段占立

（中海油石化工程有限公司， 山東 青島 266100）

我國(guó)工業(yè)的迅速發(fā)展以及環(huán)保要求的提高，社會(huì)上對(duì)清潔能源的需求逐漸增大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)天然氣進(jìn)口總量高達(dá)700億m3，占天然氣總消費(fèi)量的1/3以上。其中上海、天津、深圳、珠海等沿海城市港口發(fā)達(dá)，交通便利，中海油、中石油等單位建設(shè)了LNG接收站，負(fù)責(zé)LNG的接收存儲(chǔ)、再汽化、輸送等工作直至輸至終端用戶。LNG接收站包括高壓泵、低壓泵、汽化器、BOG壓縮機(jī)等許多關(guān)鍵設(shè)備，其中LNG低壓泵系進(jìn)行混合、裝車、外輸和保冷循環(huán)的核心設(shè)備[1]。

本總承包項(xiàng)目嚴(yán)格執(zhí)行集團(tuán)公司系統(tǒng)內(nèi)“三新三化”原則，在同等質(zhì)量條件下，優(yōu)選國(guó)產(chǎn)機(jī)泵及零部件。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，根據(jù)對(duì)3臺(tái)低壓泵安裝調(diào)試運(yùn)行的分析發(fā)現(xiàn)，在線監(jiān)測(cè)顯示其B低壓泵的振動(dòng)值異常，且隨著不同因素的變化存在上升趨勢(shì)，還時(shí)常有振動(dòng)值跳變、噪聲增大、超標(biāo)等問(wèn)題。

1 LNG低壓泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖1 低壓泵結(jié)構(gòu)圖

本項(xiàng)目中接收站共計(jì)3臺(tái)16萬(wàn)m3LNG儲(chǔ)罐，每臺(tái)均配備LNG低壓泵，配備原則嚴(yán)格執(zhí)行二開(kāi)一備。LNG低壓泵屬于安裝在介質(zhì)內(nèi)部的一種潛液泵，常規(guī)采用立式屏蔽結(jié)構(gòu)，如圖1所示。泵和電機(jī)整體浸沒(méi)在LNG介質(zhì)中，運(yùn)行環(huán)境為超低溫（-169℃～-125℃）；與常規(guī)油潤(rùn)滑離心泵不同，軸承、口環(huán)及電機(jī)等潤(rùn)滑和冷卻均由LNG自身完成，非外側(cè)潤(rùn)滑油系統(tǒng)；故對(duì)材料低溫性能、泵體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、配合間隙和精密度有較高要求。

LNG低壓泵設(shè)計(jì)/性能參數(shù)見(jiàn)表1：

表1

國(guó)內(nèi)項(xiàng)目中16萬(wàn)m3LNG儲(chǔ)罐，通常泵井深約55m左右，且泵套底部設(shè)有底閥，以便檢維修或故障過(guò)程中，利用底閥對(duì)低溫介質(zhì)進(jìn)行隔離，在吹掃完成條件允許下可提泵或放泵；其關(guān)閉及開(kāi)啟主要通過(guò)泵提升及就位重力作用實(shí)現(xiàn)；國(guó)內(nèi)外底閥結(jié)構(gòu)形式存在差異，其自身的操作性、穩(wěn)定性與泵正常運(yùn)行密切相關(guān)。

2 LNG低壓泵噪聲原因及測(cè)試分析

根據(jù)低壓泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通常其由泵體、連動(dòng)軸、電機(jī)及平衡盤等組件組成。引起泵體振動(dòng)的原因是多方面的，主要有：(1)泵內(nèi)電機(jī)自身運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生噪聲，即轉(zhuǎn)子和定子振動(dòng)引起高頻噪聲；(2)泵體各連接部件間的機(jī)械噪聲，即部件高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生噪聲或受力不平衡狀態(tài)下形成振動(dòng)噪聲；(3)泵部件整體浸沒(méi)在介質(zhì)內(nèi)，進(jìn)料或出料過(guò)程引起流體復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，易引起泵穩(wěn)定性變化，也是形成振動(dòng)噪聲的因素。

2.1 測(cè)試分析

現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)72+24小時(shí)穩(wěn)定性測(cè)試，根據(jù)在線監(jiān)測(cè)BN3500BNC采集數(shù)據(jù)分析，在流量≤200m3/h工況下，兩個(gè)探頭測(cè)定振動(dòng)值分別為6.0mm/s、4.5mm/s；流量≤300m3/h工況下，兩個(gè)探頭測(cè)定振動(dòng)值分別為3.5mm/s、1.6mm/s；當(dāng)流量增大至額定流量工況460m3/h時(shí)，振動(dòng)值逐漸變小恢復(fù)至1.2mm/s左右。泵運(yùn)行測(cè)試參數(shù)見(jiàn)表2。

表2

測(cè)試振動(dòng)頻譜如下：

圖2 流量點(diǎn)200m3/h，頻率1K頻譜圖

圖3 流量點(diǎn)300m3/h，頻率1K頻譜圖

圖4 流量點(diǎn)460m3/h，頻率1K頻譜圖

2.2 結(jié)果分析

2.2.1 對(duì)各流量點(diǎn)下測(cè)得的頻譜及分析，結(jié)果如下：

(1)頻譜上的主要振動(dòng)頻率大約在31Hz～50Hz范圍內(nèi)，查閱廠家提供技術(shù)文件，其中31Hz為泵本體固有頻率，50Hz為泵本體轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，均為泵正常的特征頻率；(2)頻譜上未出現(xiàn)間斷故障頻率，如水力沖擊[2]/紊流等，見(jiàn)圖5。其中水力沖擊主要是儲(chǔ)罐突然停泵、關(guān)閉或開(kāi)啟閥門及流體自身具有慣性造成的沖擊。當(dāng)流量逐漸增大時(shí)，尤其是葉輪葉片通過(guò)頻率300Hz或更大值時(shí)均未出現(xiàn)異常，說(shuō)明葉輪出口壓力脈動(dòng)較?。?3)隨著頻率不斷增加，未發(fā)現(xiàn)泵的軸承故障特征頻率

500Hz～2000Hz。

圖5 泵內(nèi)結(jié)構(gòu)件流線分布（水力模型）

若是泵運(yùn)行調(diào)試瞬間振動(dòng)值上升，僅考慮在線頻譜波形分析并不全面，同時(shí)對(duì)易引起振動(dòng)部件需檢查確認(rèn)尺寸誤差范圍，如軸承、襯套、軸、葉輪及口環(huán)等，進(jìn)一步分析影響噪聲因素，如圖5。經(jīng)檢查，B泵軸承等基本完好，無(wú)磨損。軸徑、葉輪及口環(huán)配合間隙均在設(shè)計(jì)尺寸范圍（0.28mm～2.0mm）內(nèi)。

圖6 低壓泵軸承圖

2.2.2 LNG低壓泵（離心泵）的振動(dòng)隨流量的變化趨勢(shì)

低壓泵（離心泵）的振動(dòng)隨流量的變化而變化，通常在最佳效率值點(diǎn)附近振動(dòng)值顯示最??；遠(yuǎn)離最佳效率點(diǎn)時(shí)，流量的增大或減小其振動(dòng)值均隨之呈增大趨勢(shì)。根據(jù)該特性，泵流量的工作范圍一般分兩個(gè)區(qū)：優(yōu)先工作區(qū)（2區(qū)），此區(qū)域內(nèi)振動(dòng)值較小；一般工作區(qū)（1區(qū)），此區(qū)域內(nèi)振動(dòng)值較大，如圖7所示。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)低壓泵運(yùn)行趨勢(shì)圖（圖8）可知：初期儲(chǔ)罐系統(tǒng)工況變化頻繁，振動(dòng)值瞬間接近產(chǎn)品規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，且具備變化較大趨勢(shì)；當(dāng)運(yùn)行流量較小和穩(wěn)定時(shí)，泵自身振動(dòng)值較小且無(wú)大的波動(dòng)；運(yùn)行流量波動(dòng)時(shí)，振動(dòng)值也隨之變化。

圖7 振動(dòng)與流量關(guān)系圖

圖8 振動(dòng)趨勢(shì)與流量關(guān)系圖

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)泵襯套、耐磨環(huán)、軸承等易損件檢查，局部維修更換，振動(dòng)值降至標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，噪聲值55dB左右（合同值≤85dB），現(xiàn)場(chǎng)儀表間采集泵BN3500BNC運(yùn)行數(shù)據(jù)，見(jiàn)表3。

表3

3 降噪整改措施

根據(jù)供應(yīng)商測(cè)試平臺(tái)上及服務(wù)項(xiàng)目中多臺(tái)機(jī)泵測(cè)試發(fā)現(xiàn)：針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行工況，提高泵的運(yùn)行壽命，盡量減少振動(dòng)及維修的頻率，降低噪聲確保泵平穩(wěn)、安全高效運(yùn)行，采取措施如下：(1)根據(jù)市場(chǎng)供求情況，調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工藝，盡量避免使泵處在不同流量下交替調(diào)整的工況下運(yùn)行。(2)建議泵正常規(guī)定運(yùn)行流量區(qū)間內(nèi)工作（380～480m3/h），當(dāng)出現(xiàn)小流量（≤200m3/h）工況時(shí)，建議通過(guò)兩臺(tái)低壓泵（一開(kāi)一備）或多臺(tái)同時(shí)開(kāi)啟，降低流量滿負(fù)荷使用，盡量避免采用調(diào)節(jié)一臺(tái)泵流量完成。(3)定期通過(guò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)相結(jié)合，觀測(cè)泵運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)等異?，F(xiàn)象，做好相關(guān)數(shù)值記錄；同時(shí)制定檢維修計(jì)劃及范圍。(4)前期國(guó)內(nèi)大多LNG儲(chǔ)罐低壓泵及底閥部件均為國(guó)外產(chǎn)品，圓錐形、圓柱形等結(jié)構(gòu)形式差異，應(yīng)確保部件間隙配合誤差、軸承使用壽命等，有效控制振動(dòng)噪聲產(chǎn)生的因素。

4 結(jié)論與建議

隨著國(guó)家“十三五”規(guī)劃推進(jìn)，能源行業(yè)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，江蘇、浙江、天津、福建等沿海城市LNG接收站改擴(kuò)建發(fā)展迅速。同時(shí)許多第一批低壓泵已到服役檢維修周期，各大接收站要充分發(fā)揮在線監(jiān)測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，及時(shí)記錄泵運(yùn)行工作參數(shù)，防止易損件磨損量超過(guò)泵體徑向力和軸向力臨界上限；同時(shí)避免接收站終端在正常運(yùn)營(yíng)期間停泵或調(diào)整配合值、動(dòng)平衡試驗(yàn)等大修情況發(fā)生。還要通過(guò)不斷加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)廠家合作，優(yōu)化水力模型聯(lián)合開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)，擴(kuò)大接收站終端設(shè)備國(guó)產(chǎn)化范圍；同時(shí)不斷從檢維修、工程案例中總結(jié)噪聲值超標(biāo)的影響因素，為解決國(guó)產(chǎn)LNG低壓泵減振降噪問(wèn)題提供有力的技術(shù)支撐。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 郭海濤，閆春穎. LNG低壓輸送泵的安裝[J].石油工程建設(shè)，2013，39(1)：39-42.

[2] 仇德朋，孟鐵柱等. LNG接收站低壓系統(tǒng)的水擊模擬及分析[J].煤氣與熱力，2014，34(7)：6-9.

[3] 任曉善主編. 化工機(jī)械維修手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.