國產(chǎn)海水泵在LNG接收站的應(yīng)用

陳林斌　水明星　賈銀鳳

（1.中國石油京唐液化天然氣有限公司，北京　101100；2.重慶川儀自動化股份有限公司，重慶　400700）

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國產(chǎn)海水泵在LNG接收站的應(yīng)用

陳林斌1水明星1賈銀鳳2

（1.中國石油京唐液化天然氣有限公司，北京101100；2.重慶川儀自動化股份有限公司，重慶400700）

摘要為打破國外對LNG接收站海水泵關(guān)鍵技術(shù)的壟斷，由我國自主研制的海水泵于2013年在唐山LNG接收站調(diào)試并投用。為此介紹了國產(chǎn)海水泵的結(jié)構(gòu)形式、工作原理、冷卻水系統(tǒng)和變頻系統(tǒng)，對比了國內(nèi)外海水泵的性能及設(shè)計參數(shù)，分析了國產(chǎn)海水泵在唐山接收站的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞LNG接收站國產(chǎn)海水泵變頻系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)運行參數(shù)

0　引言

LNG接收站開架式氣化器（ORV）的熱源由海水提供，海水泵的作用是將海水輸送至ORV氣化LNG，供下游客戶使用。海水泵是LNG接收站非常重要的設(shè)備之一，但其關(guān)鍵技術(shù)一直被國外生產(chǎn)商壟斷［1］。由湖南耐普泵業(yè)有限公司生產(chǎn)的海水泵于2013年在唐山LNG接收站調(diào)試運行，標志著我國自主研制的國產(chǎn)海水泵正式進入國內(nèi)LNG接收站，同時在實際運行中保持了良好的運行狀態(tài)。海水泵的國產(chǎn)化對于LNG項目關(guān)鍵設(shè)備的投資和維護具有重要意義，筆者擬就國產(chǎn)海水泵的性能及運行情況作一介紹分析。

1　國產(chǎn)海水泵介紹

1.1機械結(jié)構(gòu)和工作原理

國產(chǎn)海水泵的結(jié)構(gòu)形式為立式長軸泵，葉輪級數(shù)為單級。該泵在泵外筒體不拆卸的情況下，轉(zhuǎn)子可單獨抽出體外進行檢修。泵的進口濾網(wǎng)位置通常低于正常海平面5 m左右，泵的總長度為10～12 m。

海水泵采用耐海水腐蝕的材料，同時配備防止腐蝕的電極保護裝置。海水是強電解質(zhì)，不同金屬在其中相互接觸或配用時，由于各自電位不同，會使較低電位的金屬溶解而加速腐蝕，電位較高的金屬得到保護而減緩腐蝕［2］。正常情況下，泵軸與軸套、葉輪間不存在海水，但在運轉(zhuǎn)過程中由于受到多種因素的影響，葉輪軸孔端面與軸套端面密封性能下降并進一步失效，海水會滲入泵軸與軸套、葉輪間的空隙中，使得泵軸與軸套、葉輪間產(chǎn)生電偶腐蝕效應(yīng)［3］。該裝置外加保護電位，可在出現(xiàn)電位差時使電位平衡，防止海水泵被腐蝕。

海水泵是豎軸驅(qū)動，殼體是擴散碗型。泵軸之間通過聯(lián)軸器連接?？筛鼡Q的耐磨環(huán)分別配備在葉輪和殼體上。從上往下看，泵沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，泵所產(chǎn)生的軸向推力（轉(zhuǎn)子重量+軸向推力）由泵本體承受，軸密封形式為無石棉的壓蓋填料密封。電機是安裝在獨立的鋼結(jié)構(gòu)電機座上的，通過油脂潤滑的齒輪式聯(lián)軸器連接在泵上。泵吸入口垂直向下，吐出口水平布置。海水通過海水泵入口后，由葉輪加壓，經(jīng)過排出口進入海水總管，供ORV使用，其結(jié)構(gòu)見圖1。

1.2冷卻水系統(tǒng)

海水泵配備一套潤滑冷卻系統(tǒng)。泵啟動前10 min注入規(guī)定壓力（高于0.2 MPa）的淡水對填料函體以及推力軸承部件進行潤滑，正常啟動后從泵出口管路引入海水，切換成海水自潤滑、冷卻一體裝置，工藝如圖2所示。由于海水中含有海生物，在潤滑中可能會造成冷卻管線堵塞。經(jīng)過多年實踐，氯化處理較為有效，在海水泵取水口加入海水經(jīng)電解后產(chǎn)生的有效氯（HClO、ClO-、Cl2），可防止海生物在冷卻水管路附著滋長［4］。

圖1　國產(chǎn)海水泵的結(jié)構(gòu)及工作原理圖

圖2　冷卻水工藝流程圖

1.3變頻系統(tǒng)

國產(chǎn)海水泵分為工頻泵和變頻泵。變頻泵采用變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，以滿足不同流量需求。按照電機學(xué)的基本原理，已知交流異步電動機的轉(zhuǎn)速表達式為［5］：

式中，n為轉(zhuǎn)速，r/min；s為異步電機轉(zhuǎn)差率，%；f為電機轉(zhuǎn)動頻率，Hz；p為電機定子繞組對數(shù)。

平滑地改變加到異步電動機定子繞組交流電的頻率，可以平滑地調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，因此就可達到調(diào)節(jié)流量的功能［6］。根據(jù)海水溫度和ORV負荷的變化，海水流量可在（2 000～8 000）m3/h范圍內(nèi)變化。國產(chǎn)海水泵頻率在35～50Hz范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速變化導(dǎo)致海水流量變化。因此，在海水溫度一定的情況下，調(diào)節(jié)海水流量，可優(yōu)化ORV的負荷以及運行臺數(shù)：當ORV負荷上升時，升高頻率增加海水流量；在ORV負荷下降時，降低頻率減少海水流量，以達到節(jié)約電能的目的；當LNG流量大于1 臺ORV的設(shè)計負荷時，可增加1臺ORV，盡量不使用SCV（浸沒燃燒式氣化器，能耗較高），以達到節(jié)能的目的［7］。啟動變頻泵時，頻率從35Hz到50Hz逐漸升高，海水流量緩慢上升，電機實現(xiàn)真正的軟啟動，減小了對海水管道、調(diào)節(jié)閥、ORV的水力沖擊和磨損，使系統(tǒng)運行更加安全可靠，并且可大幅節(jié)省這些設(shè)備的維護費用，降低接收站的運行成本［8］。

2　國內(nèi)外海水泵設(shè)計參數(shù)及性能對比

2.1設(shè)計參數(shù)對比

以1600LK4.58-30、1200LK2.22-30兩種不同型號的國產(chǎn)海水泵為例，其設(shè)計參數(shù)見表1。

國外生產(chǎn)的海水泵設(shè)計參數(shù)見表2。

從兩表中的數(shù)據(jù)可以看出，國產(chǎn)海水泵的效率、揚程已經(jīng)達到甚至超過了國外生產(chǎn)的部分海水泵，并且除酉島泵外，其他海水泵的轉(zhuǎn)速均較低。理論上講，功率為力與速度的乘積，轉(zhuǎn)速越低，需要的提升力就越大，需要更大的葉輪來實現(xiàn)，意味著需要的鋼材更多，加工難度更大。國產(chǎn)海水泵轉(zhuǎn)速范圍為（425～595）r/min，能滿足下游用戶對海水流量的需求。因此國產(chǎn)海水泵廠商在克服加工難度的基礎(chǔ)上，增強了泵的穩(wěn)定性，使出廠的海水泵能夠安全運轉(zhuǎn)幾年乃至幾十年，只需花費最少量的維護費用并能保持運行效率。實踐證明性能優(yōu)良的國產(chǎn)海水泵經(jīng)長時間使用仍運轉(zhuǎn)正常，無故障發(fā)生［9］。

表2　國外廠商生產(chǎn)的海水泵設(shè)計參數(shù)表

2.2性能對比

將國產(chǎn)海水泵和日本酉島生產(chǎn)的海水泵進行性能對比，結(jié)果是：國產(chǎn)海水泵的大泵流量分別在13 200 m3/h、16 500 m3/h、19 000 m3/h時，氣蝕余量（NPSHr）分別為7 m、8 m、9 m，小泵流量分別在6 400 m3/h、8 000 m3/h、9 600 m3/h時，NPSHr分別為7.1 m、7.5 m、8 m。NPSHr很接近，工作范圍均在10 m以內(nèi)；同時性能指標都比較平緩，消除了駝峰影響，保證了海水泵運行的穩(wěn)定性［10］，這與日本酉島的海水泵性能指標相似。

3　國產(chǎn)海水泵運行參數(shù)

以唐山LNG接收站的型號為1600LK4.58-30國產(chǎn)海水泵為例，運行1個月內(nèi)溫度曲線和振動曲線見圖3和圖4。

為防止海水泵運行過程中電機線圈、上下軸承、軸向和徑向推力瓦溫度過高而導(dǎo)致機械損傷，設(shè)置10個溫度檢測點實時監(jiān)控溫度的變化。從圖3可以看出，電機線圈溫度在65～75℃范圍內(nèi)波動，遠未達到停機溫度145℃。上軸承溫度與下軸承溫度相差20℃左右，主要原因是上軸承與轉(zhuǎn)動軸接觸面積大，產(chǎn)生熱量多，但這兩個軸承溫度同樣未達到停機溫度90℃。而軸向推力瓦和徑向推力瓦溫度也都低于停機溫度85℃，均在正常運行范圍內(nèi)。

圖3　海水泵運行溫度曲線圖

圖4　海水泵運行振動曲線圖

在振動曲線中，電機振動設(shè)置20 μm/s為停機值，實際運行中在（11～13）μm/s范圍內(nèi)波動；機身振動的停機值設(shè)置為120 mm/s，檢測的數(shù)值在（85～87）mm/s范圍內(nèi)波動。海水泵由電機提供動力，因此其振動變化必須為微米級，以確保海水泵可靠運行；機身振動檢測單位為毫米級，主要原因是電機帶動長達10 m的軸轉(zhuǎn)動，盡管有軸承限制其徑向運動范圍，但轉(zhuǎn)動過程中軸的振幅較大。由圖4看出，海水泵實際運行中電機振動與機身振動曲線均較平穩(wěn)，振動值遠未達到停機值。

4　結(jié)束語

通過對實際運行數(shù)據(jù)的分析，唐山LNG接收站的國產(chǎn)海水泵達到了設(shè)計要求，運行較穩(wěn)定，其綜合性能達到了國際同類產(chǎn)品的水平，能完全替代國外進口產(chǎn)品。其冷卻水系統(tǒng)實現(xiàn)了啟機前淡水潤滑、啟機后切換成海水潤滑的功能，節(jié)約了淡水資源，降低了運行成本。變頻功能的應(yīng)用，可根據(jù)下游海水需求量靈活調(diào)整海水泵輸出功率，以降低電耗。因此，國產(chǎn)海水泵將伴隨著國內(nèi)LNG接收站的擴建獲得廣泛應(yīng)用。

參考文獻

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（編輯：蔣龍）

修訂回稿日期：2016-06-09

文獻標識碼：B

文章編號：2095-1132（2016）03-0053-04

doi：10.3969/j.issn.2095-1132.2016.03.014

作者簡介：陳林斌（1988-），助理工程師，從事LNG接收站運行操作管理工作。E-mail：tslngchenlinbin@petrochina.com.cn。