LNG泵的特點分析

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，因此與其它泵相比，LNG泵具有很多獨特的特點，以下將做簡要介紹。: LNG泵主要有以下特點，第一是要求具有較低的汽蝕余量，一般LNG泵都帶有誘導輪；第二是低壓泵為立式屏蔽結(jié)構(gòu)，泵和電機整體浸沒在LNG液體中運行，電機與泵共軸；第三是一般無需防爆電機，但需采用防爆接線盒；第四是泵密封系統(tǒng)必須絕對安全可靠，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啟動。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與儲罐內(nèi)LNG具有相同的溫度，LNG泵除需要采用浸沒式結(jié)構(gòu)外

2、，還需采取措施保冷。泵停運后如保冷不善，泵內(nèi)的LNG會不斷蒸發(fā)，當達到一定程度時就可能“結(jié)冰”，堵塞泵的流道，使泵不能正常運行。 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 潛液式電動泵是專用于輸送LNG等易燃、易爆的低溫介質(zhì)。其特點是將泵和電機整體安裝在一個密封的金屬容器內(nèi)，因此不需要軸封，也就不存在軸封的泄漏問題。泵的進、出口用法蘭結(jié)構(gòu)與輸送管路相連。 潛液式電動泵的設(shè)計，與傳統(tǒng)的鼠籠式電機驅(qū)動的泵有較大的差別。動力電纜系統(tǒng)需要特殊設(shè)計和可靠的材料，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。對于安裝在容器內(nèi)的電動泵，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)。 低溫泵的電機轉(zhuǎn)矩與普通空氣冷卻的電機不同，轉(zhuǎn)矩與速度的對應(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)矩會有較大的降低。因而，泵從啟動到全速運轉(zhuǎn)，對于同樣功率的電機來說，低溫條件下的起動由于電阻和磁力特性的變化，轉(zhuǎn)矩會大大減小，電機的電力特性發(fā)生改變。 低溫潛液式電動泵起動電流很大，大約是滿負載工作電流的7倍。通過一些措施可以減少起動電流。主要有如下方法： 1）雙速電機?？梢越档推饎与娏鳎瑑粑雺侯^（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）軟起動系統(tǒng)。通過控制電流或電壓，限制加速時的轉(zhuǎn)矩，減少起動電流和液擊。但需要增加起動裝置，因此成本也有所增加。 3）調(diào)節(jié)頻率?？蓪崿F(xiàn)無級調(diào)速，抽吸特性好，減少液擊。但調(diào)頻系統(tǒng)復雜，使成本增加。 4）中壓啟動（3300V）。可以減少全負荷運轉(zhuǎn)和起動時的電流。但電機的成本較高 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。推力平衡機構(gòu)可以確保作用在軸承的推力載荷小到可以忽略不計，延長軸承的使用壽命，使泵在額定的工作范圍內(nèi)保持非常高的可靠性。潤滑軸承和冷卻電機的流體是各自獨立的系統(tǒng)，由葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的靜壓，推動流體經(jīng)過潤滑回路和冷

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入軸承，需要經(jīng)過一個旋轉(zhuǎn)式的過濾器，而經(jīng)過上部軸承的流體，則用簡單的自清潔型網(wǎng)絲過濾器。LNG泵的電機轉(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)氧樹脂。 LNG高壓泵高壓泵 LNG高壓泵用于液化天然氣儲罐向外輸出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，泵與電機整體裝載容器內(nèi)。 容器相當于泵的外殼，通過進出口法蘭與輸配管道相連。安裝簡單，工作安全。 整個泵由吸入口噴嘴、電纜引入管、電機、葉輪、推力平衡機構(gòu)、螺旋式導流器和排氣噴嘴組成。 這種泵重量輕、安裝和維護簡單、噪聲低。推力平衡機構(gòu)系統(tǒng)是低溫泵獨特的特征，以平衡軸承的軸向力，允許軸承在零負荷和滿負荷條件下工作。 因為需要的出口壓力比較高，通常采用多級泵。大型的高壓泵流量可達5000m3/h，揚程達2000m。 參照初步設(shè)計，某LNG接收站高壓泵的設(shè)計參數(shù)為：一期：H1426m；Q(額定)308m/h；出口壓力：6.25MPa；汽蝕余量：6m遠期：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，由于機械構(gòu)件不平衡或流體流動不均勻或流體產(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)計時，就考慮到流體和機械方面由于力不平衡所產(chǎn)生的負面影響。在設(shè)計和制造時，就盡可能的消除非平衡力。從葉輪中出來的低溫流體進入軸向?qū)Я髌鳌］S向?qū)Я髌骶哂辛己玫乃ΨQ性。當泵達到設(shè)計流量時，作用在葉輪上的徑向力理論上為零。流量高于和低于設(shè)計流量時，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 為了使軸向推力達到平衡，減少軸向推力載荷，LNG泵設(shè)計了一種自動平衡機構(gòu)，通過一個可變的軸向節(jié)流裝置來完成，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)鍵因素主要有兩個方面：一是流體在葉輪流道中加速時的水力性能；二是流體在擴壓器中能量轉(zhuǎn)換時的水力特性。每個葉輪的水力特性是對稱的，流體在流道中的流動必須是平衡。擴壓器主要用于將流體的動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫?。擴壓器在設(shè)計時確保了能量轉(zhuǎn)換過程中，流體流動的不連續(xù)性和渦流現(xiàn)象減少到最低。 LNG泵的冷卻泵的冷卻 對于安裝在儲罐外面的LNG泵，在正式輸送LNG之前，對于整個泵和管路系統(tǒng)先要進行冷卻。預(yù)冷過程非常重要，否

9、則會由于系統(tǒng)溫度過高，引起LNG氣化，產(chǎn)生氣液兩相流，使泵無法正常工作運行。一般安裝在儲罐外面的LNG泵，在管路系統(tǒng)上都考慮預(yù)冷需要的管路。 LNG在儲罐內(nèi)壓力和液壓重力作用下，流經(jīng)LNG泵，流動過程中LNG吸熱氣化，泵和管路系統(tǒng)被冷卻。氣化的蒸汽通過回氣管路返回儲罐內(nèi)，當LNG完全被冷卻下來，轉(zhuǎn)換到液體輸送管路，起動LNG泵。鋁合金制造的泵熱容量小，冷卻和復溫所需要的時間短，減少了冷卻所損失的LNG。 泵的監(jiān)測與保護LNG泵的安全保護系統(tǒng)要求非常高，常用的有振動監(jiān)測系統(tǒng)、電流過載保護系統(tǒng)、低電流保護系統(tǒng)、氮氣密封保護系統(tǒng)、低流量報警、低壓力報警等。 振動檢測系統(tǒng) 測量振動的裝置可由客戶自己置

10、備或由生產(chǎn)制造商來提供，按照客戶不同的要求進行配置。由于轉(zhuǎn)子的振動會傳到泵殼，所以一般直接測量泵殼體的振動即可。如振動超過規(guī)定的標準，系統(tǒng)自動報警。 電機保護系統(tǒng)電機保護系統(tǒng)在LNG價格構(gòu)成中，電機價格約占泵總價格的20 40，所以保護電機是非常必要的。一般對電機的工作電流范圍進行預(yù)先設(shè)定，對電流的上限提供過電流保護，電流的下限提供低電流保護，工作電流超過此范圍則自動報警。通常電機電流強度的減小表明泵人口壓力的降低，可能導致泵發(fā)生汽蝕；電流強度的增大說明運行中存在機械故障或電機接人電纜異常。 防爆保護系統(tǒng)防爆保護系統(tǒng)由于電機的接線盒是防爆的，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、要對屏蔽電機的外接電力系統(tǒng)進行密封和保護，通常的做法是在外接電纜和接線盒之問設(shè)置兩道氮氣(N2)密封保護系統(tǒng)，作用是阻斷LNG可能進入電機接線盒的通道。即使泄漏的LNG進人第一道氮氣密封系統(tǒng)，第二道氮氣密封系統(tǒng)仍可繼續(xù)阻斷其進入電機接線盒。當?shù)谝坏赖獨饷芊獗Ｗo系統(tǒng)失效時其壓力會有顯著變化，從而可以通過壓力自動報警系統(tǒng)來進行安全監(jiān)測。 泵自身的保護 泵自身保護措施為低流量報警和低入口壓力報警。低流量報警是當工作流量小于泵的最小流量時裝置就會報警；低入口壓力報警是當泵入口壓力過低，達到設(shè)定值時裝置就會報警 。 泵的試驗 泵試驗一般用LNG(一162clC)或用液氮(一196)做試驗，試驗介質(zhì)溫度很

12、低，泵試驗前需進行充分的預(yù)冷，防止材料脆裂。試驗設(shè)備及附屬系統(tǒng)正常運行時需要保冷，泵試驗程序比較復雜，而且對安全性的要求都極高，這也是LNG泵生產(chǎn)制造中的一個難點。目前世界上只有幾家公司建有獨立的LNG泵試驗臺，而有些公司生產(chǎn)的LNG泵需要運到其他國家的試驗臺去試驗，試驗成本也很高。試驗后還需用N2對泵進行清洗和吹凈，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荏原公司(EBARA INTERNATIONAL C0RP0RAT10N)、美國JCCARTER、日本日機裝(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，其中美國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