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互推小编 2023-06-06

常见的低温泵

低温液化气体包括液态烃(如乙烯等)、液化石油气(LPG)、液化天然气(LNG)、液态氧，液态氮等各种低温液化气体。这些介质的温度通常为-30 ~-196℃，输送这些介质的泵称为低温泵或深冷泵。

一. 低温泵的特点

1. 泵入口压力高

液化气体通常在常温、常压下为气体，只有在一定压力和低温条件下才变为液体。如乙烯装置中，甲烷的液化条件为3MPa， -100℃；乙烯的液化条件为2MPa，-30℃。

2. 汽化压力随温度而剧变

低温泵输送的液化气体通常都处于饱和状态(或有微量过冷度)。这种液体的汽化压力随温度变化非常显著。一般当温度变化±25%时，汽化压力可变化±(100%~ 200%)，同时介质的密度、比热容、蒸发潜热等物理性质也都将发生变化。例如温度上升时，蒸汽压急剧增高、密度减小、比热容增大、蒸发潜热减小，使液化气体更易汽化，且增高进口压力，从而影响泵体强度；又如温度下降过多时，吸液槽内蒸汽压力随之下降，而且在流经吸入管路时，也容易从外界吸热升温，这样都会造成NPSHa的下降，使吸入汽蚀性能恶化，因此必须对吸入管路进行充分保冷，使吸液槽内温度不经常波动。同时管路中应尽量不设球形阀、节流孔、滤网等节流装置，以免引发局部压力下降，使液化气体汽化。

3. 对轴封要求严格

绝大多数液化气体都具有腐蚀性和危险性，因此不允许泄漏到外界；一旦漏出液化气体，由于液化气体的汽化吸热易造成密封部位的结冰，因此输送液化气体的低温泵对轴封的要求很严格。

二. 低温泵的结构型式

低温泵有立式和卧式两种结构，多数低温泵为立式结构。常用的低温泵型式有两种，第一种是筒袋式低温泵，第二种是潜液式低温泵。

1. 筒袋式低温泵

(1) 泵结构

图1是有代表性的筒袋式低温泵结构。

筒袋式低温泵结构

(2) 主要特点

① 筒袋式低温泵常埋于地下，不受电动机热风、空气温度和日照的影响，易于保冷，同时可降低泵的安装高度，增加灌注压头，提高有效汽蚀余量NPSHa。

② 泵的总体结构力求对称布置，以便在冷态下能均匀变形。

③ 为便于保冷，有利于输送危险介质，泵体为双层壳体，内壳体承受泵压，内外壳体之间承受介质的吸入压力，这样可适当降低内壳的强度要求。

(3) 泵的轴封

① 密封配置方式1 (单端面机械密封)

配置方式1 (单端面机械密封)结构简单，辅助设备少。过去在经常发生密封面的结冰和闪蒸，因此影响其使用。现在许多密封件制造厂在设计时考虑了这一现象，当液化气体温度低于﹣80℃时，采用甲醇或氮气密封液化气体的方法解决密封面结冰问题。

② 密封配置方式2 (无压双机械密封)

在许多场合，尤其是在长距离管线输送中，希望能从一开始就发觉密封的损坏和随之发生的泄漏。在此情况下，可采用密封配置方式2，如图2所示。其内侧密封的功能相当于一个单端面内装式密封，密封腔内仅注满来自受液槽的液体，未加压。所以内侧密封的润滑是由工艺介质提供的，而不是受液槽的液体，一旦内侧密封失效，导致密封腔内的压力升高时，即能由受液槽上的压力表显示、记录或报警，以便及时检修。而外侧密封可承担起轴的密封和容纳泄漏液的作用。

密封配置方式2

③ 密封配置方式3(有压双机械密封)

密封配置方式3(有压双机械密封)密封可靠，寿命较长，在密封和泵体之间设有缓冲室，起到隔冷作用。为使密封液压力能随排液压力变化而适当进行调节，一般都配备恒压器，隔冷槽等设备。双端面密封结构复杂，辅助设备多，且当内密封失效时，密封液将漏入液化气体中，这些在某些化工生产中将会引起不安全事故。

④ 无密封泵结构

⑤ 泵密封形式的选择

泵密封形式的选择应综合考虑液化气体的温度、压力和特性，表1是国内某石化装置推荐的泵密封形式。

表1 液化气体输送泵密封形式(供参考)

（4）泵的轴承

筒袋式低温泵的轴承分为上轴承和下轴承。上轴承处在大气中，一般采用止推滚动轴承；下轴承为导向滑动轴承，浸没在介质中工作，并由介质进行润滑。

为防止摩擦发热而引起液化气体汽化，以致破坏润滑，必须使用自润滑性好的材料，如聚四氟乙烯、石墨、耐蚀镍合金等，同时轴颈表面应作氮化处理或者堆焊硬质合金。

2. 潜液式低温泵

(1) 结构与应用潜液式液化气低温泵(sub-merged motor liquefied gas pumps)主要在液化气体运输船和液化气体接收站(Terminals)上使用。液化气体接收站用泵按其安装位置可分为罐内泵和罐外泵两种。

① 接收站罐内泵接收站罐内泵是指在液化气体接收站储罐内使用的泵，一般通过泵井(泵井固定在储罐中)安装在液化气体储罐内，是一种较大流量、低扬程泵。作用是将罐内的液化气体输出。罐内泵间歇运行，一般每个储罐内安装几台输送泵。

② 接收站罐外泵接收站罐外泵是指在液化气体储罐外使用的泵。对于LNG接收站来说，安装在LNG蒸发器前的固定容器内，作用是对LNG进行增压，为LNG汽化后外输管线提供足够的能量，保证用户能正常使用。这种泵为多级泵，扬程可以根据要求选择。由于输运介质中有部分汽化了的液化气体，其使用寿命会比罐内泵短些，需要定期检修和更换。另外，罐外泵的轴向力平衡措施要安全可靠，防止因轴向力平衡装置而引起泵的造障，影响泵的运行。

(2) 主要特点

潜液式低温泵主要有以下特点：要求具有较低的汽蚀余量，因此大多数潜液式低温泵都带有诱导轮；泵为屏蔽立式结构，泵和电机整体浸没低温液体中运行，电机与泵为共轴，一般无需防爆电机，但需采用防爆接线盒；泵密封系统要绝对安全可靠，确保安全，防止爆作；备用泵要保证能够随时启动。

为防止处于气-液平衡状态的液化气体在泵内汽化，必须保持泵内液化气体与储罐内的液化气体具有相同的温度，潜液式低温泵除需要采用浸没式结构外，还需采取措施保冷。例如，当输送LNG时，泵停运后如保冷不善，泵内的LNG会不断蒸发，堵塞泵的流道，使泵不能正常运行。

潜液式低温泵最大流量可达5000m³/h，扬程可根据用户要求选定，最高可达2000m以上。

(3) 监测与保护

潜液式低温泵的安全保护系统要求非常高，常用的有振动监测系统、电流过载保护系统、低电流保护系统，氮气（N2）密封保护系统、低流量报警、低压力报警等。

① 振动监测系统测量振动的装置可由客户自己置备或由泵生产制造商来提供，按照客户不同的要求进行配置。

由于转子的振动会传到泵壳，所以一般直接测量泵壳体的振动即可，如振动超过规定的标准，系统自动报警。

② 电机保护系统在潜液式低温泵的价格构成中，电机的价格约占泵总价格的20%~ 40%，所以保护电机是非常必要的。一般对电机的工作电流范围进行预先设定，电流的上限提供过电流保护，电流的下限提供低电流保护，工作电流超过此范围则自动报警。

通常电机电流强度的减小表明泵入口压力的降低，可能导致泵发生汽蚀；电流强度的增大则说明运行中存在机械故障或电机接人电缆异常，需要进行检查维护。

③ 防爆保护系统由于电机的接线盒是防爆的，为防止液化气体沿电缆泄漏到接线盒而遇到电火花产生爆炸，要对屏蔽电机的外接电力系统进行密封和保护，通常的做法是在外接电缆和接线盒之间设置两道氮气(N2)密封保护系统。作用是阻断液化气体可能进入电机接线盒的通道，即使泄漏的液化气体进人第一道氮气密封系统，第二道氮气密封系统仍可继续阻断其进入电机接线盒。当第一道氮气密封保护系统失效时，其压力会有显著变化，从而可以通过压力自动报警系统来进行安全监测。

④ 泵的自身保护泵的自身保护措施为低流量报警和低压力报警。低流量报警是当工作流量小于泵的最小连续流量时装置就会报警；低入口压力报警是当泵入口压力过低，达到设定值时装置就会报警。

⑤ 电缆由于潜液式低温泵的电缆也浸在低温液体中，所以要使用专门的耐低温电缆。其结构为在导体表面涂覆半导体材料、绝缘体材料及聚四氟乙烯(PTFE)保护层等，最外边为不锈钢铠装保护套，耐低温电缆要求在-200℃以下仍具有良好的延展性。目前国际上耐低温电缆权威质量认证是美国UL (Underwriters Laboratories)认证。

(4) 试验

由于潜液式低温泵结构的特殊性，必须使用低温介质进行各项试验，常用的试验介质有丙烷、LNG、液氮等。例如，对于LNG输送泵来说，可使用LNG (-162℃)或液氮(-196℃)做试验。试验介质温度很低，因此泵试验前需进行充分的预冷，防止材料脆裂。试验设备及附属系统正常运行时也需要保冷，泵试验程序比较复杂，而且对安全性要求都极高，这也是潜液式低温泵生产制造过程中的一个难点，潜液式低温泵试验台一般要求建在远离人口密集的地方。

目前世界上只有几个公司建有这样的超低温泵试验台，而有些公司生产的超低温泵需要运到其他国家的试验台上去做试验，试验成本很高、试验后还需用N2对泵进行清洗和吹净，然后干燥和密封后才能包装发货。

(5) 主要制造厂

目前EBARA INTERNATIONAL CO. (美国)、JC. CARTER (美国 )、NIKKISO (日本)、SHINKO (日本)等公司可以设计、生产、制造潜液式低温泵，其中EIC的市场占有率最高。

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