低溫泵池蓋表面結霜的改善

孔祥濤

【摘? 要】本文主要介紹了一種應用于低溫壓力容器的低溫泵池蓋表面結霜的改善。在低溫壓力容器行業中，通過潛液泵傳輸低溫液體時，為保證潛液泵工作時一直處于低溫狀態，將潛液泵置于一個絕熱的低溫泵池中，因而低溫泵池的絕熱性能非常重要。

【關鍵詞】低溫泵池;低溫潛液泵;潛液泵的連接法蘭;隔板;第一通孔;第二通孔;第三通孔;氣相空間;氣體對流;熱交換

低溫潛液泵廣泛應用在低溫液態介質儲罐工程如液化天然氣、液化乙烯、液氨等。它作為低溫液體的動力裝置，其性能要求最主要是耐低溫且絕熱效果好，以及承受出口高壓。其次是氣密性和電氣方面的安全性能要求比普通泵高很多。低溫潛液泵必須有足夠的壓力和流量范圍，以適應不同級別的低溫液體存儲系統;要盡可能減少運行時產生的熱量，以防止引發低溫液體氣化;不可出現兩相流，否則會造成泵的損壞。低溫潛液泵主要由泵、泵夾套和電機組成，采用離心式結構，轉速高、重量輕，這種高速離心式低溫潛液泵采用屏蔽電機一體軸配裝泵體、葉輪、導流器、誘導輪等部件，通過變頻控制器控制電機的轉速，其結構設計為屏蔽電機和泵體全部浸沒在低溫液體中，達到零泄漏方式。低溫潛液泵需要安裝在罐內的低溫泵池中，介質溫度低，裝置汽蝕余量低，試驗要求高，總體難度較大。本文介紹了一種應用于低溫壓力容器的低溫泵池蓋表面結霜的改善。

低溫泵池是由一個不銹鋼真空外殼和一個置于其中的不銹鋼壓力容器組成，夾層采用多層纏繞的絕熱方式。現有技術的低溫泵池，將傳輸低溫液體的低溫潛液泵放置在一個絕熱的泵池體內。泵池體的端部焊接有法蘭，作為泵池蓋的法蘭蓋通過緊固件和密封墊固定連接在該法蘭上，選擇螺栓材料時需考慮耐低溫性能，法蘭與法蘭蓋之間采用耐低溫墊片密封。法蘭蓋的中心開設有通孔，出液管穿過此通孔延伸至泵池體內，并焊接固定于法蘭蓋上，其底部固定有連接法蘭，低溫潛液泵通過連接法蘭吊掛在出液管上。此種連接方式對因裝配和制造誤差引起的偏心載荷、電機運轉引起的振動載荷、泵池安裝不當產生的附加載荷以及泵的自重均由出液管及其裝配焊縫來承受，容易造成潛液泵的脫落。

另一方面，由于泵池工作時一直處于低溫工況，如果泵池蓋與低溫液體的氣相直接接觸，形成熱交換漏熱，大量的外界熱量會通過泵池蓋傳遞給低溫液體，使低溫液體氣化，導致泵池體內介質壓力的升高，甚至出現超壓現象，若不及時排放，一旦超出泵池的最大允許工作壓力，泵池會發生爆炸，所以在泵池上設置安全排放閥，安全排放閥在壓力過剩的情況下可以對泵池起到保護作用。安全閥的頻繁起跳加大了低溫液體的蒸發損失，同時容易使泵池蓋大面積結霜，嚴重時會影響對布置在泵池蓋上方的儀表閥門的維護及操作，所以需要對泵池蓋進行隔熱。目前的低溫絕熱結構設計中，對泵池蓋隔熱采用的保溫材料容易漏入泵池體，存在污染介質的風險。

本文闡述的低溫泵池蓋表面結霜的改善方案，主要目的在于克服上述現有技術的至少一種缺陷，提供一種能夠避免泵池蓋大面積結霜及保溫材料漏入泵池體的低溫泵的泵連接裝置及低溫泵池。主要結構見圖一

在改善前，圖一中還沒有件6（隔板），這樣，件1（泵池蓋）直接與低溫液體的氣相空間接觸，因此二者之間存在直接的熱交換，這樣泵池蓋就是一個直接的熱傳導體，大量的熱量傳遞到低溫體中，造成低溫液體飽和壓力上升，泵池蓋表面也會大面積結霜，嚴重時低溫泵池甚至不能正常工作。同時，當飽和壓力超出安全排放閥的設定壓力后，安全排放閥將開啟，及時排放超壓氣體。若低溫液體一直在汽化狀態，則安全排放閥開啟頻率加大，浪費氣體的同時也影響潛液泵的正常工作。

為了改善上述的熱交換情況，增加了件6（隔板），見圖一。這樣，隔板就會把泵池內的氣相空間分為兩部分，件1（泵池蓋）不能直接與低溫液體的氣相空間接觸，從而大大降低氣相空間的氣體對流，減少低溫液體和法蘭蓋之間的熱交換，這樣就解決了泵池蓋表面大面積結霜的問題。本方案在實施方式中，還采用“泵池蓋與筒體的焊縫為對接和角接的組合焊縫;出液管的下端與連接法蘭的焊縫為對接焊縫”的設計，能夠提高泵連接裝置及其連接部位的承載能力，從而防止低溫潛液泵的脫落，同時提高了腔體的強度和密封性，有效避免了隔熱材料漏入泵池體，從而保證了介質的潔凈。

同時為了各個管道能順利通過第一通孔，第二通孔，第三通孔，減少摩擦，在隔板的三個通孔中設有端部倒有圓角的短管。

綜上所述，在泵池蓋和潛液泵之間設置隔板，可以將泵池體的氣相空間分隔，有效阻止氣相空間的氣體對流，降低低溫液體與泵池蓋的熱交換，從而解決法蘭蓋表面嚴重結霜的問題?！氨贸厣w與筒體的焊縫為對接和角接的組合焊縫;出液管的下端與連接法蘭的焊縫為對接焊縫”能有效避免了隔熱材料漏入泵池體，從而保證了介質的潔凈。

這一改進在國內的低溫行業暫無先例，有助于提升產品質量，提高技術水平，開拓了國內制作的廣闊市場，給公司也帶來了較好的經濟效益。

參考文獻：

[1]GB/T18442-2017《固定式真空絕熱深冷壓力容器》;

[2]GB/T150《壓力容器》;

[3]《固定式壓力容器安全技術監察規程》;

[4]制冷與低溫技術原理課程設計;

[5]低溫與傳熱技術;

[6]絕熱工程技術手冊。

（作者單位：山東大力專用汽車制造有限公司）