高壓泵入口過濾器堵塞原因分析

李云（中石油江蘇液化天然氣有限公司，江蘇 南通

226400）

LNG 接收站采用的高壓泵屬于潛液式多級離心泵，泵與電動機整體安裝在容器內，容器相當于泵的外殼，通過進出口法蘭與輸配管道相連。為確保下游高壓泵及氣化設備運行正常，根據廠商文件要求，在高壓泵入口安裝60目過濾器（處理精度0.25mm）,防止雜物異物進入泵體，堵塞或者卡住葉輪，并設有壓差計供監測過濾器堵塞情況。

1 接收站增壓外輸流程

儲存在儲罐中儲罐中的LNG由低壓泵輸出，一部分進入再冷凝器用于冷凝BOG，剩余一部分進入再冷凝器旁路，二者匯合并輸送至高壓泵增壓至10Mpa 左右，經氣化器ORV（或SCV）換熱氣化后外輸，再經如東分輸站計量系統計量后進入西氣東輸管網。

2 過濾器堵塞原因分析

2.1 過濾器堵塞發生的背景

江蘇LNG接收站配備有7臺高壓泵于2011年投產使用。在歷次度冬保供期間日外輸量平均每天達到3200萬方/天，6臺高壓泵處于運行狀態，站內儲罐處于頻繁接卸LNG，在此期間所投用的高壓泵入口過濾器的壓差計頻繁高報警，泵罐液位由98%下降至90%左右出現入口過濾器堵塞現象。

2.2 堵塞原因查找過程

度冬保供期間頻繁接卸船，由于LNG 來自不同國家地區，所接卸的LNG密度相差較大。為了防止LNG在儲罐內發生分層，會根據儲罐與船方的LNG密度決定采用何種進液方式。船方的LNG 密度大時，儲罐采用上進液方式，而在此種工況下高壓泵入口過濾器產生堵塞的情況較大。站內部分人員據此推斷可能是LNG組分中重烴組分較多，在外輸過程中會聚集在高壓泵入口過濾器處造成過濾器堵塞[1]。

在對高壓泵進行隔離吹掃打開過濾器后，發現里面有大量灰色絮狀物和白色碎紙屑。經分析灰色絮狀物是保冷玻璃棉，來源于鋁吊頂上層。白色碎紙屑是鋁吊板的白色保護紙。保冷玻璃棉在施工逐層鋪設過程中延展蓬松，導致絮狀物分布于穹頂空間，投產后受BOG 系統虹吸影響，通過儲罐的6 個呼吸孔進入內罐空間并沉淀在LNG 液面上層。鋁吊頂的白色保護紙未清除徹底，在儲罐運行中不斷剝落，同樣漂浮在LNG 液面上層。當儲罐采用上進液方式進行卸料時，漂浮在LNG液面上層的保冷玻璃棉和白色碎紙屑隨著重組分LNG 沉淀到儲罐底部，外輸工況下隨LNG 經低壓泵輸出LNG 儲罐，由于高壓泵入口設有過濾器因此絮狀保溫玻璃棉和白色碎紙屑隨著時間的推移不斷的在高壓泵入口堆積，造成高壓泵入口過濾器堵塞。

3 過濾器堵塞對工藝設備影響

3.1 對高壓泵的影響

高壓泵入口過濾器堵塞后各運行參數發生了較大變化，相關參數對比如表1所示。

表1 過濾器堵塞前后高壓泵運行參數對比

由于高壓泵是定頻泵，根據離心泵的效率計算公式（1）和揚程計算公式（2）可知入口過濾器堵塞后會導致泵的效率降低。

（1）式中H為揚程，單位m;Q為流量，單位單位為m3/h；P為軸功率，單位KW。

（2）式中:H揚程，m；p1，p2泵進出口處液體的壓力，Pa；c1，c2 流體在泵進出口處的流速，m／s；z1，z2 進出口高度，m；ρ 液體密度，kg／m3；g重力加速度，約9.81 m／s2。

同時入口過濾器堵塞會造成高壓泵入口吸入壓力偏低，從而導致高壓泵吸入壓力不足，泵罐液位偏低、泵性能降低、高壓泵振動偏大甚至異響。根據LNG 的P-T 相圖特定溫度的LNG對應相應的飽和蒸氣壓，如果入口LNG的溫度上升至-130℃左右，此時對應的飽和蒸氣壓正好是0.7Mpa,因此會增加高壓泵氣蝕的風險，給設備的安全運行造成了很大的風險。

3.2 對再冷凝器的影響

再冷凝器位于高壓泵入口上游，主要用于冷凝BOG同時也作為高壓泵入口壓力的緩沖器。如果高壓泵入口過濾器發生堵塞，會造成大量過冷LNG聚集在再冷凝器底部。在實際運行中再冷凝器底部溫度由于高壓泵入口過濾器堵塞會達到-135℃（正常運行時-129℃左右），由于過冷LNG 的聚集會導致再冷凝器液位不斷升高，為了控制再冷凝器液位會通過減少進入再冷凝器的LNG 流量，此時液位會下降，但隨著再冷凝器底部過冷LNG 繼續聚集，液位又開始上升，如此往復造成再冷凝器液位不斷波動，在特殊工況下可能導致再泠凝器液位失去控制，對工藝的系統的平穩運行造成了極大影響。

4 措施及建議

高壓泵現場閥位及工藝流程圖如圖1，根據現場高壓泵工藝管線及閥門設置情況，每次清理高壓泵入口過濾器都要對高壓泵井進行排液吹掃才能完全隔離出高壓泵入口過濾器，而處于泵井內的泵體在隔離吹掃時溫度升高，甚至會恢復至室溫，而在預冷時泵體溫度又會冷至-150℃左右，對設備內部構件影響較大。由于站內低壓泵備用率較高且工藝出口管線隔離方便無需設備隔離，所以建議在每個已投運的儲罐的低壓泵出口安裝過濾器，進而減少對高壓泵本體的隔離，降低因隔離吹掃高壓泵對泵體造成的不必要損害。同時根據施工方建議還應采取以下措施：

（1）優化儲罐施工工藝，對玻璃棉鋪設工序進行改進，封住吸入口后進行玻璃棉延展蓬松，鋪設完成后靜置一段時間，在封罐前進行吊板上層吹掃吸塵；鋁吊頂安裝前對每一塊鋁吊板都要徹底清除保護紙。

（2）重點監控過濾器前后壓差，高壓泵吸入壓力和泵井液位情況，預測過濾器易堵工況，提前準備運行緩避措施，保證高壓泵運行平穩安全。根據過濾器堵塞情況合理制定隔離清洗周期，每年入冬前必須逐臺清洗一次。

圖1 高壓泵流程圖

5 結語

造成高壓泵入口入口過濾器發生堵塞的主要原因是鋁吊頂上延展蓬松的玻璃保溫棉由于虹吸作用通過儲罐呼吸口進入內管以及鋁吊頂保護紙剝落，并非是LNG中重烴組分。