JPS63255531A - ガスタ−ビンの燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はＬＮＧ、ＬＰＧ等の２種類のガス燃料を用いる
ガスタービンの燃料供給装置に関する。

（従来の技術） ガスタービン用の燃料としては、従来、軽油や灯油等の
液体燃料が一般に使用されていたが、工ネルギー資源の
多角的活用の観点から、液化天然ガス（以下、ＬＮＧと
いう）或いは液化プロパンガス（以下、ＬＰＧという）
等のガス燃料による運用も近年増え始めている。

ガスタービンの運用形態としては、液体燃料専焼用、液
体燃料／ガス燃料混焼用、及びガス燃料専焼用等、各地
域及び各発電プラント毎のエネルギー事情を反映して、
数多くの運用形態がとられている。

なかでも、ガス燃料専焼ガスタービンについては、ガス
の輸送技術の進歩や、ガス燃料比率を増大させて各種エ
ネルギー比率の均衡を計ろうとするエネルギー消費計画
の対策等を反映して、近年富に増加する傾向にある。

更に、同一のガスタービン発電プラントにおいても、複
数種の気体燃料を用いて発電プラントを運用し、安定し
たガスタービンによる電力供給を計ることも行われてい
る。

その代表的な例としては、ＬＮＧ、ＬＰＧ或いはこれら
の混合燃料等の複数種のガス燃料系統から構成されるも
のが挙げられる。

以下、特にＬＮＧとＬＰＧの２種類のガス燃料系統で構
成された、従来のガスタービン発電システムの系統を、
第３図に基づいて説明する。

同図に示すものは、圧縮機１、ガスタービン２及び発電
機３を同軸状に構成したものである。

ガスタービン２は、圧縮機１で圧縮した空気を、燃焼器
４内で噴射した燃料と混合した後に燃焼させることによ
り回動される。

ガス燃料系統は、露点が低く常温において常時気体のＬ
ＮＧガスが、ＬＮＧガス燃料止め弁５及びＬＮＧガス燃
料制御弁６を経て燃焼器４へ、また露点が高く常温常圧
では液化し易いＬＰＧガスが、ＬＰＧガス燃料燃料弁７
及びＬＮＧガス燃料制御弁８を経て燃焼器４へ夫々導か
れるよう構成されている。

このＬＰＧガスは、露点が高いことにより非常に液化し
易く、このため燃料配管内でＬＰＧガスが液化凝縮を起
こした場合、燃料バルブを浸蝕させたり、燃焼器４内の
不均一な流量分布に伴う局−３一 部的な燃焼ガスの異常高温等の不具合を起こす可能性が
ある。

従って、如何なるガスタービン２の運転状態にあっても
、ＬＰＧガスの液化凝縮を避ける必要があるため、蒸気
配管、或いはこれに代わるヒータ等の手段、例えば図示
の例では、蒸気トレース配管５０を用いて、ＬＰＧガス
配管系統及び弁等の機器の暖機を行うことにより、ＬＰ
Ｇガス燃料温度を加熱域に保ち、この液化を防止してい
る（以下、この暖機の手段を、蒸気トレース配管５０を
用いたものを代表させて蒸気トレースという）。

ガスタービン２の運転は、ガスタービン燃焼器４に流入
するガス燃料流量を、両ガス燃料制御弁６．８で制御す
ることにより行われる。

ＬＮＧ、ＬＰＧの２種類のガス燃料で運転されるガスタ
ービンでは、ガスタービン制御回路（図示せず）が一般
に用いられている。これは、ＬＮＧ、ＬＰＧの各系統で
の使用ガスの発熱量が異なるため、必要なガス燃料流量
が異なってくる。そこで、ＬＮＧ、ＬＰＧの各系統毎に
、各々の制御回路から、ＬＮＧガス燃料止め弁５、ＬＮ
Ｇガス燃料制御弁６、ＬＰＧガス燃料燃料弁７、及びＬ
ＰＧガス燃料制御弁８に制御信号を送り、ガスタービン
２の着火、暖機、加速、負荷上昇等の必要な制御を行う
たちのものである。

ＬＮＧガス燃料系統のガス燃料止め弁５とガス燃料制御
弁６との間、及びＬＰＧガス燃料系統のガス燃料止め弁
７とガス燃料制御弁８との間には、夫々逃し弁９，１０
が設置されており、この逃し弁９，１０は、ガスタービ
ンの通常運転時には全閉で、各々のガス燃料系統の休止
時にＬＮＧ側のガス燃料系統止め弁５とガス燃料制御弁
６との間、及びＬＰＧ側のガス燃料止め弁７とガス燃料
制御弁８との間を大気に解放するためのものであり、同
時にこれらの間のステムリーク（図示せず）も大気に解
放する。

ＬＮＧからＬＰＧへ、及びその逆のＬＰＧからＬＮＧへ
のガス燃料の切替は、必ずガスタービン２を停止した状
態で行われる。

ＬＮＧからＬＰＧへガス燃料を切替える場合を考える。

先ず、起動前のＬＮＧ及びＬＰＧ系統の条件として、Ｌ
ＮＧガス燃料燃料弁５、ＬＮＧガス燃料制御弁６及び逃
し弁９が閉じていることを確認し、ＬＮＧガスが燃焼器
４を経てＬＰＧガス燃料系統に入り込んでいないことを
確認する。

次に、ＬＰＧガスを供給する前に、蒸気トレースを行い
、ＬＰＧ燃料配管が十分加熱されたことを確認する。こ
の加熱が十分であると判断された時に、起動シーケンス
に従って、ＬＰＧガス燃料止め弁７、この制御弁８が開
かれ、ガス燃料が燃焼器４へ導かれ、起動装置（図示せ
ず）によるガスタービン２の起動、着火、定格及び負荷
運転が行われる。

このガスタービン２の起動時に、燃焼器４と接続してい
るＬＮＧ系統側へＬＰＧガス燃料が逆流しない・よう、
ＬＮＧ側エアパージ弁１１を開き、ＬＰＧ側エアパージ
弁１２を閉じた状態で、圧縮機１の吐出空気をＬＮＧ系
統のＬＮＧガス燃料制御弁６の下流側に流して、ＬＮＧ
系統のエアパージを行う。この時、ＬＮＧガス燃料制御
弁６は全閉であるので、圧縮機１の吐出空気がＬＮＧガ
ス燃料制御弁６の上流側に逆流することはない。

一方、ＬＰＧからＬＮＧへガス燃料を切替える場合は、
蒸気トレースがないこと、またこの時にはＬＮＧ燃料が
ＬＰＧ燃料系統へ逆流しないよう、ＬＰＧ系統をエアパ
ージすること等が異なるが、前記と逆の動作でこの切替
えが行われる。

上記においては、系統を主眼に説明したが、上記の機器
の設置場所については、先ずガス燃料止め弁５，７、ガ
ス燃料制御弁６，８及び逃し弁９゜１０等は、ＬＮＧ及
びＬＰＧともガス燃料が高圧であり、上記各種燃料弁や
ストレーナ１３．　１４のフランジ部及びグランドパツ
キン部より、万一ガス燃料が漏洩しても、ガス燃料の拡
散を最少区域に止めるために、ＬＮＧ及びＬＰＧの各系
統毎に燃料弁区画室（エンクロージャ）１５．１６で囲
い、かつ洩れたガスが完全に発電所の建屋外に排出され
るように、換気ファン１７．１８が設置され、この燃料
弁区画室１５．１６内の空気の強制換気が行われるよう
構成されている。

なお、各燃料弁区画室１５．１６の隙間からガスが発電
所の建屋外に洩れないように、各燃料弁区画室１５．１
６内は」二記換気ファン１７．　１８により負圧に保た
れている。

この燃料弁区画室１５．１６は、妨爆区域を最小限に抑
えるために設置されたものであり、通常はガスタービン
本体を防音及び断熱のために囲っているガスタービン室
１９と近接して設置されている。

このガスタービン室１９も、前記燃料弁区画室１５．１
６と同様に、換気ファンが設置されて強制換気が行われ
る。

燃料弁区画室１５．１６においては、ガスタービン２の
制御を行う重要な重要な系統である電磁弁、圧力スイッ
チ及び弁開度発振器等の多数の電気製品が使用されてい
るが、その何れもが防爆電気品を使用することにより、
爆発性ガスの雰囲気の中で使用しても、爆発源とならな
いような２重の安全対策が施されている。

（発明が解決しようとする問題点） ここに、例えばＬＰＧからＬＮＧにガス燃料を切替える
場合を考える。

通常、停止或いは緊急停止により、ＬＰＧガス燃料止め
弁７、ＬＰＧガス燃料制御弁８が閉じられる。また、ガ
スタービン２の停止を条件として、蒸気トレース配管５
０の止め弁（図示せず）が閉じられて、蒸気トレース配
管５０に流入する蒸気が遮断され、次にＬＮＧ側のエア
パージ弁１１も閉じられて、ＬＮＧ燃料による起動が可
能となる。

ＬＮＧ側ガス燃料配管内のＬＰＧ燃料は、ガスタービン
２の回転降下中にＬＮＧ側エアパージ弁１１を経て流入
した圧縮機１の吐出空気により、配管の取合点から燃焼
器４の間のエアパージが完了している。

ＬＮＧ燃料系統により、ガスタービン２を起動する場合
には、ガスタービン２に起動装置（図示せず）を介して
回転を与え、これが起動することを条件として、ＬＰＧ
側のエアパージ弁１２か開かれ、ＬＰＧ燃料配管の取合
点から燃焼器４の間のエアパージの完了を、例えばタイ
マー等で確認した後、ＬＮＧガス燃料止め弁５及びＬＮ
Ｇガス燃料制御弁６に開信号が送られ、ガスタービン２
の着火、暖機、昇速及び併入を経て負荷運転が行われる
。

上記一連の動作の中で、下記のような問題点があった。

即ち、先ず圧縮機１の吐出空気は、定格回転数において
、１０数ｋｇ　／　ａｔ　ｇ程度まで断熱圧縮されてい
るため、通常時に温度が３５０℃以上となる。

このパージ空気温度が高いことにより、■　もし、ＬＮ
Ｇ側のエアパージ弁１１にシートリークがある場合には
、エアパージ弁１１のシート部にて上記高温の空気とＬ
ＮＧ燃料とが混合してしまい、ＬＮＧ燃料中にブタンや
ペンタン等の発火点の低い気体（労働省産業安全研究所
工場電気設備防爆指針によれば、ブタンは３６５℃、ペ
ンタンは２８５’Ｃ）か含まれているため、高温のエア
パージ空気とが接しただけで発火してしまい、ひいては
ＬＮＧ配管内のガス爆発につながるおそれがある。

■　ＬＰＧ側燃料を使用していて、ガスタービン２を停
止する時、ＬＰＧ燃料流量調節弁下流側とエアパージ配
管との取合点までの範囲に残っていたＬＰＧ燃料が、高
温・高圧のエアパージ空気により圧縮されて混合した場
合、上記と同様な動作でＬＰＧ配管内で爆発を起こして
しまう可能性がある。

更に、通常運転中においても、 ■　もし、ＬＮＧ側のエアパージ弁１１のフランジ部、
或いは弁グランド部にリークがあった場合には、リーク
したガスがガスタービン室１９内に漏れ出てしまい、こ
のガスタービン室１９内には、燃焼器４やガスタービン
本体等の高圧の機器が設置されているため、漏洩ガスと
の接触により、この漏洩ガスが爆発を起こしてしまう可
能性がある。

上記においては、ＬＰＧからＬＮＧへガス燃料を切替え
た場合について述べたが、ＬＮＧからＬＰＧへガス燃料
を切替えた場合も全く同様の問題が生じる。

そして、もし上記の問題が発生した場合には、ガスター
ビン本体等の機械的損傷のみならず、場合によっては人
的な災害につながるおそれもあり、その与える影響は大
きい。

本発明は上記問題点を解決することを目的としてなされ
たものである、安全なガス燃料の切替え、及びガスター
ビンの安全な運転の維持を可能とするたものものである
。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は」１記目的を達成するため、ＬＮＧ、　ＬＰＧ
等の２種類のガス燃料を切替使用して運用するガスター
ビンの燃料供給装置において、燃料制御弁からガスター
ビン燃焼器までの燃料配管を圧縮機吐出空気を用いてエ
アパージするエアパージ系統を夫々設けるとともに、防
爆区域である燃料弁区画室内にエアパージ系統に直列に
複数のエアパージ弁を、このエアパージ弁間を大気に開
放するエアパージ弁放風弁を夫々設置したものである。

（作　用） 而して、例えばＬＰＧ燃料系統からＬＮＧ燃料系統へ切
替える場合には、ガスタービンを停止するとともに、Ｌ
ＮＧ側のエアパージ弁を閉じ、これが閉じれられたこと
を検知してＬＮＧ側エアパージ弁放風弁を開く。そして
、続＜　ＬＮＧ燃料系統によるガスタービンの起動の際
には、ＬＰＧ側エアパージ弁放風弁を閉じるとともに、
ＬＰＧ側のエアパージ弁を開いて行うものであり、ＬＮ
Ｇ燃料系統からＬＰＧ燃料系統へ切替える場合は、上記
と逆に行うものである。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示すもので、上記第３図に
示す従来例と同一部材は同一番号で示している。

そして、ＬＮＧ燃料弁区画室１５内には直列して２個の
ＬＮＧ側エアパージ弁ｌｌａ、ｌｌｂが収納されて設置
されている。また、このＬＮＧ側エアパージ弁１１ａ、
ｌｌｂの間にはここの気体をＬＮＧ燃料弁区画室１５の
外に出す系統が設置され、この系統は逃し弁９から延び
る系統に接続されているとともに、この途中にはＬＮＧ
側エアパージ弁放風弁２１が設けられている。

また、同様にＬＰＧ燃料弁区画室１６内には直列して２
個のＬＰＧ側エアパージ弁１２ａ、１２ｂが収納されて
設置され、このＬＰＧ側エアパージ弁１２ａ、１２ｂの
間にはここの気体をＬＮＧ燃料弁区画室１６の外に出す
系統が設置され、この系統は逃し弁１０から延びる系統
に接続されているとともに、この途中にはＬＰＧ側エア
パージ弁放風弁２２が設けられている。

上記エアパージ系統はガスタービン室１９と別置の燃料
弁区画室１５．１６内のガス燃料制御弁６．８の下流側
に接続されている。このエアパージ系統の温度が、上記
のように高温になるため、このエアパージ系統と圧縮機
１とを結ぶ系統の途中にエアパージ空気の冷却を行うた
めの中間冷却器２３が設置されている。この中間冷却器
２３は、エアパージ系統の配管の熱伸びによるエアパー
ジ配管や燃料制御弁６，８以降のガス燃料配管の移−１
ζ　　　− 動、及びこれらの配管に発生する熱応力を防止、或いは
低減するためのものである。

次に、上記実施例において、ＬＰＧ燃料系統からＬＮＧ
燃料系統に切替える場合の動作について説明する。

この場合、先ず上記と同様な動作によって、ガスタービ
ン２を停止する。

この時、ＬＮＧ側エアパージ弁１１ａ、ｌｌｂが共に閉
じるられるとともに、この閉じられたことを検知器（図
示せず）で検知して、ＬＮＧ側エアパージ弁放風弁２１
を開くことにより、このＬＮＧ側エアパージ弁１１ａ、
ｌｌｂの間の配管を大気に開放する。

これに続（ＬＮＧ燃料系統によるガスタービン２の起動
も、上記と同様の手順で行われるが、この時、ＬＰＧ側
エアパージ弁放風弁２２を閉じた上で、ＬＰＧエアパー
ジ弁１２ａ、１２ｂを開くのである。

第２図は本発明の他の実施例を示すもので、上記第１図
に示すものからエアパージ配管系統の中間冷却器２３を
省略するとともに、配管側にベントを取る等のフレキシ
ビリティ−を持たせて、熱伸びに対する対策を施し、更
に各エアパージ弁放風弁２１，２２の出口に掃気ブロワ
２４，２５を夫々設置することによって、各エアパージ
弁１１ａ、ｌｌｂ及び１２ａ、１２ｂの間の空気を及び
ガスを強制的に確実に大気に開放するようにしたもので
ある。

〔発明の効果〕

本発明は上記のような構成であるので、例えばＬＰＧ燃
料をＬＮＧ燃料に切替えた場合に、もしＬＮＧ側エアパ
ージ弁１１ａ、ｌｌｂの一方に、万一シートリークが発
生しても、弁シート部より漏れたガスがＬＮＧ側エアパ
ージ弁放風弁２１を経て大気に開放されるので、高温の
エアパージ空気とＬＰＧガス燃料が混合してしまうこと
はなく、高温のエアパージ空気とＬＮＧガス燃料とは、
ガスタービン運転中に混ざり合うことはない。

しかも、エアパージ配管はＬＰＧガス燃料制御弁８のす
ぐ下流に設置されているので、残留する−　　１　ｂ　
　− ＬＰＧガス燃料を殆ど無視できる程度に微量となすこと
ができる。

更に、エアパージ弁１１ａ、ｌｌｂ及び１２ａ。

１、２　ｂを全て各燃料弁区画室１５．１６内に設置し
たので、漏洩したガス或いは空気を燃焼器等の高温に触
れることなく、燃料弁区画室１５．１６内より、強制的
に大気に開放させることができるばかりでなく、この区
画室１５．１６内に使用されている電気品についても、
全て防爆品を用いて、爆発を防止するようにすることが
できるといった効果がある。

なお、上記はＬＰＧ燃料をＬＮＧ燃料に切替える場合に
ついて述べたが、この逆にＬＮＧ燃料をＬＰＧ燃料に切
替える場合も全く同様な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第２図は
他の実施例を示す概略構成図、第３図は従来例を示す概
略構成図である。 １・・・圧縮機、２・・・ガスタービン、３・・・発電
機、４・・・燃焼器、５，７・・・燃料止め弁、６，８
・・・燃料制御弁、ｌｌａ、ｌｌｂ、１２ａ、　　１２
ｂ−ｘアパージ弁、１５．１６・・・燃料弁区画室、１
９・・・ガスタービン室、２１．２２・・・エアパージ
弁放風弁、２４．２５・・・掃気ブロワ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＬＮＧ、ＬＰＧ等の２種類のガス燃料を切替使用し
   て運用するガスタービンの燃料供給装置において、燃料
   制御弁からガスタービン燃焼器までの燃料配管を圧縮機
   吐出空気を用いてエアパージするエアパージ系統を夫々
   設けるとともに、防爆区域である燃料弁区画室内にエア
   パージ系統に直列に複数のエアパージ弁を、このエアパ
   ージ弁間にここを大気に開放するエアパージ弁放風弁を
   夫々設置したことを特徴とするガスタービンの燃料供給
   装置。 ２、圧縮機吐出空気を途中に設けた中間冷却機により冷
   却し、この冷却空気でエアパージするようにしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガスタービンの
   燃料供給装置。 ３、エアパージ弁放風弁の出口に掃気ブロワを設置した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガスター
   ビンの燃料供給装置。 ４、使用しようとするガス燃料側に接続した複数のエア
   パージ弁を共に閉じるとともにエアパージ弁放風弁を開
   き、同時に使用しないガス燃料側に接続した複数のエア
   パージ弁を共に開くとともにエアパージ弁放風弁を閉じ
   てガスタービンの起動を行わせるようにしたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
   載のガスタービンの燃料供給装置。