潜液式电动泵（SEMP）介绍及应用简析

时间：2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：潜液式电动泵，也称浸没式电动泵或简称潜液泵。潜液式电动泵最显著的特点就是电动机和泵直接连接在一起，整体完全浸没在LNG液体中。表8-28列出了潜液式电动泵的型号和用途。典型的潜液式电动泵如图8-97所示。图8-98 Ebara公司的潜液泵的流量和扬程范围a）电源频率50Hz b）电源频率60Hz1.罐内泵用于大型LNG储罐的潜液泵，对接收站的输气系统来说也称其为初级泵，因为后面还有高压泵。图8-100示出安装在LNG储罐泵井内的潜液泵。

潜液式电动泵（SEMP）介绍及应用简析

潜液式电动泵（Submerged Motor LNG Pumps，SEMP），也称浸没式电动泵或简称潜液泵。从20世纪60年代开始应用于LNG系统，自此以后，几乎所有的LNG接收站都使用这种泵。主要原因是这种泵安全性好。与传统的泵相比，它具有以下优点：

1）采用潜液型电动机，泵和电动机共用一根轴，不需要轴封。

2）没有联轴器的对中问题，不会有两轴不同心引起的轴封磨损漏泄问题。

3）由于电动机在容器内，电动机不需要防爆罩壳，设计更安全。

4）不需要润滑系统。

5）电动机直接浸在液化天然气中，降低了汽化器的总加热负荷（针对LNG输出汽化供气的应用）。

6）电动机处于低温液化天然气中，使电动机的尺寸缩小。

7）电动机浸在液体中，液体具有屏蔽噪声的作用，大大降低了整机的噪声，比外置型电动机安静得多。

潜液式电动泵最显著的特点就是电动机和泵直接连接在一起，整体完全浸没在LNG液体中。由于LNG中没有氧气，也就是说电动机虽然浸在LNG里，但没有氧气的存在，仍然是很安全的。电动机和泵装配在同一轴上，不需要传统离心泵的轴封机构，消除了可燃气体通过密封结构泄漏到大气中，与空气形成爆炸性混合物的可能性。另外，整个泵浸在液体中，不仅有效地隔绝了噪声，使泵的起动也变得非常容易。为了使泵完全浸在流体中，有两种结构型式；①直接把泵安装在LNG储罐中——罐内安装的潜液泵；②专门为泵制造一个安装容器——带安装容器的潜液泵（容器连接在LNG管路上）。

潜液泵在不同的场合的LNG应用中，根据使用环境的不同，也形成了不同的类型，例如：用于大型LNG储罐的罐内泵、LNG船用泵、输气用的高压泵、燃料泵等。表8-28列出了潜液式电动泵的型号和用途。

表8-28 潜液式电动泵的型号和用途

（续）

潜液式低温泵型号的表示方式如下：

典型的潜液式电动泵如图8-97所示。

图8-97 典型的潜液式电动泵

1—螺旋导流器 2—推力平衡机构 3—叶轮 4—电动机 5—排出管 6—主轴 7、8—轴承 9—扩压器

潜液泵的驱动电动机通常采用高压电动机，供电频率有50Hz和60Hz两种。Ebara公司的潜液泵的流量和扬程的范围见图8-98。SHINKO.IND.LTD泵的流量和扬程范围见图8-99。在进行LNG泵选型和订货时，对工况条件需要明晰，尤其在初步设计和FEED设计，或编写装置说明时，与潜液泵制造商的交流是特别重要的。因为只有让制造商透彻地了解使用条件和要求后，才有可能作出合适的设计，设备也会更加安全、简单、可靠。

图8-98 Ebara公司的潜液泵的流量和扬程范围

a）电源频率50Hz b）电源频率60Hz

1.罐内泵

用于大型LNG储罐的潜液泵，对接收站的输气系统来说也称其为初级泵（或前级泵），因为后面还有高压泵。对于初级输送泵，电动机的电源通常为400～480V的三相交流电，而且还可以采用更高的电压，取决于电网的电力供应。

储罐内的LNG温度接近它的沸点，即使很小幅度的温度升高或是压力下降，都会引起LNG蒸发量的增大。储罐液位比较低的情况下进料，而且进料的LNG温度较高时，会影响泵的净正吸入压头（PSHR）。

图8-99 SHINKO.IND.LTD泵的流量/扬程范围

a）电源频率50Hz b）电源频率60Hz

泵在起动前，泵井内的空气必须置换出来。大多数泵井设计有排气通道，通过此通道，使储罐顶部和泵井之间的压力平衡。储罐处在低液位时，假设储罐中的液位只有2m时，压力相当于9kPa，如果泵井中的压力太高，在泵井底下包括泵的位置就可能没有液体，这种情况下泵的起动就可能出问题。

对于大型LNG储罐的泵，需要考虑维修的问题，如果泵产生故障，需要进行修理，而泵安装在储罐底部，将给维修带来困难。采用一个专用的泵井，可解决大型LNG储罐的潜液泵的维修问题。泵井是一根竖管，从储罐顶部直通储罐底部。LNG泵安装在泵井的底部，储罐与泵井通过底部一个阀门隔开，泵的底座位于阀的上面，当泵安装到底座上以后，依靠泵的重力将阀门打开，使泵井与LNG储罐连通，LNG泵井内充满LNG。如果泵有故障，需要取出维修，通过适当的操作，可以把泵从泵井内取出。当泵提起以后，泵井底部的阀门没有了泵的重力作用，在弹簧的作用力和储罐内LNG的静压共同作用下，使阀门关闭。充入氮气到一定的压力，把泵井内的LNG压入储罐内，再释放掉泵井内的压力，就可以利用起动装置把LNG泵提起来，解决了LNG泵的维修问题。图8-100示出安装在LNG储罐泵井内的潜液泵。

图8-100 安装在LNG储罐泵井内的潜液泵

1—潜液泵 2—电缆和升降缆 3—泵井 4—LNG储罐

泵井在进行泵安装时，还起导向的作用，使LNG泵可以准确就位；另外，泵井也是泵的排出管，与储罐顶部的排液管连接。

安装在大型LNG储罐内的潜液泵基本参数见表8-29。60839L1—R57R型罐内泵技术参数见表8-30。罐内泵的结构如图8-101所示。罐内泵的取出操作见图8-102至图8-104。

表8-29 安装在大型LNG储罐内的潜液泵基本参数（Ebara）

表8-30 60839L1—R57R型罐内泵技术参数（NIKKISO产品）

图8-101 罐内泵的结构

1．潜液泵处于正常工作状态

2．停泵，隔离电气连接

3．稍微提起泵，使底部吸入阀关闭

4．向泵井内充氮气，把LNG压入LNG储罐

5．泄放泵井内压力与大气压平衡，松开顶盖之前移除电气系统

6．将整个装置提升，连通大气的同时，维持向泵井充氮。确认所有工具和物品都固定好，以免落入泵井。人员应在受监控的情况下工作

7．安置支撑板并插入支撑销，将提升缆从顶板架子上放松

8．从支承缆上解开顶板，放在甲板上，保护垫衬和密封面

9．将提升缆固定在起吊吊车上

10.将泵提高，移开支承板和销

11．将泵提升到泵井顶端，移走电源／支承绳缆

12．解开提升缆，安置支撑板并插入销钉

13．从泵上解开提升缆，移走支撑板

14．仔细地将泵从泵井中提出

15．把泵放在甲板上垂直固定，卸下电缆，泵移走后，用顶板密封泵井和电系统

2.高压泵

潜液式高压泵利用若干个叶轮高速旋转给流体增压，使之获得需要的压力。流体出口的压力主要和叶轮数量、电动机转速和叶轮直径有关。高压泵的叶轮数量多达十几个，每一个叶轮相当于1级增压。对于大型的高压泵，泵的扬程需要按实际需求，由制造商来设计泵的级数。(www.xing528.com)

高压泵主要用于大型LNG供气系统，为输气系统提供足够的压力来克服输气管线的阻力。对于LNG供气系统而言，高压泵也称为次级泵。高压泵一般安装在一个压力容器内，属于带压力容器的潜液泵。压力容器通过法兰与LNG管路连接在一起，运行时容器中充满LNG，确保泵真正地浸在液体中。

由于大型集中供气系统的特殊性，高压泵的可靠性极为重要。因为输气管线覆盖面积大，用户涉及很多象电厂等重要单位，供气不能中断。大多数输气系统始终有几台泵运转，有的甚至一天24h长期连续运转，而且要有足够的备机。

图8-103 LNG高压泵结构

1—排放口 2—螺旋导流器 3—叶轮 4—冷却回气管 5—推力平衡装置 6—电动机定子 7—支撑 8—接线盒 9—电缆 10—电源连接装置 11—排液口 12—放气口 13—轴承 14—排出管 15—吸入口 16—主轴 17—纯化气体口

高压泵一般为立式安装，通常并联安装，吸入管全部连接到公共的吸入集管上，排出管也连接到一公共排出集管上。但是每台泵有它自己的排出控制阀和旁通管路。当几个泵并联运行时，排出控制显得极为重要。

在高压泵系统中，通常在进口处安装一个相分离器或再凝器。相分离器用于留住液体、排出气体；也被用于从蒸发系统引入LNG，以求获得尽可能多的LNG，确保LNG进入泵的吸入口时，温度仍然处于液相。

高压泵的电动机功率比较大，最大功率近2MW。供电电压通常在4160～6600V，既可以用50Hz电源也可以用60Hz电源。

图8-103示出LNG高压泵结构。图8-104示出高压泵的叶轮结构。图8-105为高压泵的特性曲线。潜液式高压泵的主要技术参数和控制参数见表8-31和表8-32。

小型供气系统也可以采用带压力容器的潜液式高压泵增压，其技术参见表8-33。

图8-104 高压泵的叶轮结构（8ECC—1515）

图8-105 高压泵的特性曲线（8ECC—1510）

表8-31 潜液式高压泵的主要技术参数（8ECC—1510）

注：工作流体是LNG。

表8-32 潜液式高压泵的控制参数（8ECC—1510）

表8-33 小型带压力容器的潜液式高压泵

3.汽车燃料加注泵

为LNG汽车加注液化天然气的泵，也是一种带压力容器的潜液泵。扬程一般不是很高，但要求流量比较大。因为汽车补充燃料的时间一般在5～7min。汽车燃料加注泵的结构如图8-106所示。其结构紧凑，立式安装，在吸入口有入口导流器，减少流体在吸入口的阻力，防止在泵的吸入口产生汽蚀。泵的叶轮组、电动机和导流器等都安装在一个不锈钢容器内，被容器内的液体浸没，以保证吸入口处基本上都是液体，可避免在泵口产生汽蚀。容器具有气/液分离的作用，汽化的LNG蒸汽通过管路返回供液储罐，容器内保持一定的液位高度，使泵的吸入口具有一定的液位高度（NPSHR）。