LNG泵的特點(diǎn)分析

1、壓力壓力LNG泵：量大、阻力大泵：量大、阻力大LNG輸送方法輸送方法 由于LNG超低溫、易燃、易爆的特點(diǎn)，因此與其它泵相比，LNG泵具有很多獨(dú)特的特點(diǎn)，以下將做簡(jiǎn)要介紹。: LNG泵主要有以下特點(diǎn)，第一是要求具有較低的汽蝕余量，一般LNG泵都帶有誘導(dǎo)輪；第二是低壓泵為立式屏蔽結(jié)構(gòu)，泵和電機(jī)整體浸沒(méi)在LNG液體中運(yùn)行，電機(jī)與泵共軸；第三是一般無(wú)需防爆電機(jī)，但需采用防爆接線盒；第四是泵密封系統(tǒng)必須絕對(duì)安全可靠，確保安全，防止LNG外泄引起爆炸；第五是備用泵必須保證能夠隨時(shí)啟動(dòng)。為防止處于氣一液平衡狀態(tài)的LNG在泵內(nèi)氣化，必須保持泵內(nèi)LNG與儲(chǔ)罐內(nèi)LNG具有相同的溫度，LNG泵除需要采用浸沒(méi)式結(jié)構(gòu)外

2、，還需采取措施保冷。泵停運(yùn)后如保冷不善，泵內(nèi)的LNG會(huì)不斷蒸發(fā)，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)就可能“結(jié)冰”，堵塞泵的流道，使泵不能正常運(yùn)行。 4承受低溫承受低溫4氣密性氣密性4電器安全電器安全4防爆防爆4平衡要求平衡要求 潛液式電動(dòng)泵是專用于輸送LNG等易燃、易爆的低溫介質(zhì)。其特點(diǎn)是將泵和電機(jī)整體安裝在一個(gè)密封的金屬容器內(nèi)，因此不需要軸封，也就不存在軸封的泄漏問(wèn)題。泵的進(jìn)、出口用法蘭結(jié)構(gòu)與輸送管路相連。 潛液式電動(dòng)泵的設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)的鼠籠式電機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵有較大的差別。動(dòng)力電纜系統(tǒng)需要特殊設(shè)計(jì)和可靠的材料，電纜可以浸在低溫的液體中，在-200條件下仍保持有彈性。 電氣連接的密封裝置是影響安全性的關(guān)鍵因素之一。電

3、氣接線端設(shè)計(jì)成可經(jīng)受高壓和電壓的沖擊。使用陶瓷氣體密封端子和雙頭密封結(jié)構(gòu)，可確保其可靠性。對(duì)于安裝在容器內(nèi)的電動(dòng)泵，所有的接線密封裝置不是采用普通焊接而是由特殊的焊接技術(shù)。 低溫泵的電機(jī)轉(zhuǎn)矩與普通空氣冷卻的電機(jī)不同，轉(zhuǎn)矩與速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系和電流與速度的關(guān)系曲線類似。在低溫狀態(tài)下，轉(zhuǎn)矩會(huì)有較大的降低。因而，泵從啟動(dòng)到全速運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于同樣功率的電機(jī)來(lái)說(shuō)，低溫條件下的起動(dòng)由于電阻和磁力特性的變化，轉(zhuǎn)矩會(huì)大大減小，電機(jī)的電力特性發(fā)生改變。 低溫潛液式電動(dòng)泵起動(dòng)電流很大，大約是滿負(fù)載工作電流的7倍。通過(guò)一些措施可以減少起動(dòng)電流。主要有如下方法： 1）雙速電機(jī)?？梢越档推饎?dòng)電流，凈吸入壓頭（NPSH）特性更好

4、、抽吸性能好，減少液錘現(xiàn)象。但需要雙倍的電纜，成本增加。 2）軟起動(dòng)系統(tǒng)。通過(guò)控制電流或電壓，限制加速時(shí)的轉(zhuǎn)矩，減少起動(dòng)電流和液擊。但需要增加起動(dòng)裝置，因此成本也有所增加。 3）調(diào)節(jié)頻率。可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，抽吸特性好，減少液擊。但調(diào)頻系統(tǒng)復(fù)雜，使成本增加。 4）中壓?jiǎn)?dòng)（3300V）?？梢詼p少全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)和起動(dòng)時(shí)的電流。但電機(jī)的成本較高 泵的元件是用鋁合金材料制造，使泵的重量輕，而且經(jīng)久耐用。推力平衡機(jī)構(gòu)可以確保作用在軸承的推力載荷小到可以忽略不計(jì)，延長(zhǎng)軸承的使用壽命，使泵在額定的工作范圍內(nèi)保持非常高的可靠性。潤(rùn)滑軸承和冷卻電機(jī)的流體是各自獨(dú)立的系統(tǒng)，由葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的靜壓，推動(dòng)流體經(jīng)過(guò)潤(rùn)滑回路和冷

5、卻回路，最后返回到需要輸送部位（一般是安裝泵的容器內(nèi)）的流體。泵的葉輪安裝在電機(jī)主軸上。制造主軸的材料，一般都采用在低溫下穩(wěn)定的不銹鋼。主軸再由抗磨擦的軸承支撐。軸承的潤(rùn)滑介質(zhì)就是被輸送的LNG流體。盡管LNG是非常干凈的流體，但為了防止一些大的顆粒進(jìn)入軸承，需要經(jīng)過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)式的過(guò)濾器，而經(jīng)過(guò)上部軸承的流體，則用簡(jiǎn)單的自清潔型網(wǎng)絲過(guò)濾器。LNG泵的電機(jī)轉(zhuǎn)子由硅鋼片與線圈繞組構(gòu)成，繞組分別用真空和壓力的方法注入環(huán)氧樹(shù)脂。 LNG高壓泵高壓泵 LNG高壓泵用于液化天然氣儲(chǔ)罐向外輸出LNG，如向氣化器或槽車輸送LNG。 這種泵的結(jié)構(gòu)型式有安裝在專用容器內(nèi)的潛液式電動(dòng)泵，也有普通外形的離心泵。 安裝潛

6、液泵的容器，按照壓力容器規(guī)范制造，泵與電機(jī)整體裝載容器內(nèi)。 容器相當(dāng)于泵的外殼，通過(guò)進(jìn)出口法蘭與輸配管道相連。安裝簡(jiǎn)單，工作安全。 整個(gè)泵由吸入口噴嘴、電纜引入管、電機(jī)、葉輪、推力平衡機(jī)構(gòu)、螺旋式導(dǎo)流器和排氣噴嘴組成。 這種泵重量輕、安裝和維護(hù)簡(jiǎn)單、噪聲低。推力平衡機(jī)構(gòu)系統(tǒng)是低溫泵獨(dú)特的特征，以平衡軸承的軸向力，允許軸承在零負(fù)荷和滿負(fù)荷條件下工作。 因?yàn)樾枰某隹趬毫Ρ容^高，通常采用多級(jí)泵。大型的高壓泵流量可達(dá)5000m3/h，揚(yáng)程達(dá)2000m。 參照初步設(shè)計(jì)，某LNG接收站高壓泵的設(shè)計(jì)參數(shù)為：一期：H1426m；Q(額定)308m/h；出口壓力：6.25MPa；汽蝕余量：6m遠(yuǎn)期：H1923

7、m；Q(額定)308m/h；出口壓力：8.15MPa；汽蝕余量：6m LNG泵的平衡泵的平衡 LNG泵的平衡非常重要，直接影響軸承的使用壽命和泵的維修周期。影響泵的平衡主要有徑向載荷和軸向載荷，由于機(jī)械構(gòu)件不平衡或流體流動(dòng)不均勻或流體產(chǎn)生的壓差所引起的。 1）徑向力平衡）徑向力平衡 LNG泵在設(shè)計(jì)時(shí)，就考慮到流體和機(jī)械方面由于力不平衡所產(chǎn)生的負(fù)面影響。在設(shè)計(jì)和制造時(shí)，就盡可能的消除非平衡力。從葉輪中出來(lái)的低溫流體進(jìn)入軸向?qū)Я髌?。軸向?qū)Я髌骶哂辛己玫乃?duì)稱性。當(dāng)泵達(dá)到設(shè)計(jì)流量時(shí)，作用在葉輪上的徑向力理論上為零。流量高于和低于設(shè)計(jì)流量時(shí)，非平衡狀態(tài)影響泵內(nèi)部壓力分布，容易產(chǎn)生徑向作用力。 2）軸

8、向推力平衡）軸向推力平衡 為了使軸向推力達(dá)到平衡，減少軸向推力載荷，LNG泵設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)平衡機(jī)構(gòu)，通過(guò)一個(gè)可變的軸向節(jié)流裝置來(lái)完成，使軸向推力為零。 LNG泵的效率泵的效率 影響LNG泵效率的關(guān)鍵因素主要有兩個(gè)方面：一是流體在葉輪流道中加速時(shí)的水力性能；二是流體在擴(kuò)壓器中能量轉(zhuǎn)換時(shí)的水力特性。每個(gè)葉輪的水力特性是對(duì)稱的，流體在流道中的流動(dòng)必須是平衡。擴(kuò)壓器主要用于將流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫ΑU(kuò)壓器在設(shè)計(jì)時(shí)確保了能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，流體流動(dòng)的不連續(xù)性和渦流現(xiàn)象減少到最低。 LNG泵的冷卻泵的冷卻 對(duì)于安裝在儲(chǔ)罐外面的LNG泵，在正式輸送LNG之前，對(duì)于整個(gè)泵和管路系統(tǒng)先要進(jìn)行冷卻。預(yù)冷過(guò)程非常重要，否

9、則會(huì)由于系統(tǒng)溫度過(guò)高，引起LNG氣化，產(chǎn)生氣液兩相流，使泵無(wú)法正常工作運(yùn)行。一般安裝在儲(chǔ)罐外面的LNG泵，在管路系統(tǒng)上都考慮預(yù)冷需要的管路。 LNG在儲(chǔ)罐內(nèi)壓力和液壓重力作用下，流經(jīng)LNG泵，流動(dòng)過(guò)程中LNG吸熱氣化，泵和管路系統(tǒng)被冷卻。氣化的蒸汽通過(guò)回氣管路返回儲(chǔ)罐內(nèi)，當(dāng)LNG完全被冷卻下來(lái)，轉(zhuǎn)換到液體輸送管路，起動(dòng)LNG泵。鋁合金制造的泵熱容量小，冷卻和復(fù)溫所需要的時(shí)間短，減少了冷卻所損失的LNG。 泵的監(jiān)測(cè)與保護(hù)LNG泵的安全保護(hù)系統(tǒng)要求非常高，常用的有振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電流過(guò)載保護(hù)系統(tǒng)、低電流保護(hù)系統(tǒng)、氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)、低流量報(bào)警、低壓力報(bào)警等。 振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 測(cè)量振動(dòng)的裝置可由客戶自己置

10、備或由生產(chǎn)制造商來(lái)提供，按照客戶不同的要求進(jìn)行配置。由于轉(zhuǎn)子的振動(dòng)會(huì)傳到泵殼，所以一般直接測(cè)量泵殼體的振動(dòng)即可。如振動(dòng)超過(guò)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。 電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)在LNG價(jià)格構(gòu)成中，電機(jī)價(jià)格約占泵總價(jià)格的20 40，所以保護(hù)電機(jī)是非常必要的。一般對(duì)電機(jī)的工作電流范圍進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，對(duì)電流的上限提供過(guò)電流保護(hù)，電流的下限提供低電流保護(hù)，工作電流超過(guò)此范圍則自動(dòng)報(bào)警。通常電機(jī)電流強(qiáng)度的減小表明泵人口壓力的降低，可能導(dǎo)致泵發(fā)生汽蝕；電流強(qiáng)度的增大說(shuō)明運(yùn)行中存在機(jī)械故障或電機(jī)接人電纜異常。 防爆保護(hù)系統(tǒng)防爆保護(hù)系統(tǒng)由于電機(jī)的接線盒是防爆的，為防止LNG沿電纜泄漏到接線盒而遇到電火花產(chǎn)生爆炸，

11、要對(duì)屏蔽電機(jī)的外接電力系統(tǒng)進(jìn)行密封和保護(hù)，通常的做法是在外接電纜和接線盒之問(wèn)設(shè)置兩道氮?dú)?N2)密封保護(hù)系統(tǒng)，作用是阻斷LNG可能進(jìn)入電機(jī)接線盒的通道。即使泄漏的LNG進(jìn)人第一道氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)，第二道氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)仍可繼續(xù)阻斷其進(jìn)入電機(jī)接線盒。當(dāng)?shù)谝坏赖獨(dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)失效時(shí)其壓力會(huì)有顯著變化，從而可以通過(guò)壓力自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)。 泵自身的保護(hù) 泵自身保護(hù)措施為低流量報(bào)警和低入口壓力報(bào)警。低流量報(bào)警是當(dāng)工作流量小于泵的最小流量時(shí)裝置就會(huì)報(bào)警；低入口壓力報(bào)警是當(dāng)泵入口壓力過(guò)低，達(dá)到設(shè)定值時(shí)裝置就會(huì)報(bào)警 。 泵的試驗(yàn) 泵試驗(yàn)一般用LNG(一162clC)或用液氮(一196)做試驗(yàn)，試驗(yàn)介質(zhì)溫度很

12、低，泵試驗(yàn)前需進(jìn)行充分的預(yù)冷，防止材料脆裂。試驗(yàn)設(shè)備及附屬系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)需要保冷，泵試驗(yàn)程序比較復(fù)雜，而且對(duì)安全性的要求都極高，這也是LNG泵生產(chǎn)制造中的一個(gè)難點(diǎn)。目前世界上只有幾家公司建有獨(dú)立的LNG泵試驗(yàn)臺(tái)，而有些公司生產(chǎn)的LNG泵需要運(yùn)到其他國(guó)家的試驗(yàn)臺(tái)去試驗(yàn)，試驗(yàn)成本也很高。試驗(yàn)后還需用N2對(duì)泵進(jìn)行清洗和吹凈，然后干燥和密封后才能包裝發(fā)貨。 泵主要制造廠 目前世界上只有美國(guó)荏原公司(EBARA INTERNATIONAL C0RP0RAT10N)、美國(guó)JCCARTER、日本日機(jī)裝(NIKKISO)等少數(shù)幾家公司可以生產(chǎn)和制造LNG泵 ，在我們高壓泵的技術(shù)交流中和這三家都分別做了交流每家都有各自的特點(diǎn)，其中美國(guó)荏原公司采取了葉輪自行軸向力平衡技術(shù)，減少了泵軸的軸向力，使泵軸承