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烴（如乙烯、乙烷等）、液化石油氣（LPG）、液化天然氣（LNG）、液態氧、液態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，泵安裝適用于地面，而后者（低溫潛液泵，包括罐內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低壓潛液泵兩種。見圖1。

1.1 罐內低壓潛液泵

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

罐內泵具有較寬的流量范圍，最大流量可達2000m3/h。揚程根據需要設計，揚程設計需考慮泵葉輪數量，管內泵總體高度不應太大需考慮泵的安裝及罐內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，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，高壓泵的安全穩定運行是整個接收站安全穩定運行的基礎[2]。

高壓泵是一種多級泵，揚程可根據要求選擇，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）、振動監測器、低溫電纜等。罐內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，在葉輪的作用下，壓力漸漸升高，通過專門的內置管路， 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，該吸入閥根據每種應用的適當壓力容器規范制造，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勢。

LNG 從吸入口進入后，通過泵的誘導輪進入泵內，在葉輪逐級作用下，壓力漸漸升高，通過專門的內置管路，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制造過程中的一個難點。另外，作為站內外輸關鍵設備，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中國首臺LNG 低壓泵（Q=430m3/h，H=256m，P=250kW），設備于2016 年7 月在現場一次性開車成功，通過72 h并網連續運行測試，設備運行穩定，運行數據與設計數據一致。2018 年，應用在LNG 接收站的罐外輸送泵實現國產化。自2016 年至今，大連深藍泵業有限公司陸續成功實現低壓泵和高壓泵的國產化。