JP4857766B2 - 遠心圧縮機およびそれに用いるドライガスシールシステム - Google Patents

Description

本発明は、遠心圧縮機に係り、特にそのドライガスシールシステムに関する。

従来の遠心圧縮機に用いるドライガスシールシステムの例が、特許文献１ないし３に記載されている。特許文献１に記載のドライガスシールシステムでは、ドライガスシールの一時シールから漏洩したプロセスガスを回収して環境汚染を防止し省資源に資するために、ドライガスシールの一時シールから漏洩したプロセスガスの漏洩ガスラインに小形圧縮機を設けている。さらに、この小形圧縮機の吸込側に圧力平衡を保持するクッションタンクも設けている。そして小形圧縮機で昇圧したプロセスガスをプロセスガスラインに戻している。

特許文献２に記載のドライガスシールシステムでは、一次ドライガスシールと二次ドライガスシールとを備えている。ロータと回転間との間を漏れた作動ガスは、一次シールベントラインに設けた圧力スイッチおよび流量計で検出される。ラビリンスシールと二次ドライガスシールとを漏れた作動ガスは、パージガスとともに機外に排出される。

特許文献３に記載のドライガスシールシステムは、揮発性流体を取り扱うシールシステムであって、メカニカルシールとドライシールの間にドレン孔を設け、ここに回収配管を接続し、回収した流体をスチーム配管により過熱して気化してフレアに導き燃焼処理している。

特開平９−６０７３４号公報 国際公開ＷＯ０１／００７７９１号パンフレット 特開平１１−１８２６９０号公報

上記従来の技術に記載した各文献では、ドライガスシールを用いて漏れガス量を低減することが記載されている。そして、シール手段が破損する等の異常が発生したらチェックバルブが作動し、ドライガスシールの下流側で生じる圧力上昇を防止している。

しかしながら、チェックバルブの下流側の配管は、他の設備に供給する配管と連通していることが多いので、他の設備で生じた圧力変動が配管を通して上流側のチェックバルブに伝播する恐れがある。チェックバルブは閉止するまで有限な時間が必要で、急激な圧力上昇には対応できない。その結果、ドライガスシールの下流側で生じた圧力異常がドライガスシールにまで伝播し、ドライガスシール内部で逆流が生じて、ドライガスシールを破損させる恐れがある。また、発生した圧力上昇により生じた逆流が、ドライガスシールの性能低下を監視する流量計を誤作動させ、アラーム／シャットダウンの頻動を招来して、遠心圧縮機の寿命を低減させる恐れがある。上記特許文献２，３には、このような不具合を回避することについては、考慮されていない。

このような不具合を解消するために、チェックバルブの下流側にリークガスタンクを設けリークガスを回収する特許文献１記載の方法では、下流側の影響がシール手段に及ぶのを防止できる。しかし、回収したリークガスを処理するための新たな設備が必要となり、補機を含めた装置が大型化するともにコストが増大する。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的はドライガスシールにおいてシール手段を保護することにある。本発明の他の目的は、遠心圧縮機の不要な運転停止を回避することにある。

上記目的を達成するための本発明の特徴は、機内側から作動ガスの漏れを防止する一次ドライガスシール手段と、この一次ドライガスシール手段のバックアップである二次ドライガスシール手段とを有する多段の遠心圧縮機において、前記一次ドライガスシール手段と二次ドライガスシール手段との間にこれら一次，二次ドライガスシール手段から漏洩したガスをフレア側に導くシールガスラインを設け、このシールガスラインはオリフィスとチェックバルブと、このオリフィスとチェックバルブ間に設けたアキュムレータとを有し、このアキュムレータはフレア側からチェックバルブ側へ逆流した漏洩ガスを吸収するものであって、逆圧の増加によりチェックバルブが閉じるときにこのチェックバルブが完全に閉じる前にフレア側からの漏洩ガスの逆流を吸収して、前記一次及び二次ドライガスシール手段へフレア側から漏洩ガスが流入するのを防止することにある。

そしてこの特徴において、遠心圧縮機が、同一の軸に複数の遠心羽根車を取り付けた一軸多段形の圧縮機であってもよい。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、多段の遠心圧縮機に用いられ、機内からの漏洩ガスを機外に導くドライガスシールシステムにおいて、機内に配置したドライシール手段と、このドライシール手段から漏洩した漏洩ガスを導く流路と、この流路の下流側に連続して配置した２個の流量計と、この２個の流量計の下流側に配置した絞り手段と、この絞り手段の下流側に配置したアキュムレータと、このアキュムレータの下流側に配置した逆止弁とを有し、このアキュムレータは機外側からチェックバルブ側へ逆流した漏洩ガスを吸収するものであって、逆圧の増加によりチェックバルブが閉じるときにこのチェックバルブが完全に閉じる前に機外側からの漏洩ガスの逆流を吸収して、機内に配置した前記ドライシール手段へ機外側から漏洩ガスが流入するのを防止することにある。

そしてこの特徴において、絞り手段はオリフィスであることが望ましい。

本発明によれば、シール手段からの漏れガスを導く一次ドライシールラインに下流側の影響を吸収できるバッファ手段を設けたので、下流側の影響がシール手段に及ぼす影響を低減でき、シール手段を保護できる。また、オリフィスの上流側に設けたシール手段の劣化を検出する流量計が誤動作するのを防止でき、遠心圧縮機の不要な運転停止を回避できる。

以下、本発明に係る多段遠心圧縮機およびそれに用いるドライシールシステムの一実施例を、説明する。図１に多段遠心圧縮機１００を、模式的に示す。エチレンガス等のプロセスガスを扱う一軸多段遠心圧縮機では、回転軸３に複数枚の遠心羽根車２が取り付けられている。回転軸３と遠心羽根車２は一体になって、ロータ４を形成する。ロータ４は、回転軸３の軸端部両側に設けた軸受５により、半径方向および軸方向に支持されている。ロータ４と軸受５とは、ケーシング１に収容されている。軸受５は、回転軸３を回転可能に半径方向に支持するラジアル軸受と、回転軸３の軸方向移動を規制するスラスト軸受とからなる。図１では、左側軸端部にラジアル軸受を、右側軸端部にスラスト軸受およびラジアル軸受を設けている。

各軸受５のさらに機内側には、遠心圧縮機１００の内部にある作動ガスが軸受５側に流出するのを防止するために、シール手段６が設けられている。ケーシング１は、シール手段６と軸受５とを覆うように遠心羽根車２部を超えて回転軸３の軸端部まで延びている。これにより、作動ガスが機外側に漏出するのを防止している。

遠心圧縮機１００の作動ガスは、ケーシング１に形成した吸込み口１ａから矢印方向に吸い込まれ、ロータ４が回転するとともに遠心羽根車２で圧縮されて体積を減らす。遠心羽根車２で圧縮された作動ガスは、図示しないディフューザおよび戻り流路を経て順次後段（図１では左側）側の遠心羽根車２に送られる。そして、最終段のディフューザを経た後に、ケーシング１に形成された吐出口１ｂから吐出ガスとなって、需要元に送られる。

このように形成した遠心圧縮機１００のシール手段６の詳細を、図２に縦断面図で示す。図２は、図１に示した遠心圧縮機１００が有する右側のシール手段６の詳細を示すもので、左側のシール手段６は、この右側のシール手段６とほぼ対称形に構成されている。本実施例では、シール手段はドライガスシールである。ドライガスシールは、遠心圧縮機
１００の機央部側に配設した一次ドライガスシール９と一次ドライガスシール９よりも軸受５側に配設した二次ドライガスシール１０とを有している。

一次ドライガスシール９および二次ドライガスシール１０の双方ともに、ロータ４に取り付けた保持部材３０に保持した回転環７ａ，７ｂと、この回転環７ａ，７ｂに当接してシール面１７を形成する静止環８ａ，８ｂとを有している。回転環７ａ，７ｂは、ロータ４とともに回転する。静止環８ａ，８ｂの背面側には、ばね３２ａ，３２ｂが配設されており、静止環７ａ，７ｂと回転環８ａ，８ｂとの間のシールを制御する。

静止環８ａ，８ｂの内周側には、静止環７ａ，７ｂとケーシング１間に形成される隙間から、軸方向に作動ガスが漏れるのを防止するＯリング３１ａ，３１ｂが配設されている。ケーシング１の内周部と保持部材３０間には隙間が形成されており、回転環７ａと静止環８ａのシール面を漏れた作動ガスを導く。上記隙間に流入した漏れガスは、ケーシング１に形成された空間１１に流入し、この空間１１に連通する一次ドライガスシールライン１２から機外に流出する。

同様に、二次ドライガスシール１０側のケーシング１の内周部と保持部材３０間にも隙間が形成されており、回転環７ｂと静止環８ｂ間を漏れた作動ガスおよびパージガスの一部がこの隙間に導かれる。漏れガスは、この隙間から二次ドライガスシール１０と軸受５のホルダ３５間に形成された部屋３３を経由して外部流路３４に流入し、その後機外に流出する。

この二次ドライガスシール１０は、一次ドライガスシール９のバックアップとして作用する。一次ドライガスシール９が機能しなくなったときに、二次ドライガスシール１０が作動する。ただし二次ドライガスシール１０が作動するような状況では、圧縮機を速やかに停止させるので、二次ドライガスシール１０は、一次ドライガスシールライン１２のような配管系を備えていない。

一次ドライガスシール９を漏れた作動ガスの一部は、流路１１よりも軸端側に配置したラビリンス１６部を経て、ラビリンス１６の背面側に形成された空間１８に流入する。この空間１８に、パージガスがパージガスライン２４から供給される。パージガスの圧力は、一次ドライガスシールライン１２を流れる作動ガスの圧力より若干高く設定される。

なお、パージガスライン２４には、パージガスラインを流れるパージガス量を制御する制御弁１９と、この制御弁１９と空間１８の中間に介在させた流量スイッチ２３と、圧力検出手段２２とが配設されている。圧力検出手段２２が検出した圧力が一定となるように制御弁１９を制御する。パージガスには、作動ガスと同一のガスや、安定した状態を保つ窒素ガスや空気等を用いる。

一次ドライガスシールライン１２は、一次ドライガスシール９と二次ドライガスシール１０との間に形成した流路１１と機外側で連通しており、流れ方向に連続して配置した２個の流量計４１，４２と、この流量計４１，４２の下流側に設けたオリフィス４３，オリフィス４３の下流側に設けたアキュムレータ４４，アキュムレータ４４の下流側に設けたチェックバルブ４５とを有している。その後一部はフレアライン４６に、残りは大気に開放するかまたは図示しない漏れガス処理手段のライン４７に導かれる。

このように本発明では、一次ドライガスシールライン１２に２個の流量計４１，４２を連続して設けているので、ドライガスシール９が損傷して漏れガス量が増大すると、ドライガスシールライン１２に設けた２個の流量計４１，４２が検出する流量が増大し、異常を早期に検出できる。なお、異常を検出したら、アラーム／シャットダウンの指示を、図示しない制御装置が指令する。

圧縮機運転中に、チェックバルブ４５よりも下流側で急激に圧力が上昇すると、チェックバルブ４５が閉止するまでの間、圧力が上流側に伝播する。オリフィス４３部が閉塞状態に近いので、チェックバルブ４５とオリフィス４３部間だけが圧力上昇する。ここで、一次ドライガスシールライン１２にアキュムレータ４４を配置したので、アキュムレータ４４がチェックバルブ４５とオリフィス４３部間の圧力上昇を吸収できる。この結果、オリフィス４３部よりも上流側へ、オリフィス４３部よりも下流側で発生した圧力上昇が伝播するのを防止できる。

本発明に係る遠心圧縮機の一実施例のブロック図である。 図１に示した遠心圧縮機に用いるドライガスシールの系統図である。

符号の説明

１…ケーシング、２…遠心羽根車、３…回転軸、４…ロータ、５…軸受、６…シール手段、９…一次ドライガスシール、１０…二次ドライガスシール、１１…流路、１２…一次ドライガスシールライン、４１，４２…流量計、４３…オリフィス（絞り手段）、４４…アキュムレータ（バッファ手段）、４５…チェックバルブ（逆止弁）、１００…遠心圧縮機。

Claims (4)

1. 機内側から作動ガスの漏れを防止する一次ドライガスシール手段と、この一次ドライガスシール手段のバックアップである二次ドライガスシール手段とを有する多段の遠心圧縮機において、前記一次ドライガスシール手段と二次ドライガスシール手段との間にこれら一次，二次ドライガスシール手段から漏洩したガスをフレア側に導くシールガスラインを設け、このシールガスラインはオリフィスとチェックバルブと、このオリフィスとチェックバルブ間に設けたアキュムレータとを有し、このアキュムレータはフレア側からチェックバルブ側へ逆流した漏洩ガスを吸収するものであって、逆圧の増加によりチェックバルブが閉じるときにこのチェックバルブが完全に閉じる前にフレア側からの漏洩ガスの逆流を吸収して、前記一次及び二次ドライガスシール手段へフレア側から漏洩ガスが流入するのを防止することを特徴とする遠心圧縮機。
2. 前記遠心圧縮機が、同一の軸に複数の遠心羽根車を取り付けた一軸多段形の圧縮機であることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 多段の遠心圧縮機に用いられ、機内からの漏洩ガスを機外に導くドライガスシールシステムにおいて、機内に配置したドライシール手段と、このドライシール手段から漏洩した漏洩ガスを導く流路と、この流路の下流側に連続して配置した２個の流量計と、この２個の流量計の下流側に配置した絞り手段と、この絞り手段の下流側に配置したアキュムレータと、このアキュムレータの下流側に配置した逆止弁とを有し、このアキュムレータは機外側からチェックバルブ側へ逆流した漏洩ガスを吸収するものであって、逆圧の増加によりチェックバルブが閉じるときにこのチェックバルブが完全に閉じる前に機外側からの漏洩ガスの逆流を吸収して、機内に配置した前記ドライシール手段へ機外側から漏洩ガスが流入するのを防止することを特徴とするドライガスシールシステム。
4. 前記絞り手段はオリフィスであることを特徴とする請求項３に記載のドライガスシールシステム。

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