LNG加氣站潛液泵的氣蝕現(xiàn)象與防治措施

汪國(guó)洪

（湖州三井低溫設(shè)備有限公司，浙江湖州 313000）

LNG加氣站潛液泵的氣蝕現(xiàn)象與防治措施

汪國(guó)洪

（湖州三井低溫設(shè)備有限公司，浙江湖州 313000）

潛液泵是LNG加氣站的重要設(shè)備，氣蝕對(duì)加氣站和潛液泵都有較大危害。探討了氣蝕對(duì)加氣站和潛液泵的影響，從氣蝕余量角度分析了氣蝕產(chǎn)生的原因，指出選擇抗氣蝕能力強(qiáng)的潛液泵，選用合適的儲(chǔ)罐和安裝方式，減小管路摩擦損失，增大氣蝕余量，加強(qiáng)對(duì)泵的操作管理等措施，能有效減少氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

LNG加氣站；潛液泵；氣蝕

液化天然氣（Liquefi ed Natural Gas，LNG）是天然氣運(yùn)輸和儲(chǔ)存的重要方式，作為一種清潔能源，近年取得了快速的發(fā)展。LNG加氣站的主要工作有：卸車、增壓和加氣等流程，每個(gè)流程都要用到潛液泵。然而，潛液泵經(jīng)常發(fā)生氣蝕現(xiàn)象進(jìn)而導(dǎo)致其不能正常運(yùn)行，會(huì)引發(fā)揚(yáng)程、流程、功率等大幅下降，長(zhǎng)期氣蝕還會(huì)損害離心泵的葉輪、軸承等零部件，甚至造成離心泵報(bào)廢[1]。本文分析了氣蝕的危害與產(chǎn)生的原因，探討了氣蝕的防治措施。

1 氣蝕的危害

潛液泵發(fā)生氣蝕會(huì)對(duì)LNG加氣站的正常運(yùn)行帶來危害，還會(huì)對(duì)離心泵自身造成磨損。

1.1對(duì)LNG加氣站的影響

發(fā)生氣蝕后，離心泵的流量會(huì)忽大忽小，泵口壓力隨之忽高忽低，除給輸氣管路系統(tǒng)造成沖擊外，還會(huì)造成LNG加氣機(jī)質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量不準(zhǔn)確，造成車輛加不滿或者加過量；當(dāng)車載LNG氣瓶壓力較高時(shí)，潛液泵需要較高的揚(yáng)程來克服管路損失和氣瓶壓力，若此時(shí)發(fā)生氣蝕，加氣壓力會(huì)發(fā)生振蕩，可能引發(fā)自動(dòng)停止加氣；在LNG卸車過程中，通常槽車儲(chǔ)罐底部與潛液泵處于同一水平高度大多數(shù)LNG，二者用流動(dòng)阻力較大的軟管連接，且距離較遠(yuǎn)、閥門較多，當(dāng)快卸完時(shí)液位降低易引發(fā)氣蝕，造成卸車不干凈[2]。

1.2對(duì)潛液泵的影響

發(fā)生氣蝕時(shí)，天然氣氣泡的潰滅會(huì)撞擊葉輪、軸承等，產(chǎn)生不同頻率的振動(dòng)與噪音，高頻振動(dòng)又會(huì)進(jìn)一步引發(fā)LNG氣化，造成惡性循環(huán)，這時(shí)泵軸受力不均，會(huì)出現(xiàn)偏心轉(zhuǎn)動(dòng)，造成泵軸、軸承磨損嚴(yán)重；氣蝕產(chǎn)生的氣泡與葉輪摩擦，會(huì)使葉輪金屬表面出現(xiàn)麻點(diǎn)等現(xiàn)象，同時(shí)對(duì)螺栓、法蘭、管路等過流件造成損害，影響其密封性、光滑度和使用性能；當(dāng)氣蝕現(xiàn)象比較嚴(yán)重時(shí)，離心泵的流量、功率迅速下降，甚至?xí)霈F(xiàn)空載，若電流低于保護(hù)電流下限一定時(shí)間，離心泵會(huì)自動(dòng)停機(jī)。

2 氣蝕產(chǎn)生的原因

潛液泵的氣蝕余量（NPSH）是LNG的實(shí)際壓力與該溫度下LNG飽和蒸汽壓的差值。潛液泵運(yùn)行過程中，若NPSH不足，在泵入口處形成低壓區(qū)，使得LNG沸點(diǎn)降低，進(jìn)而出現(xiàn)劇烈汽化，潛液泵就抽到汽液混合物，造成氣蝕現(xiàn)象。NPSH的計(jì)算公式見式（1）。

式中，p為儲(chǔ)罐內(nèi)氣壓，Pa；ph為泵入口處LNG液柱產(chǎn)生壓力，Pa；pf為管路摩擦壓力損失，Pa；ps為泵入口處LNG的飽和蒸汽壓。

造成NPSH下降的因素，即為產(chǎn)生氣蝕的原因。對(duì)上述參數(shù)逐一分析，p為儲(chǔ)罐內(nèi)氣壓，通常不會(huì)變化；ph為儲(chǔ)罐中液面至泵入口處LNG液柱產(chǎn)生的壓力，因?yàn)閮?chǔ)罐和潛液泵的相對(duì)高度在設(shè)計(jì)安裝時(shí)就固定下來，加氣過程中液面會(huì)逐漸下降，ph會(huì)隨之變化，但幅度不大，例如：60m3的LNG臥式儲(chǔ)罐，ph的變化區(qū)間0.008～0.018MPa。一旦儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)安裝好，這兩項(xiàng)的變化對(duì)氣蝕余量影響較小。

pf為管路摩擦壓力損失，管路中的彎頭、三通等裝置的摩擦作用，都會(huì)造成LNG壓力的損失。通常情況，管路是固定的，摩擦損失也是基本不變的，可以將pf視為常量。但是，管路不合理或出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)造成pf過大，影響氣蝕余量，在運(yùn)行過程中要注意對(duì)管路的維護(hù)。

LNG的飽和蒸汽壓ps，根據(jù)Antoine方程，其受溫度影響，溫度升高，ps隨之升高[3]。LNG泵池的端蓋和管線，都需要做保溫處理，但內(nèi)外溫差較大時(shí)，仍會(huì)有一部分熱量傳遞到泵池，造成LNG升溫；同時(shí)，潛液泵自身運(yùn)行時(shí)也會(huì)放熱，熱量都傳至LNG。隨著溫度的升高，LNG的飽和蒸汽壓逐漸增大，當(dāng)溫度上升到臨界點(diǎn)時(shí)，泵池內(nèi)氣液相處于平衡狀態(tài)，超過臨界點(diǎn)后就造成NPSH為負(fù)值，發(fā)生氣蝕。

3 氣蝕的防治措施

3.1選擇抗氣蝕能力強(qiáng)的潛液泵

目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)潛液泵的廠家較多，盡管這些泵工作原理和性能參數(shù)相近，但在材料選擇、表面加工等方面還存在較大差異。因此，在對(duì)LNG加氣站進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝時(shí)，要選擇設(shè)計(jì)科學(xué)、制造水平高、質(zhì)量可靠的潛液泵。如，合適的葉輪直徑、葉片數(shù)、進(jìn)口寬度、進(jìn)口沖角等參數(shù)，流道表面光滑，附帶誘導(dǎo)輪的潛液泵能有防止氣蝕現(xiàn)象。

3.2選用合適的儲(chǔ)罐和安裝方式

儲(chǔ)罐一旦安裝后，其對(duì)氣蝕余量的影響無法改變，因此在設(shè)計(jì)安裝時(shí)要注意其合理性。通常，儲(chǔ)罐內(nèi)液面距潛液泵入口的高度越大，其對(duì)應(yīng)的ph也就越大，越不容易發(fā)生氣蝕。因此在選用儲(chǔ)罐時(shí)，有條件的話可以選擇立式儲(chǔ)罐，如果選擇臥式儲(chǔ)罐的話，可采取適當(dāng)抬高儲(chǔ)罐高度的做法，通?？商Ц?～1.5m。

3.3減小管路摩擦損失

儲(chǔ)罐與泵池之間的管路中，提高管路內(nèi)壁的光滑程度減少對(duì)LNG流體的干擾，并盡量縮短管路的長(zhǎng)度，盡可能地減少?gòu)濐^和閥門的使用，以減少局部阻力損失[4]；用球閥代替截止閥能有效降低閥門對(duì)LNG的流動(dòng)影響；此外，在潛液泵運(yùn)行過程中，閥門要處于全開狀態(tài)，盡量不用閥門的開啟程度來調(diào)節(jié)潛液泵的流量與揚(yáng)程。

3.4增大氣蝕余量

泵入口LNG的飽和蒸汽壓ps對(duì)氣蝕余量影響很大。做好泵池和管路的保溫，泵池上蓋、法蘭、閥門等都要密封好，最好用有機(jī)發(fā)泡材料進(jìn)行保溫，管路盡量使用真空夾套絕熱管，在使用發(fā)泡材料進(jìn)行保溫時(shí)，可以適當(dāng)增加保溫層的厚度，使保溫管不掛霜、不冒汗；對(duì)于泵池內(nèi)溫度上升，可采取閃蒸的方式降低泵池溫度，具體操作是將泵池的進(jìn)液和回氣閥關(guān)閉，使泵池的氣體放出，降低泵池內(nèi)壓力，從而使LNG達(dá)到沸點(diǎn)，LNG閃蒸后吸走大量熱量，降低泵池溫度。

3.5加強(qiáng)對(duì)泵的操作管理

操作人員應(yīng)經(jīng)常對(duì)潛液泵及管路系統(tǒng)進(jìn)行檢查，包括密封系統(tǒng)、保溫層等是否有損壞等，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決；在運(yùn)行過程中，要根據(jù)潛液泵的揚(yáng)程、泵體的振動(dòng)和噪音情況進(jìn)行識(shí)別，如潛液泵的揚(yáng)程下降3%，能判斷氣蝕已經(jīng)發(fā)展到一定程度[5]。另外，發(fā)生氣蝕時(shí)，潛液泵的振動(dòng)和噪音出現(xiàn)異常，可以通過加裝振動(dòng)傳感器來預(yù)判潛液泵的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)異常采取相應(yīng)的處理措施。

4 結(jié)束語

潛液泵是LNG加氣站的重要輸送設(shè)備，氣蝕現(xiàn)象嚴(yán)重影響著潛液泵的性能和加氣站的正常運(yùn)行。本文分析了氣蝕對(duì)加氣站和潛液泵的危害，從氣蝕余量的角度探討了其產(chǎn)生原因；LNG加氣站的儲(chǔ)罐、管路和潛液泵的選型和安裝，對(duì)建成后抗氣蝕能力的影響都比較大，因此應(yīng)在設(shè)計(jì)初期就將氣蝕問題考慮進(jìn)去，選擇扛氣蝕能力強(qiáng)的潛液泵，合適的儲(chǔ)罐、管路及安裝方式；在運(yùn)行時(shí)，要盡可能降低溫度保障泵入口處有較低的飽和蒸汽壓，以增大氣蝕余量，并加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的檢查和管理，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。

[1] 邰曉亮，陳杰，肖海濤，等.新型LNG裝車潛液泵設(shè)備研制及性能測(cè)試[J].石油與天然氣化工，2015，44（2）:51-59.

[2] 杜俠鳴，戰(zhàn)福帥，劉錫榮.液化天然氣加氣站低溫潛液泵進(jìn)口管路布置討論[J].石油化工設(shè)備，2014，43（5）:57-61.

[3] 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）:39-43.

[4] 羅資琴，任永平，陳叔平，等.LNG 低溫潛液泵結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)分析[J].低溫與超導(dǎo)，2012，40（7）:13-16.

[5] 李金波.離心泵的汽蝕現(xiàn)象及相應(yīng)防止措施探討[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2011，32（6）:40-45.

Cavitation Phenomenon and Prevention Measures of LNG Filling Station Submersible Pump

Wang Guo-hong

Submersible pump is an important equipment of LNG fi lling stations，cavitation have greater harm to the gas station and submersible pump.This paper discusses the infl uence of fi lling stations and submersible pump cavitation，from the point of view of NPSH analysis the causes of cavitation，and points out that the selection of submersible pump with anti cavitation ability strong，choose a suitable tank and installation，reduce the friction loss of pipes，increasing cavitation allowance，to strengthen the management of the operation of pump etc.measures can effectively reduce the occurrence of cavitation phenomenon.

LNG station；submersible pump；cavitation

TE64

A

1003-6490（2016）01-0013-02

2016-01-10

汪國(guó)洪（1981）男，重慶墊江人，工程師，主要從事低溫離心泵的研發(fā)設(shè)計(jì)、服務(wù)工作。