[发明专利]集成式膨胀机-电机压缩机

说明书

公开了一种膨胀机和电机‑压缩机单元(1)。该单元包括壳(3)和布置在壳(3)中的电动机(35)。压缩机(37)布置在壳中，且经由中心轴(5)驱动地联接到电动机(35)上。此外，涡轮‑膨胀机(27)布置成在壳(3)中旋转，且通过中心轴(5)驱动地联接到电动机(35)和压缩机(37)上。

技术领域

本公开内容涉及气体处理。本发明公开的一些实施例关于用于处理烃类气体的电机-压缩机，烃类气体可能包含具有高分子量的组分，该组分可在气流中冷凝和生成液相。

背景技术

电机-压缩机单元(motor-compressor units)广泛用于油气领域，例如，用于升高(boosting)天然气的压力。电机-压缩机通常包括驱动地联接到压缩机(具体是离心压缩机)上的电动机(electric motor)。集成式电机-压缩机单元是已知的，其中电动机和压缩机两者收纳在密封地闭合的壳中(in a sealingly closed casing)。电机收纳在电机隔间(compartment)中，且压缩机收纳在压缩机隔间中。电动机的转子和压缩机的转子安装到公共轴上，公共轴受支承来在壳中旋转。气体在抽吸侧(suction side)处进入压缩机，且由压缩机在输送侧(delivery side)处在高于吸入压力的输送压力下输送。在一些应用中，电机-压缩机设计成用于升高来自气田或气井的天然气的压力，并且将天然气输送至天然气液化设备(LNG设备)，或在一些情况下，直接进入气体分配网络。

天然气通常是包括不同的分子量(molecular weight)的若干烃的混合物。具有较高分子量的烃可冷凝且引起液相(liquid phase)。另外，水可包含在气流中。在一些应用中，具有较重的分子量的这些组分，以及水，将在天然气输送至网络或管路之前应被去除。在一些已知的布置(arrangements)中，引起来自气井的天然气流过层压阀(laminationvalve)。穿过层压阀的压力和温度下降引起包含在气体中的较重的烃和可能的水冷凝，且液相可在液体去除装置中从气流去除。例如，这适用于控制气体的露点。层压和清洁的气体的压力然后必须再次升高到所需的输送压力。电机-压缩机通常用于在层压到所需的输送压力之后从低压升高气体压力。因此，露点控制涉及功率消耗，因为层压阀中的压降必须以输送至电动机的能量功率为代价由压缩机恢复。

已经开发了集成式膨胀机-压缩机单元，其中气体在涡轮-膨胀机(turbo-expander)中膨胀，且由气体膨胀生成的功率由压缩机作为压缩功至少部分地恢复。膨胀机与压缩机之间的机械联接由公共轴提供。

现有技术的这些装置具有若干缺陷和限制，其中需要附加的压缩机组，因为由膨胀机生成的功率不足以实现所需的输送压力。此外，从膨胀机到压缩机隔间的气体转移可能发生，因为膨胀机中的气体压力高于压缩机侧中的气体压力。转移引起由压缩机处理的气体的污染。

因此，存在需要为了控制过程气体的露点的更有效的方式，以及更有效的压缩系统。

发明内容

根据第一方面，本发明公开了一种膨胀机和电机-压缩机单元，其包括壳、布置在壳中的电动机和压缩机。压缩机经由中心轴驱动地联接到电动机上。此外，涡轮-膨胀机布置成在壳中旋转，且经由中心轴驱动地联接到电动机和压缩机上。

根据膨胀机和电机-压缩机单元的一些操作模式，过程气体首先在涡轮-膨胀机中膨胀，且随后在压缩机中再次压缩。由膨胀引起的气体压降还引起温度下降，即，气体的冷却。气体冷却可引起具有较高露点温度的较重气体组分冷凝，使得它们可在压缩机中的过程气体的压缩之前在液体去除布置中去除。由涡轮-膨胀机生成的机械动力通过中心轴回收，且用于驱动压缩机。由于涡轮-膨胀机中的气体膨胀生成的动力通常不足以实现所需的气体输送压力，故电动机将附加的动力输送至中心轴。但是，在一些操作条件下，由膨胀机提供的动力可足以驱动压缩机，或甚至高于压缩机所需的动力。在此情形中，电动机可切换至发电机模式，且将多余的可用机械动力转换成电能，电能可输送至配电网或输送至用户。