LNG接收站影响高压泵正常运行的因素分析

景佳琪

摘 要：高压泵是LNG接收站运行的核心设备之一，其作用是将LNG增压后进行汽化外输。本文基于高压泵结构和系统流程设计，结合实际生产案例，分析探讨影响高压泵正常运行因素，旨在总结提炼运行经验，为保障高压泵稳定运行，接收站安全生产提供实践指导。

关键词：LNG接收站;高压泵;因素分析

随着LNG行业的不断发展，泵送深冷流体技术已成为国内外低温学领域研究的重要课题[1]。然而，国内已建LNG项目均采用了国外进口低温设备，如高压泵由于从国外引进，在维修技术和维修费用成本方面逐渐受到国外厂家的制约，对未来国内LNG的发展将产生一定的影响，为进一步推动着国内低温泵行业的发展，顺应LNG设备国产化的发展趋势，探讨分析LNG高压泵的运行技术意义显得尤为显著。

1 高压泵结构

某LNG接收站的高压泵是进口自美国的立式潜液泵，是一种多级离心泵，主要结构由旋涡导流器、叶轮、冷却回气管、推力平衡装置、电动机定转子、轴承部件等组成[2]。

2 流程设计现状

影响LNG接收站高压泵运行的因素很多，其中影响其运行稳定的重要因素是设计。主要表现为一是本身设计细节不够到位，二是设计考虑与上下游系统连接设计存在瑕疵。某接收站共设置了7台高压泵（A～G），能有效运行的为6台。6台高压泵均同向并接于再冷凝器后的低压输出总管。此布置方式使得多台泵并联运行时，位于低压输出总管前端的泵出口流量明显高于末端泵，尤其在外输量较大但单台高压泵流量较小时尤为明显且严重。同时，增启或减停高压泵时，由于只能通过汽化器入口流量调节阀控制，若总流量控制不当，便会出现单台泵流量过低情况，严重时可能出现单台泵跳车。

①高压泵入口管线：设置有过滤器，通过观察监测过滤器前后压差的差压表来判定过滤器是否需要清理。当高压泵井顶部压力低于再冷凝器顶部压力时，泵井顶部的BOG将无法顺畅的排放至再冷凝器，而导致BOG在泵井内聚集，最后形成湍流（或涡流）导致泵井液位跳变且高压泵振动加大等，尤其在工况改变（如新泵启停或外输量调节时）;②泵井放空至再冷凝器管线：为保证泵井顶部的BOG顺利排放至再冷凝器，应保证泵井顶部压力与再冷凝器顶部压力间存在一定的正差压。目前，国内已有接收站设置了两种排放方式：排放至再冷凝器和排放至BOG总管;③泵出口管线设置了最小回流管线，由于高压泵A～D的回流管线上阀门阀芯选择偏小，导致其最小回流管线的流量无法达到高压泵最小连续运行流量;④出口仅设置紧急切断阀而未设置调节阀，给高压泵的启停及流量调节造成了较大的难度。

3 案例分析

某接收站某日外输2300万标方/天，启四条线外输，4台低压泵、再冷凝器、4台高压泵、4台ORV。

3.1 现象描述

时间段（16：00～17：20），高压泵A泵井液位显示不稳定，波动较大且频繁。15：55左右A泵流量和压力开始下降（其他3台泵流量增加）至16：00趋于稳定，持续10min后流量和压力恢复至正常值（见图1），之后流量和压力一直存在波动现象直至A泵停（15：55至停泵，其他3台泵压力趋势同A）。

3.2 事件初判

按经验，泵入口过滤器堵塞是导致高压泵液位波动的一个重要原因，由于过滤器堵塞，泵井顶部压力较低，无法使得顶部BOG顺畅排向再冷凝器，会引起再冷凝器波动，而A泵停泵前，其入口压力，再冷凝器液位、压力均正常，暂排除过滤器堵塞原因。综合其他因素均未出现明显异常，仅流量、压力及液位出现波动，同时由于功率、电流未能采集，无法对比泵特性曲线判断A泵在15：55～16：10左右是否偏了泵正常特性。从结果看，初判是高压泵A在15：55左右可能已经出现损坏，致使之后流量、液位波动，直至泵抱死联锁停车。

3.3 测试分析

启动测试前：按厂商文件资料进行检查确认：①工艺冷却完成，无蒸发气存留;②确保最小流量管线投用;③监测仪表检查完备;④电气绝缘测试正常;⑤相关联锁（DCS、SIS仪表）及电气停车保护设置正常投用。

测试过程：DCS给出启动信号，现场人员观察高压泵启动状态，中控点击运行按钮后，现场出现运行起始音。1～4s左右，机泵停止。测试现象：①现场听见泵启动声音（1～4s后停止）;②DCS显示有完成启动回讯;③出口压力无提升;④出口无流量;⑤无功率电流显示;⑥机泵故障报警;⑦配电柜出现继电器跳闸和泵启动后过流保护跳闸等。经测试，初步判定为泵机械损坏，解体后发现中轴承处严重损坏，轴磨损严重，且存在弯曲，平衡叶轮及其他部件均有不同程度的损坏。

4 影响高压泵正常运行的因素分析

总结多年来LNG泵发生的故障，其根本原因有：①系统设计缺陷或操作不当产生的空穴现象;②泵长时间远离额定流量或处在最佳效率点之外运行;③液体中含有碎片或污染物（不常见）。由于LNG装置系统在运行前必须进行吹扫置换，且工作中天然气都进行过净化处理，系统通常是洁净的，故①②是泵产生故障的主要原因[3]。高压泵在整个使用周期内会存在预冷、启动、运行、停止等重要过程。同时在这些过程中，会有维护、检修等环节。

4.1 预冷

首先，泵罐采用不锈钢，泵体的主要采用铝合金及不锈钢材制造。铝和不锈钢具有优异的低温性能，但奥氏体不锈钢膨胀系数较大，在极低温度下导热系数很低。为了防止在温度变化过快、热应力过大而使材料或连接部位变形、挤压、甚至损坏。所以预冷速度过快，很可能会对高压泵的材料、连接部件、间隙等造成变形、挤压等，泵启动、运行、停泵时，便可能产生摩擦，导致金属毛絮产生，之后造成更大损坏。

其次，泵预冷时分进液和静置两个过程。进液时液位上涨速率必须小于25.4mm/min;静置时LNG会吸热气化为冷态BOG后继续吸热变为热态BOG通过排放管线排出，同时泵井内存储的LNG也会部分气化为冷态BOG对液位以上泵体及泵罐进行气态预冷却，使得泵井液位会降低。当静置时间到后重新进液，采用液态LNG深冷却。厂商文件对高压泵预冷时进液速度和预冷总时间的控制有要求，而对静置时液位的下降厂商文件并未做要求，对运行操作的指导作用尚不完善。

4.2 启动

正常高压泵启动过程中，电流能在2～3s之内稳定。若启动后电流上升到最大值且保持不变，同时泵又未转动，说明转子锁死。启动后电流上升到最大值且稳定最大电流与满载电流之间，且泵已经启动，说明过载启动。依据现有流程设计，增启高压泵时，由于某接收站前4台高压泵（A～D）最小回流管线，启动时达不到泵最小流量要求，若出口XV阀开启速度较慢，则可能会出现部分LNG快速气化而达不到厂商设计要求，反之过早开启出口XV阀，势必会存在过载启动风险（E～F尤为明显）。因此，低于最小流量启动和过载启动对高压泵机械机构可能存在一定程度的损伤。而高压泵在额定流量下运行时振动也较小。泵频繁启动对泵的使用寿命影响也极大。正常在标准液位下，首次启动与第二次启动之间的时间间隔为5min，1h内最多启动次数不超过4次。

综上所述，随着近年来设备国产化迅猛发展，国内LNG行业在低温泵设计、自主维修及研发方面必将迎来新的更大的突破，对于运行操作维保人员来说，在掌握高压泵等低温泵的结构、参数、性能等基础上，合理地操作使用和维护检修对设备平稳运行、接收站安全生产起到了至关重要的作用。

参考文献：

[1]董芳.LNG高压泵管道设计[J].山东化工，2019，48（09）：178-179+183.

[2]罗资琴，任永平，陈叔平，馮琛然，葛娟.LNG低温潜液泵结构及设计分析[J].低温与超导，2012，40（07）：13-16.

[3]尹瞳.LNG接收站低温泵常见故障分析与处理[J].设备管理与维修，2017（07）：71-72.