优化LNG输送泵的性能与效率

1.低压输送泵

低压输送泵把LNG从LNG储罐中抽出。每个LNG储罐中都安装了三个相同的LNG低压输送泵，每个泵都安装在自己独立的一个口径为24in的泵井里（每个罐有4个井，1个空井备用）。低压输送泵选用多级浸没式离心泵。泵的吸入底阀安装在罐的底部，一旦安装到位，将无检修机会，所以，该阀的密封非常重要，故选用双密封的阀门。同时还选用自润滑型轴承，无需外部润滑。泵本身设计有平衡装置，以平衡自身的轴向力进而减少轴承的受力，延长使用寿命及维修周期。另外还配置振动检测系统。仪表及电缆接线箱始终有氮气吹扫以防止空气或天然气进入。

泵和电动机总成在泵井顶部，为了安装或取出方便，每个罐顶安装了一个悬臂起重机。每台低压泵都是完全浸没的，由恒速异步电动机驱动。在泵井内，LNG从底部抽进，从顶部送出。电力电缆和仪表电缆均被密闭在由氮气保护的导管里。

运行的泵数由所需输出的LNG量决定。因此，操作员将手动控制运行的泵数和它们的LNG输送流量。如果有过多的泵同时运行或者下游设备（高压泵或开架式气化器）突然关闭，这时，受影响的泵压力会上升及流量减小，低压输送泵各自的最小流量控制器将为了保证泵的安全，而不管输出端的所需流量。为确保泵的最小流量。为此，低压输送泵设有一条回流管线，回流通过LNG储罐底部进料管线返回储罐。

LNG低压泵通常用于低压输送LNG到再冷凝器。然而，它们也用于以下方面：

1）在卸料管线、储罐进料管线、LNG低压泵出口管线不使用时，循环LNG以维持管线低温。

2）维持LNG储罐内部的循环以防止翻滚。

3）当没有气体输出时，维持整个系统的保冷循环（零输出循环）。

4）偶尔会用于把LNG从接收站输送到运输船。

每台LNG低压输出泵均有欠流量和过流量保护装置。该泵也装配了振动监测系统（VMS）（一套振动监测系统提供给所有泵），系统机柜室里的数字显示装置可连续显示所有泵的数据，出现高振动时会报警给DCS系统。

2.LNG高压输送泵

高压输送泵也是浸没式离心泵，一般有十几级叶轮。为避免LNG气化对泵造成气蚀，将其安装在一个充满LNG的吸入罐内，罐内保持一定液位并将气化的气体返回系统。高压泵的设计与低压泵类似，也选用自润滑轴承并带有平衡装置，配置振动检测系统。仪表及电缆接线箱始终有氮气吹扫以防止空气或天然气进入。操作或试泵时，如果第一次未成功，一定不能立即再起动，必须有一定的时间间隔，待其充分预冷并查明原因后，才允许再起动。尤其第一次或大修完初次起动高压输送泵，应确保在其操作温度下预冷至少3h。

高压输送泵，它们都有最小流量回流管线来保证泵的安全运行。高压输送泵（含电动机）被完全浸没在泵筒中，并通过泵筒的顶部进行电力供应。LNG从连接在泵筒顶部的管线排出。泵和电动机的润滑是依靠LNG来实现的。电力和仪表电缆被封装在一个氮气压力保护的套管中，氮气来自最近的公用工程站。

每台泵维护时的蒸发气体通过一条排气线返回到再冷凝器的顶部，或者经过低压排放管送回LNG储罐。这条专用的排气管线，使每个泵筒的竖管被部分充满了LNG，泵的任何蒸发气也将溢出，每根竖管都被连接到相同的排气管线。排气管线被设计成允许气体直接返回到再冷凝器的形式。

所有的泵都并列安装。通过预期的LNG输出量来确定泵的运行台数。如果过多的泵运行，那么被影响的泵压力将增加、流量将减少，则它们各自的最小流量控制将会保证泵的安全运行，而不再考虑下游的流量。由于这种原因，高压输送泵被提供了一条回流总管来保证泵的最小流量，其回流返回再冷凝器（当再冷凝器维修时经低压排放管去LNG储罐）。

出于安全因素考虑，不提供泵的遥控起动命令，泵只能在现场起动。但关闭泵可以在中控室或现场进行。高压泵也安装了振动监测系统（VMS）（一套VMS用于监测所有的高压泵）。一个振动探测器被安装在泵上，另一个在泵筒上，在机柜间可得到显示数据，并且报警时会传送给DCS，但不提供振动高停泵的连锁反馈信息。

泵筒安装有：①用于冷却监测的温度传感器。②泵筒内监测LNG液位的液位变送器（在预冷时，有现场指示）。

高压泵在进口总管上有一条从低压输出总管到高压输出总管之间循环旁路。在下列情况中循环旁路也被使用：①接收站和管线的第一次增压（主要在接收站开车时）。②在零输出情况下维持接收站处于冷却状态。

3.蒸发气压缩机

蒸发气（BOG）压缩机一般设两台，日常操作时使用一台；卸船时，BOG大量增加，需同时起动两台。压缩机是水平往复式两段双缸压缩机，为平衡轴向力，采用两端相对布置，配置振动检测系统和活塞杆位移监测器以及轴承温度探测器，有级间空冷器和润滑油过滤、空冷系统。压缩机的负荷调节可通过四个入口卸荷阀和余隙调节阀来实现。卸荷阀调节50%的负荷，余隙阀调节25%的负荷，从而实现（0%、25%、50%、75%、100%）的负荷调节，此调节可在DCS进行。

蒸发气压缩机，由于流量小、压力高，采用由电动机驱动的两段往复压缩机，带进出口缓冲器。由于进口温度低（-152℃），过流部件采用铝合金及不锈钢。辅助设备有润滑油站和冷却水站。

蒸发气压缩机维修的时间应安排在非卸船期间，此时将不会有蒸发气（BOG）放空。

两台（一用一备）往复蒸发气压缩机（BOG压缩机）被用于回收蒸发气。在正常操作下（无卸船），一台压缩机能有效地控制两个LNG储罐的压力。在运输船卸料时，会有过多的蒸发气产生，第二台压缩机开始运行。

蒸发气压缩机是一台对称式水平双缸往复压缩机。压缩机的进口和出口分别装有自动开关阀。一台锥形过滤器被装在压缩机的进口管线上以防止其他杂物进入，并保护压缩机避免遭受任何意外损伤。进、出口脉冲缓冲罐被提供用于第一级和第二级。每一级出口管线装备有安全阀，它在发生超压事故时保护压缩机缸体和脉冲缓冲罐。

蒸发气压缩机是低温设备，其气体入口温度在-160～35℃之间。一个级间空气冷却器允许以较高的进气温度（通常大于-80℃）操作。在正常操作下，空气冷却器是被旁路的，如果一级出口气体温度高于设定值，那么空气冷却器自动投入运行。

蒸发气压缩机依靠一个工艺控制回路来防止过高温度，其设有紧急停车控制元件以处理在每级出口遇到温度高高报警。压缩机也配备了振动探测器来进行保护，可通过报警提醒操作员并在必要情况下触发自动停车。另外，气缸活塞杆垂直位移探测器分别为第一级和第二级，可通过报警提醒操作员。

压缩机就地操作仪表盘上安装有状态指示器和控制面板按钮，又带有一个“就地/遥控”选择器允许从下面三种不同的压缩机操作模式中选择一种：测试，就地，遥控。

BOG压缩机的控制系统被集成在DCS（集散控制系统）中。在所有模式中，从SIS/FGS（安全仪表系统/火焰气体探测系统）来的安全连锁，以及压缩机自身的安全系统总是处于激活状态。当然，在所有模式中，就地操作仪表盘上的“紧急停车”按钮是激活的。

压缩机公用系统包括：

（1）电动机 压缩机是通过水平布置的三相感应电动机驱动，电动机也配备了温度和振动报警/停机保护设施。

（2）润滑油系统 尽管压缩机采用无油导向环和无润滑活塞杆填料的密封形式，但是压缩机其他所有的运动部件都是使用一个主润滑油泵（曲轴驱动）来进行压力润滑的，备有一台由电动机驱动的辅助油泵，在开/停车或主油泵不能运转时向压缩机提供润滑油。

1）油箱：即曲轴油箱。主油泵的进口在油箱的下部并装有一个网状过滤器；辅助油泵进口在油箱的上部。每个油泵的出口管线上有一个安全阀。安全阀的出口连接到曲轴油箱。

2）加热器：在油箱里边，它被用来维持润滑油的温度，从而便于压缩机的起动。当压缩机运行时，油加热器自动停止；压缩机没有运行时，加热器的开、停取决于油温。当油温太低时，起动辅助油泵，同时油加热器自动开启；当油温在正常值时，关闭辅助油泵，同时油加热器自动停止。

3）辅助润滑油泵：当“辅助设备程序启动”按钮被操作员激活时，油泵自动起动。在压缩机起动20s后，油压达到要求，辅助润滑油泵将自动停止。此时压缩机的润滑油将由压缩机曲轴带动的主油泵维持在300kPa以上。压缩机在运行时，如果油压低于300kPa，将自动起动辅助油泵。

此外，压力调节阀使润滑油系统的压力维持在设定值300kPa，压力调节阀的出口连接到曲轴油箱。低低油压报警将触发联锁致使压缩机停车。一个充满油的高位油箱被用来提供应急油压，使BOG压缩机能够安全停车。

主辅油泵的出口油经三通温度控制阀控制，部分去空气冷却换热器进行热交换后和旁路的润滑油一起经过滤器回到曲轴油箱。空气冷却器安装了2×100%电动风扇。每台电动风扇都配有一个就地开/关控制盘。

（3）氮气密封 带无油导向环的压缩机活塞是双作用式的。每台压缩机活塞杆的密封腔被充入氮气，用于封住和隔开任何从压缩机气缸泄漏的气体和从曲轴油箱泄漏的润滑油。密封腔中的氮气压力维持在设定值100kPa。压力释放阀用于防止任何意外超压，从而对管路进行保护。从密封腔中连续泄漏出的氮气通过填料被排往低压火炬汇管中；同时，通过气缸处活塞杆填料从压缩机气缸中泄漏出来的天然气被排放到压缩机进口管线。另外，从曲轴油箱泄漏的润滑油被排放到带有液位视镜的排放罐中。

4.再冷凝器

再冷凝器属于中压低温设备。考虑材料在低温下的性能，设备主体材料选用不锈钢，采取裙座式支撑结构。内部有一内筒，筒内装有2in的鲍尔环填料，材料为不锈钢。该设备有两个作用：第一个作用是通过在填料床层中与冷却的LNG进行接触，达到冷凝蒸发气的作用。通常情况是，保持填料床层中液位高度，使两相介质在床层中充分接触，将气体完全冷凝。第二个作用是作为高压输送泵的入口缓冲罐。

接收站一般只配备一个再冷凝器。在再冷凝器中，压缩的BOG被过冷的LNG冷凝。再冷凝器在维护检修期间能够被旁路，从而不会影响输出。只有再冷凝器和BOG压缩机被隔离检修，BOG回收系统才会停止运行。再冷凝器是一个竖向的容器，内部装有鲍尔环。BOG和LNG从容器的顶部进入并在填料床层接触混合。LNG的流量将通过BOG的流量和再冷凝器压力来调节。

再冷凝器的主要功能是对接收站的BOG进行回收。但它也是输送系统的关键设备。再冷凝器和高压泵筒通过再冷凝器来平衡压力，控制再冷凝器的液位来确保高压泵筒总是充满LNG。另外，高压泵的回流是到再冷凝器。

再冷凝器的操作原则是BOG与所需的LNG在再冷凝器中直接接触，达到冷凝BOG的目的。混合后的液体从再冷凝器的底部经管线进入高压输出泵。

从低压泵出来的部分LNG从再冷凝器的旁路直接进入高压输出泵。

为冷凝BOG所需的LNG流量由控制器控制，控制设定点（体积流量）被比值计算模块串级控制。这个比值在BOG流量（m³（标）/h）和LNG流量（m³/h）之间是常数。BOG的量是通过流量计测量的，并由计算模块根据温压补偿的输入对测量结果进行校正。这个比值初始设定是9.2，它的计算过程是BOG的流量（m³（标）/h）除以LNG流量（m³/h）与再冷凝器底部压力的乘积。

通过输送量及LNG的组成，再冷凝器的操作压力可以进行调整，压力越低能耗越低。再冷凝器底部的出口压力（即高压泵的进口压力）通过安装在再冷凝器旁路上的压力控制阀来维持恒定。另外，高压控制阀可释放天然气到BOG总管。

通常LNG的液位将保持稍高于填料层的高度，再冷凝器自身不能真正控制LNG液位，而取决于：

1）一个高液位控制器使来自高压输出管线的天然气能够通过补气阀送入再冷凝器。

2）一个低液位控制器限制BOG压缩机的负荷。

这两个控制器将保持LNG的液位在可接受的范围内，以保证再冷凝器和上下游设备的安全和良好运转。另外，有专门的控制器和选择器对BOG压缩机的生产负荷进行控制以便保证再冷凝器和下游设备的安全、良好运转。

控制参数是：(www.xing528.com)

1）通过控制调节器对流过再冷凝器旁路的最小流量进行控制（通过压力控制阀来确保正确的控制）。

2）再冷凝器出口的LNG饱和压力裕量是通过控制器来控制的（保证LNG不会在高压泵进口管线内局部气化）。

图1-10 海水开架式气化器

1—平板型换热管 2—水泥基础 3—挡风屏 4—单侧流水槽 5—双侧流水槽 6—平板换热器悬挂结构 7—多通道出口 8—海水分配器 9—海水进口管 10—隔热材料 11—多通道进口 12—海水分配器

5.气化器

虽然LNG气化器不是动设备，有较大的可靠性，但是气化器是输送系统中的最重要的设备，设置备用气化器仍然是必须的。LNG气化器有下列几种形式：开架式气化器（ORV）、浸没燃烧式气化器（SCV）、中间介质式气化器（IFV-丙烷）、中间介质管壳式气化器（IFV-强制循环）。现在大量采用的是开架式气化器和浸没燃烧式气化器，当海水质量不能满足开架式气化器要求或接收站附近有电厂废热可利用、其他工艺设施需要冷能时，通常也会采用中间介质式气化器。一般采用浸没燃烧式气化器作为备用气化器。这里主要介绍海水开架式气化器和浸没燃烧式气化器。

一台海水泵的能力可满足一台海水开架式气化器的需要。海水泵的配置应确保不因为海水泵的维修而影响海水开架式气化器的正常操作。海水开架式气化器或海水泵的维修将安排在外输要求为低值的时间，且每次只维修1台。

来自高压输送总管的LNG在操作压力大约为9MPa的气化器中被气化，并向接收站气体输送系统的天然气输出总管中输入天然气。

（1）海水开架式气化器 海水开架式气化器（图1-10）通过海水和LNG换热，将LNG气化并通过管线送至下游各用户。为提高换热效率，选用铝合金材料，管束的内外表面为不同形状的翅片。为充分换热，LNG自下而上，海水通过分布器自上而下逆流换热。

几台相同的海水开架式气化器是并列安装，能够处理10%～100%的设计流量和负载。

海水开架式气化器由垂直的翅状换热管组成的多个平板构成，LNG在翅管内流动，而海水在管外流动形成薄的水膜。温暖海水和冷LNG之间的温差导致热量从海水传递到LNG。热量交换使LNG吸收足够的潜热和显热气化，并且达到2℃的最低出口温度。

通过使用翅管提高了管的换热效果，因为这样增加了管子总的换热面积。翅管组成的多个换热平板通过进出口汇管连接在一起，LNG从下方进入换热平板内的翅管并向上流动。

开架式气化器的加热媒介是海水。海水从顶部进入并沿着翅管表面向下流动，汇集在底部的水槽，排到海水明渠。LNG经过底部汇管进入开架式气化器，直接进入翅管向上流动。海水流向与进入的LNG是逆流方向，这样增加了气化器的换热效率。允许的海水进出口最大温差是5℃。

基于接收站输出需求，可通过在每个气化器进口的流量控制阀进行流量调节。通常情况下，海水维持在一个恒定流量给开架式气化器，天然气的输出温度的变化取决于海水温度和通过开架式气化器的LNG流量。与其原因类似，开架式气化器的海水出口温度，将在一天的过程中发生少许变化。

（2）浸没式燃烧气化器 浸没燃烧式气化器（图1-11）是为快速提高气化能力、满足高峰用气及有海水开架式气化器维修而设，管束选用不锈钢，使用加热后的天然气作燃料，火焰直接加热经过反渗透处理过的水，再用水加热浸在水中的管束使LNG气化。

浸没式燃烧气化器包含一个燃烧器系统，这个系统间接加热浸没在气化器混凝土罐的LNG热交换盘管。

辅助系统包含如下：

1）用来给浸没式燃烧器提供燃烧空气的鼓风机。

2）给燃烧器提供燃料气的装置。

3）冷却水泵，用来冷却燃烧器的外壳。

4）水处理装置，通过树脂和反渗透膜来处理气化器的用水。

5）pH值控制系统。

图1-11 浸没燃烧式气化器

6）NO_x控制系统。

浸没式燃烧气化器使用天然气作为燃料气。燃料气消耗量大约是LNG输出质量流量的1.5%。一个在线的不间断操作系统用来控制水浴室的pH值。排放的污水和燃料气要符合排放法规。一般此装置的排放水的pH值保持在6～9之间。

对于浸没式燃烧气化器，天然气的输出温度是随着LNG的流量变化的，燃料气是依靠水浴室的温度来控制的。天然气的最低输出温度是2℃。燃料气和来自鼓风机的空气直接送到燃烧器燃烧，燃烧产物（火焰和气体）直接喷入水浴室，LNG流经浸没在水浴室的盘管从而被气化。冷的废气经过烟囱排入大气。应控制水浴室内的酸性条件以保持pH值为中性，防止腐蚀。在操作过程中，水浴室内的水（含有很低浓度的碳酸氢钠、硝酸钠和溶解性二氧化碳）被连续排放到海里。

浸没式燃烧气化器配备有专门的精制水处理装置来减少给水中含有的氯化物和溶解固体，并不断地补充精制水以避免增加在气化器和排放水中的酸性浓度。

6.海水泵

海水泵为海水开架式气化器提供水源，一般是立式离心泵，采用耐海水腐蚀的材料，浸在海水取水池中。中间的各个轴承由海水润滑，在泵的入口有过滤网，确保泵的流道畅通，海水取水池有两道过滤装置，其中一道是固定式，另一道是回转式，并设有自动清理装置，当自动清理依然无法保证设计压差时，必须人工清理。海水系统中有电解加氯装置产生的次氯酸盐加入。

7.海水过滤器

海水过滤设备在海水进海水泵之前将其中的海洋生物和其他一些杂质过滤。海水过滤设备由以下部分组成：挡板和水闸、耙式条栅过滤器、耙子、移动带式过滤器。

海水取样口可以通过挡板隔开，第一个挡板设在过滤器的上游，第二个挡板设在海水池前。挡板由闸板、升降梁和导轨组成。海水经过两个挡板之间的耙式条栅过滤器和移动带式过滤器进入海水池中。耙式条栅过滤器和移动带式过滤器分别通过移动耙子和喷射水来自动清理。清理出的废物被排放到废物篮里。

（1）耙式条栅过滤器 耙式条栅过滤器能够阻止大体积的残骸进入海水池。因为条栅过滤器是固定的，筛板阻挡下的残骸可通过耙子定期清理。耙式条栅过滤器的清理是依靠滑轮带动耙子的水平向上运动来带走垃圾的。当滑轮向下移动时，耙子倾斜到垂直位置。

耙子刮下的垃圾集中在废物篮里，废物篮可用起重机移出，并将篮里的垃圾转移到汽车上。耙子后部的槽可以装大量的水来将耙子冲洗干净。耙子的清洗过程可以自动操作，也可以人工操作。

（2）移动带式过滤器 移动带式过滤器用于除去入口处海水里所含有的漂浮残骸、垃圾和其他物质。从海水取水口到泵的海水经过移动带式过滤器的滤网进行过滤。这种带式过滤器有一个连续旋转的过滤网，这个过滤网将海水池隔开。海水从过滤器外侧流进，通过滤网到达海水池。过滤网低速旋转，由于旋转滤网处于流动的海水中，这些残骸会留在过滤网上。然后，过滤器上的清洗设备会将那些残留物质冲洗干净。从海水泵排出的一股水流给过滤器的清洗系统供应冲洗水。过滤器清洗系统将残骸从移动带式过滤器上冲洗下来，然后通过沟渠将它收集在一个筐内。

在海水供应中的压头损失是由于残骸积累在过滤器的表面而产生的。压头损失需被测量以监控过滤器的循环运转。

移动带式过滤系统主要组成为移动带式过滤器、用来指示压头损失的液位差探测器和水喷射系统。

8.电解氯装置

电解氯系统生成次氯酸盐，用以防止在海水取水口和海水过滤池出现各种海洋生物产生的淤塞。

电解氯系统包括以下设备：电解装置、变压器和整流器、海水增压泵、海水单工过滤器、海水自动过滤器、排气系统、空气稀释鼓风机以及次氯酸盐给料泵。

电解氯系统是基于海水流量设计的。

次氯酸盐的生产是通过调节供给电池的直流电电流来实现的，电流设定值在控制系统内手动调节。通过电池的海水流量是连续稳定的，但是对于不同的需求，下游的次氯酸的流速是通过流量控制阀来控制的，因此，保持要求的浓度水平是供应的重点。

海水通过气动进口阀进入电解氯系统，海水中的颗粒粒径小于5mm，压力为50～240kPa。一开一备的海水增压泵将海水压力增加到620kPa。手动或自动反冲洗过滤器用于预过滤，使海水中颗粒＜800_μm。

每个电解器由一个玻璃钢框架围栏电池模块和相关仪表组成。每个电池含有一个钛金属阴极管和一个合金氧化物涂层的钛金属阳极管。电池由内部极管和外部极管组成，相邻电池的内部极管和外部极管的极性相反。每个模块里的电池相互连通，海水从内、外两极管之间的环状间隙流过。

电解反应产生了次氯酸钠和氢气。次氯酸盐溶液和氢气进入脱气罐，溶液在罐中的最短停留时间为5min，这就使氢气有足够的时间在次氯酸盐溶液加注前从中逸出。

氢气稀释风机设置有使用和紧急停车两个功能。鼓风机驱动气体进入储罐，使氢气在释放到大气前降低氢气的浓度低于最低爆炸极限（LEL）的25%（H₂LEL=4.1%）。如果正在运行的风机出现故障，系统立即停车，紧急停车风机起动，运行5min以继续减少氢气的浓度。任何时候，如紧急停车风机故障，系统将立即停车。

脱气罐排出口与计量加注泵相连，计量泵为下游加注设备提供次氯酸盐，连续加注系统通过次氯酸盐流量控制阀直接控制，将次氯酸盐输送到海水取水口。集中加注系统是相对独立的，可供给海水泵中的任意一个。