LNG接收站试运投产中高压泵的冷却技术

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液化天然气(LNG)作为-种清洁、高效的能源，已经成为我国 21世纪初重点开发利用的 目标。随着我国沿海省份的5个 LNG接收站的相继建成投产，我国的LNG工业已经迎来了快速发展的高潮 ，但是目前对新建 LNG项 目的试运投产尚缺乏足够的经验 卫 ，储罐、高压泵、压缩机、气化器等都属于LNG接收站的关键设备，对这些关键设备的预冷和投用在试运投产整个环节中起着关键的作用。

2 高压泵概述高压输送泵是 LNG接收站进行高压管输天收稿日期： 2012-04-16然气的重要增压设备 。J，增压后的 LNG进入气化器气化，其安装方式主要是立式安装，分为地下安装和地上安装 2种，各有利弊。LNG接收站-般使用的高压泵为浸入式电机驱动型，带吸液容器的离心低温泵。高压泵在初次运行以及在检修后投运之前的预冷非常重要，否则将导致 LNG大量气化，并产生气液两相流，使泵无法正常运转，严重时甚至导致泵本身部件的损坏等。另外泵停运后如保冷不善，随着漏热量的增加，泵内的LNG逐渐蒸发，溶解在 LNG中的 CO：浓度相对增加，当其浓度大于5×10 时就可能结冰”，堵塞泵的流道，甚至使泵不能正常运行等等 。

3 高压泵冷却56 FLUID MACHINERY Vo1.41，No.1，20133.1 冷却前的准备高压泵在预冷前 ，必须对相关的电气、仪表和机械及管道进行检查 ，确保达到预冷所要求的各项条件，具体包括：(1)与高压泵冷却的相关工艺管线及设备已经完成氮气干燥和吹扫置换，高压泵、泵罐和进出口管线的露点应低于 -50℃，氧含量低于容积的2% ：(2)高压泵冷却时产生的气体需要排放，因此必须确保气体排放管线和下游设备已经准备就绪；(3)安装在高压泵上的温度、压力、液位和流量仪表都已调试完成，并且在 DCS上可以获得正确读数；(4)已经按照 PI&D图的要求检查所有工艺阀门及其安全阀、手动阀的状态；(5)低压输送总管以及高压泵的人口管线冷却完成并且充满 LNG液体。

3.2 冷却的具体要求由于高压泵属于低温泵，正确冷却必须坚持两个原则 ：首先，冷却速度不能太快，太快则会造成设备以及零部件的变形及破损；其次，所有泵的零部件必须在液化天然气中浸泡足够长的时间，以便在启动之前实现热稳定。美国EBARA国际公司生产的型号为8ECC-1515的高压泵冷却所要求的LNG液位和静置时间如表1所示，可见由于泵部件和位置的不同所需要静置的时间有所差异。

表 1 高压泵冷却时 LNG液位要求和静置时间液位 距容器底部的 静置时间 位置指示 近似距离(mm) (min)刚好位于尾部轴承之下 1 424 60泵壳向上的中间 2 1670 6O下轴承 3 2769 30电机定子的中间 4 3724 60上轴承 5 4439 30泵出口法兰 6 5080 60注：加注速度不得超过 25.4mm/min，整个冷却时I司应超过 480min。

表1中各冷却点的液位指示所对应的高压泵的具体位置如图1所示。由高压泵冷却时对LNG液位、静置时间以及加注速度的具体要求，假设加注速度为25 mm/min，可得出高压泵的理想冷却曲线，如图2所示。

图 1 高压泵冷却点对应的位置60003000楚OO 300时间(min)图2 高压泵理想冷却曲线3.3 高压泵冷却过程及数据分析3.3.1 冷却工艺流程在对高压泵进行 LNG加注前，首先需要确认去低压排净的手动球阀MV3处于关闭的状态，然后打开泵的2”冷却管线上的手动球阀 MV1，通过球阀下游的截止阀 MV2控制加注的 LNG的流量，其次打开泵排气管线上的手动球阀 MV4，如果再冷凝器投用，气体将会进入再冷凝器的气相空间，再冷凝器没有投用的情况下将采用再冷凝器的旁路立管进入 BOG总管进行排放。具体流程如图3所示。

去再冷凝器 去汽高压排净 化器MV2图3 高压泵冷却工艺流程XV12013年第41卷第 1期 流 体 机 械 573.3.2 冷却过程冷却过程从打开人口截止阀MV2进液开始，至液位达到泵出口法兰静置 1h后为止，泵罐的4个温度点都达到了-150oC以下，此次冷却过程总共经历了 1225min，冷却分为6个阶段 ，每个阶段都分为加注和静置2个步骤，其中 LNG加注阶段依次为 AB、CD、EF、GH、U、KL共 6段，LNG静置阶段依次为 BC、DE、FG、HI、JK、LM共 6段。详细数据参见表2。

表 2 高压泵实际冷却时的LNG液位和静置时间实际距容器底 静置时间 阶段 位置部距离(mm) (min)1 刚好位于尾部轴承之下 430 662 泵壳向上的中间 l700 973 下轴承 2860 674 电机定子的中间 3700 945 上轴承 4398 666 泵出口法兰 5020 653.3.3 冷却数据分析及相关探讨加注速度计算式：l -l叼 - (1)- 式中 叼--某液位对应的LNG加注速度，mm/minZ --加注后的液位，mmz--前-次加注后经静置后的液位，mmt --加注后液位所对应的时间，mint--前-次经加注静置完成后的液位对应的时间，min当计算第-阶段中加注速度时，式(1)中令 Z和 t为零。冷却过程中计算的数据如表 3所示。

表3 高压泵实际冷却时加注速度静置后的 实际加注 加注高度 加注速度 阶段液位(mm) 时间(min) (mm) (mm/min)1 400 288 430 1.492 1560 80 1300 16.253 2470 60 1310 21.834 3430 99 1230 12.425 4l1O 103 968 9.406 4910 84 910 1O.83上的液位计读数、布置在泵坑中用于检测LNG泄漏的温度读数、LNG的加注速率、达到-定液位的静止时问等。在高压泵的冷却过程中，如何处理好冷却温度、加注的 LNG液位、加注速度与时间之间的关系是高压泵冷却中的关键所在，本文着重研究了冷却温度 、加注的 LNG液位、加注速度与时间之间的关系，结果如图4～7所示。

越赠时间(min1图4 冷却温度与时I司关系曲线从图4可以看出，4个检测点的温度都随着LNG的加注不断降低 ，当液位达到某个温度监测点附近时，温度迅速降低到-150oC以下，首先温度快速降低的是TI-D点，其次为TI-c，最后依次为 TI.B和 TI.A点，与 4个温度点在泵罐上的安装位置基本-致。

堡- 800 600时间(min)图 5 冷却液位与时间关系曲线0 3000液位(mm)高压泵冷却过程中主要的监测数据有 ：在泵罐垂直方向间隔布置的4个 RTD温度读数、泵罐 图6 加注液位与要求液位偏差曲线58 FLUID MACHINERY Vo1.41，No.1，2013从图6可以看出，同高压泵冷却时LNG要求的液位相比，实际液位变化并不是很稳定，呈先增大后减少的趋势，最大点出现在液位为 2860mm处，偏差为 91mm；最小点出现在液位 430mm处，偏差为 6rnm。

25l20液位(mm)图7 加注速度与加注液位关系曲线高压泵的冷却中要求 LNG的加注速度不得超过25.4mm/min，从图7可以看出，加注速度随加注液位的升高先增大后减小，最大点出现在 C点 ，为21.83mm/min，对应液位为 2860mm，也就是高压泵的下轴承附近；速度最小点出现在 A点，为 1.49 mm/min，对应液位为430 mm，是对高压泵进行冷却的第-阶段 ，6个点的加注速度都小于 25.4mm/min，完全符合高压泵冷却要求。

分析冷却温度、冷却液位、加注速度与加注时间之间的关系曲线，可得到在高压泵冷却过程中几个关键点：(1)在冷却的第-阶段，LNG的流量旧能小，以平衡整个定子和转子的温度，确保在低温状态下运行的紧密配合，另外在第-阶段由于快速气化而产生的气体流入，液位的变化很可能出现较大波动，另外也要防止气体驱动泵本身转动；(2)随时间的增加 LNG加注的速度须采用先逐渐增大后不断减小的控制规律，在第-阶段尽可能小，第二阶段可适当增加，第三阶段可增至最大值，随着液位的不断增高，在第四至第六阶段逐渐减小，速度按照要求必须控制在 25.4mm/min以下；(3)综合4个泵的加注液位与要求液位偏差曲线，偏差应旧能控制在 ±60ram以内，防止高压泵部件的变形和受损等，针对本文中出现的液位为2860mm处最大偏差为 91mm的点，可采用预先控制的策略，提前调整阀门开度，加强监控人员与现场人员的及时沟通和联系。

4 结语高压泵是在高压下管输天然气中重要的增压设备，在LNG接收站的试运投产中，对关键设备如高压泵的预冷和投用至关重要。本文通过对高压泵预冷过程的研究，着重分析了冷却温度、加注液位、加注速度与时间之间的曲线关系，并得出冷却过程中几个重要的结论和控制的关键结点，对新建 LNG项目试运投产中关键设备的冷却和投用具有-定的参考和借鉴价值。