介紹了LNG泵運行中干氣密封出現的一些故障和改造處理措施，為LNG站的運行提供了可借鑒的經驗。

　　南天電力5#燃氣輪機為alstom公司的GT13E2型燃氣輪機，由于該機型主要設計燃用天然氣，而最初建機組時未有大量天然氣供應且油價很低，故采用了燃燒0#輕柴油并注水的運行方案。后來因為油價不斷上漲，機組運行處于虧損狀態，油改氣勢在必行。該廠自建了一個中型LNG氣化站，從新疆和海南通過專用槽車運送LNG到站，氣化后用于機組發電。自建LNG氣化站工程保證了機組用氣的連續性，真空技術網(http://smsksx.com/)認為對公司的發展具有重要意義。

1、LNG氣化站系統介紹

　　LNG氣化站系統如圖1，主要工藝流程如下：槽車內的LNG通過輔調或儲罐增壓器氣相增壓，液體利用卸車烴泵輸入LNG儲罐，罐內LNG經過輸液烴泵增壓到3.2～4.2MPa進入水浴式主氣化器(另有一路最小流量進入LNG儲罐，在起泵初期使用，流量正常時關閉)，在主氣化器內受熱氣化為NG，進入容積50m3的緩沖管(減緩壓力波動，輸液烴泵故障時維持天然氣壓力不急劇下降，方便輸液烴泵聯動切換，確保機組安全運行)，NG 經過主調壓站減壓到2.7MPa，經過濾網與計量模塊，供給GT13E2機組發電。其中最主要的設備有卸車烴泵4臺，LNG儲罐8臺(每臺容積150m3)，輸液烴泵2臺，水浴式主氣化器2臺，壓縮機1臺，儲罐增壓器2臺，BOG加熱器2臺，主調壓器2路，輔調1路，緩沖管和集氣管各1個。氣化站8臺LNG儲罐的容量可供GT13E2機組滿負荷200MW運行一天，設計流量48 000 m³/h(標準立方)。在機組停運期間，儲罐內的LNG受熱蒸發，儲罐內壓力會越來越高，達到一定壓力后，儲罐內上部的氣體經過BOG加熱器進入集氣管，然后經壓縮機增壓輸入高壓緩沖管，緩沖管內的氣體經輔調可供LNG槽車卸車時增壓用。如果LNG儲罐太高，壓縮機抽不及，可以通過儲罐的EAG排放管并經過EAG加熱器，進入放散塔直接排入大氣。LNG的主要成分都易燃易爆，并且液體溫度可低達-160℃，危險性比較大，平時要做好防火防爆、防低溫灼傷工作。

2、LNG泵故障及改造

　　LNG氣化站中輸液烴泵非常重要，直接關系到機組的安全運行。由于輸送液體的特殊性，輸液烴泵不同于一般水泵，在防爆、耐低溫方面要求的很嚴格，而且由于LNG 很容易氣化，采用了干氣密封。干氣密封是一種無液體潤滑的氣體密封，它和普通機械密封的區別在于其動環上刻有螺旋槽(見圖2)，當動環旋轉時，氣體由外邊沿槽向內徑方向流動，最后被密封壩阻擋，提高了氣體壓力，這一流體動壓作用在動靜環之間，把兩者分開，形成一定厚度的氣膜，實現非接觸式密封;在動環靜止的時候，密封壩與靜環端面緊密接觸，同樣可以起到很好的密封作用。我廠采用美國RUHRPUMPEN 生產的多級離心式輸液烴泵，2臺并列，互為備用。從運行情況看，主要有下面一些問題。

圖1 LNG 氣化站系統流程示意圖

圖2 干氣密封動環端面上的螺旋槽

　　2.1、廠家安裝質量不過關

　　機組運行一段時間后，其中一臺輸液烴泵卡死不能轉動。開始以為是由于預冷過快使主軸彎曲，解體檢查才發現是其中一個葉輪安裝有問題，運行中變形移位，與泵殼摩擦卡住。由于該級葉輪已經不能使用，又沒有備件，只好在缺一級葉輪的情況重新安裝，作為備用，備件到位后才恢復正常。

　　2.2、泵體密封存在缺陷

　　干氣密封是20世紀60年代末期從氣體動壓軸承的基礎上發展起來的一種新型非接觸式密封，技術上是比較成熟的。但是我廠2臺輸液烴泵都多次出現干氣密封磨損的情況，由于進口干氣密封非常昂貴，改用成都一通科技有限公司生產的國產干氣密封，并且對輸液烴泵在結構上做了重要的改進，最終解決了干氣密封磨損問題，提高了機組的安全運行性。圖3為輸液烴泵密封結構示意圖，在設計上存在2個缺點：

　　(1)氣室和低壓液室之間的隔板與軸的間隙過大。由于隔板和軸之間的間隙過大，烴泵入口低壓液室與上面氣室直接連通，特別是起泵時入口壓力有0.05MPa左右的波動，入口低壓液室的冷液體就會因波動濺入氣室。鑒于此，可以在隔板孔處的軸上增加3個卡環，形成齒形密封，從而減小壓力波動對氣室的影響，避免冷液體濺入氣室。卡環的尺寸和位置以形成比較好的密封作用而在運行中又不碰磨為原則。

圖3 輸液烴泵密封結構

　　(2)擋液卡環尺寸過小。運行中由于高壓密封軸套的磨損，由高壓液室進入低壓液室的液體壓力變大，流量變大，而擋液卡環尺寸過小，不能完全擋住高壓密封軸套泄漏的較高壓力的液體，同時隔板與軸的間隙又過大，部分高壓低溫液體直接噴進氣室，使氣室外壁嚴重結霜，干氣密封受冷變形，密封端面磨損，O形輔助密封圈受冷失去彈性，密封性能變差。針對此種情況，可以加大擋液環尺寸。

　　在上述兩個缺陷中，尤其擋液卡環尺寸過小，高壓低溫液體直接噴進氣室，造成的危害最大，所以加大了擋液環尺寸，外徑由原來的46.8mm增大到60mm。由于增加3個卡環形成齒形密封的工作量比較大，卡環質量要求高，同時由于熱脹冷縮，合適的卡環位置也不能一次性確定，暫未進行該項改造。另外，在氣室外側還裝置了環形噴淋管，起泵初期用水沖淋，減輕結霜情況。改造后，輸液烴泵干氣密封處結霜現象消失，NG氣室結霜大為減輕，一般只是在啟動初期，氣室下部有輕微結霜，并且通過沖水可以得到控制。

　　2.3、海南LNG 壓力高影響干氣密封的壽命

　　對于干氣密封，氣膜剛度非常重要，剛度越大，抗干擾能力越強，也即自平衡能力越好，密封運行越穩定。氣膜剛度主要由氣體黏度和氣膜厚度來決定：氣體黏度越大，氣膜剛度越大;氣膜厚度越小，氣膜剛度越大。對于N2，其動力黏度主要決定于溫度，隨溫度升高而變大，和壓力基本沒有關系，在溫度變化不大的情況下可以看成常數，影響氣膜剛度的主要是氣膜厚度，但也并不是氣膜厚度越小越好，一般推薦的最佳氣膜厚度為2～3μm。

　　我廠的干氣密封是雙端面密封，結構示意圖如圖4。NG側動靜環摩擦副閉合力中的有效介質壓力為N2和NG之間的壓力差，即p2-p1(p2和p1均為表壓)，而大氣側動靜環摩擦副閉合力中的有效介質壓力為N2和大氣之間的壓力差，即p2。兩側動環共用一個彈簧，閉合力中的彈簧力相等，所以兩側閉合力的差值就是有效介質壓力的差值，也就是泵入口壓力p1：p1越大，兩側氣膜厚度差別也越大。在正常運行時，要求密封N2壓力比NG氣室壓力大0.138MPa左右，并基本保持不變，即p2-p1=0.138MPa 左右(就地表計顯示約20PSI)，所以NG側氣膜厚度基本不變，摩擦熱基本不變，N2泄漏量基本不變，其對NG側摩擦副的冷卻作用也不變，工況比較穩定。但在保持p2-p1=0.138MPa 基本不變的情況下，如果泵入口壓力p1變大，則N2壓力p2也要相應變大，這樣大氣側氣膜厚度就會變小，對N2濾網精度的要求會更高。另外，大氣側氣膜厚度變小，N2泄漏量會減少，不過N2壓力變大，泄漏量增大，兩者抵消，可以認為N2泄漏量也基本不變，其對大氣側摩擦副的冷卻作用也不變;但是氣膜厚度變小，摩擦熱也增大了，密封溫度會升高。特別是泵的啟動有個過渡狀態，在未形成穩定的氣膜前，摩擦副之間是直接接觸摩擦，泵入口壓力p1越大，直接接觸摩擦越大，對干氣密封危害越大。

圖4 烴泵干氣密封結構示意圖

　　我廠烴泵干氣密封在使用新疆LNG時很少出現問題，問題出現比較頻繁是在用海南LNG之后。這是因為與新疆LNG相比，海南LNG溫度高，對應壓力高，導致泵入口壓力p1高，大氣側氣膜厚度變小了，對N2的過濾精度就會要求的更高。在使用新疆LNG時由于氣膜厚度大，原來的N2濾網精度符合要求，能保證進如干氣密封的顆粒小于氣密厚度，危害較小，但在用海南LNG時，氣膜厚度變小，原來的N2濾網不能保證進入干氣密封的顆粒小于氣密厚度，危害性變大。實際檢查結果也表明，干氣密封的兩個摩擦副中，主要是大氣側有摩擦損傷(見圖5)。針對此種情況需要提高N2濾網精度，采用了成都一通科技有限公司的精度1μm的過濾器，從而使輸液烴泵運行情況得到大大改善。

圖5 烴泵干氣密封摩擦副損傷照片

3、結語

　　天然氣是清潔能源，燃燒天然氣有利于機組效率的提高，有利于機組使用壽命的延長，有利于節省運行維護成本，是燃氣輪機電廠的發展趨勢。隨著天然氣使用量的增加，LNG氣化站作為其中一個重要環節，將會越來越受到應有的重視。南天電力LNG氣化站在全國最先使用大功率輸液烴泵，運行中出現的一些故障和處理措施，為其他LNG站的運行提供了可借鑒的經驗。