LNG船液货泵检修调试与液货系统运行分析

LNG船液货泵检修调试与液货系统运行分析

丁超一  张贺涛

江南造船（集团）有限责任公司 202150 上海市

摘要：液化天然气（LNG）运输船舶的液货泵是保证货物安全高效装卸的关键设备，其性能直接关系到整个液货系统的可靠性和效率。本文旨在通过深入分析LNG船液货泵的检修调试过程，并结合液货系统的运行特性，提出一套优化策略，以提升液货泵的运行效率和系统的经济性。

关键词：LNG船；液货泵；检修调试；液货系统运行；

引言

液化天然气（LNG）是一种通过特定工艺处理后，转变为无色、无味的液态气体。这一过程涉及将地底提取的原始天然气清洁化，即除去酸性成分、水分以及其它不必要的杂质，最终获得主要由甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等组成的混合气。鉴于其从气态到液态体积的显著缩减，运输液化天然气时，通常采用液体形态以节省空间并提高效率。在液化天然气的储运过程中，液货舱和液货泵的稳定运作至关重要。

1.液货舱液货泵分类和结构

在液化天然气（LNG）的运输系统中，涉及不同类别的流体处理设备，这些设备按功能和使用场合被区分为几种关键类型：装载卸载用的主泵、冷藏保温用的喷淋系统泵以及应对紧急情况的备用泵。主泵的功能是实现液化天然气的高效装卸作业。在船舶航行期间，为了抑制气体的蒸发并保持货物的低温状态，喷淋系统泵会将液化天然气从储存区域输送到船舱的上层，再通过管道和喷嘴将冷却液体均匀地撒布于货物表面。

图1及图2揭示了液货泵与喷淋泵的内部构造细节。这两种泵的基座都配备了螺旋诱导叶轮，其功能是将LNG从泵底吸入并使其沿轴线呈螺旋状流动，这类似于轴流泵的运作模式。随后，LNG在第二个叶轮的作用下经历第二次增压，通过泵体内部的两个通道自下而上输送，这个阶段的机制与离心泵相仿。在泵的顶部出口，这两条流道合并，共同排出加压后的LNG。两者间的差异在于，液货泵的出口直径大于喷淋泵，且带有一定弧度，而喷淋泵的出口则是直接垂直向上。

图1液货泵结构          图2喷淋泵结构

液货泵和喷淋泵的动力源——内置电机，其布局巧妙，电机主体与液态天然气的-169℃环境隔绝，确保了电机能在极端条件下持续运作。尽管如此，对电机定子绕组的保护依然至关重要，为此，我们采用了耐低温材料包裹。液货泵电机的运行机制遵循经典的三相鼠笼异步电机原理，通过定子绕组与转子的交互作用，实现了电能向机械能的有效转化。定子组件嵌入在电机外部的圆形槽内，而这个槽位则坐落在凹槽设计的外壳上。电机与泵共享一个轴心，并由两个轴承支撑，其中底部轴承附近还配置了一套动态平衡系统，以保持泵的稳定性能。电源电缆从接线箱通过，连接至电机的定子绕组，值得注意的是，由于电缆和接线箱需长期沉浸在液化天然气中，因此对于密封性的要求极高，必须确保接线箱与泵体管路以及电缆间的密封等级达到最高标准。

2.液货泵检修项目

在进行液货泵的拆检时，需要对液货泵口形环（螺旋片配合腔）、布司和平衡套筒之间的间隙进行测量，如果超过标准要求，需要更换新的备件。同时，如果这三者存在明显的划痕、磨损或裂纹，也需要更换新的备件。拆检后的部件应使用专用清洁剂进行清洁。对于拆解的泵箱和吸口盖，需要检查其内外表面是否存在明显的缺陷或裂纹。螺旋诱导叶轮和离心叶轮也需要检查其与轴滑动接触面和与LNG接触面是否存在明显的缺陷或裂纹。口形环、布司和平衡套筒也需要检查其内外表面是否存在明显的缺陷或裂纹。对于上下两侧的泵体端盖，需要检查其外表是否存在缺陷或裂纹。在检查泵轴时，需要检查轴的刚度，以及弯曲、扭转、拉伸变形是否超差，轴表面是否存在明显损坏。对于自净滤器，需要检查其内外两侧是否出现裂痕、划伤、变形。转子铁芯和定子铁芯也需要分别检测它们的接触部分和非接触部分是否存在裂纹、磨损。对于在定子铁芯槽内的线圈绕组，需要测量其绝缘是否老化、损坏或夹杂非绝缘物资，检查其外表是否存在磨损、烧蚀。对于滚珠轴承位套筒，需要检查其表面状况、与轴承配合间隙，并视情况修复或换新，滚珠轴承在每次拆检后都需要更换新的。内外侧泵体和泵泄放处端盖也需要检查其内外表面是否存在缺陷、裂纹等损坏。

3.液货泵调试

液货泵在出厂前需经历严格的质量验证流程，主要包括（1）启动性能评估，（2）流量特性测试，（3）推力轴承温升监控，（4）NPSH能力验证，（5）长时间运行和电机耐温实验，以及（6）螺纹紧固性检查。维护后的泵则根据原厂标准执行，尽管受限于货舱空置和船舶环境，通常执行（1）、（3）和（5）项测试，但切勿使用常规水来替代专门的液体。泵安装完毕后，会进行低电压启动调试，从0伏逐步上升至泵运转，记录启动参数并确保旋转方向正确。

在船舶维修期间，对于未拆解的货舱泵，只要能手动正常旋转，可免去试验；若不然，则需进行空载低速及高速运转测试。启动电压最低要求为26伏特，13安培，任何低于此数值的数据均需调查原因并修正。对于（2）、（4）、（6）项试验，必须采用液态氮作为试验介质，泵需置于配备进出液口的低温罐中进行。

其中，（4）试验关注的是泵的汽蚀裕度，通过设定不同流速（67, 200, 333, 400m3/h）测得从诱导轮入口至测量水平的垂直距离。而（6）试验则是测量泵在连续15min以333m3/h排放流量工作的过程中，各项性能指标，如排放流速、液体温度、压力差、电机功耗、电压电流、工作频率和流量计读数，以及液体在流量计位置的温度。

4.液货舱和液货泵系统运行分析

4.1 液货舱结构特点

在本案例中，我们采用了GTTNO.96型薄膜货物维护系统。该系统的首层和次级屏障均由0.7mm厚的含36%镍的INVAR钢制成，以增强结构的稳固性和耐低温性能。为了实现隔热，我们在屏障之间填充了珍珠岩材质的绝缘板箱，这些板箱被设计成夹层形式，并且牢固地固定在船体结构上。这种膜密封系统的设计具有显著的优势，其独特的棱柱形状使得空间使用率得到极大的提升，从而在LNG运输船的货舱内实现了更高效的空间利用。

4.2液货舱支持系统

NO96膜密封承载装置巧妙地借助于乳脂纤维绳，这种创新设计将来自双层绝缘的胶合板箱组件负载导入核心船舶结构。一个关键优势在于，乳脂纤维绳的灵活性使得箱子能在各种不规则表面上轻松定位，并通过精密的锁定机制牢固地嵌入船体。特别的是，由于采用了额外的牛皮纸隔离层，二级箱并非直接附着于内壁，从而赋予了系统卓越的动态适应性，无论船舶如何横向摇晃或深度变化，都能自如响应。

4.3系统运行

在LNG船舶的运输过程中，喷淋泵承担着重要的任务，它将液化的天然气提升至货舱顶部，并通过喷淋管道将其均匀分布于货舱内。这一操作的主要目的是为了冷却货舱，抑制液化天然气的蒸发，从而维持其稳定状态，以确保货舱的安全性。每个货舱配置了两台功率为600kw、流量为1800立方/每小时的液货泵，它们具有165米的扬程，由6600V、60Hz的高压电机驱动。根据液货泵的操作手册，当泵的运行时间达到8000小时或船舶运营满5年时，应当进行拆解检查和维修，两者中以先到达的时间为准。

5.结束语

在进行液化天然气（LNG）船的装载和运输时，液货舱内的液货泵发挥着至关重要的作用。这些泵负责将液化天然气安全有效地从货舱中输送至燃烧系统或存储设施。一旦液货泵发生故障，不仅会妨碍货舱的正常装卸作业，而且在严重情况下可能引发货物蒸发、甚至爆炸事故，对船舶的安全运营构成极大威胁。

参考文献

[1]徐家晨，黄隽，薛鸿祥等.薄膜型LNG船NO96围护系统强度分析的建模方法[J].船海工程，2022，51(4):1-5.

[2]汪春雷.LNG船液货舱维修过程的安全管理[J].中国修船，2021，34(6):51-54.