LNG低压泵噪声原因及控制措施分析

段占立

（中海油石化工程有限公司， 山东 青岛 266100）

我国工业的迅速发展以及环保要求的提高，社会上对清洁能源的需求逐渐增大。据统计，国内天然气进口总量高达700亿m3，占天然气总消费量的1/3以上。其中上海、天津、深圳、珠海等沿海城市港口发达，交通便利，中海油、中石油等单位建设了LNG接收站，负责LNG的接收存储、再汽化、输送等工作直至输至终端用户。LNG接收站包括高压泵、低压泵、汽化器、BOG压缩机等许多关键设备，其中LNG低压泵系进行混合、装车、外输和保冷循环的核心设备[1]。

本总承包项目严格执行集团公司系统内“三新三化”原则，在同等质量条件下，优选国产机泵及零部件。在项目实施过程中，根据对3台低压泵安装调试运行的分析发现，在线监测显示其B低压泵的振动值异常，且随着不同因素的变化存在上升趋势，还时常有振动值跳变、噪声增大、超标等问题。

1 LNG低压泵结构特点

图1 低压泵结构图

本项目中接收站共计3台16万m3LNG储罐，每台均配备LNG低压泵，配备原则严格执行二开一备。LNG低压泵属于安装在介质内部的一种潜液泵，常规采用立式屏蔽结构，如图1所示。泵和电机整体浸没在LNG介质中，运行环境为超低温（-169℃～-125℃）；与常规油润滑离心泵不同，轴承、口环及电机等润滑和冷却均由LNG自身完成，非外侧润滑油系统；故对材料低温性能、泵体结构设计、配合间隙和精密度有较高要求。

LNG低压泵设计/性能参数见表1：

表1

国内项目中16万m3LNG储罐，通常泵井深约55m左右，且泵套底部设有底阀，以便检维修或故障过程中，利用底阀对低温介质进行隔离，在吹扫完成条件允许下可提泵或放泵；其关闭及开启主要通过泵提升及就位重力作用实现；国内外底阀结构形式存在差异，其自身的操作性、稳定性与泵正常运行密切相关。

2 LNG低压泵噪声原因及测试分析

根据低压泵结构特点，通常其由泵体、连动轴、电机及平衡盘等组件组成。引起泵体振动的原因是多方面的，主要有：(1)泵内电机自身运行时产生噪声，即转子和定子振动引起高频噪声；(2)泵体各连接部件间的机械噪声，即部件高速旋转产生噪声或受力不平衡状态下形成振动噪声；(3)泵部件整体浸没在介质内，进料或出料过程引起流体复杂运动，易引起泵稳定性变化，也是形成振动噪声的因素。

2.1 测试分析

现场经过72+24小时稳定性测试，根据在线监测BN3500BNC采集数据分析，在流量≤200m3/h工况下，两个探头测定振动值分别为6.0mm/s、4.5mm/s；流量≤300m3/h工况下，两个探头测定振动值分别为3.5mm/s、1.6mm/s；当流量增大至额定流量工况460m3/h时，振动值逐渐变小恢复至1.2mm/s左右。泵运行测试参数见表2。

表2

测试振动频谱如下：

图2 流量点200m3/h，频率1K频谱图

图3 流量点300m3/h，频率1K频谱图

图4 流量点460m3/h，频率1K频谱图

2.2 结果分析

2.2.1 对各流量点下测得的频谱及分析，结果如下：

(1)频谱上的主要振动频率大约在31Hz～50Hz范围内，查阅厂家提供技术文件，其中31Hz为泵本体固有频率，50Hz为泵本体转动频率，均为泵正常的特征频率；(2)频谱上未出现间断故障频率，如水力冲击[2]/紊流等，见图5。其中水力冲击主要是储罐突然停泵、关闭或开启阀门及流体自身具有惯性造成的冲击。当流量逐渐增大时，尤其是叶轮叶片通过频率300Hz或更大值时均未出现异常，说明叶轮出口压力脉动较小；(3)随着频率不断增加，未发现泵的轴承故障特征频率

500Hz～2000Hz。

图5 泵内结构件流线分布（水力模型）

若是泵运行调试瞬间振动值上升，仅考虑在线频谱波形分析并不全面，同时对易引起振动部件需检查确认尺寸误差范围，如轴承、衬套、轴、叶轮及口环等，进一步分析影响噪声因素，如图5。经检查，B泵轴承等基本完好，无磨损。轴径、叶轮及口环配合间隙均在设计尺寸范围（0.28mm～2.0mm）内。

图6 低压泵轴承图

2.2.2 LNG低压泵（离心泵）的振动随流量的变化趋势

低压泵（离心泵）的振动随流量的变化而变化，通常在最佳效率值点附近振动值显示最小；远离最佳效率点时，流量的增大或减小其振动值均随之呈增大趋势。根据该特性，泵流量的工作范围一般分两个区：优先工作区（2区），此区域内振动值较小；一般工作区（1区），此区域内振动值较大，如图7所示。通过现场低压泵运行趋势图（图8）可知：初期储罐系统工况变化频繁，振动值瞬间接近产品规定标准，且具备变化较大趋势；当运行流量较小和稳定时，泵自身振动值较小且无大的波动；运行流量波动时，振动值也随之变化。

图7 振动与流量关系图

图8 振动趋势与流量关系图

经过现场对泵衬套、耐磨环、轴承等易损件检查，局部维修更换，振动值降至标准范围内，噪声值55dB左右（合同值≤85dB），现场仪表间采集泵BN3500BNC运行数据，见表3。

表3

3 降噪整改措施

根据供应商测试平台上及服务项目中多台机泵测试发现：针对现场实际运行工况，提高泵的运行寿命，尽量减少振动及维修的频率，降低噪声确保泵平稳、安全高效运行，采取措施如下：(1)根据市场供求情况，调整现场运行工艺，尽量避免使泵处在不同流量下交替调整的工况下运行。(2)建议泵正常规定运行流量区间内工作（380～480m3/h），当出现小流量（≤200m3/h）工况时，建议通过两台低压泵（一开一备）或多台同时开启，降低流量满负荷使用，尽量避免采用调节一台泵流量完成。(3)定期通过在线监测系统与现场观测相结合，观测泵运行过程中振动等异常现象，做好相关数值记录；同时制定检维修计划及范围。(4)前期国内大多LNG储罐低压泵及底阀部件均为国外产品，圆锥形、圆柱形等结构形式差异，应确保部件间隙配合误差、轴承使用寿命等，有效控制振动噪声产生的因素。

4 结论与建议

随着国家“十三五”规划推进，能源行业调整产业结构，江苏、浙江、天津、福建等沿海城市LNG接收站改扩建发展迅速。同时许多第一批低压泵已到服役检维修周期，各大接收站要充分发挥在线监测技术优势，及时记录泵运行工作参数，防止易损件磨损量超过泵体径向力和轴向力临界上限；同时避免接收站终端在正常运营期间停泵或调整配合值、动平衡试验等大修情况发生。还要通过不断加强与国内厂家合作，优化水力模型联合开发新产品、新技术，扩大接收站终端设备国产化范围；同时不断从检维修、工程案例中总结噪声值超标的影响因素，为解决国产LNG低压泵减振降噪问题提供有力的技术支撑。

◆参考文献

[1] 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)：39-42.

[2] 仇德朋，孟铁柱等. LNG接收站低压系统的水击模拟及分析[J].煤气与热力，2014，34(7)：6-9.

[3] 任晓善主编. 化工机械维修手册[M].北京：化学工业出版社，2004.