王 海

（中國(guó)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(tài)烴（如乙烯、乙烷等）、液化石油氣（LPG）、液化天然氣（LNG）、液態(tài)氧、液態(tài)氮等各種低溫液化氣體[1]。低溫泵一般為離心式泵，結(jié)構(gòu)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(zhì)，泵安裝適用于地面，而后者（低溫潛液泵，包括罐內(nèi)泵和罐外泵兩種型式），適用于不同的設(shè)備安裝場(chǎng)合。

1 低溫潛液泵分類

低溫潛液泵最早在20 世紀(jì)60 年代應(yīng)用于LNG 工業(yè)中。按照結(jié)構(gòu)分為具有獨(dú)立的吸入外殼和沒(méi)有獨(dú)立的吸入外殼兩大類。通常在LNG 接收站應(yīng)用罐外高壓外輸泵和罐內(nèi)低壓潛液泵兩種。見(jiàn)圖1。

1.1 罐內(nèi)低壓潛液泵

LNG 罐內(nèi)低壓潛液泵是安裝在LNG 儲(chǔ)罐內(nèi)部，因此也稱罐內(nèi)泵、潛液泵，作用是將罐內(nèi)的液化氣體輸出，是維持LNG 接收站外輸和站內(nèi)冷態(tài)的關(guān)鍵設(shè)備，也是LNG 接收站必不可少的關(guān)鍵設(shè)備之一。

罐內(nèi)泵具有較寬的流量范圍，最大流量可達(dá)2000m3/h。揚(yáng)程根據(jù)需要設(shè)計(jì)，揚(yáng)程設(shè)計(jì)需考慮泵葉輪數(shù)量，管內(nèi)泵總體高度不應(yīng)太大需考慮泵的安裝及罐內(nèi)液位高度對(duì)泵操作的影響。

圖1 低溫潛液泵結(jié)構(gòu)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(chǔ)罐外使用的泵，因此又稱罐外泵。對(duì)于LNG 接收站，安裝在LNG 汽化器前的固定容器內(nèi)，作用是對(duì)LNG 進(jìn)行增壓，為L(zhǎng)NG 汽化后外輸管線提供足夠的能量，保證用戶能正常使用。沒(méi)有高壓泵就沒(méi)有外輸，高壓泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行是整個(gè)接收站安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)[2]。

高壓泵是一種多級(jí)泵，揚(yáng)程可根據(jù)要求選擇，最大揚(yáng)程可達(dá)2000m 以上。高壓泵主要由旋渦導(dǎo)流器、葉輪、冷卻回氣管、推力平衡裝置、電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子、軸承部件等組成。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 主要結(jié)構(gòu)

低溫潛液泵主要結(jié)構(gòu)有：主軸、電機(jī)、軸承、葉輪、誘導(dǎo)輪、推力自平衡機(jī)構(gòu)（Thrust Equalizing Mechanism，TEM）、振動(dòng)監(jiān)測(cè)器、低溫電纜等。罐內(nèi)泵還配套設(shè)計(jì)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(dú)立的吸入外殼。

2.2 低壓泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

以美國(guó)某制造廠的低溫泵為例簡(jiǎn)述其設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

由于設(shè)計(jì)獨(dú)特，在儲(chǔ)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(guò)儲(chǔ)罐頂部安裝，因此可以免除低于儲(chǔ)罐最高液位的所有連接。該設(shè)計(jì)排除了管道或連接問(wèn)題導(dǎo)致的主儲(chǔ)罐泄漏的可能性，儲(chǔ)罐也可以置于地面以下。

LNG 從底部打開(kāi)的底閥處吸入后，通過(guò)泵的誘導(dǎo)輪進(jìn)入泵內(nèi)，在葉輪的作用下，壓力漸漸升高，通過(guò)專門(mén)的內(nèi)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(guò)泵井上部的排除口向下游管線進(jìn)行輸送。

2.3 高壓泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

整個(gè)泵和電動(dòng)機(jī)組件置于吸入閥內(nèi)，該吸入閥根據(jù)每種應(yīng)用的適當(dāng)壓力容器規(guī)范制造，可以確保安裝的安全、簡(jiǎn)單和可靠。吸入罐起到泵外護(hù)板的作用。與傳統(tǒng)泵比較，該泵緊湊輕便，安裝簡(jiǎn)單，噪聲級(jí)低，并且具有顯著的安全優(yōu)勢(shì)。

LNG 從吸入口進(jìn)入后，通過(guò)泵的誘導(dǎo)輪進(jìn)入泵內(nèi)，在葉輪逐級(jí)作用下，壓力漸漸升高，通過(guò)專門(mén)的內(nèi)置管路，LNG 最終從泵頂部排出口進(jìn)入預(yù)定管路，而LNG 在泵的作用下壓力大幅上升，因此可以在更長(zhǎng)的下游管路中進(jìn)行輸送，完成后續(xù)再汽化工作[3]。

3 試驗(yàn)

由于潛液式低溫泵結(jié)構(gòu)的特殊性，必須使用低溫介質(zhì)進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，對(duì)于LNG 低溫泵而言，可使用LNG（-162℃） 或液氮（-196℃） 做試驗(yàn)。一般工程公司要求使用LNG。

由于試驗(yàn)介質(zhì)溫度很低，因此泵試驗(yàn)前需要進(jìn)行充分的預(yù)冷，防止材料脆裂。泵試驗(yàn)程序比較復(fù)雜，而且對(duì)安全性要求極高，這也是低溫潛液泵生產(chǎn)制造過(guò)程中的一個(gè)難點(diǎn)。另外，作為站內(nèi)外輸關(guān)鍵設(shè)備，在投用前或維修后需要進(jìn)行預(yù)冷操作，預(yù)冷過(guò)程要嚴(yán)格按照廠商文件要求進(jìn)行。以中國(guó)寰球工程有限公司北京分公司某LNG項(xiàng)目為例，以下列列舉W 點(diǎn)（見(jiàn)證點(diǎn)） 檢驗(yàn)點(diǎn)，原則上需要總承包單位派專人參加。

①泵體：工廠驗(yàn)收試驗(yàn)前檢驗(yàn)試驗(yàn)，靜水壓試驗(yàn)，承壓部件（均適用）；

②泵體：工廠驗(yàn)收試驗(yàn)(FAT) ，性能試驗(yàn)（均適用）；

③泵體：工廠驗(yàn)收試驗(yàn)后檢驗(yàn)試驗(yàn)（均適用）；

④拆卸后：尺寸檢驗(yàn)；外觀/清潔度檢驗(yàn)；

⑤頂板、壓力容器：靜水壓試驗(yàn)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(yàn)（只適用于法蘭連接部件） （只適用于低壓泵）。

4 國(guó)產(chǎn)化情況

由于低溫潛液泵對(duì)于材料、設(shè)計(jì)等技術(shù)要求極高，并且需要建立遠(yuǎn)離居住區(qū)的試驗(yàn)臺(tái)，投入巨大，因此，在我國(guó)LNG 接收站初期，低溫潛液泵均為進(jìn)口泵，交貨周期長(zhǎng)、價(jià)格高昂。

2014-2016 年，大連深藍(lán)泵業(yè)集團(tuán)依托中海浙江寧波液化天然氣有限公司LNG 接收站項(xiàng)目，與中海油氣電集團(tuán)成功研發(fā)中國(guó)首臺(tái)LNG 低壓泵（Q=430m3/h，H=256m，P=250kW），設(shè)備于2016 年7 月在現(xiàn)場(chǎng)一次性開(kāi)車(chē)成功，通過(guò)72 h并網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行測(cè)試，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)一致。2018 年，應(yīng)用在LNG 接收站的罐外輸送泵實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。自2016 年至今，大連深藍(lán)泵業(yè)有限公司陸續(xù)成功實(shí)現(xiàn)低壓泵和高壓泵的國(guó)產(chǎn)化。