LNG低壓泵噪聲原因及控制措施分析

段占立

（中海油石化工程有限公司， 山東 青島 266100）

我國工業(yè)的迅速發(fā)展以及環(huán)保要求的提高，社會上對清潔能源的需求逐漸增大。據(jù)統(tǒng)計，國內天然氣進口總量高達700億m3，占天然氣總消費量的1/3以上。其中上海、天津、深圳、珠海等沿海城市港口發(fā)達，交通便利，中海油、中石油等單位建設了LNG接收站，負責LNG的接收存儲、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壓縮機等許多關鍵設備，其中LNG低壓泵系進行混合、裝車、外輸和保冷循環(huán)的核心設備[1]。

本總承包項目嚴格執(zhí)行集團公司系統(tǒng)內“三新三化”原則，在同等質量條件下，優(yōu)選國產(chǎn)機泵及零部件。在項目實施過程中，根據(jù)對3臺低壓泵安裝調試運行的分析發(fā)現(xiàn)，在線監(jiān)測顯示其B低壓泵的振動值異常，且隨著不同因素的變化存在上升趨勢，還時常有振動值跳變、噪聲增大、超標等問題。

1 LNG低壓泵結構特點

圖1 低壓泵結構圖

本項目中接收站共計3臺16萬m3LNG儲罐，每臺均配備LNG低壓泵，配備原則嚴格執(zhí)行二開一備。LNG低壓泵屬于安裝在介質內部的一種潛液泵，常規(guī)采用立式屏蔽結構，如圖1所示。泵和電機整體浸沒在LNG介質中，運行環(huán)境為超低溫（-169℃～-125℃）；與常規(guī)油潤滑離心泵不同，軸承、口環(huán)及電機等潤滑和冷卻均由LNG自身完成，非外側潤滑油系統(tǒng)；故對材料低溫性能、泵體結構設計、配合間隙和精密度有較高要求。

LNG低壓泵設計/性能參數(shù)見表1：

表1

國內項目中16萬m3LNG儲罐，通常泵井深約55m左右，且泵套底部設有底閥，以便檢維修或故障過程中，利用底閥對低溫介質進行隔離，在吹掃完成條件允許下可提泵或放泵；其關閉及開啟主要通過泵提升及就位重力作用實現(xiàn)；國內外底閥結構形式存在差異，其自身的操作性、穩(wěn)定性與泵正常運行密切相關。

2 LNG低壓泵噪聲原因及測試分析

根據(jù)低壓泵結構特點，通常其由泵體、連動軸、電機及平衡盤等組件組成。引起泵體振動的原因是多方面的，主要有：(1)泵內電機自身運行時產(chǎn)生噪聲，即轉子和定子振動引起高頻噪聲；(2)泵體各連接部件間的機械噪聲，即部件高速旋轉產(chǎn)生噪聲或受力不平衡狀態(tài)下形成振動噪聲；(3)泵部件整體浸沒在介質內，進料或出料過程引起流體復雜運動，易引起泵穩(wěn)定性變化，也是形成振動噪聲的因素。

2.1 測試分析

現(xiàn)場經(jīng)過72+24小時穩(wěn)定性測試，根據(jù)在線監(jiān)測BN3500BNC采集數(shù)據(jù)分析，在流量≤200m3/h工況下，兩個探頭測定振動值分別為6.0mm/s、4.5mm/s；流量≤300m3/h工況下，兩個探頭測定振動值分別為3.5mm/s、1.6mm/s；當流量增大至額定流量工況460m3/h時，振動值逐漸變小恢復至1.2mm/s左右。泵運行測試參數(shù)見表2。

表2

測試振動頻譜如下：

圖2 流量點200m3/h，頻率1K頻譜圖

圖3 流量點300m3/h，頻率1K頻譜圖

圖4 流量點460m3/h，頻率1K頻譜圖

2.2 結果分析

2.2.1 對各流量點下測得的頻譜及分析，結果如下：

(1)頻譜上的主要振動頻率大約在31Hz～50Hz范圍內，查閱廠家提供技術文件，其中31Hz為泵本體固有頻率，50Hz為泵本體轉動頻率，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，見圖5。其中水力沖擊主要是儲罐突然停泵、關閉或開啟閥門及流體自身具有慣性造成的沖擊。當流量逐漸增大時，尤其是葉輪葉片通過頻率300Hz或更大值時均未出現(xiàn)異常，說明葉輪出口壓力脈動較小；(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 泵內結構件流線分布（水力模型）

若是泵運行調試瞬間振動值上升，僅考慮在線頻譜波形分析并不全面，同時對易引起振動部件需檢查確認尺寸誤差范圍，如軸承、襯套、軸、葉輪及口環(huán)等，進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，無磨損。軸徑、葉輪及口環(huán)配合間隙均在設計尺寸范圍（0.28mm～2.0mm）內。

圖6 低壓泵軸承圖

2.2.2 LNG低壓泵（離心泵）的振動隨流量的變化趨勢

低壓泵（離心泵）的振動隨流量的變化而變化，通常在最佳效率值點附近振動值顯示最?。贿h離最佳效率點時，流量的增大或減小其振動值均隨之呈增大趨勢。根據(jù)該特性，泵流量的工作范圍一般分兩個區(qū)：優(yōu)先工作區(qū)（2區(qū)），此區(qū)域內振動值較??；一般工作區(qū)（1區(qū)），此區(qū)域內振動值較大，如圖7所示。通過現(xiàn)場低壓泵運行趨勢圖（圖8）可知：初期儲罐系統(tǒng)工況變化頻繁，振動值瞬間接近產(chǎn)品規(guī)定標準，且具備變化較大趨勢；當運行流量較小和穩(wěn)定時，泵自身振動值較小且無大的波動；運行流量波動時，振動值也隨之變化。

圖7 振動與流量關系圖

圖8 振動趨勢與流量關系圖

經(jīng)過現(xiàn)場對泵襯套、耐磨環(huán)、軸承等易損件檢查，局部維修更換，振動值降至標準范圍內，噪聲值55dB左右（合同值≤85dB），現(xiàn)場儀表間采集泵BN3500BNC運行數(shù)據(jù)，見表3。

表3

3 降噪整改措施

根據(jù)供應商測試平臺上及服務項目中多臺機泵測試發(fā)現(xiàn)：針對現(xiàn)場實際運行工況，提高泵的運行壽命，盡量減少振動及維修的頻率，降低噪聲確保泵平穩(wěn)、安全高效運行，采取措施如下：(1)根據(jù)市場供求情況，調整現(xiàn)場運行工藝，盡量避免使泵處在不同流量下交替調整的工況下運行。(2)建議泵正常規(guī)定運行流量區(qū)間內工作（380～480m3/h），當出現(xiàn)小流量（≤200m3/h）工況時，建議通過兩臺低壓泵（一開一備）或多臺同時開啟，降低流量滿負荷使用，盡量避免采用調節(jié)一臺泵流量完成。(3)定期通過在線監(jiān)測系統(tǒng)與現(xiàn)場觀測相結合，觀測泵運行過程中振動等異?，F(xiàn)象，做好相關數(shù)值記錄；同時制定檢維修計劃及范圍。(4)前期國內大多LNG儲罐低壓泵及底閥部件均為國外產(chǎn)品，圓錐形、圓柱形等結構形式差異，應確保部件間隙配合誤差、軸承使用壽命等，有效控制振動噪聲產(chǎn)生的因素。

4 結論與建議

隨著國家“十三五”規(guī)劃推進，能源行業(yè)調整產(chǎn)業(yè)結構，江蘇、浙江、天津、福建等沿海城市LNG接收站改擴建發(fā)展迅速。同時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)測技術優(yōu)勢，及時記錄泵運行工作參數(shù)，防止易損件磨損量超過泵體徑向力和軸向力臨界上限；同時避免接收站終端在正常運營期間停泵或調整配合值、動平衡試驗等大修情況發(fā)生。還要通過不斷加強與國內廠家合作，優(yōu)化水力模型聯(lián)合開發(fā)新產(chǎn)品、新技術，擴大接收站終端設備國產(chǎn)化范圍；同時不斷從檢維修、工程案例中總結噪聲值超標的影響因素，為解決國產(chǎn)LNG低壓泵減振降噪問題提供有力的技術支撐。

◆參考文獻

[1] 郭海濤，閆春穎. LNG低壓輸送泵的安裝[J].石油工程建設，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. 化工機械維修手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.