论柱塞泵在L-CNG行业中的运用.pdfVIP

概述柱塞泵在L-CNG 加气站的运用 史海峰 （张家港中集圣达因低温装备有限公司，张家港市金港镇南沙港西中路，215632） 摘要：随着全球能源结构多元化，传统石油能源日益枯竭，国际原油价格高举不下，天然气 作为一种新兴清洁能源，近 10 年在国内得到迅速发展。往复式低温柱塞泵是一种体积泵， 主要用于流量小，压力高（20Mpa）的液体的输送，通过空温式汽化器将低温高压的LNG 转 化成常温高压的CNG，经过高压储气瓶组的存储，供CNG 汽车车载气瓶使用。本文通过对柱 塞泵原理的分析，讲述柱塞泵在L-CNG 加气站工程中的布局及使用。 关键字：柱塞泵，L-CNG，加气站，运用。 前言：L-CNG 加气站一般由低温储罐（储液区）、往复式低温柱塞泵（动力设备）、高压空温 式汽化器、充气顺序控制盘、水浴加热器（往往运用于冬季气温较低的地区）、高压储气瓶 组及CNG 加气机组成 （图1）。储罐内低温低压的液体（LNG）经柱塞泵做往复式运动加压成 20Mpa 左右的低温高压的液体，通过空温式汽化器转换成常温高压的气体，经充气顺序控制 盘供高压储气瓶组存储，变成高压常温的压缩气体（CNG），最后通过CNG 加气机对车载气瓶 进行充装。本文通过对低温柱塞泵结构和原理的分析，使柱塞泵在L-CNG 加气站中得到合理 有效的布局，从而避免柱塞泵在运行过程的空车现象，达到效益最大化。 图1：L-CNG 加气站的工艺流程图，其中GV1 至GV8 是紧急切断阀，可见L-CNG 加气站由柱 塞泵进液、回气、出液三段管路，辅以紧急切断阀、低温截止阀、安全阀、高压卡套球阀组 成。 一、柱塞泵的结构及原理： 往复式低温柱塞泵主要由三部分组成：一、三相异步电机（变频电机），是柱塞泵 的动力驱动设备；二、传动箱，产用油浸式的凸轮轴（偏心轮）及轴承结构，将电机输 出的机械能传递给泵头做往复运动进行液体的压缩；三、低温真空泵头，由缸体、缸套、 [1] 活塞组件、各类密封器、进出液单向阀等组成 （图2）。 往复式低温柱塞泵是一种正变量的体积泵，主要运用流量小，输出液体压力较高 [2] （20Mpa）的不受污染的场合 ，往复式低温柱塞泵与其他泵相比，故障率较高，稳定 性较差，其故障主要表现为，泵后压力上不去和效率不高（压力上升很慢）。 工作原理：三项异步电机带动偏心轮做往复式运动时，当活塞杆往后拉时，活塞压 缩行程变长，工作腔内的空间变大压力变小，当工作腔内压力低于进液腔的压力时，工 作腔的单向阀打开，液体由进液腔进入工作腔，由于低温的液体是不能被压缩的，活塞 杆往前运动时，进行加压液体，所以活塞杆在做往复运动时，使机械能转化为液体的压 力能，液体的压力越压越高，当压力高于出口压力时，出口处单向阀打开，液体排出去， 柱塞泵如此往复的输送液体，实现低温低压的液体加压成低温高压的液体 （图3）。 所以往复式低温柱塞泵前半个周期是吸入液体，后半个周期是排出液体，排液是间 断式的，并非是连续的。 图2：国产某公司的往复式低温柱塞泵，从左往右依次为三相异步电动机、传动箱、 低温泵头。 图3：往复式低温柱塞泵工作原理简图，图片来源于互联网。 二、L-CNG 加气站工艺管路布局： 1、储罐： 对于L-CNG加气站而言，储罐尽量使用立式低温储罐，使LNG液体的净正压头（NPSH） 足够大，储罐至少有2 个口，底部的液体排放口和顶部的气体排放口。对于在特殊的无 法使用立式低温储罐情况下，使用卧式储罐时，卧式储罐的底部支撑高度尽量在2 米以 上，以提高净正压头（NPSH）。 2、柱塞泵的进液管路： 储罐液体的排放口到柱塞泵的进液口的管路布局尽量简洁其间的距离尽可能的短（一般 距离控制在5 米以内），管路上尽量减少不必要的阀门，液体每经过一个阀门就会产生一个 压损，故一般配一个低温截止阀和一个紧急切断阀即可。管路沿储罐液体排放口至泵进液口 应有向下倾斜的坡度，避免产生龙门虹吸管路，以造成管路的进液不畅。同时管路要进行严