述实施方式的一个或多个元件时实现了能量节约： [0065]表1-单个压缩系统
[0068] 表2-增压压缩机系统
[0070]如通过上面表1和表2中呈现的仿真数据显示的，增压压缩机系统提供了超过在表 1中仿真的单个压缩系统的显著的能量节约。通过引入仅可以需要在更加有压力条件下操 作的动态启用与停用的增压压缩机，表2中仿真的增压压缩机系统的基准压缩机可以更小、 更加节能并且包括在表1的仿真中设置的单个压缩系统需要的压缩机的较低数量的级。在 单级压缩系统中的压缩机可以更大、更复杂，具有增加数量的压缩级并且由此需要更多能 量操作，因为在表1的仿真中描述的单个压缩系统应该以允许单个压缩机不仅处理在较低 温度(诸如_90°C与-110°C)下的较冷压缩气体，而且还处理如实例中所示的具有20°C的入 口温度的较温暖气体的方式进行设计。通过较宽的操作范围，单个压缩机系统可能要求更 高的总耦合功率，然而具有表2的结果的增压压缩系统可以倚靠增压压缩机以将较温暖气 体(诸如例如20°C)压缩到中间压力随后利用基准压缩机的最终压缩。
[0071]尽管选择性地实施使用增压压缩机与基准的操作模式的温度条件可以看见耦合 功率的增加，以在一些实施方式中提供足够量的总压缩，但是如表2中所示，在不需要实施 增压压缩机的操作模式下，可以实现使用的耦合功率的量的显著节约。如在上面的表2中所 示，通过能够使用更加能量有效的基准压缩机，表2的增压压缩机系统能够在-90°C与-110 °C的温度下相应地将用于操作非增压操作模式的耦合功率降低285kW和464kW。基准压缩机 的耦合功率的减小在18%到35%之间。然而，根据如上所述的特定实施方式的构造，预期压 缩机的耦合功率的节约可以是降低35-50%、50-65%、65-85%、或者85-100%。
[0072]尽管已经结合上面概括的特定实施方式描述了本公开，对于本领域中的技术人员 来说明显的是，多个另选、修改和变形是显而易见。因此，如上面阐述的本公开的优选实施 方式旨在是描述性而不是限制性的。在不偏离如通过下面权利要求所要求的本发明的精神 与范围的情况下可以进行多种改变。此权利要求提供了本发明的覆盖范围并且不应限于这 里提供的特定实例。
【主权项】
1. 一种气体压缩系统，其包括： 增压压缩机； 增压压缩机旁路； 连接到所述增压压缩机与所述增压压缩机旁路的管道，其中，基于所述气体压缩系统 中存在的环境条件的测量值，气体流被选择性地引导通过所述增压压缩机。2. 根据权利要求1所述的气体压缩系统，还包括： 连接到所述管道的基准压缩机，如果环境条件的测量值在一值或值的范围以外，那么 所述基准压缩机接收来自所述增压压缩机的压缩气体。3. 根据权利要求1所述的气体压缩系统，其中，所述管道还包括传感器，其中所述传感 器测量所述管道内的环境条件并且将环境条件的数据传输到计算系统。4. 根据权利要求1所述的气体压缩系统，其中，所述传感器测量的环境条件选自由气体 的体积、气体的温度与气体压缩系统的温度组成的组。5. 根据权利要求1所述的气体压缩系统，还包括连接到所述增压压缩机的入口与排出 口的循环环路。6. 根据权利要求5所述的气体压缩系统，其中，所述循环环路使离开所述排出口的中间 压缩气体返回到所述增压压缩机的入口。7. 根据权利要求1所述的系统，其中，当所述气体压缩系统中存在的环境条件的测量值 在一值或值的范围以外时，所述气体压缩系统将气体流选择性地引导到所述增压压缩机旁 路。8. 根据权利要求7所述的气体压缩系统，其中，当所述气体压缩系统将气体流选择性地 引导到所述增压压缩机旁路时，所述增压压缩机进入低功率状态。9. 根据权利要求2所述的系统，包括将所述增压压缩机、所述基准压缩机与所述增压压 缩机旁路并入到具有多个级的单个压缩机单元中的集成的压缩机单元，其中所述增压压缩 机是集成的压缩机单元的增压级，并且所述增压压缩机旁路是防止气体进入所述增压级的 芳路。10. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述基准压缩机是以串联构造彼此连接的多个 基准压缩机。11. 根据权利要求10所述的系统，其中，以串联构造连接的多个第二基准压缩机连接到 所述管道并且与所述多个基准压缩机并联。12. -种用于压缩气体的方法，该方法包括以下步骤： 通过管道接收气体流； 测量所述管道内存在的环境条件； 根据测量步骤从第一操作模式与第二操作模式选择操作模式，其中当环境条件的测量 值在一值或值的范围内时选择第一操作模式，并且当环境条件的测量值在所述值或值的范 围以外时选择所述第二操作模式； 启用所述第二操作模式使得来自所述管道的气体流被引导到连接至所述管道的增压 压缩机。13. 根据权利要求12所述的方法，还包括步骤： 通过所述增压压缩机将气体压缩为中间压缩气体； 将所述中间压缩气体输送到基准压缩机；以及 通过所述基准压缩机将所述中间压缩气体进一步压缩为压缩气体。14. 根据权利要求12所述的方法，其中，通过设置在所述管道内的一个或多个传感器执 行测量环境条件的步骤。15. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述环境条件是气体的体积、气体的温度或所 述管道内的温度、或者所述管道内的气体的组分。16. 根据权利要求12所述的方法，还包括步骤： 启用所述第一操作模式； 将所述气体流从所述管道引导到连接至所述基准压缩机的增压压缩机旁路；以及 通过所述基准压缩机将气体压缩成压缩气体。17. 根据权利要求16所述的方法，还包括步骤： 当启用所述第一操作模式时，将离开所述增压压缩机的排出口的中间压缩气体输送到 将增压压缩机的排出口与增压压缩机的入口连接在一起的循环环路中； 将所述中间压缩气体从所述循环环路输送到所述增压压缩机的入口。18. 根据权利要求16所述的方法，还包括步骤： 将所述增压压缩机切换到低功率状态。19. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述增压压缩机与基准压缩机是集成的压缩机 单元，其中所述增压压缩机是所述集成的压缩机单元的增压级。20. 根据权利要求13所述的方法，其中，通过以串联构造连接到所述管道的多个基准压 缩机执行所述进一步压缩的步骤。21. 根据权利要求13所述的方法，其中，通过以第一串联构造连接的多个第一基准压缩 机以及以第二串联构造连接的多个第二基准压缩机执行所述进一步压缩的步骤，并且所述 多个第一基准压缩机在构造上与多个所述第二基准压缩机并联。
【文档编号】F04B41/06GK106089637SQ201610283735
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】托德·史蒂文·阿博特·吉布斯
【申请人】阿特拉斯科普柯康珀泰克有限责任公司