潜液式电动泵应用技巧

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：在LNG泵的应用中,潜液式电动泵是应用特别广泛的一种,尤其是在LNG船和大型的LNG储罐,都使用潜液式电动泵。现代典型的潜液式电动泵具有下列特点:1)潜液电动机、泵的元件及转动部件,都固定在同一根轴上,省去了联轴器和密封等部件。表5-7 潜液式高压泵的主要技术参数对于大型LNG储罐的泵,需要考虑维修的问题。大型LNG储罐的潜液泵与电动机组件的安装有特殊的结构要求。

在LNG泵的应用中,潜液式电动泵是应用特别广泛的一种,尤其是在LNG船和大型的LNG储罐,都使用潜液式电动泵。将整个泵安装在液舱或储罐的底部,完全浸在LNG液体中。

1.船用泵

船用潜液式电动泵的基本形式有两种:固定安装型和可伸缩型。可伸缩型的泵与吸入阀(底部阀)分别安装在不同的通道内,即使在储罐充满液体的情况下,也可以安全地将发生故障的泵取出进行修理或更换。尤其是在紧急状态下,需要从储罐中取出液体,除了泵又没有其他的方法时,可以更换备用泵。

船用LNG泵安装在液舱的底部,直接与液货管路系统连接和支承。通过特殊结构的动力供电电缆和特殊的气密方式,将电力从甲板送到电动机。现代典型的潜液式电动泵具有下列特点:

1)潜液电动机、泵的元件及转动部件,都固定在同一根轴上,省去了联轴器和密封等部件。

2)单级或多级叶轮都具有推力平衡机构(TEM)。

3)用所输送的介质润滑轴承。

4)采用螺旋形导流器。

安装泵的容器和泵的元件是用铝合金材料制造,使泵的质量轻,而且经久耐用。推力平衡机构可以确保作用在轴承的推力载荷小到可以忽略不计,延长轴承的使用寿命,使泵在额定的工作范围内有非常高的可靠性。润滑轴承和冷却电动机的流体是各自独立的系统,由叶轮旋转产生的静压,推动流体经过润滑回路和冷却回路,最后返回到需要输送的流体(一般是安装泵的容器内)。泵的叶轮安装在电动机主轴上。制造主轴用的材料,一般采用在低温下性能稳定的不锈钢。主轴由抗摩擦的轴承支撑。轴承的润滑介质就是被输送的LNG流体。尽管LNG是非常干净的流体,但为了防止一些大的颗粒进入轴承,引起轴承过早的失效,因此对进入轴承的流体需要经过过滤。进入底部轴承的流体,需要经过一个旋转式的过滤器,而经过上部轴承的流体,则用简单的自清洁型网丝过滤器。LNG泵的电动机定子由硅钢片与线圈绕组构成,绕组分别用真空和压力的方法注入环氧树脂。

2.汽车燃料加注泵

当LNG作为汽车燃料时,LNG的转运和加注都需要用泵输送。汽车燃料加注泵的结构如图5-26所示。它也是一种潜液泵。结构紧凑,立式安装,特别适用于汽车燃料加注和低温罐车转运LNG。由于采用了安全的潜液电动机,电动机和泵都浸没在流体中,因此不需要普通泵必须具有的轴封。此外,在吸入口还增加了导流器,减少流体在吸入口的阻力,防止在泵的吸入口产生气蚀。整个泵安装在一个不锈钢容器内,不锈钢容器具有气、液分离作用,按照压力容器标准制造。泵的吸入口位于较低的位置,保证吸入口处于液体中。导流器和不锈钢容器的应用,是使LNG泵能够达到应有的净吸入扬程(NPSHR)。LNG燃料加注泵的流量范围如图5-27所示。

图5-26 LNG燃料加注泵的典型结构

1—压力容器壳 2—接线盒 3—排出管法兰 4—回气管法兰 5—电动机 6—进液管法兰

图5-27 LNG燃料加注泵流量范围(转速范围1500～6000r/min)

LNG燃料加注泵的电源也有三相和单相之分,具有变频调速功能,能适应不同的流量范围。根据有关规定,LNG泵的电气元件必须安装在具有防爆功能的接线盒及其罩壳内。

3.LNG高压泵

LNG高压泵的结构如图5-28所示。高压泵的作用就是将LNG增压至所需要的高压,例如:LNG接收站将液化天然气增压到所需要的高压,高压的LNG在汽化器中气化,形成高压的天然气气体。在高压的作用下,天然气便可输送到距离较远的用户。高压泵实际上起到了压缩机的作用。然而,如果压缩气体的话,所需功耗要高得多。

图5-28 LNG高压泵结构

1—排放口 2—螺旋导流器 3—叶轮 4—冷却回气管 5—推力平衡装置 6—电动机定子 7—支撑 8—接线盒 9—电缆 10—电源连接装置 11—排液口 12—放气口 13—轴承 14—排出管 15—吸入口 16—主轴 17—纯化气体口

高压泵可以是离心泵或往复泵,离心高压泵有多级叶轮,叶轮数量多达十几个,每一个叶轮相当于1级增压。若干个叶轮串联起来,压力可超过一百个大气压。往复高压泵相当于压缩机,活塞直接压缩LNG,使其达到高压。例如:把LNG转变为CNG时,大多数采用往复高压泵。

离心高压泵主要用于大型LNG供气系统,为输气系统提供足够的压力来克服输气管线的阻力。由于大型集中供气系统的特殊性,高压泵的可靠性极为重要。因为输气管线供气面积大,涉及用户多,还可能有像电厂一类的等重要用气单位,供气不能中断。因此,要有足够的备机。

离心高压泵的电动机功率比较大,最大功率近2MW。供电电压通常在4160～6600V,既可以用50Hz电源也可以用60Hz电源。离心高压泵的主要技术参数见表5-7。

安装潜液式泵的容器也称“泵池”,按照压力容器规范制造,泵与电动机整体装在容器内。容器相当于是泵的外壳,通过进出口法兰与输配管道相连。安装简单,工作安全。整个泵由吸入器、电缆引入管、电动机、叶轮、推力平衡机构、螺旋式导流器和排气器组成。这种泵安装和维护简单、噪声低。推力平衡机构系统是低温泵独有的特征,以平衡轴承的轴向力,允许轴承在零负荷和满负荷条件下工作。大型的高压泵流量可达5000m³/h,扬程达2000m。

4.LNG储罐的罐内泵

由于LNG的危险性,LNG储罐所有的连接管路都是储罐顶部连接(即接口都高于LNG的最高液面,即使接口出现破损,LNG也不会溢出)。另外,由于LNG的密度较小,LNG泵的吸入口必须要有一定的液柱高度,泵才能正常起动。因此,LNG泵只有安装在储罐底部,才能保证LNG泵在储罐控制液位的下限也具有正的吸入扬程。

表5-7 潜液式高压泵的主要技术参数(8ECC-1510)

对于大型LNG储罐的泵,需要考虑维修的问题。大型LNG储罐的潜液泵与电动机组件的安装有特殊的结构要求。常见的方法是为每一个泵设置一竖管,称之为“泵井”。LNG泵安装在泵井的底部,储罐与泵井通过底部一个阀门隔开。泵的底座位于阀的上面,当泵安装到底座上以后,依靠泵的重力作用将阀门打开。泵井与LNG储罐连通,LNG泵井内充满LNG。如果将泵取出维修,阀门就失去了泵的重力作用,在弹簧的作用力和储罐内静压的共同作用下,使阀门关闭,起到了将储罐空间与泵井空间隔离的作用。

泵井不仅在安装时可以起导向的作用,在泵需要检修时,可以通过储罐顶部的超重设备将泵从泵井里取出。当然,在取出泵之前,应排空“泵井”内的LNG。另外,泵井也是泵的排出管,与储罐顶部的排液管连接。

如图5-29所示,泵的提升系统可以将LNG泵安全地取出。在将LNG泵取出时,泵井底部的密封阀能自动关闭,使泵井内与储罐内的LNG液体隔离。然后排除泵井内的可燃气体,惰性气体置换后,整个泵和电缆就能用不锈钢丝绳一起取出管外,便于维护和修理。

图5-29 在泵井安装的LNG泵

1—进液阀 2—提升钢缆 3—挠性电缆 4—排出口 5—接线盒 6—防爆密封接头 7—电源引入密封 8—提升吊钩 9—纯化气体进出口 10—泵井 11—潜液泵

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