LNG密度小、温度低,比较容易汽化。泵在起动或工作时,汽蚀对泵的正常运行影响很大,需要认真对待。对于输送LNG这样的低温流体,这些流体通常处于饱和状态下,特别容易汽化。当它们被泵吸入时,在泵的吸入口形成负压,如果流体在泵入口处的压力低于流体温度所对应饱和压力时,流体就会加速汽化,产生大量的气泡。这些气泡随液体向前流动,由于叶轮高速旋转给予能量,流体在泵内压力升高。当压力足够高时,气泡受周围高压液体压缩,致使气泡急剧缩小乃至破裂。气泡破裂时产生很高的压力和频率,液体质点将以高速填充空穴,发生互相撞击而形成液击。这种现象发生在固体壁上将使过流部件受到腐蚀破坏,同时还会引起泵的振动和噪声的产生;严重时,泵的流量、扬程和效率会显著下降,甚至使泵无法运转。泵发生汽蚀的初始阶段,特性曲线并无明显的变化,发生明显变化时,说明汽蚀已经发展到一定的程度。
LNG泵输送的介质温度低,特别容易汽化。好在低温流体的气泡能量较低,因此汽蚀对叶片的影响并不像水蒸气气泡那样严重,但还是会影响泵的性能。防止LNG泵产生汽蚀的方法主要有:
1)抑止热量进入低温流体(采取绝热措施),尽量减少低温流体汽化。
2)确保有足够的净正吸入压头(NPSH)。
3)采用导出气泡的措施。
由于LNG的温度接近其沸点,根据以往的经验,需要重视以下几个重要因素:
1)系统设计不合理。
2)不恰当的操作引起气蚀。
3)泵的流量长期远离最佳效率点。
4)液体里有固体杂质。(www.xing528.com)
为了保证输气系统的可靠性,系统的设计和操作人员需要得到良好训练,了解设计和操作中关键问题。
(1)绝热措施 为了减少低温流体的汽化,输送管道通常采用绝热的管道,采用适当厚度的耐低温的泡沫塑料包裹管道,并在外面包上阻挡水蒸气的保护层,或者采用真空绝热型的真空保温管。泵体则安装在一个有低温流体的容器内。容器采用真空绝热措施,减少低温流体进泵时的蒸发。
(2)净正吸入压头 在输送LNG时,改善流体在泵的入口流动非常重要。在比转速NS=4000~9000范围内,进口导流器实际上是一台高速、轴流的泵,安装在泵的入口,可以改善系统吸入状态。进口导流器的特征是叶片较少,向内叶片角度薄,水力设计比较复杂,分为“风扇型”和“螺旋型”两大类型。
进口导流器必须产生足够的压头,以满足径向叶轮NPSH要求,同时为系统提供NPSHR。进口导流器设计应该能达到最大吸力。长期运行会引起进口导流器内部气蚀,通过设计优化、材料选择及液化气体气泡爆破能量低可以得到改善。
低温型进口导流器采用螺旋型结构,通常设计为两个轴向叶轮,在吸力方面有良好性能,其运行流量范围和机械强度也很好。
对高强度和运行的要求,加上最大吸入速度(NSS)范围25000~35000(取决于NS),两叶螺旋进口导流器比较合适。因此低温型进口导流器采用浇铸方法制造,其材料选择范围大、承载能力高。
(3)气泡导出措施 对于带压力容器的潜液式低温泵,由于LNG的汽化产生的蒸汽,可能影响流体的流动。尤其是LNG泵起动阶段,会产生大量的LNG蒸汽。因此,这类带压力容器的潜液式低温泵,设计有专门蒸汽排出接管。接管处于容器的上部位置,容器起到了一个气液分离器的作用。气体在容器上部,通过排出管排出。只有当整个泵被充分冷却后,蒸汽的数量才不会影响泵的运行。
(4)效率 影响潜液式低温泵效率的关键因素主要有两个:一个是流体在叶轮流道中加速时的水力学性能;另一个是流体在扩压器中能量转换时的水力性能。每个叶轮的水力特性应该是对称的,流体在流道中的流动必须是平滑。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的程度。有些低温泵采用扩压器,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。
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