LNG泵的特点分析

LNG泵的特点分析压力LNG泵：量大、阻力大LNG输送方法

由于LNG超低温、易燃、易爆的特点，因此与其它泵相比，LNG泵具有很多独特的特点，以下将做简要介绍。:LNG泵主要有以下特点，第一是要求具有较低的汽蚀余量，一般LNG泵都带有诱导轮；第二是低压泵为立式屏蔽结构，泵和电机整体浸没在LNG液体中运行，电机与泵共轴；第三是一般无需防爆电机，但需采用防爆接线盒；第四是泵密封系统必须绝对安全可靠，确保安全，防止LNG外泄引起爆炸；第五是备用泵必须保证能够随时启动。为防止处于气一液平衡状态的LNG在泵内气化，必须保持泵内LNG与储罐内LNG具有相同的温度，LNG泵除需要采用浸没式结构外，还需采取措施保冷。泵停运后如保冷不善，泵内的LNG会不断蒸发，当达到一定程度时就可能“结冰”，堵塞泵的流道，使泵不能正常运行。

LNG泵的要求承受低温气密性电器安全防爆平衡要求7.1潜液式LNG泵

潜液式电动泵是专用于输送LNG等易燃、易爆的低温介质。其特点是将泵和电机整体安装在一个密封的金属容器内，因此不需要轴封，也就不存在轴封的泄漏问题。泵的进、出口用法兰结构与输送管路相连。

潜液式电动泵的设计，与传统的鼠笼式电机驱动的泵有较大的差别。动力电缆系统需要特殊设计和可靠的材料，电缆可以浸在低温的液体中，在-200℃条件下仍保持有弹性。

电气连接的密封装置是影响安全性的关键因素之一。电气接线端设计成可经受高压和电压的冲击。使用陶瓷气体密封端子和双头密封结构，可确保其可靠性。对于安装在容器内的电动泵，所有的接线密封装置不是采用普通焊接而是由特殊的焊接技术。

低温泵的电机转矩与普通空气冷却的电机不同，转矩与速度的对应关系和电流与速度的关系曲线类似。在低温状态下，转矩会有较大的降低。因而，泵从启动到全速运转，对于同样功率的电机来说，低温条件下的起动由于电阻和磁力特性的变化，转矩会大大减小，电机的电力特性发生改变。

低温潜液式电动泵起动电流很大，大约是满负载工作电流的7倍。通过一些措施可以减少起动电流。主要有如下方法：

1）双速电机。可以降低起动电流，净吸入压头（NPSH）特性更好、抽吸性能好，减少液锤现象。但需要双倍的电缆，成本增加。

2）软起动系统。通过控制电流或电压，限制加速时的转矩，减少起动电流和液击。但需要增加起动装置，因此成本也有所增加。

3）调节频率。可实现无级调速，抽吸特性好，减少液击。但调频系统复杂，使成本增加。

4）中压启动（3300V）。可以减少全负荷运转和起动时的电流。但电机的成本较高

泵的元件是用铝合金材料制造，使泵的重量轻，而且经久耐用。推力平衡机构可以确保作用在轴承的推力载荷小到可以忽略不计，延长轴承的使用寿命，使泵在额定的工作范围内保持非常高的可靠性。润滑轴承和冷却电机的流体是各自独立的系统，由叶轮旋转产生的静压，推动流体经过润滑回路和冷却回路，最后返回到需要输送部位（一般是安装泵的容器内）的流体。泵的叶轮安装在电机主轴上。制造主轴的材料，一般都采用在低温下稳定的不锈钢。主轴再由抗磨擦的轴承支撑。轴承的润滑介质就是被输送的LNG流体。尽管LNG是非常干净的流体，但为了防止一些大的颗粒进入轴承，需要经过一个旋转式的过滤器，而经过上部轴承的流体，则用简单的自清洁型网丝过滤器。LNG泵的电机转子由硅钢片与线圈绕组构成，绕组分别用真空和压力的方法注入环氧树脂。

LNG高压泵

LNG高压泵

LNG高压泵用于液化天然气储罐向外输出LNG，如向气化器或槽车输送LNG。这种泵的结构型式有安装在专用容器内的潜液式电动泵，也有普通外形的离心泵。

安装潜液泵的容器，按照压力容器规范制造，泵与电机整体装载容器内。容器相当于泵的外壳，通过进出口法兰与输配管道相连。安装简单，工作安全。整个泵由吸入口喷嘴、电缆引入管、电机、叶轮、推力平衡机构、螺旋式导流器和排气喷嘴组成。这种泵重量轻、安装和维护简单、噪声低。推力平衡机构系统是低温泵独特的特征，以平衡轴承的轴向力，允许轴承在零负荷和满负荷条件下工作。

因为需要的出口压力比较高，通常采用多级泵。大型的高压泵流量可达5000m3/h，扬程达2000m。参照初步设计，某LNG接收站高压泵的设计参数为：一期：H＝1426m；Q(额定)＝308m³/h；出口压力：6.25MPa；汽蚀余量：6m远期：H＝1923m；Q(额定)＝308m³/h；出口压力：8.15MPa；汽蚀余量：6m

LNG泵的平衡

LNG泵的平衡非常重要，直接影响轴承的使用寿命和泵的维修周期。影响泵的平衡主要有径向载荷和轴向载荷，由于机械构件不平衡或流体流动不均匀或流体产生的压差所引起的。

1）径向力平衡

LNG泵在设计时，就考虑到流体和机械方面由于力不平衡所产生的负面影响。在设计和制造时，就尽可能的消除非平衡力。从叶轮中出来的低温流体进入轴向导流器。轴向导流器具有良好的水力对称性。当泵达到设计流量时，作用在叶轮上的径向力理论上为零。流量高于和低于设计流量时，非平衡状态影响泵内部压力分布，容易产生径向作用力。

2）轴向推力平衡

为了使轴向推力达到平衡，减少轴向推力载荷，LNG泵设计了一种自动平衡机构，通过一个可变的轴向节流装置来完成，使轴向推力为零。

LNG泵的效率

影响LNG泵效率的关键因素主要有两个方面：一是流体在叶轮流道中加速时的水力性能；二是流体在扩压器中能量转换时的水力特性。每个叶轮的水力特性是对称的，流体在流道中的流动必须是平衡。扩压器主要用于将流体的动能转变为压力。扩压器在设计时确保了能量转换过程中，流体流动的不连续性和涡流现象减少到最低。

LNG泵的冷却

对于安装在储罐外面的LNG泵，在正式输送LNG之前，对于整个泵和管路系统先要进行冷却。预冷过程非常重要，否则会由于系统温度过高，引起LNG气化，产生气液两相流，使泵无法正常工作运行。一般安装在储罐外面的LNG泵，在管路系统上都考虑预冷需要的管路。

LNG在储罐内压力和液压重力作用下，流经LNG泵，流动过程中LNG吸热气化，泵和管路系统被冷却。气化的蒸汽通过回气管路返回储罐内，当LNG完全被冷却下来，转换到液体输送管路，起动LNG泵。铝合金制造的泵热容量小，冷却和复温所需要的时间短，减少了冷却所损失的LNG。

泵的监测与保护LNG泵的安全保护系统要求非常高，常用的有振动监测系统、电流过载保护系统、低电流保护系统、氮气密封保护系统、低流量报警、低压力报警等。

振动检测系统

测量振动的装置可由客户自己置备或由生产制造商来提供，按照客户不同的要求进行配置。由于转子的振动会传到泵壳，所以一般直接测量泵壳体的振动即可。如振动超过规定的标准，系统自动报警。

电机保护系统

在LNG价格构成中，电机价格约占泵总价格的20％～40％，所以保护电机是非常必要的。一般对电机的工作电流范围进行预先设定，对电流的上限提供过电流保护，电流的下限提供低电流保护，工作电流超过此范围则自动报警。通常电机电流强度的减小表明泵人口压力的降低，可能导致泵发生汽蚀；电流强度的增大说明运行中存在机械故障或电机接人电缆异常。

防爆保护系统由于电机的接线盒是防爆的，为防止LNG沿电缆泄漏到接线盒而遇到电火花产生爆炸，要对屏蔽电机的外接电力系统进行密封和保护，通常的做法是在外接电缆和接线盒之问设置两道氮气(N2)密封保护系统，作用是阻断LNG可能进入电机接线盒的通道。即使泄漏的LNG进人第一道氮气密封系统，第二道氮气密封系统仍可继续阻断其进入电机接线盒。当第一道氮气密封保护系统失效时其压力会有显著变化，从而可以通过压力自动报警系统来进行安全监测。

泵自身的保护

泵自身保护措施为低流量报警和低入口压力报警。低流量报警是当工作流量小于泵的最小流量时装置就会报警；低入口压力报警是当泵入口压力过低，达到设定值时装置就会报警。

泵的试验

泵试验一般用LNG(一162clC)或用液氮(一196℃)做试验，试验介质温度很低，泵试验前需进行充分的预冷，防止材料脆裂。试验设备及附属系统正常运行时需要保冷，泵试验程序比较复杂，而且对安全性的要求都极高，这也是LNG泵生产制造中的一个难点。目前世界上只有几家公司建有独立的LNG泵试验台，而有些公司生产的LNG泵需要运到其他国家的试验台去试验，试验成本也很高。试验后还需用N2对泵进行清洗和吹净，然后干燥和密封后才能包装发货。