摘要：作为整个液化天然气接收站的动力装置，LNG潜液泵的最主要的性能要求是耐低温、绝热效果好以及能承受出口高压，其次是气密性和电气方面的安全性能要求比普通泵高很多。潜液泵必须有足够的压力和流量范围，要尽可能减少运行时产生的热量，已防止引发LNG气化，储存时不可出现两相流，否则会造成泵的损坏。本文主要围绕LNG低温潜液泵的性能以及特殊性做重点介绍。
关键词：液化天然气；潜液泵；密封；功能；特殊性
引言
高速离心式LNG潜液泵采用屏蔽电机一体轴配装泵体、叶轮、导流器、诱导轮等部件，通过变频控制器控制电机的转速。从泵筒中吸收液体，经过叶轮加压后输送到其他设备中。
1.1 潜液泵的结构
典型的潜液泵主要由螺旋导流器、推力平衡机构、叶轮、电动机、排出管、主轴、轴承、扩压器等组成，详见下图。
螺旋导流器的作用是为了减少流体在吸入口的阻力，从而防止在泵的吸入口产生气蚀。
泵的运行中会产生轴向力，轴向推力的平衡采用推力平衡机构（TEM）来实现。
叶轮是将来自原动机的能量传递给液体的零件，液体流经叶轮后能量增加。叶轮一般由前盖板、后盖板、叶片和轮毂组成，按其有无前后盖板可分为开式叶轮和闭式叶轮。
扩压器主要用于将流体的动能转变为压力能。扩压器的设计应确保在能量转换过程中，使流体流动的不连续性和涡流现象减少到最低，使能量转换更加对称和平滑。水力对称性越好，就越有利于消除径向不平衡引起的载荷。
1.2 潜液泵的特点
潜液泵最显著的特点就是电动机和泵直接连接在一起，整体完全浸没在LNG液体中。由于LNG中没有氧气，虽然电动机在LNG里，但仍然是很安全的。电动机和泵装配在同一轴上，不需要传统离心泵的轴封机构，消除了可燃气体通过密封结构泄漏到大气中，与空气形成爆炸性混合物的可能性。整个泵在液体中，不仅有效地隔绝了噪音，使泵的启动也变得非常容易。为了使泵完全浸没在流体中，一般由两种结构形式：直接把泵安装在LNG储罐中或者专门为泵制造一个安装容器。
潜液泵相比传统泵的优点如下：
（1）没有联轴器的对中问题，不会有两轴不同心引起的轴封磨损漏泄问题。
（2）由于电动机在容器内，电动机不需要防爆罩壳，设计更安全。
（3）不需要润滑系统。
（4）电动机直接浸在LNG中，降低了汽化器的总加热负荷（针对LNG输出汽化供气的应用）。
（5）电动机处于LNG中，使电动机的尺寸缩小。
1.3 潜液泵的特殊器件
1.3.1 低温电缆
低温潜液泵的电缆需要在低温下长期工作，在液化天然气的低温流体中，甚至在-200℃条件下仍保持弹性。电缆用聚四氟乙烯材料（PTFE）绝缘，并用不锈钢丝变成的网套加以保护。
1.3.2 电缆引出和密封
潜液式电动泵根据低温动力学原理，安装有初级和次级电缆引出和密封装置。两道密封和相互连接的四周，能够承受初级密封失效的情况而继续工作。
电缆引出装置及密封装置有两种模式：
封闭的惰性气体空间和压力监控。在两道密封之间安装有压力开关或压力变送器，并设定好压力的控制参数。在两道密封之间的空间内冲入惰性气体，选择合适的控制压力，可以防止空气渗透到封闭空间内而形成爆炸混合物。如果初级密封泄漏，压力改变而使开关动作，提供一种辨识初级密封渗漏的方法。另外还装有一只压力表，指示惰性气体的压力。
封闭空间内的惰性气体的压力维持在略高于系统最高工作压力，如果初级密封发生泄漏，惰性气体将流入容器或泵井，而不是LNG通过初级密封往外泄漏。这种方法将允许泵在初级密封出问题的情况下还可以继续运行，直到泵可以停机更换密封。这个方法还有一个好处，惰性气体可以是封闭空间内没有潮气和凝露，不会降低接线装置的绝缘电阻。
2.1潜液泵的保护系统
为保证潜液泵的安全运行，需要针对电动机、泵体、电气系统实施可靠的保护措施。按一般规范要求，至少需要2~3个保护装置，来防止潜液泵在无液状态下运转。
（1）过电流保护：电流过低，表明进口损失过大或是进口缺少液体，叶轮空转；电流过大，表明机械方面的问题或是电动机的导线存在问题。电动机电流过高或过低都需要有保护措施，过电流继电器保护会自动关闭电动机，防止过大的电流长时间经过电动机绕组。继电器的动作时间有一点的延迟，以适应泵启动期间的大电流。当电动机运转以后，如果电动机的工作电流持续超过额定电流的10%，过电流继电器会自动关闭电动机，防止电动机过热。
（2）时间延迟：时间延迟开关是防止电流过高和电流过低，继电器在泵启动和停机的时候产生误动作。泵启动时，推荐的延迟时间是4s。泵正常运转期间，时间延迟不起作用，过流继电器起作用。推荐的低电流的延迟时间通常为10s，允许瞬间没有流体。
（3）低液位保护：液位保护装置主要用于防止潜液泵在容器中没有足够的液体时启动，对已经启动的泵，如果液位降低到影响泵的运行时，可使启动的泵在设定的液位关机。
（4）排出压力过低保护：排出压力过低表明流量下降。保护装置用于泵启动以后，排出压力低于设定的压力时自动关机。
（5）排气接口：顶部存在通径适合的排出管，排出通过能够使预冷期间产生的蒸发气排出。
（6）止回阀：作用是防止LNG倒流，安装位置在泵和排出控制阀之间。
（7）流量自动控制旁通阀：流量自动控制旁通阀是防止泵在低流量状态下连续运行，当流量下降到小于旁通控制流量时，流量变送器将信号发给旁通阀的执行机构，执行机构按比例打开旁通阀，并且保持在允许的最小流量条件下运行。
2.2 潜液泵性能测试
需要测试的主要内容：
（1）振动测试；
（2）净正吸入压头（NPSH）；
（3）连续运转测试；
（4）向平衡测试（TEM验证）；
（5）噪声测试；
（6）水力性能测试。
结语
整体来说，与传统泵相比，LNG潜液泵对于气蚀和耐低温密封要求很高，安装完成后还需要进行一系列的性能测试试验，在试验结果符合约定的流量和扬程、效率后方可投入使用。
论文作者:何骏宇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/30
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