LNG 接收站低温潜液泵应用
2019-11-11王海
王 海
（中国寰球工程有限公司北京分公司，北京 100102）
低温液化气体包括液态烃（如乙烯、乙烷等）、液化石油气（LPG）、液化天然气（LNG）、液态氧、液态氮等各种低温液化气体[1]。低温泵一般为离心式泵，结构分为立式筒袋泵（VS6）和立式潜液泵两种，低温立式筒袋型离心泵主要适用于具有较低的NPSHa 及部分低温输送介质，泵安装适用于地面，而后者（低温潜液泵，包括罐内泵和罐外泵两种型式），适用于不同的设备安装场合。
1 低温潜液泵分类
低温潜液泵最早在20 世纪60 年代应用于LNG 工业中。按照结构分为具有独立的吸入外壳和没有独立的吸入外壳两大类。通常在LNG 接收站应用罐外高压外输泵和罐内低压潜液泵两种。见图1。
1.1 罐内低压潜液泵
LNG 罐内低压潜液泵是安装在LNG 储罐内部，因此也称罐内泵、潜液泵，作用是将罐内的液化气体输出，是维持LNG 接收站外输和站内冷态的关键设备，也是LNG 接收站必不可少的关键设备之一。
罐内泵具有较宽的流量范围，最大流量可达2000m3/h。扬程根据需要设计，扬程设计需考虑泵叶轮数量，管内泵总体高度不应太大需考虑泵的安装及罐内液位高度对泵操作的影响。
图1 低温潜液泵结构分类
1.2 罐外高压外输泵
LNG 罐外高压外输泵是液化气体储罐外使用的泵，因此又称罐外泵。对于LNG 接收站，安装在LNG 汽化器前的固定容器内，作用是对LNG 进行增压，为LNG 汽化后外输管线提供足够的能量，保证用户能正常使用。没有高压泵就没有外输，高压泵的安全稳定运行是整个接收站安全稳定运行的基础[2]。
高压泵是一种多级泵，扬程可根据要求选择，最大扬程可达2000m 以上。高压泵主要由旋涡导流器、叶轮、冷却回气管、推力平衡装置、电动机定转子、轴承部件等组成。
2 结构特点
2.1 主要结构
低温潜液泵主要结构有：主轴、电机、轴承、叶轮、诱导轮、推力自平衡机构（Thrust Equalizing Mechanism，TEM）、振动监测器、低温电缆等。罐内泵还配套设计有支撑吊缆、仪表及电气线缆和配套底阀、顶板；高压泵还有顶板和独立的吸入外壳。
2.2 低压泵结构特点
以美国某制造厂的低温泵为例简述其设计特点。
由于设计独特，在储罐中，泵可以安装到底部具有吸入阀（底阀） 的垂直泵井中。由于泵通过储罐顶部安装，因此可以免除低于储罐最高液位的所有连接。该设计排除了管道或连接问题导致的主储罐泄漏的可能性，储罐也可以置于地面以下。
LNG 从底部打开的底阀处吸入后，通过泵的诱导轮进入泵内，在叶轮的作用下，压力渐渐升高，通过专门的内置管路， LNG 最终从泵顶部排出口排出，而LNG 在泵的作用下使其压力上升，从而通过泵井上部的排除口向下游管线进行输送。
2.3 高压泵结构特点
整个泵和电动机组件置于吸入阀内，该吸入阀根据每种应用的适当压力容器规范制造，可以确保安装的安全、简单和可靠。吸入罐起到泵外护板的作用。与传统泵比较，该泵紧凑轻便，安装简单，噪声级低，并且具有显著的安全优势。
LNG 从吸入口进入后，通过泵的诱导轮进入泵内，在叶轮逐级作用下，压力渐渐升高，通过专门的内置管路，LNG 最终从泵顶部排出口进入预定管路，而LNG 在泵的作用下压力大幅上升，因此可以在更长的下游管路中进行输送，完成后续再汽化工作[3]。
3 试验
由于潜液式低温泵结构的特殊性，必须使用低温介质进行各项试验，对于LNG 低温泵而言，可使用LNG（-162℃） 或液氮（-196℃） 做试验。一般工程公司要求使用LNG。
由于试验介质温度很低，因此泵试验前需要进行充分的预冷，防止材料脆裂。泵试验程序比较复杂，而且对安全性要求极高，这也是低温潜液泵生产制造过程中的一个难点。另外，作为站内外输关键设备，在投用前或维修后需要进行预冷操作，预冷过程要严格按照厂商文件要求进行。以中国寰球工程有限公司北京分公司某LNG项目为例，以下列列举W 点（见证点） 检验点，原则上需要总承包单位派专人参加。
①泵体：工厂验收试验前检验试验，静水压试验，承压部件（均适用）；
②泵体：工厂验收试验(FAT) ，性能试验（均适用）；
③泵体：工厂验收试验后检验试验（均适用）；
④拆卸后：尺寸检验；外观/清洁度检验；
⑤顶板、压力容器：静水压试验最大工作压力1.3 倍，30min（只适用于高压泵）；
⑥底阀：静水压试验（只适用于法兰连接部件） （只适用于低压泵）。
4 国产化情况
由于低温潜液泵对于材料、设计等技术要求极高，并且需要建立远离居住区的试验台，投入巨大，因此，在我国LNG 接收站初期，低温潜液泵均为进口泵，交货周期长、价格高昂。
2014-2016 年，大连深蓝泵业集团依托中海浙江宁波液化天然气有限公司LNG 接收站项目，与中海油气电集团成功研发中国首台LNG 低压泵（Q=430m3/h，H=256m，P=250kW），设备于2016 年7 月在现场一次性开车成功，通过72 h并网连续运行测试，设备运行稳定，运行数据与设计数据一致。2018 年，应用在LNG 接收站的罐外输送泵实现国产化。自2016 年至今，大连深蓝泵业有限公司陆续成功实现低压泵和高压泵的国产化。
