LNG反輸裝船泵的安裝與性能測(cè)試

上海液化天然氣有限責(zé)任公司 朱廣闊 李小燕

天然氣作為一種清潔、環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能源，在全球能源消費(fèi)格局中的地位不斷提高。上海洋山LNG一期工程主要由接收站、碼頭和輸氣管線工程三部分組成，其中接收站含 LNG儲(chǔ)罐、工藝設(shè)備、取水裝置、公用工程裝置、火炬、計(jì)量輸出裝置、電力設(shè)備、生產(chǎn)辦公區(qū)等，碼頭可接卸8～21.5萬(wàn)m3的 LNG船舶；輸氣管線工程由海底輸氣管道、陸域輸氣管道和輸氣站組成。

隨著上海市天然氣用量逐年增加，洋山 LNG儲(chǔ)罐擴(kuò)建工程目前已投產(chǎn)2座20萬(wàn)m3的大型LNG全容儲(chǔ)罐。為了保障上海天然氣的供應(yīng)以及擴(kuò)展周邊省市的天然氣市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì) LNG資源的分配更合理、利用更有效，在2座儲(chǔ)罐中各安裝了1臺(tái)反輸裝船泵，從而為上海洋山 LNG接收站實(shí)現(xiàn)反輸裝船功能奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。

1 LNG反輸裝船泵的組成和特點(diǎn)

上海洋山LNG儲(chǔ)罐擴(kuò)建工程選用的LNG反輸裝船泵為日本某公司生產(chǎn)制造的立式潛液電動(dòng)泵，主要由底閥、泵體、頂蓋板和電氣系統(tǒng)等組成，其作用是將儲(chǔ)罐中的LNG反輸?shù)絃NG船中。LNG反輸裝船泵的設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 LNG反輸裝船泵的設(shè)備參數(shù)

LNG反輸裝船泵安裝在LNG儲(chǔ)罐的泵井中。上海LNG 2座20萬(wàn)m3儲(chǔ)罐的泵井深55 m，泵體通過(guò)泵井底部的底閥與 LNG介質(zhì)相隔離。其底閥在自然狀態(tài)下是關(guān)閉的；當(dāng)泵體坐落在底閥上時(shí)，由于自身的重力作用將底閥打開(kāi)70 mm的開(kāi)度。底閥和LNG反輸裝船泵長(zhǎng)期浸泡在LNG介質(zhì)中，一旦投用底閥將無(wú)法取出，因此 LNG反輸裝船泵首次安裝時(shí)，需要嚴(yán)格按照安裝步驟進(jìn)行安裝，記錄并核實(shí)安裝數(shù)據(jù)。

2 LNG反輸裝船泵的安裝過(guò)程

對(duì) LNG反輸裝船泵以及相關(guān)配件等進(jìn)行開(kāi)箱檢查，確保底閥總成內(nèi)/外表面無(wú)損壞的痕跡以及泵體底部的誘導(dǎo)輪能夠自由旋轉(zhuǎn)，電機(jī)接線的相位有標(biāo)記區(qū)分，一切檢查無(wú)誤后，開(kāi)始進(jìn)行安裝工作。

2.1 底閥安裝

利用液壓推車(chē)將底閥放置到泵井底部對(duì)應(yīng)位置。此時(shí)將墊片放在底閥法蘭面上，然后利用手拉葫蘆提升底閥，將底閥法蘭和泵井底部法蘭進(jìn)行連接。確保底閥安裝到位后，在法蘭周?chē)x擇等距的8個(gè)點(diǎn)檢查對(duì)中情況，其允許誤差≤1 mm，確認(rèn)對(duì)中合格后，在螺栓上做好緊固順序編號(hào)，如圖1所示。底閥螺栓緊固共進(jìn)行4次，每次按照對(duì)應(yīng)的扭矩值進(jìn)行緊固，螺栓扭矩值見(jiàn)表2。第4次緊固完畢后，等待1 h，最后按照第4次的扭矩值進(jìn)行最終檢查。

表2 螺栓緊固扭矩值

圖1 螺栓緊固順序

2.2 泵線纜連接

線纜連接效果如圖2所示。

圖2 泵線纜連接

首先對(duì)所有線纜進(jìn)行絕緣測(cè)試，絕緣阻值不小于40 MΩ；合格后將提升鋼絲繩B的一端纏繞在罐頂?shù)鯔C(jī)的滾筒上，然后將提升鋼絲繩A的一端、提升鋼絲繩B的另一端和支撐鋼絲繩均與泵體上的支撐板相連接；最后將 3根動(dòng)力電纜、接地電纜和儀表通信電纜的一端接到相應(yīng)的接線銷(xiāo)上[2]。

2.3 泵體安裝

首先利用罐頂?shù)鯔C(jī)上的提升鋼絲繩將泵體從水平吊裝到豎直狀態(tài)，然后與泵井對(duì)中緩慢下放泵體，同時(shí)將所有線纜一同進(jìn)入泵井里。當(dāng)下放到第一個(gè)纜繩夾塊處停止，先用防水布將泵井口遮住以防物品掉入泵井內(nèi)，然后將提升鋼絲繩A和B安裝在支撐條和鎖定塊之間，具體示意如圖3所示。最終擰緊壓緊螺母，繼續(xù)下放泵體直到所有纜繩夾塊都裝配到提升鋼絲繩上，并使支撐板略高于泵井口法蘭。此時(shí)，用支撐棒穿在支撐板上，繼續(xù)下放泵直到提升鋼絲繩B變得松弛，然后將提升鋼絲繩B從罐頂?shù)鯔C(jī)滾筒上拆下，同動(dòng)力電纜、接地電纜和儀表通信電纜一同放入泵井里。

圖3 纜繩夾塊組件安裝

2.4 頂蓋板安裝

頂蓋板組裝完成后，把墊片暫時(shí)粘在頂蓋板密封面上，然后將頂蓋板吊裝至泵井上方，并將提升鋼絲繩 A的卸扣和花籃螺絲連接到頂蓋板下面的提升軸上，花籃螺絲下端的卸扣與支撐板連接，然后將動(dòng)力電纜、接地電纜和儀表通信電纜分別連接到頂蓋板相應(yīng)位置處，把提升鋼絲繩B纏繞到支架上，并保持下方有0.8～1.2 m的松弛余量。其吊裝示意圖如圖4所示。最后提起頂蓋板并抽出支撐棒，在泵井法蘭外邊緣放置定位楔片，暫時(shí)防止泵井法蘭面和墊片接觸，為下一步做準(zhǔn)備。

圖4 頂蓋板吊裝示意

2.5 泵體調(diào)整

將手拉葫蘆、量具（稱(chēng)）和提升設(shè)備等安裝在提升軸的吊環(huán)上。為確認(rèn)泵體與底閥完全正確接觸，待泵體落位且底閥完全打開(kāi)后，使用手拉葫蘆緩慢上升提升軸，每上升約10 mm后記錄量具重量，直到完全把泵體全部提起，量具重量不再發(fā)生變化為止；然后下落提升軸，每次下落同樣約10 mm并記錄量具重量，當(dāng)泵將底閥打開(kāi)后，量具的重量會(huì)逐漸變小，直到支撐纜繩的張力完全釋放，且量具重量不再發(fā)生變化，泵體上升和下降過(guò)程的承重載荷趨勢(shì)如圖 5 a）和 b）所示；測(cè)量罐內(nèi)底閥四周的開(kāi)度，確認(rèn)底閥完全打開(kāi)和所有測(cè)量數(shù)據(jù)均合格。圖5 a）和 b）中所示的拐點(diǎn)為底閥全開(kāi)的臨界點(diǎn)，此時(shí)提升軸行程在50～100 mm之間即為合格。

圖5 反輸裝船泵承重載荷趨勢(shì)

2.6 頂蓋板就位及電氣系統(tǒng)安裝

泵體調(diào)整完畢后，提升頂蓋板，移除楔片，確認(rèn)泵井法蘭面沒(méi)有碎屑或損害后，將墊片放置于泵井法蘭面中心，然后調(diào)整方向，對(duì)準(zhǔn)螺栓孔，將頂蓋板落到位，并進(jìn)行緊固。最終進(jìn)行電氣端子頭和接線盒的安裝，至此LNG反輸裝船泵的安裝結(jié)束，等待系統(tǒng)進(jìn)行干燥置換[3]。

3 LNG反輸裝船泵性能測(cè)試

由于上海洋山 LNG一期碼頭還未進(jìn)行改造，還不具備完整的裝船條件，因此在反輸裝船泵性能測(cè)試時(shí)，選擇在 4#儲(chǔ)罐 T-0204和 5#儲(chǔ)罐 T-0205之間進(jìn)行回流測(cè)試，即4#儲(chǔ)罐反輸裝船泵P-0204E性能測(cè)試時(shí)，將LNG由卸料管線輸入到5#儲(chǔ)罐，其工藝流程如圖6所示。在進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)，由于反輸裝船泵流量較大，所以需密切注意儲(chǔ)罐壓力，若壓力上升速度較快，需及時(shí)減小反輸裝船泵的輸出流量或?qū)?chǔ)罐BOG排放至火炬；反之，當(dāng)5#儲(chǔ)罐反輸裝船泵P-0205E性能測(cè)試時(shí)，將LNG由卸料管線輸入到4#儲(chǔ)罐中。

圖6 4#儲(chǔ)罐反輸裝船泵性能測(cè)試工藝流程

3.1 反輸裝船泵啟動(dòng)前條件

反輸裝船泵啟動(dòng)前現(xiàn)場(chǎng)前提條件如下：

（1）LNG儲(chǔ)罐液位高于1.523 m；

（2）反輸裝船泵管線溫度低于-100 ℃；

（3）LNG儲(chǔ)罐的BOG壓力高于3 kPa；

（4）最小回流控制閥 FV-024501B處于開(kāi)啟狀態(tài)，并處于自動(dòng)模式；

（5）LNG輸出流量控制閥FV-024501A處于關(guān)閉狀態(tài)，并處于手動(dòng)模式；

（6）泵井放空閥XV-024502處于開(kāi)啟狀態(tài)。

3.2 反輸裝船泵啟動(dòng)操作

啟泵現(xiàn)場(chǎng)前提條件確認(rèn)無(wú)誤后，分布式控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）遠(yuǎn)程啟動(dòng)，泵開(kāi)始運(yùn)行，輸出 LNG向上進(jìn)入到泵井內(nèi)，泵井中的BOG通過(guò)放空管線回到儲(chǔ)罐中。泵啟動(dòng)90 s后，將放空閥XV-024502關(guān)閉，反輸裝船泵通過(guò)最小回流控制閥 FV-024501B以最小流量狀態(tài)下回流運(yùn)行，最小回流運(yùn)行測(cè)試正常后，方可進(jìn)行性能測(cè)試。

3.3 反輸裝船泵性能測(cè)試

通過(guò)手動(dòng)模式逐漸開(kāi)啟 LNG輸出流量控制閥FV-024501A，分別測(cè)試反輸裝船泵在30%、50%、75%、100%和 110%負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行性能，主要記錄出口壓力、電流、電壓、振動(dòng)（X方向/Y方向）和揚(yáng)程等數(shù)據(jù)，同時(shí)監(jiān)測(cè)泵井法蘭處是否有LNG泄漏。反輸裝船泵P-0204E和P-0205E的性能測(cè)試數(shù)據(jù)分別見(jiàn)表3。

表3 反輸裝船泵性能測(cè)試數(shù)據(jù)

從表3中可以看出，2臺(tái)反輸裝船泵的出口壓力、電流、電壓、振動(dòng)和揚(yáng)程均滿(mǎn)足測(cè)試要求，但在測(cè)試過(guò)程中 2臺(tái)反輸裝船泵的泵井法蘭處均有LNG泄漏，主要是由于泵井預(yù)冷冷縮造成的，需通過(guò)進(jìn)一步冷態(tài)緊固后，泄漏完全消除，完成性能測(cè)試。

4 結(jié)語(yǔ)

上海洋山LNG是目前國(guó)內(nèi)首個(gè)安裝LNG反輸裝船泵的接收站。增加反輸裝船功能可更好地保障上海周邊城市天然氣的供應(yīng)，從而擴(kuò)展市場(chǎng)，更加合理分配和有效利用LNG資源。本文對(duì)LNG反輸裝船泵的組成、功能、安裝過(guò)程和性能測(cè)試進(jìn)行了較為全面的闡述。在進(jìn)行反輸裝船泵安裝時(shí)，需根據(jù)安裝順序一步一步進(jìn)行安裝，且注意不能有任何物品掉入泵井中；反輸裝船泵安裝完畢利用量具復(fù)驗(yàn)時(shí)，其拐點(diǎn)必須在50～100 mm之間，如果不滿(mǎn)足需重新調(diào)整泵體；在進(jìn)行性能測(cè)試前，需將工藝閥門(mén)的狀態(tài)和模式進(jìn)行仔細(xì)檢查，測(cè)試時(shí)需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其運(yùn)行數(shù)據(jù)，并做好數(shù)據(jù)記錄。上海洋山 LNG接收站進(jìn)行的反輸裝船泵安裝和測(cè)試為今后其他接收站提供了參考依據(jù)。