本發(fā)明涉及一種用于燃氣輪機設(shè)備的供氣系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)裝置。此外，本發(fā)明涉及一種用于燃氣輪機設(shè)備的供氣系統(tǒng)，以及涉及一種用于對氣體進行壓力調(diào)節(jié)的方法。

背景技術(shù)：

燃氣輪機用作為用于通過燃燒氣態(tài)燃料產(chǎn)生電流的燃氣輪機設(shè)備的部分，所述燃料例如是天然氣。在此，燃氣輪機借助于燃料運行并且所述燃氣輪機本身驅(qū)動一個或多個發(fā)電機。在將天然氣流用于運行燃氣輪機時尤其考慮天然氣的入口壓力。因為燃氣開采地點通常遠離消費者的地區(qū)，所以相應(yīng)的送貨是必需的。為此，將燃氣首先壓縮至高的運輸壓力并且氣壓僅在相應(yīng)的消費位置處設(shè)定為需要的入口壓力值。所述入口壓力通常不是恒定的，而是波動的。

為了應(yīng)對所述問題，在常見的實踐中使用壓力調(diào)節(jié)裝置，所述壓力調(diào)節(jié)裝置能夠在一個或多個調(diào)節(jié)線路中與入口壓力的波動無關(guān)地將燃氣的壓力保持在預(yù)設(shè)的極限之內(nèi)。為了運行燃氣輪機，例如需要在36巴和40巴之間的范圍中的運行壓力。

在此，至今為止的設(shè)計方案提出，用于對燃氣輪機設(shè)備進行供氣的壓力調(diào)節(jié)裝置配設(shè)有兩個并聯(lián)連接的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個調(diào)節(jié)系統(tǒng)構(gòu)成為減壓單元，所述減壓單元將流入的燃氣的壓力限制為預(yù)先設(shè)定的值。壓縮機設(shè)備用作為第二調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述壓縮機設(shè)備用于壓縮燃氣并且在需要時、即當預(yù)期或已經(jīng)記錄到不期望的壓力降時能夠借助于所述壓縮機設(shè)備再次提高燃氣的壓力。通過這兩種調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組合可行的是，對于所有氣體輸入條件在燃氣輪機的入口設(shè)定需要的運行壓力。

不僅壓力調(diào)節(jié)裝置的純減壓運行(即在流入的燃氣的進氣壓力高時僅運行減壓單元)而且純壓縮運行(即在流入的燃氣的進氣壓力低時僅運行壓縮機設(shè)備)是能夠相對簡單地控制的，然而在兩個調(diào)節(jié)系統(tǒng)之間的切換階段至今為止是成問題的。因為并聯(lián)連接的調(diào)節(jié)系統(tǒng)在共同的收集器中工作，所以所述調(diào)節(jié)系統(tǒng)在切換階段期間、即當在減壓運行和壓縮運行之間切換時相互影響。

因此，在從減壓單元到壓縮機設(shè)備的切換過程期間，所述壓縮機設(shè)備僅能夠在其能夠“推開”減壓單元或抑制減壓運行時確保燃氣的期望的壓縮。在反方向的切換過程期間，只有當在壓縮機設(shè)備方面不再存在壓縮機壓力時，減壓單元才能夠再次恢復(fù)運行。

然而，除了維持所調(diào)節(jié)的進氣壓力以外，燃氣輪機也需要限制在進氣系統(tǒng)中的壓力梯度。因此，用于燃氣輪機的供氣系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)裝置也必須構(gòu)成為，使得尤其在切換過程期間避免壓力沖擊。

因此，在常規(guī)的壓力調(diào)節(jié)裝置中，調(diào)節(jié)系統(tǒng)、即尤其壓縮機設(shè)備和減壓單元配設(shè)有截止閥和自有介質(zhì)操縱的調(diào)節(jié)閥，所述截止閥和調(diào)節(jié)閥在切換階段期間以適宜的方式共同作用。例如，在壓縮機設(shè)備的出口側(cè)上能夠設(shè)有發(fā)動機驅(qū)動的截止閥，其中在壓縮機設(shè)備的出口側(cè)上的壓力用作為自有介質(zhì)操縱的調(diào)節(jié)閥上的排氣壓力，所述調(diào)節(jié)閥使用在減壓單元中。在從減壓運行切換到壓縮運行時，打開截止閥，同時由于目前升高的排氣壓力而關(guān)閉調(diào)節(jié)閥。相反，在關(guān)閉壓縮機設(shè)備的截止閥時打開調(diào)節(jié)閥。然后，通過截止閥的和調(diào)節(jié)閥的響應(yīng)時間來確定系統(tǒng)動態(tài)，并且能夠僅通過選擇適合的可用的閥來優(yōu)化。然而并不會涉及在切換階段期間的調(diào)節(jié)的或恒定的壓力梯度。

在之前描述的壓力調(diào)節(jié)裝置中還存在如下必要性：即將壓縮機設(shè)備的壓力設(shè)定值選擇為高于減壓單元的壓力設(shè)定值。在此，所需的壓差基本上從在壓力調(diào)節(jié)裝置中所使用的閥門(Armaturen)的設(shè)備參數(shù)算出。壓縮機設(shè)備的所需的壓力設(shè)定值為高于減壓單元的壓力設(shè)定值大約3巴至4巴。由于這種壓力過度升高，能夠在切換階段中停止運行減壓單元(關(guān)閉調(diào)節(jié)閥)，進而在前置系統(tǒng)中確保對于運行燃氣輪機設(shè)備而言足夠穩(wěn)定的、適宜水平的運行壓力。

然而，由于在減壓單元的設(shè)定值和壓縮機設(shè)備的設(shè)定值之間的大約3巴至4巴的必需的壓差，在壓縮機設(shè)備中的燃氣原則上被壓縮至如下壓力：該壓力高于對于運行燃氣輪機所需的壓力。壓縮機設(shè)備設(shè)計為用于如下壓力：該壓力高于燃氣輪機的實際所需的運行壓力3巴至4巴。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

據(jù)此，本發(fā)明的第一目的是，提供一種相對于現(xiàn)有技術(shù)改進的用于燃氣輪機設(shè)備的供氣系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)裝置。

本發(fā)明的第二目的是，提供一種具有相應(yīng)的壓力調(diào)節(jié)裝置的供氣系統(tǒng)。

本發(fā)明的第三目的是，提出一種用于氣體的、尤其是用于燃氣的壓力調(diào)節(jié)的方法，所述方法利用改進的壓力調(diào)節(jié)裝置的優(yōu)點。

根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的第一目的通過用于燃氣輪機設(shè)備的供氣系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)，所述壓力調(diào)節(jié)裝置包括：減壓單元，所述減壓單元用于對流入的氣體、尤其燃氣進行減壓；與減壓單元并聯(lián)連接的壓縮機設(shè)備，所述壓縮機設(shè)備用于壓縮流入的氣體；以及設(shè)置在減壓單元的出口側(cè)上的調(diào)節(jié)閥門，經(jīng)由所述調(diào)節(jié)閥門能夠?qū)p壓單元在出口側(cè)上與壓縮機設(shè)備流體分離。

在第一步驟中，本發(fā)明基于如下實際情況：由于在切換階段期間所需的在壓縮機設(shè)備的設(shè)定值和減壓單元的設(shè)定值之間的壓差，需要不必要的高的壓縮機功率，所述壓縮機功率引起不必要的附加成本，并且不期望地提高用于運行壓力調(diào)節(jié)裝置的能量需求。

在第二步驟中，本發(fā)明基于如下考慮：當在切換階段期間防止用于壓力調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)、即減壓單元和壓縮機設(shè)備相互影響時，能夠取消對于壓縮機設(shè)備至今為止所需的壓力過度升高。

在第三步驟中，本發(fā)明認識到：這能夠通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可流體分離性實現(xiàn)，所述可流體分離性能夠以簡單且有效的方式通過將設(shè)置在減壓單元的出口側(cè)上的調(diào)節(jié)閥門集成到壓力調(diào)節(jié)裝置中來實現(xiàn)。通過這種調(diào)節(jié)閥門能夠在需要時將減壓單元在出口側(cè)上與壓縮機設(shè)備隔絕。

在從減壓運行到壓縮運行的切換階段期間，在減壓單元的出口側(cè)上的壓力能夠緩慢地且受控制地降低，并且在壓縮運行中，第一調(diào)節(jié)系統(tǒng)(減壓單元)能夠與第二調(diào)節(jié)系統(tǒng)(壓縮機設(shè)備)分離。由此實現(xiàn)：壓縮機設(shè)備尤其在切換階段中不必抑制減壓單元的功能，使得壓縮機壓力整體上能夠設(shè)定為比至今為止更低。

由于壓縮機設(shè)備的所需的出口壓力較小，需要較小的壓縮機功率，由此能夠減少壓縮機設(shè)備的運行成本。按照粗略計算，在基于16kg/s的燃氣輪機設(shè)備的典型的消耗的情況下，在約20巴的入口壓力以及30巴至40巴的最終壓力下，在壓縮機設(shè)定值降低3巴的數(shù)值時，壓縮機設(shè)備的驅(qū)動功率降低大約300kW。因此，在多級的壓縮機設(shè)備中，例如能夠取消一個壓縮機級。

此外，不再需要特定的防回流的、耐排氣壓力的調(diào)節(jié)閥門，該調(diào)節(jié)閥門至今為止用作為壓縮機設(shè)備和減壓單元中的調(diào)節(jié)閥門。因為在壓縮機設(shè)備的運行中，通過將調(diào)節(jié)閥門設(shè)置在出口側(cè)上，減壓單元能夠完全與其余的系統(tǒng)分離，所以從現(xiàn)在起能夠采用更具成本效益的且更便于操作的調(diào)節(jié)閥門。

從減壓運行到壓縮運行的以及反向的受控制的切換能夠通過選擇適合的用于操縱調(diào)節(jié)閥門的關(guān)閉或打開規(guī)則、意即經(jīng)由在連接于下游的管道系統(tǒng)中的壓力梯度以簡單的方式來調(diào)節(jié)。為此，調(diào)節(jié)閥門經(jīng)由伺服驅(qū)動裝置相應(yīng)地操控。換言之，調(diào)節(jié)閥門在切換階段期間能夠?qū)崿F(xiàn)在連接于下游的管道系統(tǒng)中的、即在壓縮機設(shè)備的和減壓單元的出口側(cè)上的壓力梯度的可設(shè)定性。

在壓力調(diào)節(jié)裝置的一個優(yōu)選的改進方案中，減壓單元和壓縮機設(shè)備在出口側(cè)上經(jīng)由T形分支件引入共同的收集管路中，其中調(diào)節(jié)閥門設(shè)置在減壓單元和T形分支件之間。在該部位處，在切換階段期間能夠在維持預(yù)設(shè)的壓力梯度的情況下在技術(shù)上相對簡單地且可控制地實現(xiàn)減壓單元與壓縮機設(shè)備的分離。

在本發(fā)明的一個有利的設(shè)計方案中，壓縮機設(shè)備中的壓力設(shè)定值基本上對應(yīng)于減壓單元中的壓力設(shè)定值。如果減壓單元構(gòu)成為具有主調(diào)節(jié)線路和備用調(diào)節(jié)線路，那么壓縮機設(shè)備中的壓力設(shè)定值優(yōu)選對應(yīng)于減壓單元中的壓力設(shè)定值，即對應(yīng)于為備用調(diào)節(jié)器預(yù)設(shè)的值。換言之，壓縮機設(shè)備的最終壓力處于減壓單元的壓力水平，通過集成的調(diào)節(jié)閥門能夠取消至今為止必需的、在兩個調(diào)節(jié)系統(tǒng)之間的壓差的設(shè)定。

適宜地，調(diào)節(jié)閥門構(gòu)成為調(diào)節(jié)球閥。調(diào)節(jié)球閥特別適合于小的壓差，如在切換階段中在減壓單元和壓縮機設(shè)備之間所存在的壓差。調(diào)節(jié)球閥在打開的狀態(tài)下的壓力損耗是近似為零的。

優(yōu)選地，減壓單元包括兩個并聯(lián)連接的冗余的壓力調(diào)節(jié)線路。在此，優(yōu)選將壓力調(diào)節(jié)線路中的一個壓力調(diào)節(jié)線路用作為主調(diào)節(jié)器，以及將另一壓力調(diào)節(jié)線路用作為備用調(diào)節(jié)器。為此，備用調(diào)節(jié)器設(shè)定到如下壓力值：該壓力值低于主調(diào)節(jié)器的壓力設(shè)定值。只要主調(diào)節(jié)器按照規(guī)定地工作并且在主線路中沒有出現(xiàn)其他干擾，那么排氣壓力處于如下范圍中：在該范圍中備用調(diào)節(jié)器例如經(jīng)由在該處使用的自有介質(zhì)操縱的調(diào)節(jié)閥而保持關(guān)閉。如果背壓降低，那么在自有介質(zhì)操縱的調(diào)節(jié)閥中自動地打開備用調(diào)節(jié)器。換言之，在一個優(yōu)選的設(shè)計方案中，兩個調(diào)節(jié)線路按照等級相對于彼此設(shè)定，其中壓力設(shè)定值不同。

根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的第二目的通過一種用于燃氣輪機設(shè)備的供氣系統(tǒng)實現(xiàn)，所述供氣系統(tǒng)包括：供氣部；上文所述的壓力調(diào)節(jié)裝置，所述壓力調(diào)節(jié)裝置與供氣部流體耦聯(lián)；和通向燃氣輪機設(shè)備的進氣管路，所述進氣管路與壓力調(diào)節(jié)裝置流體耦聯(lián)。

所提出的供氣系統(tǒng)能夠通過在減壓運行中的燃氣的減壓和在壓縮運行中的燃氣的壓縮之間的受控制地切換來實現(xiàn)提供在適宜的壓力水平上的燃氣，以用于以相對低的成本和能量耗費在燃氣輪機中持續(xù)地燃燒。

優(yōu)選地，處理級接入供氣部中，以及再處理級接入通向燃氣輪機設(shè)備的進氣管路中。處理級或再處理級用于將燃氣例如在其溫度方面或在雜質(zhì)含量方面為了壓力調(diào)節(jié)裝置和燃氣輪機設(shè)備相應(yīng)地進行處理。

在一個有利的設(shè)計方案中，處理級包括過濾單元和/或預(yù)熱單元。處理級連接在壓力調(diào)節(jié)裝置上游。在此，過濾單元用于預(yù)先清潔燃氣，例如通過移除不期望的顆粒來清潔燃氣。在預(yù)熱單元中將已預(yù)先清潔的燃氣為了避免在膨脹時冷凝的目的而預(yù)熱并且最終輸送給減壓單元和壓縮機設(shè)備，以設(shè)定壓力調(diào)節(jié)裝置、即減壓單元和壓縮機設(shè)備的期望的壓力，其中所述預(yù)熱單元適宜地流體連接在過濾單元下游。

在經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)裝置之后，將燃氣輸送給連接在壓力調(diào)節(jié)裝置下游的再處理級。再處理級優(yōu)選同樣包括過濾單元和/或預(yù)熱單元。在壓力調(diào)節(jié)之后，將燃氣再一次進行處理(或再處理)，并且為此所述燃氣被進一步清潔和加熱，其中在再處理的情況下在預(yù)熱之后適宜地進行在過濾單元中的最后的清潔。附加地，能夠在預(yù)熱單元中影響燃氣輪機設(shè)備的效率以及設(shè)定沃伯指數(shù)，即熱值和相對密度的平方根之間的比值。

其他對于壓力調(diào)節(jié)裝置及其有利的改進方案所提及的優(yōu)點能夠符合意義地傳遞到供氣系統(tǒng)上。

根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的第三目的通過一種用于對氣體進行壓力調(diào)節(jié)的方法實現(xiàn)，所述氣體尤其是燃氣輪機設(shè)備的燃氣，其中將氣體輸送給減壓單元的和/或與所述減壓單元并聯(lián)連接的壓縮機設(shè)備，其中在減壓運行中經(jīng)由壓減壓單元引導(dǎo)氣體，其中在壓縮運行中經(jīng)由壓縮機設(shè)備引導(dǎo)氣體，并且其中在減壓運行和壓縮運行之間的切換階段期間操縱調(diào)節(jié)閥門，所述調(diào)節(jié)閥門將減壓單元在出口側(cè)上與壓縮機設(shè)備分離。

借助于這種方法能夠確保，在減壓運行和壓縮運行之間的切換階段期間維持對于壓力值和對于壓力梯度預(yù)設(shè)的極限值。為此，在切換階段期間借助于相應(yīng)的打開或關(guān)閉規(guī)則操縱調(diào)節(jié)閥門，使得減壓單元和壓縮機設(shè)備以特定的和確定的方式在共同的收集器中共同作用或者流體連接于所述收集器或與所述收集器分離。調(diào)節(jié)閥門的設(shè)置尤其能夠?qū)崿F(xiàn)：以如下壓力設(shè)定值運行壓縮機設(shè)備：該壓力設(shè)定值對應(yīng)于減壓單元的最小壓力設(shè)定值，對此參考用于壓力調(diào)節(jié)裝置的相應(yīng)的實施方案。

在將燃氣輸送到上文描述的壓力調(diào)節(jié)裝置中時，所述燃氣流過減壓單元和/或流過與所述減壓單元并聯(lián)連接的壓縮機設(shè)備。在減壓單元之內(nèi)，流入的燃氣降低至預(yù)先設(shè)定的壓力值。在設(shè)備入口壓力不期望地降低為低于預(yù)設(shè)值的情況下，啟動壓縮機設(shè)備，以便將壓力再次提高至對于壓縮機設(shè)備預(yù)設(shè)的壓力設(shè)定值。相應(yīng)地，在設(shè)備入口壓力升高時從壓縮運行再次切換為減壓運行。在壓縮運行和減壓運行之間的切換階段期間如已經(jīng)描述的那樣以不期望的方式和方法影響這兩個調(diào)節(jié)系統(tǒng)，這能夠通過使用調(diào)節(jié)閥門來避免。

在一個有利的改進方案中，將調(diào)節(jié)閥門在從減壓運行到壓縮運行的切換階段期間關(guān)閉并且在壓縮運行期間保持關(guān)閉。更優(yōu)選地，將調(diào)節(jié)閥門在從壓縮運行到減壓運行的切換階段期間打開并且在減壓運行期間保持打開。優(yōu)選地，在切換階段期間操縱調(diào)節(jié)閥門，以維持在連接于下游的管道系統(tǒng)中的壓力梯度的預(yù)設(shè)范圍。

由于在切換階段期間操縱調(diào)節(jié)閥門，能夠取消通過壓縮機設(shè)備引起的壓力過度升高。優(yōu)選地，將壓縮機設(shè)備的壓力相應(yīng)地設(shè)定為如下值：該值基本上對應(yīng)于在減壓單元中減壓的氣體的最小壓力值。

適宜地，將氣體在進入壓力調(diào)節(jié)單元之前在處理級中進行處理。優(yōu)選地，處理級包括過濾單元和/或預(yù)熱單元。

更優(yōu)選地，將從壓力調(diào)節(jié)裝置中排出的氣體輸送給再處理級。所述再處理級同樣適宜地包括過濾單元和/或預(yù)熱單元。在經(jīng)過再處理級之后，將氣體隨后適宜地經(jīng)由進氣管路輸送給燃氣輪機設(shè)備。

附圖說明

在下文中，詳細闡述本發(fā)明的實施例。在此示出：

圖1示出壓力調(diào)節(jié)裝置的作為燃氣輪機的供氣系統(tǒng)的部分；以及

圖2示出具有根據(jù)圖1的壓力調(diào)節(jié)裝置的供氣系統(tǒng)。

具體實施方式

圖1示出作為用于燃氣輪機設(shè)備5的供氣系統(tǒng)3的部分的壓力調(diào)節(jié)裝置1。壓力調(diào)節(jié)裝置1包括：第一調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即減壓單元7；和第二調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即壓縮機設(shè)備9，所述第一調(diào)節(jié)系統(tǒng)和第二調(diào)節(jié)系統(tǒng)彼此并聯(lián)連接。

為了設(shè)定燃氣的壓力，將所述燃氣在相應(yīng)的處理之后輸送給減壓單元7，隨后參考圖2詳細闡述所述處理。

減壓單元7包括兩個并聯(lián)連接的壓力調(diào)節(jié)線路13、15，所述壓力調(diào)節(jié)線路分別包括優(yōu)選自有介質(zhì)操縱的調(diào)節(jié)閥16、兩個安全截止閥17和兩個可手動操縱的截止閥門19。在此，第一壓力調(diào)節(jié)線路13的壓力設(shè)定值例如設(shè)定為36巴的值，以及第二減壓級15的壓力設(shè)定值設(shè)定為35巴的值。相應(yīng)地，第一壓力調(diào)節(jié)線路13作為主調(diào)節(jié)器工作，以及第二壓力調(diào)節(jié)線路15作為備用調(diào)節(jié)器工作。在正常運行中，第二調(diào)節(jié)線路15的自有介質(zhì)操縱的調(diào)節(jié)閥16由于由第一調(diào)節(jié)線路13引起的較高的排氣壓力而保持關(guān)閉。

壓縮機設(shè)備9包括壓縮機部分20、自有介質(zhì)操縱的調(diào)節(jié)閥16、兩個安全截止閥17以及兩個發(fā)動機操縱的截止閥門21。壓縮機設(shè)備9設(shè)定到下述壓力設(shè)定值，所述壓力設(shè)定值對應(yīng)于減壓單元7的第二調(diào)節(jié)線路15的壓力設(shè)定值、在此為35巴。

壓縮機設(shè)備9和減壓單元7在出口側(cè)上供應(yīng)到共同的收集器22中。經(jīng)由T形分支件23將收集器22連接到燃氣輪機設(shè)備5上。

如果設(shè)備入口壓力低于極限壓力，那么通過打開發(fā)動機驅(qū)動的截止閥門21來接入壓縮機設(shè)備9，其中低于所述極限壓力減壓運行不再是可行的。減壓單元7必須停止運行。為了在所述切換階段中在出口側(cè)上實現(xiàn)限定的壓力值而不存在任何壓力沖擊，根據(jù)預(yù)設(shè)的關(guān)閉規(guī)則關(guān)閉設(shè)置在減壓單元7和T形分支件23之間的調(diào)節(jié)閥門24。在壓縮運行期間，所述調(diào)節(jié)閥門24保持關(guān)閉。

相反，在從壓縮運行到減壓運行的切換階段中，根據(jù)預(yù)設(shè)的打開規(guī)則打開調(diào)節(jié)閥門24，同時關(guān)閉發(fā)動機驅(qū)動的截止閥21，并且所述調(diào)節(jié)閥門在減壓運行期間保持打開。

在圖2中示出具有根據(jù)圖1的壓力調(diào)節(jié)裝置1的供氣系統(tǒng)3。為了運行燃氣輪機設(shè)備5，從管道29起經(jīng)由構(gòu)成為進氣管路的供氣部31將燃氣、在此為天然氣輸送給處理級33。處理級33包括過濾單元35和預(yù)熱單元37。在過濾單元35中清潔天然氣，以及最后在連接于過濾單元35下游的預(yù)熱單元37中預(yù)熱天然氣。

隨后，將天然氣經(jīng)由另一進氣管路38輸送給壓力調(diào)節(jié)裝置1，以設(shè)定期望的壓力。在此，如在圖1中詳盡描述那樣，減小在減壓單元7中的天然氣的壓力和/或?qū)⑺鰤毫υ趬嚎s機設(shè)備9中壓縮至期望的壓力。

在經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)裝置1之后，將天然氣經(jīng)由進氣管路39輸送給再處理級41。在再處理級41中，將天然氣在預(yù)熱器43中再次預(yù)熱，并且然后輸送給另一過濾單元45，以進行最后的清潔。然后，從過濾單元45起，將天然氣經(jīng)由進氣管路47輸送給燃氣輪機設(shè)備5的燃氣輪機49，并且所述天然氣在該處能夠用于產(chǎn)生電能。