用於管道內流動的氣體增壓的方法和裝置的製作方法
2023-04-24 10:54:06
專利名稱：用於管道內流動的氣體增壓的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於管道內流動的增壓流體、尤其是氣體增壓的裝置和方法。本發明尤其可用於對管線增壓壓縮機結構的管道內流動的壓縮氣體的裝置和方法。
背景技術：
進來，使用天然氣已經變得越來越普遍，因此，世界上會使用越來越多的氣體管道。此外，系統的效率變得越來越重要，所述系統為壓縮在這種氣體管道內流動的氣體的壓縮機提供動力。常常使用燃氣輪機為這種裝置中的壓縮機提供動力。然而，這種裝置的效率較低，而且排入到周圍環境中的燃氣輪機的廢氣具有較高的溫度，而沒有對其中的熱量進行利用。
發明內容
本發明的目的在於提供一種壓縮在管道內流動的氣體的新的改進方法和裝置，所述方法和裝置降低或基本克服了所述缺陷。
本發明的另一目的在於提供一種能夠顯著改善增壓效率和管線性能的方法和裝置。
本發明的另一目的在於提供一種可在現有增壓站內進行改進的裝置，以及提供一種改進的方法，尤其是其可對現有增壓站或周圍區域進行最小或標準的改進。
本發明的另一目的在於提供一種能夠使現有增壓站和管線輸送更高流量的裝置和方法。
本發明的另一目的在於提供一種易於安裝和操作的裝置和方法。
本發明的另一目的在於提供一種機械生產相對簡單並且生產和維修經濟的裝置。
本發明涉及一種用於增加管線內流動的氣體的壓頭的輔助裝置，所述壓頭由至少一個運行第一增壓裝置的燃氣輪機提供，所述輔助裝置包括蒸汽輪機，其可操作地連接到第二增壓裝置；第一連接裝置，其用於在所述管線與所述第二增壓裝置之間提供流體連通；第二連接裝置，其用於在所述第一增壓裝置與所述第二增壓裝置之間提供流體連通；以及加熱裝置，其用於使所述蒸汽輪機的工作流體汽化。
此外，本發明還涉及一種用於增加管線內流動的氣體的壓頭的輔助裝置，所述壓頭可由至少一個運行第一增壓裝置的燃氣輪機提供，所述輔助裝置包括蒸汽輪機，其可操作地連接到第二增壓裝置；第一連接裝置，其用於在所述管線與所述第二增壓裝置之間提供流體連通；第二連接裝置，其用於在所述第一增壓裝置和第二增壓裝置之間提供流體連通；加熱裝置，其用於使所述蒸汽輪機的工作流體汽化；以及用於所述管線的旁通裝置，其具有旁通管道和關閉閥系統，以通過旁通管道將所述第一增壓裝置連接到所述管線的下遊部分。
有益地是，所述工作流體在封閉的迴路內流動，該迴路包括可操作地連接到所述加熱裝置的熱交換器，該熱交換器通常為發熱鍋爐裝置，用於回收由所述至少一個燃氣輪機產生的廢熱，所述迴路還包括一個用於產生所述工作流體冷凝物的合適的冷凝器和使所述工作流體進入所述加熱裝置的泵裝置。
此外，本發明涉及一種用於增加管線內流動的氣體的壓頭的輔助裝置，所述壓頭可由至少一個運行第一增壓裝置的燃氣輪機提供，所述輔助裝置包括(a)蒸汽輪機，其可操作地連接到第二增壓裝置；(b)第一連接裝置，其用於在所述管線與所述第二增壓裝置之間提供流體連通；(c)第二連接裝置，其用於在所述第一增壓裝置和第二增壓裝置之間提供流體連通；(d)加熱裝置，其用於使所述蒸汽輪機的工作流體汽化；(e)中間流體；(f)加熱器，其利用從所述加熱裝置的熱量加熱所述中間流體並產生受熱的中間流體；(g)工作流體汽化器，其利用從受熱中間流體的熱量使所述液態工作流體汽化以形成汽化的工作流體和冷卻的中間流體；以及(h)流體冷凝器，其冷凝所述膨脹的有機汽化工作流體以產生工作流體冷凝物，從而使工作流體冷凝物被輸送到工作流體汽化器中。
本發明還涉及增壓裝置和相應的方法，用於為管線內流動的氣體提供壓力，包括至少一個合適的燃氣輪機，其適用於運行第一增壓裝置，該第一增壓裝置與所述管線流體連通，以在所述管線內提供第一壓頭；以及至少一個根據本發明的輔助裝置，其與所述管線和燃氣輪機流體連通，以在所述管線內提供第二壓頭。
本發明還涉及一種將氣體從至少一個源頭輸送到至少一個目的地的管線和相應方法，包括提供並使用至少一個這樣的增壓裝置用於為所述管線內流動的氣體提供流體壓力。
此外，本發明涉及一種用於增加管線內流動的氣體的壓頭的方法，該壓頭可由至少一個具有第一增壓裝置的燃氣輪機提供，該方法包括(a)提供一個蒸汽輪機，其可操作地連接到第二增壓裝置；(b)在所述管線與所述第二增壓裝置之間提供流體連通；(c)在由所述燃氣輪機驅動的所述第一增壓裝置與所述第二增壓裝置之間提供流體連通；以及(d)使所述蒸汽輪機的工作流體汽化並在所述蒸汽輪機內膨脹所述汽化的工作流體以為驅動所述第二增壓裝置提供動力，從而在除了由所述第一增壓裝置提供第一壓頭之外還為穿過第二增壓裝置流動的氣體提供第二壓頭。
此外，本發明還涉及一種增加在天然氣管線內流動的天然氣的壓頭的方法，該壓頭可由至少一個運行第一增壓裝置的燃氣輪機提供，該方法包括(a)提供一個蒸汽輪機，其可操作地連接到第二增壓裝置；(b)在所述天然氣管線與所述第二增壓裝置之間提供流體連通，所述天然氣管線為天然氣管線傳輸系統中的一部分；(c)在由所述燃氣輪機驅動的所述第一增壓裝置與所述第二增壓裝置之間提供流體連通，以從所述第一增壓裝置和第二增壓裝置輸送在所述天然氣管線內流動的天然氣；以及(d)使所述蒸汽輪機的工作流體汽化並在所述蒸汽輪機內膨脹所述汽化的工作流體，以為驅動所述第二增壓裝置提供動力，並在除了由所述第一增壓裝置為所述天然氣提供第一壓頭之外還為穿過第二增壓裝置流動的天然氣提供第二壓頭。
有益地是，在上述的兩個步驟(d)中，所述燃氣輪機的廢氣中的熱量用於汽化所述工作流體，並且可選的，還包括冷凝排出所述燃氣輪機的膨脹的蒸汽以形成冷凝物的步驟，該步驟通常通過合適的氣冷式冷凝器完成。之後將冷凝物返回到合適的發熱鍋爐以根據步驟(d)汽化所述工作流體。可選的，在步驟(d)中，由所述燃氣輪機的廢氣中的熱量加熱過的受熱中間流體通常用於汽化所述工作流體以形成汽化的工作流體，並且所述工作流體可在通過蒸汽輪機膨脹之後被冷凝以形成工作流體冷凝物，以便所述工作流體冷凝物可由受熱的中間流體重新進行汽化。還可選的，由燃氣輪機的廢氣中的熱量進行汽化的汽化中間流體用於汽化所述工作流體以形成汽化的工作流體，並且所述工作流體可在穿過蒸汽輪機膨脹之後被冷凝以形成工作流體冷凝物，以便所述工作流體冷凝物由汽化的中間流體重新進行汽化。可提供副蒸汽輪機，其使汽化的中間工作流體膨脹以產生動力和膨脹的汽化中間工作流體，並且所述副蒸汽輪機可操作地連接到所述第二增壓裝置以對由燃氣輪機提供的壓頭進一步增壓。
可優選地是，所述方法還包括冷卻第一增壓裝置和第二增壓裝置所提供的兩個壓縮階段之間的氣體的步驟，並且可利用第一增壓裝置和第二增壓裝置提供的兩個壓縮階段之間的氣體中排出的熱量對合適的傳熱流體進行加熱。還可用由所述燃氣輪機提供的廢熱對傳熱流體進行加熱，並且可選的，可將受熱傳熱流體中的熱量傳送給熱量消耗。
可選的，所述方法還包括提供合適的旁通系統的步驟，例如選擇性地使氣體從所述管線流到如下通道中的一條或另一條通道第一通道，在該通道中，由第一增壓裝置和第二增壓裝置對氣體進行增壓；以及第二通道，在該通道中，流過所述管線的氣體繞過第二增壓裝置。
圖1示出了本發明的第一實施例的主要部件的總體布置；圖2示出了本發明的第一實施例的主要部件的可選擇的總體布置；圖3示出了本發明的第二實施例的主要部件的總體布置。
圖4示出了本發明的第三實施例的主要部件的總體布置。
圖4(a)和圖4(b)部分地示出了蒸汽輪機與圖4中的第二壓縮機之間的可選擇的操作連接模式。
在各附圖中相同的附圖標記或符號表示相同的部件。
具體實施例方式
本發明由權利要求書進行限定，其內容包含在說明書的公開範圍之內，現在將結合實施例和附圖對其進行描述。
除了特別指出之外，這裡所用的術語流體指的是氣體、蒸汽、液體以及它們的混合物。
除非特別指出，這裡所用的表示相對位置的術語「上遊」和「下遊」一般分別指的是遠離並沿著流體流動方向的方向，所述流體包括氣體、液體以及它們的混合物。
這裡的「燃氣輪機」指的是空氣壓縮機、燃燒燃料的燃燒器和渦輪機的組合。排出燃燒器的熱氣體在渦輪機內膨脹，並且渦輪機驅動空氣壓縮機和外部載荷，例如氣體壓縮機或交流發電機。其不同於「蒸汽輪機」，這裡的「蒸汽輪機」指的是由熱高壓蒸汽的膨脹驅動的渦輪機。
本發明涉及通常在增壓站內進行增壓的裝置和方法，以為管線內流動的氣體提供氣體壓力，尤其涉及一種除了使用燃氣輪機之外還使用蒸汽輪機的裝置和相應方法，以向管線內流動的氣體提供氣體壓力。
本文所描述的輔助裝置也相應地指副裝置或附屬裝置。
所述增壓裝置包括至少一個合適的燃氣輪機，其用於運行第一增壓裝置，如第一壓縮機，其與所述管線流體連通，以為所述管線提供第一壓頭；以及至少一個輔助裝置，其與所述管線和所述燃氣輪機流體連通，以為所述管線提供第二壓頭。
根據本發明，所述輔助裝置包括可操作地連接到第二增壓裝置(如第二壓縮機)的蒸汽輪機；在所述管線和所述第二增壓裝置之間提供流體連通的第一連接裝置；在所述第一增壓裝置與第二增壓裝置之間提供流體連通的第二連接裝置；用於汽化所述蒸汽輪機的工作流體的加熱裝置。
特別是，本發明的特徵在於提供了至少一個第二壓縮機，該第二壓縮機與第一壓縮機(由燃氣輪機驅動)串連連接，以進一步增加管線內流動的氣體的壓力，該第二壓縮機直接或不直接地由至少一個蒸汽輪機驅動。
現在參看附圖，根據本發明的第一實施例，圖1中的附圖標記10表示的是壓縮在管線內流動的氣體的增壓裝置，其按照本發明進行設計和操作。
裝置10還包括至少一個用於壓縮在氣體管線14內流動的氣體的第一壓縮機12。第一壓縮機12通過聯軸器18例如直接或不直接地通過齒輪裝置由燃氣輪機16驅動和操作。燃氣輪機16使用通過進氣管20輸送的空氣並產生用於驅動壓縮機12的機械動力。燃氣輪機16包括用於壓縮由進氣管20所輸送空氣的空氣壓縮機(未示出)、用於在由空氣壓縮機和渦輪機(未示出)輸送的空氣之前燃燒輸送到其內的燃料的燃燒器以膨脹熱的燃燒產物或排出燃燒器的氣體。
特別是，裝置10的特徵在於還包括第二壓縮機24，所述第二壓縮機在第一壓縮機12附近與第一壓縮機12串連，以便進一步壓縮通過管道26排出第一壓縮機12的壓縮氣體。第二壓縮機24同樣直接或不直接地通過聯軸器30由蒸汽輪機28驅動或操作。可優選地是，蒸汽輪機28接收來自發熱鍋爐32的蒸汽，所述蒸汽由鍋爐內的液態工作流體產生，所述工作流體接收排出燃氣輪機16的廢氣的熱量。冷凝器34可為氣冷式或水冷式，優選為氣冷式，所述冷凝器34接收排出蒸汽輪機28的膨脹的蒸汽並產生冷凝物，泵36將所述冷凝物從冷凝器34輸送到發熱鍋爐32，從而完成動力循環。雖然所述蒸汽輪機可為汽輪機，但是可優選地是，所述蒸汽輪機可以為使用有機工作流體的有機蒸汽輪機(直接或不直接地使用中間傳熱流體循環，如熱油)。這種有機工作流體可為用於在動力循環中根據有機蘭金循環工作的蒸汽輪機的戊烷(正戊烷或已戊烷)或任意合適的有機工作流體。此外，本發明的這個實施例可選擇地包括同樣由蒸汽輪機28驅動或操作的發電機或交流發電機27。然而，如果優選或如果更加方便的話，所述發電機或交流發電機27可以不必包含在本發明的裝置(10』)的實施例中，如圖2所示，圖2示出了本發明第一實施例的這一選擇的主要部件的總體布置。
在該實施例中，第一壓縮機12的額定功率優選比第二壓縮機24的大。作為非限制性的實施例，也就是這裡所述壓縮機12能夠將在氣體管線14內流動的氣體壓縮到50％以上優選為約80％的所需壓頭，而第二壓縮機24將排出第一壓縮機12的壓縮過的氣體壓縮不到50％的所需壓頭，優選更接近20％的剩餘壓頭。因而，由第一壓縮機12提供的第一壓頭通常基本上遠遠大於第二壓縮機24所提供的第二壓頭。可優選地是，第一壓頭約為第二壓頭的4倍。
在操作中，由燃氣輪機16驅動和操作的第一壓縮機12壓縮在氣體管線14內流動的氣體並產生壓縮氣體。第二壓縮機24進一步壓縮排出第一壓縮機12的壓縮氣體並在氣體管線25的下遊部分產生進一步壓縮的氣體。蒸汽輪機28通過聯軸器30驅動或操作第二壓縮機24以及發電機或交流發電機27，並接收發熱鍋爐32所產生的蒸汽，所述發熱鍋爐32利用排出燃氣輪機16的廢氣中的熱量。這些蒸汽在蒸汽輪機28內膨脹並做功，以便蒸汽輪機通過聯軸器30驅動第二壓縮機24，使其旋轉並由此壓縮管線26內的壓縮氣體以在氣體管線25內產生進一步壓縮的氣體。此外，發電機或交流發電機27藉助聯軸器38而旋轉發電。排出蒸汽輪機28的膨脹蒸汽被輸送到冷凝器34(優選為氣冷式)進行冷凝，產生的冷凝物由循環泵36輸送到發熱鍋爐32，從而完成動力循環。因此，通過發熱鍋爐使用排出燃氣輪機16的廢氣中的熱量，所述系統的效率會更高。當需要管線中增加流速(和增加壓力)時，蒸汽輪機上的大部分載荷來自第二壓縮機24，發電機或交流發電機輸送降低了的電能或電力。另一方面，管線內具有較低流速時，發電機或交流發電機供應的電能或電力將會增加。
根據本發明，可以通過改進工具形式的輔助裝置用於增加燃氣輪機在管線內產生的氣體壓力。再次參看圖1，在第一個實施例中，所述輔助裝置包括可操作地連接到第二壓縮機24上的蒸汽輪機28；在第二壓縮機24與管線14之間提供流體連通的第一連接裝置31；以及在第二壓縮機24與由燃氣輪機驅動的第一壓縮機12之間提供流體連通的第二連接裝置23。所述輔助裝置還包括合適的加熱裝置(通常適用於從合適的燃氣輪機廢氣中排出剩餘熱量，如發熱鍋爐32)，以汽化蒸汽輪機28的工作流體，以及合適的冷凝器34和完成蒸汽輪機循環的泵36。可選的，輔助裝置的蒸汽輪機28可以類似於上述本發明的增壓裝置的方式直接或非直接地連接到第二壓縮機24上，但做了必要地修正。
正如這裡所述增壓裝置，所述輔助裝置還可包括與所述第二連接裝置連通的中間冷卻器，以便冷卻第一壓縮機與第二壓縮機之間的氣體。所述中間冷卻器裝置選擇地還包括在閉合迴路中流動的合適的傳熱流體，所述閉合迴路包括可操作地連接到所述發熱鍋爐裝置上的熱交換器以便產生進一步加熱的熱交換流體，以及將熱交換流體輸送到所述發熱鍋爐裝置中的泵結構。可選的，可具有將所述進一步受熱的熱交換流體中的熱量傳送給熱量消耗的裝置。還可選的，所述輔助裝置還包括連接到所述蒸汽輪機上的發電裝置，和/或合適地連接到所述第二壓縮機上的合適的電動機，該電動機可選擇地接收來自所述發電裝置的電能。
根據第一和實際上的所有實施例，依據流體在管線內流動時管線內壓頭衰減量，本發明的增壓裝置(10)作為整體單元可沿管線方便地設置在任意數量的位置上。因而，本發明可用於新的管線壓縮機裝置中並帶來了增加的能量效率水平。例如，相應於由燃氣輪機提供的另外的壓縮，燃氣輪機的大小和能量消耗以及資金和運行成本可在沒有大量附加能量損耗的情況下得以減小。
然而，應該指出的是，本發明還可用在現有的管線壓縮機裝置中，其中，第二壓縮機可被添加到現有的管線壓縮機裝置中(不會超出現有的管線壓縮機裝置的現有壓力上限)。本發明所提供的裝置具有多個優點，包括能夠使增壓站以最優的效率運行，並且當管線內需要高於標準氣流的壓力時，可使蒸汽輪機在線(on-line)以提供所需的另外壓頭。另一方面，當不需要由蒸汽輪機所提供的壓頭時，由蒸汽輪機產生的機械能可被轉化為電能而被存儲或利用。
在一個實施例中，在本發明中以最優的運行速度和驅動燃氣輪機和蒸汽輪機是可能的，從而優化燃氣輪機和蒸汽輪機的性能。應該指出的是，根據本發明，通過操作第二壓縮機並使其由蒸汽輪機驅動，在管線中流動的氣體可獲得進一步的壓縮而不必增加燃氣輪機的燃料消耗，其中所述蒸汽輪機運用發熱鍋爐產生的蒸汽。這與蒸汽輪機是否產生電無關。
例如由於在峰值載荷時蒸汽輪機提供另外的壓頭而不是增加燃氣輪機的速度，以這種方式至少為燃氣輪機提供最優的和穩定的狀態也是可能的，從而使維修成本最低並使燃氣輪機的工作壽命最長。
第一壓縮機12通過管道26與第二壓縮機24連通，當兩個壓縮機共同關閉時，使第一壓縮機12和串連的第二壓縮機24有效地在管線14內提供壓頭的效率得到了提高。換句話說，當這兩個壓縮機一起關閉時，與兩個壓縮機顯著分離的情況相比，共同的壓頭能夠在增壓站之間的更長距離的管線內維持有用的壓力。兩個壓縮機的關閉提供了很多益處，如燃氣輪機28可足夠靠近燃氣輪機的排氣口22以使廢熱能夠被充分地利用，以及使蒸汽輪機和燃氣輪機能夠被封裝在同一共用結構中(通常為增壓站)。此外，二者結合的喘振邊界(surge margin)大於第一壓縮機的喘振邊界，並且與一個可在高速條件下操作的壓縮機(可提供結合的壓頭的一個壓縮機)相比，第一壓縮機以滿流量和低壓力下操作。在各自的最優速度下驅動第一和第二壓縮機中的一個或兩個也是可能的，並且可對燃氣輪機和蒸汽輪機進行控制以便使所述燃氣輪機具有最小的燃料消耗和最大的壓頭。同樣的考慮可應用於本發明的其它實施例中，但是需要做必要的修正。因此，本發明的串連裝置不同於氣體管線上的兩個連續的壓縮機的設置，每一壓縮機由一個燃氣輪機驅動，通常它們沿著管線彼此相距數百公裡。
參看圖3，現在描述本發明的第二實施例，其中附圖標記10A表示根據本發明的另一實施例設計和操作的增壓裝置。第二實施例不同於結合圖1和圖2所描述的實施例，不同之處在於該實施例具有中間冷卻器以在進入第二壓縮機之前冷卻排出第一壓縮機的壓縮氣體。在該實施例中設有中間冷卻器50A以在進入第二壓縮機24A之前冷卻排出第一壓縮機12A的壓縮氣體。通過熱交換器60A，從燃氣輪機16A的廢氣中排出的熱量也可被添加到中間冷卻器50A所排出的熱量中，並被輸送給使用這些熱量的熱量消耗。例如，這些熱量可被用於工藝用熱或工業用熱，和/或商業用熱和/或家庭用熱。可選的，這些熱量可被聚集並儲存起來以備後用。
因此，通過將熱量傳遞到中間冷卻器50A中的傳熱介質，中間冷卻器50A冷卻排出第一壓縮機12A並在管線26A中流動的壓縮氣體，以便將冷卻的壓縮氣體輸送給第二壓縮機24A，並由中間冷卻器50A產生受熱的傳熱介質。此外，仍存在於燃氣輪機16A的廢氣中的熱量被傳遞到由中間冷卻器50A輸送的熱交換器60A中的傳熱介質。排出熱交換器60A的另外的受熱傳熱介質被輸送給熱量消耗使用，如工業用熱過程。在該實施例中，由於排出第一壓縮機12A的壓縮氣體在被輸送到第二壓縮機24A之前得到冷卻，因此增加了在氣體管線內流動的氣體的壓縮效率。除此之外，該實施例中的部件基本等同於圖1和圖2所示實施例中的組成部件。一般來說，該實施例的操作類似於圖1和圖2所示實施例的操作，但是此處的中間冷卻器50A用於通過將熱量傳遞到中間冷卻器50A內的傳熱介質(如水)冷卻排出第一壓縮機12A並在管線16內流動的壓縮氣體，以便將冷卻的壓縮氣體輸送到第二壓縮機24A並由中間冷卻器50A產生受熱的傳熱介質。此外，仍存在於燃氣輪機16A的廢氣中的熱量被輸送到由中間冷卻器50A輸送的熱交換器60A的傳熱介質中。排出熱交換器60A的另外的受熱傳熱介質被輸送給熱量消耗62A使用，如工業用熱過程。在該實施例中，由於排出第一壓縮機12A的壓縮氣體在被輸送到第二壓縮機24A之前得到冷卻，因此增加了在氣體管線內流動的氣體的壓縮效率。
現在參看圖4，結合該圖將對本發明的第三實施例進行描述，其中附圖標記10B表示根據本發明的第三實施例設計和操作的增壓裝置。在該實施例中，其被認為是目前完成本發明最好的方式，並且其可選擇地和優選地包括用於冷卻排出第一壓縮機的壓縮氣體的中間冷卻器以及用於排出仍存在於燃氣輪機的廢氣中的熱量的可選擇的熱交換器，設置旁通管線48B以便利用發電機或交流發電機與由蒸汽輪機所驅動或操作的第二壓縮機相結合。實際上，該實施例的其它裝置基本上與圖3所示的實施例相同。因此，該實施例中的裝置10B也包括用於壓縮在氣體管線14內流動的氣體的第一壓縮機12B，如圖4所示。燃氣輪機16B通過聯軸器18B驅動或操作第一壓縮機12B，所述燃氣輪機16B使用通過輸送管20B供應的空氣並產生驅動壓縮機12B的機械能。燃氣輪機16B包括用於壓縮通過進氣管20B所輸送空氣的空氣壓縮機(未示出)，在空氣壓縮機和渦輪機(未示出)所輸送的空氣中燃燒輸送到其中的燃料的燃燒器(未示出)，以使排出燃燒器的熱的燃燒產物或氣體膨脹。燃氣輪機16B產生的廢氣通過豎管22B排出。
如圖4所示，所述裝置10B還包括壓縮通過管線26B排出第一壓縮機12B的壓縮氣體的第二壓縮機24B。中間冷卻器50B冷卻通過管線26B排出第一壓縮機12B的壓縮氣體並將從壓縮氣體中所排出的熱量傳遞到傳熱流體，如水等，排出中間冷卻器50B的冷卻後的壓縮空氣被輸送到第二壓縮機24B中。第二壓縮機24B通過聯軸器3OB也由蒸汽輪機28B驅動或操作。可優選地是，蒸汽輪機28B接收來自發熱鍋爐32B的蒸汽，所述蒸汽由鍋爐中的液態工作流體產生，所述工作流體接收排出燃氣輪機16B的廢氣的熱量。冷凝器34B可為氣冷式或水冷式，優選為氣冷式，所述冷凝器34B接收排出蒸汽輪機28B的膨脹蒸汽並產生冷凝物，該冷凝物由泵36B從冷凝器34B輸送到發熱鍋爐32B，從而完成動力循環。雖然所述蒸汽輪機可為水蒸汽輪機，但可優選地是，所述蒸汽輪機為使用有機工作流體的有機蒸汽輪機(直接或不直接地使用中間傳熱流體循環，例如使用熱油)。例如，這種有機工作流體可為在動力循環中的有機蒸汽輪機中用作工作流體的戊烷(正戊烷或已異戊烷)，或任意其它有機液，或者其它合適的液體，所述有機蒸汽輪機根據有機蘭金循環進行操作。此外，仍存在於燃氣輪機16B的廢氣中的熱量被傳遞到由中間冷卻器50B輸送的熱交換器6OB中的傳熱介質。排出熱交換器6OB的進一步受熱的傳熱介質被輸送給熱量消耗使用。
此外，本發明的該實施例包括發電機或交流發電機27B，其同樣由蒸汽輪機28B和第二壓縮機24B所驅動或操作(類似於圖3所示的由蒸汽輪機28A驅動或操作的發電機或交流發電機27A)。發電機或交流發電機27B通過機械聯軸器38B連接到蒸汽輪機28B上，而發電機或交流發電機27B通過可選擇性地脫開的機械聯軸器30B連接到第二壓縮機24B上。
然而，與第一實施例相比，根據第三實施例的裝置包括具有閥42B和44B的關閉閥系統40B和旁通系統65B。因此，第一壓縮機12B可通過管道26B和關閉閥42B與第二壓縮機24B選擇連通，並且第二壓縮機的下遊側通過管道43B和止回閥45B連接到管線14的下遊部分25。可選的，第一壓縮機12B可通過旁通管道48B和閥44B與管線14的下遊部分25選擇連通。因此，管道26B朝向兩個閥42B和44B分叉，與之類似，管道43B和489B在止回閥45B的下遊匯集在一起。此外，該實施例包括用於控制旁通系統的操作並使增壓裝置10B的操作最優的控制器55B。
可選的，閥42B和44B可由合適的雙向閥替代。
在該實施例中，如果由於某種原因，氣體管線14內氣體的流量降低從而所需的氣體壓力也較低，氣流可通過旁通管道48B轉向以便省掉第二壓縮機24B，因而由蒸汽輪機28B操作的發電機或交流發電機27B所產生的電量將會增加。另一方面，如果氣體管線14內氣體的流量增加了，由蒸汽輪機28B操作的發電機或交流發電機27B所輸送的電力負載降低或者甚至被消除，以將增加的機械能輸送給第二壓縮機24B。
可選的，所述閥系統40B可如此進行操作完全關閉兩個閥，例如為了停止氣體的流動，在這種情況下，上遊的壓縮機通常也被關閉。
另外，在該實施例中，第一壓縮機12B的額定功率大於第二壓縮機24B的額定功率。作為非限制性的實施例，第一壓縮機12B將氣體管線14內流動的氣體壓縮到50％以上優選約為80％的所需壓頭，而第二壓縮機24B將排出第一壓縮機12B的壓縮氣體壓縮不到50％的所需壓頭，優選更接近20％的剩餘壓頭。因此，由第一壓縮機12B所提供的第一壓頭通常遠遠大於由第二壓縮機24B所提供的第二壓頭。可優選地是，第一壓頭約比第二壓頭大約4倍。
在操作中，由燃氣輪機16B驅動或操作的第一壓縮機12B壓縮在氣體管線14內流動的氣體並產生壓縮氣體。第二壓縮機24B進一步壓縮排出第一壓縮機12B的壓縮氣體並在氣體管線25B內產生進一步壓縮的氣體。通過將從壓縮氣體中排出的熱量傳遞到中間冷卻器5OB內的傳熱流體，中間冷卻器5OB冷卻排出第一壓縮機12B並存在於管線26B內的壓縮氣體，並產生冷卻的壓縮氣體。蒸汽輪機28B驅動或操作第二壓縮機24B以及發電機或交流發電機27B，並接收發熱鍋爐32B利用排出燃氣輪機16B的廢氣中的熱量所產生的蒸汽。這些蒸汽在蒸汽輪機28B內膨脹並做功，以使蒸汽輪機驅動第二壓縮機24B，使其旋轉從而壓縮排出中間冷卻器5OB的冷卻的壓縮氣體，在氣體管線14的下遊部分25產生進一步壓縮的氣體。此外，發電機或交流發電機通過機械聯軸器38B由蒸汽輪機28B驅動旋轉並產生電力。另外，可脫開的聯軸器3OB連接到所述發電裝置27B和所述第二壓縮機24B，其中所述可脫開的聯軸器選擇性地使第二壓縮機脫開所述發電裝置。排出蒸汽輪機28B的膨脹蒸汽被輸送到冷凝器34B(其優選為氣冷式)進行冷凝並產生冷凝物，所述冷凝物由循環泵36B輸送到發熱鍋爐32B從而完成動力循環。
所述關閉閥系統40B和用於第二壓縮機24B的可脫開的機械聯軸器3OB輸送管線內的氣體從而繞過第二壓縮機24B，當由於某種原因使管線內的氣體流量較低時，其藉助旁通管道48B和可脫開的機械聯軸器3OB而被脫開(參見圖4A)。因此，在這種情況下，第二壓縮機24B被氣流所省略，並且蒸汽輪機28B和發電機或交流發電機27B將會產生增加的電能，交流發電機27B機械地從第二壓縮機24B上脫開以增加效率，如圖4所示。可優選地是，可脫開的聯軸器3OB還包括操作所述可脫開的聯軸器的裝置以便所述第二壓縮機在管線內氣體的流量較低時進行脫開並使氣體通過所述旁通裝置的第二管道48B流動，所述旁通裝置利用所述關閉閥系統40B。
在第三實施例的另一種選擇中，參看圖4B，其中示出了蒸汽輪機、發電機或交流發電機與第二壓縮機之間的聯軸器的另一示例。在此處，發電機或交流發電機27B通過聯軸器38B旋轉並產生電力和電能，至少部分電力用於驅動電動機39D以驅動第二壓縮機24B。因此，在這種方式中，省略掉了第二壓縮機並增加了由蒸汽輪機28B驅動的交流發電機或發電機產生的電能。
此外，仍存在於燃氣輪機16B的廢氣中的熱量被傳遞給熱交換器6OB中的傳熱介質，該傳熱介質由中間冷卻器5OB輸送。排出熱交換器6OB的另外的受熱的傳熱介質被輸送給熱量消耗62B使用。例如，這些熱量可用於工藝用熱和/或家庭用熱。可選的，這些熱量可被聚積或儲存起來以備後用。
另外，控制器或控制系統55B控制所述裝置尤其是所述第一壓縮機和所述第二壓縮機以及所述燃氣輪機和所述蒸汽輪機的操作。控制系統55B還包括使所述裝置操作最優的裝置，尤其是在燃氣輪機內燃燒的燃料的消耗最優的裝置。所述控制系統還可包括具有節流閥或用於控制蒸汽輪機的操作的可變噴嘴的裝置。這種燃料消耗優化裝置可包括燃料計量裝置。
在本發明中存在兩種極端情況。第一種情況出現在由燃氣輪機16B驅動的壓縮機12B以最大的速度旋轉而由蒸汽輪機28B驅動的壓縮機24B以合適的速度旋轉以獲得管線內氣體的所需流量時。在這種情況下，燃氣輪機12B的燃氣輪機燃燒器的燃料消耗將最大。另一方面，在另一種極端情況下，壓縮機24B以最大速度旋轉而壓縮機12B以合適的速度旋轉以使管線內氣體保持所需的流量。在這種情況下，燃氣輪機12B的燃氣輪機燃燒器的燃料消耗將最小。本發明的控制器或控制系統55B控制壓縮機12B、壓縮機24B和蒸汽輪機28B的速度以便儘快地使燃氣輪機16B的燃氣輪機燃燒器的燃料消耗最小，並使管線內氣體的流量最小，儘管存在波動。
在操作中，控制器55B為兩個壓縮機12B和24B選擇最優的速度，以使燃氣輪機的燃燒器(未示出)內燃燒的燃料消耗最小。所述控制系統首先要確保獲得穿過管線14的所需氣體流量，隨後在測量燃料的流量時採取增加每一壓縮機12B和24B運轉速度的步驟，並選擇兩個壓縮機速度的組合以便使燃料流量保持最小，從而獲得最高效率。可選的，可試驗性(並周期性地重新驗證)地繪製一組最優性能曲線，所述曲線可用在控制系統55B中以便作為氣體流量、每一壓縮機的入口和出口壓力及溫度的函數選擇每一壓縮機12B和24B的最優壓縮機的速度。通過改變燃氣輪機控制器的速度指令來控制壓縮機12B的速度，該燃氣輪機控制器操縱燃氣輪機的燃燒器的燃料計量閥46B。與之類似，通過改變蒸汽輪機控制器的速度指令來控制第二壓縮機24B的速度，該蒸汽輪機控制器操縱蒸汽輪機的節流閥或可變噴嘴47B。
此外，應該指出的是，本發明可用於現有的管線壓縮機裝置中，其中，將第二壓縮機添加到現有的管線壓縮機裝置中(不會超出現有管線壓縮機裝置的現有壓力上限)。可選的，本發明可用於新的管線壓縮機裝置中並會增加能量效率。
並且，應該指出的是，結合附圖2描述的該種選擇沒有包括電動機或交流發動機，其可用於本發明的所以實施例中。
在上面的描述中，應該指出的是，所述蒸汽輪機可優選為使用有機工作流體，例如戊烷的有機蒸汽輪機(直接或不直接地使用中間傳熱流體循環，如使用熱油)。這種有機工作流體可為根據有機蘭金循環的動力循環中的戊烷(正戊烷或已戊烷)或其它合適的有機液。
參看圖4，本發明輔助裝置的另一實施例包括輔助裝置的第一實施例中的所有部件，可選的，其還可包括用於所述管線的旁通裝置，所述旁通裝置包括第一管道和第二管道，每一管道包括合適的關閉閥裝置；共用的第一連接器，其適用於將所述第一管道和第二管道連接到第一增壓裝置；共用的第二連接器，其適用於將所述第一管道和第二管道連接到所述管線；其中所述第一管道在關閉閥裝置的下遊與所述第二增壓裝置連通；以及其中所述第一管道還包括在所述第二連接器與所述第二增壓裝置中間的止回閥。
所述關閉閥系統40B包括閥42B和44B和旁通系統65B，類似於這裡所述增壓裝置的第三實施例中所述相應部件，但做了必要的修正。
類似地是，輔助裝置的所有實施例還可包括連接到第一連接裝置31或第二連接裝置23和第二壓縮機上的中間冷卻器。
應該注意，當使用非直接的循環時，美國專利No.US6571548公開了一種裝置和方法，其公開的內容引入這裡作為參考，將所公開的裝置和方法結合到本發明的裝置和方法中。因此，在這種選擇中，根據申請號為09/860,516(等同於EP1158161A2)的美國專利所公開的方法和裝置，其中所公開的內容引入這裡作為參考，中間傳熱流體(如高壓水或熱油)可用於使蒸汽輪機的工作流體汽化。此外，在非直接的循環中，也可使用申請號為09/702,711(等同於EP1174590A2)的美國專利申請所公開裝置和方法，其中所公開的內容引入這裡作為參考，其中例如使用合成烷化芳香傳熱流體作為中間流體。在使用申請號為09/702,711的美國專利申請所公開的裝置和方法的過程中，中間傳熱流體和有機工作流體被汽化並用於操作蒸汽輪機，並且所述蒸汽輪機由汽化的有機工作流體驅動，所述兩個蒸汽輪機都可用於操作或驅動第二壓縮機。
因此，用於輔助裝置的加熱裝置可包括熱量回收系統，包括中間流體；加熱器，其利用加熱裝置的熱量加熱所述中間流體並產生受熱的中間流體；工作流體汽化器，其利用受熱的或汽化的中間流體的熱量汽化所述液態工作流體或汽化中間流體以形成汽化的工作流體和冷卻的中間流體；流體冷凝器，其使膨脹的有機汽化工作流體冷凝以產生工作流體冷凝物，以便將工作流體冷凝物輸送到工作流體汽化器。
可選的，所述熱量回收系統可包括副蒸汽輪機，其中所述加熱器包括汽化器，該汽化器利用加熱裝置的熱量使中間流體汽化並產生汽化的中間流體；所述副蒸汽輪機使汽化的中間工作流體膨脹，該蒸汽輪機產生能量並產生膨脹的汽化中間工作流體；所述工作流體汽化器利用汽化的中間流體的熱量汽化所述液態工作流體以形成汽化的工作流體和中間流體冷凝物；所述流體冷凝器冷凝所述膨脹的有機汽化工作流體以產生工作流體冷凝物，以便將工作流體冷凝物輸送到工作流體汽化器。
所述副蒸汽輪機還可可操作地連接到第二壓縮機以對所述燃氣輪機提供的壓頭進行進一步地增壓。可選的，所述副蒸汽輪機可操作地連接到第三增壓裝置，該第三增壓裝置與第二增壓裝置連通，以對燃氣輪機提供的壓頭進行進一步的增壓。
通常，所述中間流體包括熱傳熱流體，例如熱油或合成烷化芳香傳熱流體。
因此，通過使用本發明，尤其是參考圖4、圖4a和圖4b，採用第二壓縮機和蒸汽輪機以有效地增加第一壓縮機的操作。
此外，本發明提供了一種在大型天然氣傳輸系統中將天然氣從一個位置傳輸到另一位置的天然氣傳輸方法。這種傳輸系統可分布在幾十到幾百公裡的範圍上。通過使用作為這種天然氣傳輸系統的一個整體部分的本發明，這種天然氣傳輸系統在操作中有效並且提供了操作的靈活性，從而這種操作在不同的天然氣流量下都是有效的。
可選的，對於所有實施例來說，發熱鍋爐還可包括熱量或加熱裝置的緊急情況替代熱源和/或備用熱源和/或輔助熱源。例如，一個單獨的輔助發熱鍋爐(例如其由熱源進行加熱，如合適的氣體、液體或固體燃料)用於加熱所述工作流體。當由於故障或維修而使燃氣輪機不能運轉時，這種替代熱源可能非常有用，從而啟動增壓裝置以為管線14至少提供一些所需壓頭。
對於所有的實施例，可選的，連接到蒸汽輪機上的發電機或交流發電機產生的電力可部分地或完全地轉向電網，例如與之類似地是，連接到第二壓縮機上的電機可從這種電網獲得電能。因此，超過驅動第二壓縮機所需的多餘電能可被使用或出售。
運輸氣體的類似問題有時同樣會在液體(如油或水)的大量運輸過程中遇到。雖然這裡的描述指的是氣體管線並使用壓縮機作為增壓裝置，但是本發明所述裝置和方法也可用於通過管線增壓和運輸液體(如油或水)，這與上述的氣體管線具有相似的方式，但做了必要的修正，其中所述增壓裝置現在指的是泵裝置而不是壓縮機裝置。
雖然結合一個燃氣輪機和一個蒸汽輪機對上面的實施例進行了描述，但是，本發明的裝置實際上可包括多個燃氣輪機和/或多個蒸汽輪機，所述多個燃氣輪機和/或多個蒸汽輪機可以任意順序、沿管線的任意特定位置或多個位置串連排列。每一燃氣輪機的廢棄熱量可由共用的或單獨的裝置來獲得以提供共用熱源或單獨的熱源，與之類似，共用的工作流體可用於操作所有或一組蒸汽輪機，或者每一蒸汽輪機可利用專門的工作流體和工作流體汽化迴路工作。在增壓站內具有多於一個的燃氣輪機或多於一個的蒸汽輪機的好處是所述渦輪機可比等同燃燒速度的較大的渦輪機個小，並且還具有操作的靈活性。安全邊界應當為渦輪機故障的一個或另一個。
儘管這裡描述的實施例包括在至少一個蒸汽輪機的上遊的至少一個燃氣輪機但是所述裝置也可相反，即所述燃氣輪機位於蒸汽輪機的下遊。
本發明的方法和裝置所實現的優點和改進結果可容易地從本發明的優選實施例中看出。在不脫開本發明的主旨和所附權利要求書的範圍的情況下可做出各種改變和改進。
權利要求
1.一種用於增加管線內流動的氣體的壓頭的輔助裝置，所述壓頭可由運行第一增壓裝置的至少一個燃氣輪機提供，所述輔助裝置包括(a)蒸汽輪機，其可操作地連接到第二增壓裝置；(b)第一連接裝置，其用於在所述管線與所述第二增壓裝置之間提供流體連通；(c)第二連接裝置，其用於在所述第一增壓裝置與所述第二增壓裝置之間提供流體連通；(d)加熱裝置，其用於使所述蒸汽輪機的工作流體汽化；以及(e)用於所述管線的旁通裝置，其具有旁通管道和關閉閥系統，以通過旁通管道將所述第一增壓裝置連接到所述管線的下遊部分。
2.如權利要求1所述的輔助裝置，其中還包括用於所述管線的旁通裝置，所述旁通裝置包括(a)第一管道和第二管道，每一管道包括合適的關閉閥裝置；(b)用於將所述第一管道和所述第二管道連接到所述第一增壓裝置的共用第一連接器；(c)用於將所述第一管道和所述第二管道連接到所述管線的共用第二連接器；(d)其中所述第一管道在其所述關閉閥裝置的下遊與所述第二增壓裝置連通；以及(e)其中所述第一管道還包括在所述第二連接器與所述第二增壓裝置中間的止回閥。
3.如權利要求1或2所述的輔助裝置，其中在閉合迴路內流動的所述工作流體包括可操作地連接到所述加熱裝置的熱交換器，還包括用於產生所述工作流體冷凝物的合適的冷凝器和用於將所述工作流體提供到所述加熱裝置的泵裝置。
4.如權利要求1至3任一所述的輔助裝置，其中所述加熱裝置包括用於回收由所述至少一個燃氣輪機產生的廢熱的發熱鍋爐裝置。
5.如權利要求1至4任一所述的輔助裝置，其中所述加熱裝置包括熱量回收系統，該系統包括a)中間流體；b)加熱器，其利用所述加熱裝置的熱量加熱所述中間流體並產生受熱的中間流體；c)工作流體汽化器，其利用所述受熱中間流體的熱量使所述液態工作流體汽化以形成汽化的工作流體和冷卻的中間流體；以及d)流體冷凝器，其冷凝所述膨脹的有機汽化工作流體以產生工作流體冷凝物，從而使所述工作流體冷凝物被輸送到所述工作流體汽化器。
6.如權利要求5所述的輔助裝置，還包括副蒸汽輪機，並且其中所述加熱器包括利用所述加熱裝置的熱量使所述中間流體汽化並產生汽化的中間流體的汽化器；所述副蒸汽輪機使所述汽化的中間工作流體膨脹並產生動力，並產生膨脹的汽化中間工作流體；所述工作流體汽化器利用所述汽化的中間流體的熱量汽化所述液態工作流體以形成汽化的工作流體和中間流體冷凝物；以及所述流體冷凝器冷凝所述膨脹的有機汽化工作流體以產生工作流體冷凝物，以便將所述工作流體冷凝物輸送到所述工作流體汽化器。
7.如權利要求6所述的輔助裝置，其中所述副蒸汽輪機可操作地連接到第三增壓裝置，該第三增壓裝置與所述第二增壓裝置連通，用於對由所述燃氣輪機提供的壓頭進行進一步增加。
8.如權利要求6所述的輔助裝置，其中所述副蒸汽輪機可操作地連接到所述第二增壓裝置，用於對由所述燃氣輪機提供的壓頭進行進一步增壓。
9.如權利要求1至8任一所述的輔助裝置，還包括中間冷卻裝置，該中間冷卻裝置與所述第二連接裝置連通，用於對所述第一增壓裝置與所述第二增壓裝置之間流動的氣體進行冷卻。
10.如權利要求9所述的輔助裝置，其中所述中間冷卻裝置還包括在封閉的迴路內流動的合適的傳熱流體，所述封閉迴路包括可操作地連接到所述發熱鍋爐裝置以產生進一步受熱的傳熱流體的熱交換器，以及將所述傳熱流體提供到所述發熱鍋爐裝置的泵裝置。
11.如權利要求10所述的輔助裝置，還包括將所述進一步受熱的傳熱流體中的熱量傳遞給熱量消耗的裝置。
12.如權利要求1至11任一所述的輔助裝置，還包括連接到所述蒸汽輪機上的發電裝置。
13.如權利要求1至12任一所述的輔助裝置，還包括連接到所述第二增壓裝置的合適的電動機。
14.如權利要求13所述的輔助裝置，其中所述電動機裝置接收來自所述發電裝置的電能。
15.如權利要求13所述的輔助裝置，還包括連接到所述發電裝置和所述第二增壓裝置的可脫開的聯軸器，其中所述可脫開的聯軸器選擇地使第二增壓裝置從所述發電裝置上脫開。
16.如權利要求1至15任一所述的輔助裝置，還包括連接到所述發電裝置和所述第二增壓裝置的可脫開的聯軸器，其中所述可脫開的聯軸器可選擇地使所述第二增壓裝置從所述發電裝置上脫開，並且還包括用於操作所述可脫開的聯軸器的裝置，以便當在管線內的氣流較低時使所述第二增壓裝置脫開並利用所述關閉閥裝置使得氣體通過所述旁通裝置的所述第二管道流動。
17.如權利要求1至16任一所述的輔助裝置，其中所述加熱裝置包括輔助加熱裝置。
18.如權利要求17所述的輔助裝置，其中所述輔助加熱裝置包括輔助發熱鍋爐裝置。
19.如權利要求1至18任一所述的輔助裝置，其中所述工作流體包括有機流體。
20.如權利要求19所述的輔助裝置，其中所述工作流體包括戊烷。
21.如權利要求5至20任一所述的輔助裝置，其中所述中間流體包括熱傳熱流體。
22.如權利要求21所述的輔助裝置，其中所述中間流體包括熱油。
23.如權利要求6至22任一所述的輔助裝置，其中所述中間流體包括合成烷化芳香傳熱流體。
24.一種用於給管線內流動的氣體提供壓力的增加裝置，包括至少一個合適的燃氣輪機，其適用於運行第一增壓裝置，該第一增壓裝置與所述管線流體連通，以在所述管線內提供第一壓頭；以及至少一個根據權利要求1-23任一所述的輔助裝置，其用於運行所述第二增壓裝置，該第二增壓裝置與所述管線和所述燃氣輪機流體連通，以在所述管線內提供第二壓頭。
25.如權利要求24所述的增加裝置，其中所述燃氣輪機和所述蒸汽輪機被封裝在一個共用的結構內。
26.如權利要求24或25所述的增加裝置，其中所述第一壓頭遠遠大於所述第二壓頭。
27.如權利要求26所述的增加裝置，其中所述第一壓頭約比所述第二壓頭大4倍。
28.如權利要求24至27任一所述的增加裝置，還包括一合適的控制系統，所述控制系統用於控制所述第一增壓裝置、所述第二增壓裝置、所述燃氣輪機和所述蒸汽輪機的操作。
29.如權利要求28所述的增加裝置，其中所述控制系統還包括優化在所述燃氣輪機內燃燒的燃料消耗的裝置。
30.如權利要求29所述的增加裝置，其中優化在所述燃氣輪機內燃燒的燃料的燃料消耗的所述裝置還包括燃料計量裝置，並且其中所述控制裝置還包括節流閥與可變噴嘴中的至少一個以控制所述蒸汽輪機的操作。
31.如權利要求1至30任一所述的增加裝置，其中所述第一增壓裝置和所述第二增壓裝置包括合適的壓縮機。
32.一種將氣體從至少一個源頭輸送到至少一個目的地的管線，包括權利要求24至31任一所述的至少一個增壓裝置以為所述管線內流動的氣體提供流體壓力。
33.一種用於增加天然氣管線內流動的天然氣的壓頭的方法，該壓頭可由至少一個運行第一增壓裝置的燃氣輪機提供，該方法包括(a)提供一蒸汽輪機，其可操作地連接到第二增壓裝置；(b)在所述天然氣管線與所述第二增壓裝置之間提供流體連通，所述天然氣管線為天然氣管線傳輸系統的一部分；(c)在所述燃氣輪機運行的所述第一增壓裝置與所述第二增壓裝置之間提供流體連通，以從所述第一增壓裝置和所述第二增壓裝置傳遞所述天然氣管線內流動的天然氣；(d)使所述蒸汽輪機的工作流體汽化並在所述蒸汽輪機內膨脹所述汽化的工作流體，以提供動力來運行所述第二增壓裝置，並除了由所述第一增壓裝置提供給所述天然氣的第一壓頭之外還為流過所述第二增壓裝置的天然氣提供第二壓頭。
34.如權利要求33所述的方法，其為所述管線提供旁通裝置，所述旁通裝置包括旁通管道和關閉閥系統，以通過旁通管道將所述第一增壓裝置連接到所述管線的下遊部分，從而流過所述管線的氣體繞過所述第二增壓裝置。
35.如權利要求33或34所述的方法，其中在所述步驟(d)中，所述燃氣輪機的廢氣中的熱量用於汽化所述工作流體。
36.如權利要求33至35任一所述的方法，還包括冷凝排出所述燃氣輪機的膨脹的蒸汽以形成冷凝物的步驟。
37.如權利要求36所述的方法，其中所述冷凝步驟由合適的氣冷式冷凝器執行。
38.如權利要求36或37所述的方法，還包括將所述冷凝物返回到合適的發熱鍋爐以根據權利要求33的步驟(d)汽化所述工作流體的步驟。
39.如權利要求33至38任一所述的方法，其中在權利要求33的步驟(d)中，由所述燃氣輪機的廢氣中的熱量加熱過的受熱中間流體用於汽化所述工作流體以形成汽化的工作流體。
40.如權利要求39所述的方法，還包括在通過所述蒸汽輪機膨脹之後冷凝所述工作流體以形成工作流體冷凝物的步驟，以便所述工作流體冷凝物可由所述受熱的中間流體重新進行汽化。
41.如權利要求33至38任一所述的方法，在權利要求33中的步驟(d)中，由所述燃氣輪機的廢氣中的熱量進行汽化的汽化中間流體用於汽化所述工作流體以形成汽化的工作流體。
42.如權利要求41所述的方法，還包括在通過所述蒸汽輪機膨脹之後冷凝所述工作流體以形成工作流體冷凝物的步驟，以便所述工作流體冷凝物可由所述受熱的中間流體重新進行汽化。
43.如權利要求41至42任一所述的方法，還包括提供一個副蒸汽輪機，所述副蒸汽輪機使所述汽化的中間工作流體膨脹以產生動力和產生膨脹的汽化中間工作流體。
44.如權利要求43所述的方法，其中所述副蒸汽輪機可操作地連接到第三增壓裝置，該第三增壓裝置與所述管線連通，以對由所述燃氣輪機提供的壓頭進一步增壓。
45.如權利要求44所述的方法，除了由所述第二增壓裝置提供的流體壓力以外，還包括將壓頭提供給流過所述第三增壓裝置的氣體的步驟。
46.如權利要求44或45所述的方法，其中所述第三增壓裝置包括壓縮機。
47.如權利要求43所述的方法，其中所述副蒸汽輪機可操作地連接到所述第二增壓裝置以對所述燃氣輪機提供的壓頭進一步增壓。
48.如權利要求33至47任一所述的方法，還包括冷卻由所述第一增壓裝置和所述第二增壓裝置提供的壓縮階段之間的所述氣體的步驟。
49.如權利要求48所述的方法，還包括利用從所述第一增壓裝置和所述第二增壓裝置提供的壓縮階段之間的所述氣體中排出的熱量對合適的傳熱流體進行加熱的步驟。
50.如權利要求49所述的方法，包括利用由所述燃氣輪機提供的廢熱對所述傳熱流體進一步加熱的步驟。
51.如權利要求49或50所述的方法，還包括將所述受熱的傳熱流體中的熱量傳遞給熱量消耗的步驟。
52.如權利要求33至51任一所述的方法，還包括利用由所述蒸汽輪機提供的多餘旋轉動力產生電力的步驟。
53.如權利要求33至52任一所述的方法，還包括提供合適的電動機，所述電動機適用於選擇性地運行所述第二增壓裝置。
54.如權利要求53所述的方法，包括由連接到所述蒸汽輪機的一合適的發電裝置產生的電力提供給所述電動機裝置。
55.如權利要求33至54任一所述的方法，包括提供一種有機流體作為所述工作流體的步驟。
56.如權利要求55所述的方法，包括提供戊烷作為所述工作流體的步驟。
57.如權利要求38至56任一所述方法，包括提供一種傳熱流體作為所述中間流體的步驟。
58.如權利要求57所述的方法，包括提供一種熱油作為所述中間流體的步驟。
59.如權利要求40至58任一所述的方法，包括提供合成烷化芳香傳熱流體作為所述中間流體的步驟。
60.一種用於為管線內流動的氣體提供流體壓力的方法，包括利用第一增壓裝置為在所述管線內流動的氣體提供第一壓頭，所述第一增壓裝置由燃氣輪機運行；以及根據權利要求33至59所述的方法，利用第二增壓裝置為在所述管線內流動的氣體提供第二壓頭。
61.如權利要求60所述的方法，其中所述提供第一壓頭的步驟提供了遠遠大於所述第二壓頭的壓頭。
62.如權利要求61所述的方法，其中提供第一壓頭的所述步驟提供了約比所述第二壓頭大4倍的第一壓頭。
63.如權利要求60至62任一所述的方法，還包括控制所述燃氣輪機、所述第一增壓裝置、所述蒸汽輪機和所述第二增壓裝置的操作的步驟。
64.如權利要求63所述的方法，其中所述控制步驟包括運行所述燃氣輪機、所述第一增壓裝置、所述蒸汽輪機和所述第二增壓裝置，以便優化所述燃氣輪機所燃燒的燃料的燃料消耗。
65.如權利要求64所述的方法，其中所述優化步驟包括計量提供給所述燃氣輪機的燃料並控制節流閥與可變噴嘴中的至少一個以控制所述蒸汽輪機的操作。
66.如權利要求33至65任一所述的方法，其中所述第一增壓裝置和所述第二增壓裝置包括合適的壓縮機。
67.一種將氣體從至少一個源頭傳遞到至少一個目的地的方法，所述方法包括如權利要求33至66所述，為所述管線內流動的氣體提供流體壓力。
68.一種用於增加管線內流動的氣體的壓頭的輔助裝置，所述壓頭可由至少一個燃氣輪機提供，所述燃氣輪機運行第一增壓裝置，所述輔助裝置包括(a)蒸汽輪機，其可操作地連接到第二增壓裝置；(b)第一連接裝置，其用於在所述管線與所述第二增壓裝置之間提供流體連通；(c)第二連接裝置，其用於在所述第一增壓裝置與所述第二增壓裝置之間提供流體連通；(d)加熱裝置，其用於使所述蒸汽輪機的工作流體汽化；(e)中間流體；(f)加熱器，其利用所述加熱裝置的熱量加熱所述中間流體並產生受熱的中間流體；(g)工作流體汽化器，其利用受熱中間流體的熱量使所述液態工作流體汽化以形成汽化的工作流體和冷卻的中間流體；以及(h)流體冷凝器，其冷凝所述膨脹的有機汽化工作流體以產生工作流體冷凝物，從而使工作流體冷凝物被輸送到工作流體汽化器。
69.如權利要求68所述的輔助裝置，其中所述工作流體包括有機流體。
70.如權利要求69所述的輔助裝置，其中所述工作流體包括戊烷。
71.如權利要求68至70任一所述的輔助裝置，其中所述中間流體包括熱傳熱流體。
72.如權利要求71所述的輔助裝置，其中所述中間流體包括熱油。
73.如權利要求72所述的輔助裝置，其中所述中間流體包括合成的烷化芳香傳熱流體。
74.一種用於為管線內流動的氣體提供壓力的增壓裝置，其基本上如結合附圖所描述的增壓裝置。
75.一種將氣體從至少一個源頭傳遞到至少一個目的地的管線，其基本上如結合附圖所描述的管線。
76.一種用於增加管線內流動的氣體的壓頭的方法，所述壓頭由至少一個燃氣輪機提供，所述燃氣輪機運行第一增壓裝置，其基本上如結合附圖所描述的方法。
77.一種用於為管線內流動的氣體提供壓力的方法，其基本上如結合附圖所描述的方法。
78.一種將氣體從至少一個源頭傳遞到至少一個目的地的方法，其基本上如結合附圖所描述的方法。
全文摘要
一種增加管線14內流動氣體的壓頭的輔助裝置，壓頭由至少一個燃氣輪機16提供，燃氣輪機運行第一增壓裝置12，輔助裝置包括蒸汽輪機28，其可操作連接到第二增壓裝置24；第一連接裝置31，用於在管線與第二增壓裝置間提供流體連通；第二連接裝置2，用於在第一增壓裝置與第二增壓裝置間提供流體連通；加熱裝置32，用於使蒸汽輪機的工作流體汽化。實施例中提供了管線的旁通裝置，旁通裝置具有旁通管道48B和關閉閥系統44B，以通過旁通管道將第一增壓裝置連接到管線的下遊部分。另一實施例中提供了利用中間流體的熱量汽化工作流體的汽化器。此外，本發明提供一種對管線內流動氣體的壓頭增壓的方法，以輸送在天然氣管線傳輸系統內的天然氣。
文檔編號F04D25/04GK1867754SQ200480029827
公開日2006年11月22日 申請日期2004年9月9日 優先權日2003年9月11日
發明者L·Y·布羅尼克基, J·西奈 申請人:奧馬特技術公司