低温潜液泵在低温储罐中的应用

摘 要： 低温潜液泵广泛应用在低温液态介质储罐工程如液化天然气、液化乙烯、液氨等。安装在罐内的泵井中，介质温度低，装置汽蚀余量低，试验要求高，总体难度较大。本文介绍了某项目中应用的低温潜液泵的工况、结构特点、供货范围、检验试验等，并总结了工程设计、采购、施工过程中遇到的问题和应对措施。

关键词：低温储罐 潜液泵 应用

一、概述

我公司负责总承包（EPsCm，即设计、采购服务及施工管理）的某低温乙烯储罐工程中有几台低温潜液泵。泵的供货商为美国Ebara荏原国际有限公司低温事业部（以下简称荏原）。

该低温储罐的基本设计参数为：

内罐尺寸：φ33000*24300mm

有效容积：18000立方米

储存介质：低温液态乙烯

设计压力：-0.005BarG～0.3BarG

设计温度：-104℃

泵安装在乙烯储罐的泵井中，承担功能：灌装槽车功能，向运输船输送物料，将低温乙烯输送至下游的汽化器中，经加热汽化送至下游用户。共有低压输送泵2台，高压输送泵2台。泵的结构见简图。

二、工况特点

1.介质温度低，液化乙烯比重为0.569kg/m3，操作温度为-104℃

高压输出泵额定流量24m3/h 扬程363m，设计压力为27.7BarG，电机额定输出功率37kw。

3.当泵工作时，泵井内维持高压，并通过安装于泵井顶部的管口（位于罐外）排出液态乙烯，进入下游。

4.材质：壳体、叶轮、底阀主材均为铝合金，密度低，强度高，耐低温性能好。低温密封O型圈采用PTFE材质。

三、结构特点

1.立式结构 立式、罐内、潜液泵、可移动式，采用潜液电机，电机和泵共轴，为整体锻造，无联轴器。泵安装在泵井内，底部配有专用底阀，作为泵的吸入口，由泵的自重实现底阀的开启和关闭。

2.电机 电机由泵送介质即低温乙烯进行润滑和冷却，低温乙烯在电机内部的冷却通道中循环，将运行时产生的热量带入罐系统，实现电机冷却。

3.轴向平衡方式 泵运行中会产生轴向力，平衡方法是采用特殊设计的平衡盘系统，通过控制间隙来平衡压力，可以实现轴向力在全流量条件下的自平衡。且结构简单，减轻了整个泵体的重量。

4.进口诱导轮形式 为了保证选用的诱导轮满足整个系统较低NPSHr的要求，并尽可能改善入口流体性能，诱导轮形式为轴流螺旋型式，整体刚度好，避免了使用径向螺旋型诱导轮经常出现的紊流和振动。

5.转子 高压输送泵采用七级叶轮，轴采用两端支撑方式。低压输送泵采用两级叶轮，轴采用悬臂式支撑。都采用有叶片的扩压器，以提高效率。

6.轴承 专用滚动球轴承，为荏原与SKF公司联合开发。滚珠材质采用陶瓷，能够极大的提高耐磨性和延长使用寿命。轴瓦材料为E52100，是经过电渣重熔的一种精密专用轴承钢。具有高纯度、高密度，碳化物均匀性好的特点，疲劳性能优于普通轴承钢。

7.泵井（不由荏原供货） 泵井高33米，内直径分别为590毫米（低压泵）、485毫米（高压泵）。由预制钢管在现场拼接焊接而成，泵井的制造精度对于泵的顺利安装至关重要，特别是椭圆度，同心度。为此，泵井的内直径比泵体的外廓最大尺寸大25毫米，以确保泵的顺利安装。本工程为确保泵井的材料、施工质量，由设计单位提供泵井图纸，施工单位负责采购材料并现场安装施工。

8.假泵 荏原的供货范围包含两台假泵，材质为铸铁，尺寸按照真泵1：1制造，其目的是验证泵井的制造精度及通过性。泵井在现场组装完成后，用假泵吊至泵井底部，以能顺利通过作为泵井验收合格的依据之一。假泵先于真泵交货到现场，以便于在泵井施工完成后及时验证。

9.底阀 底阀是泵井与大罐联通的唯一通道，依靠泵的自重打开或关闭。特别是当检修泵时，大罐内充满液态乙烯，而泵需要吊出大罐，底阀的密闭可靠性对于系统的安全可靠运行至关重要。而底阀顺利开启和关闭的最关键因素则是弹簧，在泵正常运行过程中，弹簧一直处于受压缩状态，而检修时泵一旦吊起，底阀须在弹簧的拉力作用下立即关闭。需特别指出的是，底阀必需在大罐封顶之前移入大罐内部，因为底阀的尺寸较大，一旦大罐主体施工完成，施工孔封闭后，底阀将因没有合适的通道而无法进入大罐内部。因此，底阀必须先于泵交货到现场，以便于在施工孔关闭前及时移入大罐内部。

10.顶盖 顶盖安装于泵井顶部，是将泵井密封的一个法兰盖，由荏原成套供货，上面开三个孔，其中一个是仪表的穿线孔，一个是动力电缆的穿线孔，一个是三索的穿线孔。

11.仪表 泵体上安装有两个加速度式振动探头，沿泵体周向90度布置，监测泵运行时的振动值。

12.导向轮 泵体周向安装有四个导向轮，当泵在泵井内吊装时，在泵与泵井之间起支撑保护作用，避免泵体碰擦到泵井而损坏。

四、供货范围

除了泵体（包含共轴的潜液电机）外，荏原的供货范围还包括：底阀（进口吸入阀）、顶板、三索（两根吊装用和一根支撑用）、导向轮、三索紧固件、绕线轮、仪表和电气接线端子、低温电缆等。由于介质温度低，低温电缆和电气仪表接线端子都比较特殊，都由供货商供货。接线端子一端是低温电缆，而另一端则是传统的常温电缆。

五、检验试验

泵出厂前须做性能试验和汽蚀余量（NPSH）试验，底阀做关停及液压、泄露试验。低温动力电缆做弯曲和电压试验，三索做抗拉试验。由于该泵的工作温度极低，因此选用合适的试验介质十分重要。本工程由于输送介质为乙烯，采用密度较为接近的液化天然气（LNG）作为试验介质，保证了泵长期运行的安全性和可靠性。该泵的试验台，全世界目前只有美国和日本有，当采用LNG做试验介质时，则只有在美国的试验台才具备试验条件。

六、现场安装

1.泵的安装检修需要采用电动葫芦，将泵从地面吊至大罐顶部，并平移到泵井入口位置，再缓慢下降至泵井底部。电动葫芦为特殊设计制造，需要拆下葫芦原装的钢丝绳，并更换为泵自带的支撑钢索用于吊装。葫芦的起吊速度：双速，低速不大于4m/min，才能确保将泵缓慢安全地放入泵井底部。

2.吊装泵时，为了验证底阀的打开与否，需要采用一个弹簧秤连接在泵与钢丝绳之间，当泵体到底泵井底部触及底阀时，由于底阀弹簧的支撑作用，弹簧秤的读数会迅速减小，当底阀达到全开位置时，泵将坐于底阀的底板上，此时弹簧秤的读数为零。

3.在大罐底部应有一名人员，配合观察底阀的打开与关闭，通过反复数次将泵略微提起并下降，验证观察底阀的打开与关闭，确认泵在底阀上正确的就位。

七、经验总结

1.此低温潜液泵由美国荏原国际有限公司低温事业部设计制造提供。

a荏原在低温液态介质储罐用泵市场中占有主导地位。市场占有率高达70%以上，经验丰富。

b荏原工厂拥有自有试验台，便于及时解决试验中发现的问题。

c 现场服务人员专业能力强，敬业精神高。能够及时发现并纠正施工安装人员的不正当操作。

2.在此工程中，动设备专业工作量大，联络面广，需全面考虑布置，仪控，电气，结构，工艺、配管等各个专业的设计要点，并广泛听取各专业意见，做好设计协调工作。在现场施工阶段，也必须在现场提供安装指导。

八、所遇典型问题及应对措施

1.泵整体由美国进口，在海关清关时，被不知情的海关工作人员打开了一个包装箱，破坏了泵体包装上的密闭包覆的塑料薄膜，且没有采取补救包装措施，因此造成了一台泵有雨水进水的情况。厂方的现场服务人员到现场拆箱检验后，要求拆开这台泵体进行检查，经过查看内部零部件后，发现轴承的轴瓦部分受到了侵蚀污染而留有杂质，为确保泵的安全运行必须更换轴承。由于备件都是从美国发货，因此对泵的安装进度造成了延误。在以后的同类工程中，对于海关的清关一定要有专人跟踪，避免破坏设备的外包装，如果必须打开密封包装，则必须在检查完后及时采取补救包装措施，以避免损坏设备。

2.罐顶的吊装通道被消防管路阻挡，给泵的吊装造成不便，带来了麻烦。经现场紧急协商，临时拆除了电动葫芦的限位器，将泵吊至接近葫芦梁的极限高度，才使泵得以越过消防管道而通过。以后在同类工程设计时一定要考虑泵的吊装运行通道必须留足，避免其他设施的阻挡。

3.泵的设计、制造、检验、安装指导都是由外籍工程师负责，因此在语言沟通上要求较高。特别是设备在现场安装时，一定要求施工单位派出具有经验并熟练掌握英语的技术人员，以便及时沟通，解决问题。

九、结论

经过设计、采购、施工的完整过程，这四台低温潜液泵在项目现场一次试车成功，运行良好，各项性能参数达到或高于设计要求，顺利通过验收。

目前国内的低温介质储罐市场如液化天然气、液化乙烯、液氨等正在蓬勃发展。本工程用到的低温潜液泵是一个典型代表，可供从事同类项目的工程技术人员参考。

参考文献