汪国洪

（湖州三井低温设备有限公司，浙江湖州 313000）

LNG加气站潜液泵的气蚀现象与防治措施

汪国洪

（湖州三井低温设备有限公司，浙江湖州 313000）

潜液泵是LNG加气站的重要设备，气蚀对加气站和潜液泵都有较大危害。探讨了气蚀对加气站和潜液泵的影响，从气蚀余量角度分析了气蚀产生的原因，指出选择抗气蚀能力强的潜液泵，选用合适的储罐和安装方式，减小管路摩擦损失，增大气蚀余量，加强对泵的操作管理等措施，能有效减少气蚀现象的发生。

LNG加气站；潜液泵；气蚀

液化天然气（Liquefi ed Natural Gas，LNG）是天然气运输和储存的重要方式，作为一种清洁能源，近年取得了快速的发展。LNG加气站的主要工作有：卸车、增压和加气等流程，每个流程都要用到潜液泵。然而，潜液泵经常发生气蚀现象进而导致其不能正常运行，会引发扬程、流程、功率等大幅下降，长期气蚀还会损害离心泵的叶轮、轴承等零部件，甚至造成离心泵报废[1]。本文分析了气蚀的危害与产生的原因，探讨了气蚀的防治措施。

1 气蚀的危害

潜液泵发生气蚀会对LNG加气站的正常运行带来危害，还会对离心泵自身造成磨损。

1.1对LNG加气站的影响

发生气蚀后，离心泵的流量会忽大忽小，泵口压力随之忽高忽低，除给输气管路系统造成冲击外，还会造成LNG加气机质量流量计计量不准确，造成车辆加不满或者加过量；当车载LNG气瓶压力较高时，潜液泵需要较高的扬程来克服管路损失和气瓶压力，若此时发生气蚀，加气压力会发生振荡，可能引发自动停止加气；在LNG卸车过程中，通常槽车储罐底部与潜液泵处于同一水平高度大多数LNG，二者用流动阻力较大的软管连接，且距离较远、阀门较多，当快卸完时液位降低易引发气蚀，造成卸车不干净[2]。

1.2对潜液泵的影响

发生气蚀时，天然气气泡的溃灭会撞击叶轮、轴承等，产生不同频率的振动与噪音，高频振动又会进一步引发LNG气化，造成恶性循环，这时泵轴受力不均，会出现偏心转动，造成泵轴、轴承磨损严重；气蚀产生的气泡与叶轮摩擦，会使叶轮金属表面出现麻点等现象，同时对螺栓、法兰、管路等过流件造成损害，影响其密封性、光滑度和使用性能；当气蚀现象比较严重时，离心泵的流量、功率迅速下降，甚至会出现空载，若电流低于保护电流下限一定时间，离心泵会自动停机。

2 气蚀产生的原因

潜液泵的气蚀余量（NPSH）是LNG的实际压力与该温度下LNG饱和蒸汽压的差值。潜液泵运行过程中，若NPSH不足，在泵入口处形成低压区，使得LNG沸点降低，进而出现剧烈汽化，潜液泵就抽到汽液混合物，造成气蚀现象。NPSH的计算公式见式（1）。

式中，p为储罐内气压，Pa；ph为泵入口处LNG液柱产生压力，Pa；pf为管路摩擦压力损失，Pa；ps为泵入口处LNG的饱和蒸汽压。

造成NPSH下降的因素，即为产生气蚀的原因。对上述参数逐一分析，p为储罐内气压，通常不会变化；ph为储罐中液面至泵入口处LNG液柱产生的压力，因为储罐和潜液泵的相对高度在设计安装时就固定下来，加气过程中液面会逐渐下降，ph会随之变化，但幅度不大，例如：60m3的LNG卧式储罐，ph的变化区间0.008～0.018MPa。一旦储罐设计安装好，这两项的变化对气蚀余量影响较小。

pf为管路摩擦压力损失，管路中的弯头、三通等装置的摩擦作用，都会造成LNG压力的损失。通常情况，管路是固定的，摩擦损失也是基本不变的，可以将pf视为常量。但是，管路不合理或出现故障时，会造成pf过大，影响气蚀余量，在运行过程中要注意对管路的维护。

LNG的饱和蒸汽压ps，根据Antoine方程，其受温度影响，温度升高，ps随之升高[3]。LNG泵池的端盖和管线，都需要做保温处理，但内外温差较大时，仍会有一部分热量传递到泵池，造成LNG升温；同时，潜液泵自身运行时也会放热，热量都传至LNG。随着温度的升高，LNG的饱和蒸汽压逐渐增大，当温度上升到临界点时，泵池内气液相处于平衡状态，超过临界点后就造成NPSH为负值，发生气蚀。

3 气蚀的防治措施

3.1选择抗气蚀能力强的潜液泵

目前，国内生产潜液泵的厂家较多，尽管这些泵工作原理和性能参数相近，但在材料选择、表面加工等方面还存在较大差异。因此，在对LNG加气站进行设计和安装时，要选择设计科学、制造水平高、质量可靠的潜液泵。如，合适的叶轮直径、叶片数、进口宽度、进口冲角等参数，流道表面光滑，附带诱导轮的潜液泵能有防止气蚀现象。

3.2选用合适的储罐和安装方式

储罐一旦安装后，其对气蚀余量的影响无法改变，因此在设计安装时要注意其合理性。通常，储罐内液面距潜液泵入口的高度越大，其对应的ph也就越大，越不容易发生气蚀。因此在选用储罐时，有条件的话可以选择立式储罐，如果选择卧式储罐的话，可采取适当抬高储罐高度的做法，通常可抬高1～1.5m。

3.3减小管路摩擦损失

储罐与泵池之间的管路中，提高管路内壁的光滑程度减少对LNG流体的干扰，并尽量缩短管路的长度，尽可能地减少弯头和阀门的使用，以减少局部阻力损失[4]；用球阀代替截止阀能有效降低阀门对LNG的流动影响；此外，在潜液泵运行过程中，阀门要处于全开状态，尽量不用阀门的开启程度来调节潜液泵的流量与扬程。

3.4增大气蚀余量

泵入口LNG的饱和蒸汽压ps对气蚀余量影响很大。做好泵池和管路的保温，泵池上盖、法兰、阀门等都要密封好，最好用有机发泡材料进行保温，管路尽量使用真空夹套绝热管，在使用发泡材料进行保温时，可以适当增加保温层的厚度，使保温管不挂霜、不冒汗；对于泵池内温度上升，可采取闪蒸的方式降低泵池温度，具体操作是将泵池的进液和回气阀关闭，使泵池的气体放出，降低泵池内压力，从而使LNG达到沸点，LNG闪蒸后吸走大量热量，降低泵池温度。

3.5加强对泵的操作管理

操作人员应经常对潜液泵及管路系统进行检查，包括密封系统、保温层等是否有损坏等，发现问题及时解决；在运行过程中，要根据潜液泵的扬程、泵体的振动和噪音情况进行识别，如潜液泵的扬程下降3%，能判断气蚀已经发展到一定程度[5]。另外，发生气蚀时，潜液泵的振动和噪音出现异常，可以通过加装振动传感器来预判潜液泵的运行情况，发现异常采取相应的处理措施。

4 结束语

潜液泵是LNG加气站的重要输送设备，气蚀现象严重影响着潜液泵的性能和加气站的正常运行。本文分析了气蚀对加气站和潜液泵的危害，从气蚀余量的角度探讨了其产生原因；LNG加气站的储罐、管路和潜液泵的选型和安装，对建成后抗气蚀能力的影响都比较大，因此应在设计初期就将气蚀问题考虑进去，选择扛气蚀能力强的潜液泵，合适的储罐、管路及安装方式；在运行时，要尽可能降低温度保障泵入口处有较低的饱和蒸汽压，以增大气蚀余量，并加强对设备的检查和管理，发现问题及时解决。

[1] 邰晓亮，陈杰，肖海涛，等.新型LNG装车潜液泵设备研制及性能测试[J].石油与天然气化工，2015，44（2）:51-59.

[2] 杜侠鸣，战福帅，刘锡荣.液化天然气加气站低温潜液泵进口管路布置讨论[J].石油化工设备，2014，43（5）:57-61.

[3] 郭海涛，闫春颖.LNG 低压输送泵的安装[J].石油工程建设，2013，39（1）:39-43.

[4] 罗资琴，任永平，陈叔平，等.LNG 低温潜液泵结构及设计分析[J].低温与超导，2012，40（7）:13-16.

[5] 李金波.离心泵的汽蚀现象及相应防止措施探讨[J].石油化工设备技术，2011，32（6）:40-45.

Cavitation Phenomenon and Prevention Measures of LNG Filling Station Submersible Pump

Wang Guo-hong

Submersible pump is an important equipment of LNG fi lling stations，cavitation have greater harm to the gas station and submersible pump.This paper discusses the infl uence of fi lling stations and submersible pump cavitation，from the point of view of NPSH analysis the causes of cavitation，and points out that the selection of submersible pump with anti cavitation ability strong，choose a suitable tank and installation，reduce the friction loss of pipes，increasing cavitation allowance，to strengthen the management of the operation of pump etc.measures can effectively reduce the occurrence of cavitation phenomenon.

LNG station；submersible pump；cavitation

TE64

A

1003-6490（2016）01-0013-02

2016-01-10

汪国洪（1981）男，重庆垫江人，工程师，主要从事低温离心泵的研发设计、服务工作。