李鑫;陈帅
【摘 要】防褥疮垫
国内LNG接收站通常采用一台海水泵额定流量运转为一台开架式气化器（ORV ）提供海水的模式气化LNG ，非冬季运行，由于海水温度较高、外输天然气流量较小，ORV所需海水流量小于海水泵额定流量。所以，此运行模式普遍存在能耗过剩。同时，由于外输天然气压力调节范围较大，而高压泵只能提供其额定出口压力。因此，当外输天然气压力较小时，高压泵出口压力过剩，导致能耗过剩。为了解决海水泵、高压泵能耗过剩问题，开展了对其变频节能的探究。首先，分析了海水泵、高压泵变频的必要性；然后，以海水泵为例，以其特性曲线为基础，计算了海水泵工频出口压力及电机功率，再运用二分法及泵相似理论计算了海水泵变频电机功率；之后对海水泵及高压泵工频计算进行了误差分析，最大相对误差为3．5％；最后，通过能耗对比发现：海水泵采用变频，每年可节省电能39．41％；高压泵采用变频，每年可节省电能47．39％；采用海水泵、高压泵变频，接收站每年可节省经济成本约426万元。%Domestic LNG terminals usually use the model that a seawater pump with rated flow operation provides seawater for a single open rack vaporizer (ORV ) to gasif y LNG .Due to higher seawater temperature and lower natural gas flow of external input ,the required seawater flow of ORV is less than the rated flow of seawater pump during non‐winter operation .Therefore ,this operation model is associated with excess energy consumption .Meanwhile ,since the pressure range of natural gas pressure of external input is wide and the high‐pressure pump can only provide the rated outlet pressure ,so the outlet pressure of the high‐pressure pump will be excessive when the pressure of natural gas of external input is lower ,and resulting in excess energy .In order to solve the excess energy consumption problem of seawater pump and high‐pressure pump ,this paper started to explore its frequency energy‐saving .Firstly ,necessity of seawater pump and high‐pressure pump frequency was analyzed .Secondly ,in seawater pump ,for example ,outlet pressure and motor power of power frequency was calculated based on its characteristic curve .Then motor power of variable frequency was determined with the dichotomy and the similarity theory of pump . Thirdly ,error analysis of power frequency was made on the seawater pump and high‐pressure pump ,showing the maximum relative error is 3 .5% .Finally ,through the comparison of the energy consumption ,the se
awater pump with variable frequency could save energy by 39 .41% per annum ,while the high‐pressure pump with variable frequency could save energy by 47 .39% per annum .Furthermore ,economic cost of approximate 4 .26 million yuan in LNG Terminal could be saved with variable frequency seawater pump and high‐pressure pump per annum .
【期刊名称】《石油与天然气化工》
【年(卷),期】2016(045)005
不倒翁沙袋【总页数】7页(P100-106)
【关键词】LNG接收站;海水泵;开架式气化器;能耗过剩;高压泵;变频节能
【作 者】李鑫;陈帅金刚石复合片钻头
【作者单位】新疆华隆油田科技股份有限公司;中石油大连液化天然气有限公司
【正文语种】中 文
【中图分类】TE89
LNG接收站(以下简称“接收站”)气化外输工艺涉及的机泵包括低压泵、海水泵和高压泵[1-3]。LNG经低压泵一次加压送至高压泵,经高压泵二次加压后的LNG被气化器气化后输送至外输管网。其中，低压泵属于小扬程、小流量机泵，运行功率较小；而高压泵则属于大扬程、小流量机泵，其额定出口压力(表压，以下所有压力均为表压)可达11.5 MPa，是接收站功率最大的机泵；海水泵则为开架式气化器(ORV)提供海水来气化LNG，虽然其扬程较小，但出口流量较大，运行功率也较大。因此，从机泵自身特性出发，海水泵和高压泵存在变频节能的可能性。
1.1 海水泵流量过剩
目前,国内通常采用一台海水泵额定流量运行为一台ORV提供海水的模式运行,但ORV气化的LNG流量是随着外输天然气需求量(以下简称“外输量”)的变化而改变的；并且ORV气化LNG所需海水流量又主要受LNG流量和海水温度的影响。当LNG流量增加时，所需海水流量也增加。同时，当海水温度升高时，所需海水流量便会减小。而国内接收站通常存在着冬季外输量较大，非冬季(每年4～11月)外输量较小的现象,同时又因非冬季海水温度高于冬季海水温度。因此,非冬季运行时，接收站海水泵明显存在流量过剩。如某LNG接收站非冬
季ORV基本运行参数见表1。非冬季平均外输量(即ORV气化的平均LNG流量)为120 t/h，海水泵额定流量为9 180 t/h，而ORV所需海水流量仅为4 560 t/h，比海水泵最小海水流量6 426 t/h还低，说明此接收站海水泵选型流量偏大。为了解决此问题,可选择配置较小流量的海水泵，或直接对海水泵进行变频改造。
1.2 海水泵出口压力偏高
接收站海水泵出口压力应根据ORV运行所需海水压力来确定。不同接收站由于海水管线长度和安装的不同，海水泵出口至ORV入口管线压力损失也不尽相同，如某LNG接收站压力损失50 kPa(见图1，PI_1-PI_2=50 kPa)。而此接收站经过测试发现，ORV入口压力为100 kPa即可满足ORV的正常运行，即海水泵出口压力为150 kPa方能满足要求。但实际运行中,海水泵出口压力为210～230 kPa，说明海水泵出口压力明显偏高。为了解决此问题，可选择配置扬程较小的海水泵或适当减少叶轮数量，同时也可直接对海水泵进行变频改造。
综上分析，对海水泵进行变频改造可适当减少海水泵运行中的能耗过剩现象。
1.3 高压泵出口压力无法调节
接收站外输天然气压力直接受到外输管网压力需求的影响。由于外输管网压力并非固定值，会有不同程度的变化(如某LNG接收站其外输管网压力范围为5～9.3 MPa)，而为了满足最高压力的需求，接收站高压泵选型时额定压力就必须高于此最高压力；但当外输需求压力降低时，接收站就只能通过气化器入口阀门进行降压，造成高压泵能耗浪费。如某LNG接收站非冬季外输基本运行参数见表2。从表2可以看出，高压泵额定出口压力高出外输管网压力近5.5 MPa，而高压泵出口至外输管网的管道压损为0.5 MPa，即通过阀门损耗了5 MPa的能耗。为了解决此问题，可选择多种类型的高压泵，或直接对高压泵进行变频改造，达到无损失调节压力的目的。
陶瓷膜过滤系统2.1 海水泵变频探究[4-6]
2.1.1 海水泵工频计算
图2为某接收站海水泵特性曲线图,给出了海水泵扬程、效率随海水泵流量的变化趋势。从图2中取出相应的数据点，并利用1stOpt软件拟合出对应函数关系式。如式(1)为海水泵扬程与海水泵流量的函数式，式(2)为海水泵效率与海水泵流量的函数式；并在表3中给出对应拟合参数的值及相关系数Re。
式中:Hswp_pf为海水泵工频扬程，m；Fswp_pf为海水泵工频流量，m3/h；Eswp_pf为海水泵工频效率，%；pi为拟合函数式系数，i=1、2、3、4、5、6、7。
摇臂式喷头在获得海水泵扬程后，便可用式(3)求解出海水泵的有效功率，并根据有效功率与轴功率的关系(Posha_pf= Poval_pf/Eswp_pf)求得海水泵工频轴功率(Posha_pf，kW)。
式中：Poval_pf为海水泵工频有效功率，kW；ρsw为海水密度，1 030 kg/m3；g为重力常数，N/kg。
求出轴功率后，再用电机功率与轴功率的关系(Pomot_pf= Posha_pf/Emot_pf)求得海水泵工频电机功率(Pomot_pf，kW)。其中，Emot_pf为海水泵工频电机效率(%)；而电机效率则可通过由表4给出的数据，拟合出轴功率与电机效率间的关系式(见式(4))求得。
式中：k1=83.604 134 506 7;k2=0.443 058 759 5;k3=-0.060 720 653 321 5;k4=-1.476 524 052 42；Re=1。
2.1.2 海水泵变频计算
求解海水泵变频功率，首先应确定海水泵出口目标压力(根据1.2的分析将出口目标压力设置为150 kPa),并将出口目标压力转化为目标扬程；然后利用海水泵特性曲线和泵相似理论求解相似流量和实际扬程；最后再利用式(1)～式(4)求得变频后的电机功率和海水泵实际出口压力。
(1) 目标压力转化为目标扬程。将海水泵出口目标压力转化为目标扬程可按式(5)进行转化。
式中:Hg_vf为海水泵变频目标扬程，m；pg_vf为海水泵变频出口目标压力，kPa；Lsw为泵井海水液位，m；Hswp_δ为海水泵出口与吸入口高度差，m；Hc为扬程、压力转化修正系数，6。
(2) 变频相似流量及实际扬程求解。海水泵变频相似流量及实际扬程的求解可采用二分法[6]，并按图3流程完成。
①设定海水泵最大、最小流量(Fswp_max、Fswp_min)，额定转速(Nrt)，变频目标流量(Fg_vf)，变频目标压力(Pg_vf)及循环次数控制量(j=0)。
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