LNG 接收站低溫潛液泵應用

王 海

（中國寰球工程有限公司北京分公司，北京 100102）

低溫液化氣體包括液態(tài)烴（如乙烯、乙烷等）、液化石油氣（LPG）、液化天然氣（LNG）、液態(tài)氧、液態(tài)氮等各種低溫液化氣體[1]。低溫泵一般為離心式泵，結構分為立式筒袋泵（VS6）和立式潛液泵兩種，低溫立式筒袋型離心泵主要適用于具有較低的NPSHa 及部分低溫輸送介質(zhì)，泵安裝適用于地面，而后者（低溫潛液泵，包括罐內(nèi)泵和罐外泵兩種型式），適用于不同的設備安裝場合。

1 低溫潛液泵分類

低溫潛液泵最早在20 世紀60 年代應用于LNG 工業(yè)中。按照結構分為具有獨立的吸入外殼和沒有獨立的吸入外殼兩大類。通常在LNG 接收站應用罐外高壓外輸泵和罐內(nèi)低壓潛液泵兩種。見圖1。

1.1 罐內(nèi)低壓潛液泵

LNG 罐內(nèi)低壓潛液泵是安裝在LNG 儲罐內(nèi)部，因此也稱罐內(nèi)泵、潛液泵，作用是將罐內(nèi)的液化氣體輸出，是維持LNG 接收站外輸和站內(nèi)冷態(tài)的關鍵設備，也是LNG 接收站必不可少的關鍵設備之一。

罐內(nèi)泵具有較寬的流量范圍，最大流量可達2000m3/h。揚程根據(jù)需要設計，揚程設計需考慮泵葉輪數(shù)量，管內(nèi)泵總體高度不應太大需考慮泵的安裝及罐內(nèi)液位高度對泵操作的影響。

圖1 低溫潛液泵結構分類

1.2 罐外高壓外輸泵

LNG 罐外高壓外輸泵是液化氣體儲罐外使用的泵，因此又稱罐外泵。對于LNG 接收站，安裝在LNG 汽化器前的固定容器內(nèi)，作用是對LNG 進行增壓，為LNG 汽化后外輸管線提供足夠的能量，保證用戶能正常使用。沒有高壓泵就沒有外輸，高壓泵的安全穩(wěn)定運行是整個接收站安全穩(wěn)定運行的基礎[2]。

高壓泵是一種多級泵，揚程可根據(jù)要求選擇，最大揚程可達2000m 以上。高壓泵主要由旋渦導流器、葉輪、冷卻回氣管、推力平衡裝置、電動機定轉(zhuǎn)子、軸承部件等組成。

2 結構特點

2.1 主要結構

低溫潛液泵主要結構有：主軸、電機、軸承、葉輪、誘導輪、推力自平衡機構（Thrust Equalizing Mechanism，TEM）、振動監(jiān)測器、低溫電纜等。罐內(nèi)泵還配套設計有支撐吊纜、儀表及電氣線纜和配套底閥、頂板；高壓泵還有頂板和獨立的吸入外殼。

2.2 低壓泵結構特點

以美國某制造廠的低溫泵為例簡述其設計特點。

由于設計獨特，在儲罐中，泵可以安裝到底部具有吸入閥（底閥） 的垂直泵井中。由于泵通過儲罐頂部安裝，因此可以免除低于儲罐最高液位的所有連接。該設計排除了管道或連接問題導致的主儲罐泄漏的可能性，儲罐也可以置于地面以下。

LNG 從底部打開的底閥處吸入后，通過泵的誘導輪進入泵內(nèi)，在葉輪的作用下，壓力漸漸升高，通過專門的內(nèi)置管路， LNG 最終從泵頂部排出口排出，而LNG 在泵的作用下使其壓力上升，從而通過泵井上部的排除口向下游管線進行輸送。

2.3 高壓泵結構特點

整個泵和電動機組件置于吸入閥內(nèi)，該吸入閥根據(jù)每種應用的適當壓力容器規(guī)范制造，可以確保安裝的安全、簡單和可靠。吸入罐起到泵外護板的作用。與傳統(tǒng)泵比較，該泵緊湊輕便，安裝簡單，噪聲級低，并且具有顯著的安全優(yōu)勢。

LNG 從吸入口進入后，通過泵的誘導輪進入泵內(nèi)，在葉輪逐級作用下，壓力漸漸升高，通過專門的內(nèi)置管路，LNG 最終從泵頂部排出口進入預定管路，而LNG 在泵的作用下壓力大幅上升，因此可以在更長的下游管路中進行輸送，完成后續(xù)再汽化工作[3]。

3 試驗

由于潛液式低溫泵結構的特殊性，必須使用低溫介質(zhì)進行各項試驗，對于LNG 低溫泵而言，可使用LNG（-162℃） 或液氮（-196℃） 做試驗。一般工程公司要求使用LNG。

由于試驗介質(zhì)溫度很低，因此泵試驗前需要進行充分的預冷，防止材料脆裂。泵試驗程序比較復雜，而且對安全性要求極高，這也是低溫潛液泵生產(chǎn)制造過程中的一個難點。另外，作為站內(nèi)外輸關鍵設備，在投用前或維修后需要進行預冷操作，預冷過程要嚴格按照廠商文件要求進行。以中國寰球工程有限公司北京分公司某LNG項目為例，以下列列舉W 點（見證點） 檢驗點，原則上需要總承包單位派專人參加。

①泵體：工廠驗收試驗前檢驗試驗，靜水壓試驗，承壓部件（均適用）；

②泵體：工廠驗收試驗(FAT) ，性能試驗（均適用）；

③泵體：工廠驗收試驗后檢驗試驗（均適用）；

④拆卸后：尺寸檢驗；外觀/清潔度檢驗；

⑤頂板、壓力容器：靜水壓試驗最大工作壓力1.3 倍，30min（只適用于高壓泵）；

⑥底閥：靜水壓試驗（只適用于法蘭連接部件） （只適用于低壓泵）。

4 國產(chǎn)化情況

由于低溫潛液泵對于材料、設計等技術要求極高，并且需要建立遠離居住區(qū)的試驗臺，投入巨大，因此，在我國LNG 接收站初期，低溫潛液泵均為進口泵，交貨周期長、價格高昂。

2014-2016 年，大連深藍泵業(yè)集團依托中海浙江寧波液化天然氣有限公司LNG 接收站項目，與中海油氣電集團成功研發(fā)中國首臺LNG 低壓泵（Q=430m3/h，H=256m，P=250kW），設備于2016 年7 月在現(xiàn)場一次性開車成功，通過72 h并網(wǎng)連續(xù)運行測試，設備運行穩(wěn)定，運行數(shù)據(jù)與設計數(shù)據(jù)一致。2018 年，應用在LNG 接收站的罐外輸送泵實現(xiàn)國產(chǎn)化。自2016 年至今，大連深藍泵業(yè)有限公司陸續(xù)成功實現(xiàn)低壓泵和高壓泵的國產(chǎn)化。