LNG储罐低温潜液泵自主工程安装技术分析.pdf

科技与创新Science and Technology&Innovation862023 年 第 19 期文章编号：2095-6835（2023）19-0086-03LNG 储罐低温潜液泵自主工程安装技术分析曹 玉（中联煤层气有限责任公司，北京 100016）摘要：通过某 LNG（Liquefied Natural Gas，液化天然气）接收站储罐项目低温潜液泵自主安装施工实践的经验积累总结，介绍了低温潜液泵工程安装具体流程、步骤及注意事项，包括安装前准备工作及安装过程中各工序衔接步骤和整个过程中需要重点关注的安全控制措施，以期对同类项目 LNG 低温储罐潜液泵的安装运行提供借鉴。关键词：潜液泵；LNG；储罐；工程安装中图分类号：TE974.1文献标志码：ADOI：10.15913/ki.kjycx.2023.19.026伴随着 LNG 清洁能源的迅猛发展，大量 LNG 储罐纷纷在中国东部沿海兴建和投产，总量超过 3 500 万 t，超过西气东输一线和二线管道的总量，LNG 技术在中国得到了快速的发展1。LNG 接收站储罐里的离心式潜液泵作为 LNG 低温储罐最为精密的机械设备，是实现整个 LNG 接收站工程对外运输 LNG 和建立保冷循环的唯一动力设备2，潜液式 LNG 泵具有许多传统泵无法相比的优势3，如无密封、温度场温度、共轴和自润滑等，因此得到广泛应用。但受制于深井安装的施工特点和超低温 LNG 特殊的工作介质，其安装流程较为复杂，安装精度和可靠性不易保证，长期以来不得不委托美国、日本、法国等少数的国外低温潜液泵制造商安装、调试完成。不仅受制于外方技术垄断，同时严重影响项目进度。通过某 LNG 接收站储罐项目低温潜液泵安装的施工实践，经过不断的经验积累，初步掌握了低温潜液泵的安装方法，以期对同类项目LNG 低温储罐潜液泵的安装运行提供借鉴。1潜液泵工程安装LNG 低温储罐潜液泵在安装过程中首先需要进行泵井管的安装，借助测量设备与工具确保安装的垂直度、内径圆度等符合泵的安装要求；然后安装底阀，过程中要保证底阀的水平度和连接紧固度；再将潜液泵吊至罐顶并拆箱，进行泵体顶部的动力、仪表与接地电缆连接，并更换罐顶的悬臂吊钢丝绳，用悬臂吊配合将泵体按步骤放入泵井管内；同时电缆等随着泵体逐步下放；最后进行顶盖的安装并调节底阀开度以确保泵体和底阀的正确配合以及与外部电缆的连接，确保符合厂家设计要求。1.1安装前的检测工作1.1.1泵的垂直度、内侧圆度和直线控制检测泵井在制作过程要保证管道的垂直度和内侧圆度。在管道焊接过程中采用单面焊双面成型工艺措施保证焊接过程对管道变形的影响，同时将内部焊缝全部打磨平齐。制造过程中要多次使用“假泵”进行模拟来通过试验，使垂直度和圆度满足潜液泵通过要求。1.1.2底阀开度调节提升潜液泵调整过程中，通过监测手拉葫芦下方的弹簧秤示重变化，间接得到底阀的开度信息，经验证无误后，将二者的对应关系永久标记在提升轴上部，为投产后的检修与回装提供重要的经验数据。1.2安装材料与配件LNG 低温储罐潜液泵在安装过程中所需主要材料为：潜液泵各部件，包括底阀、泵体、顶板、电缆/支撑钢丝绳束、电气接线箱、假泵等；过程中涉及的主要设备，包括悬臂吊机、手拉葫芦、地牛、弹簧秤、垫木、支撑棒、提升轴垫块、小型垫片、兆欧表、深度计、钢卷尺、扭矩扳手、普通扳手、压线钳、对讲机等。1.3潜液泵工程安装1.3.1安装前准备在离开工厂时设备包装应不受机械损伤和污染。待设备抵达安装现场后，要防止设备损坏、受潮和灰尘污染，安装前确保保护袋完好。如有损坏，应按照厂家提供的指导书立即进行重新包装。安装前，必须彻底清洗整个系统。管道、筒体及储罐内的水、垃圾、焊渣、铁屑、铁锈和其他杂质都要清除彻底。如果泵在安装后长时间不用，系统中的开口必须用法兰封住，同时开口处应用低压干燥氮气覆盖或者用露点最高为20 的干空气净化，直至系统准备使用，尤其是在潮湿气候中，此步骤是绝对必要的。潜液泵安装前，当泵在直立位置并用起重机吊起Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 19 期87时，确保在任何一个方向用手转动诱导轮时泵能够自由转动，且缓慢而平稳地逐渐停止。如果用手不能转动或者转动不平稳的泵，已有一定的损坏，不能进行安装。同时，在泵导线的连接处，需用兆欧表检测对地的绝缘电阻。该检测的目的是确定在运输过程中绝缘系统是否遭到损坏，当湿度大于 70%，绝缘电阻在 5 M以上可以接受；当湿度小于 70%，绝缘电阻在 10 M以上可以接受。1.3.2安装工序LNG 低温潜液泵安装的关键施工工序如下。1.3.2.1泵井尺寸复测泵井管起自泵井平台上方，自上而下先后贯穿穹顶、吊顶，直抵内罐底部，具有支撑潜液泵和输送 LNG液体 2 个主要作用。潜液泵安装前，应对泵井管的圆度、垂直度、水平度等 5 个关键尺寸进行复测。其中，内径圆度任意深度处泵井管内径均应大于潜液泵泵体的最大外径D，且最大偏差不应超过 10 mm；相邻 2 节泵井管垂直度偏差不应大于 2 节泵井管总长的 1/1 000，泵井管最大垂直度偏差不应大于泵井管总长的 1/500；泵井管下法兰的法兰端面与水平面夹角的正切值 tan应小于1/500；泵井管环焊缝的内部余高应彻底去除，外部余高应小于 1.5 mm；底阀与内罐底板间距值不小于25 mm。1.3.2.2泵井通测为验证泵井管任意深度处的几何尺寸均满足安装要求，应降低泵体卡滞和设备损坏的风险，潜液泵安装前通常采用一个与它等外廓尺寸的假泵进行泵井通测。假泵通测步骤如下：在假泵顶板上粘贴反光贴，并将它吊至泵井平台上方；将假泵试放入泵井内，调整假泵位置使它与泵井管同心；启动吊机将假泵缓缓下放，根据钢丝绳张紧及反光贴反光状态判断假泵通测质量；若假泵顺利到达储罐底部则说明该泵井管单向通测合格，缓慢提升钢丝绳进行反向通测，双向通测均合格则说明该泵井管 1 个通测往返合格；同一泵井管，若 23 个通测往返均合格则认为该泵井管通测合格，满足安装要求；通测期间若假泵卡滞，应通过标记钢丝绳的方法记录卡滞位置，并通过千斤顶局部顶撑或角磨机打磨等方法进行调整，直至假泵通测合格。1.3.2.3底阀安装为了有效隔离储罐和泵井内的超低温 LNG 液体，便于投产后对潜液泵进行检修和回装，泵井底部装有底阀。底阀通过螺栓与泵井下法兰相连，其工作原理是：潜液泵就位后，底阀在泵体的重力作用下开启，LNG 低温液体可以自由进入泵井管内；潜液泵提出后，底阀在弹簧力的作用下关闭，泵井内外低温 LNG 液体隔离。底阀安装步骤如下：首先通过悬臂吊机，将底阀吊进罐内，平放在预先准备好的地牛上；然后将地牛推至泵井下方，调整位置使底阀与泵井下法兰螺栓孔对齐，按照对角交替预紧原则，使用记号笔为每对螺栓孔标记拧紧顺序；再将金属垫片平放在底阀法兰主密封面上，将地牛缓慢提升至与泵井下法兰轻微接触，将螺栓、螺母和垫片穿入每对螺栓孔，并手动预紧至最大扭矩；同时检查泵井下法兰与底阀对中度（要求测量点位应不少于 8 个，最大偏差不大于1 mm），依照已标明的预紧顺序分 4 次将各螺栓拧紧到指定力矩值；最后采用螺母锁丝将相邻螺母以循环方式直接相连。1.3.2.4顶部线缆连接泵体上需要连接的线缆包括 3 根动力电缆、1 根接地电缆、1 根仪表电缆、1 根支撑钢丝绳及 1 根提升钢丝绳。其中 3 根动力电缆、1 根接地电缆、1 根仪表电缆、1 根支撑钢丝绳形成电缆/支撑钢丝绳束，如图 1所示。支撑钢丝绳长度需与泵井深度严格匹配，安装后用于承受提升钢丝绳、电气电缆、仪表电缆及自身的全部质量，并避免潜液泵倾斜。提升钢丝绳比泵井管长约 10 m，与吊机滚筒连接后用于泵体提升或下放，罐内泵安装完成后多余钢丝绳缠绕在泵顶盖下方。图 1LNG 低温储罐潜液泵顶部线缆连接示意图顶部电缆连接需要将泵体移至泵井口上方，下放吊机至泵体顶部与泵井口基本持平，将垫木对称放在泵井法兰端面上；并将支撑棒穿入下部支撑板的中间圆孔，继续下放吊机至支撑棒完全压在垫木上；然后科技与创新Science and Technology&Innovation882023 年 第 19 期开箱检查电缆/支撑钢丝绳束，并使用 500 V 档兆欧表测量、相间绝缘，确保相间阻值大于 50 M，并将电气接线柱上的绝缘套管拆下，穿入对应电缆并将 3 根动力电缆连接至对应接线柱；最后将接地电缆连接到接地柱上、仪表电缆连接到仪表接线柱上。1.3.2.5泵体下放泵体下放过程中应避免过度弯曲而导致线缆损伤，具体步骤如下：提升吊机至支撑棒恰好离开垫木，将泵体重力转移到吊机；移开垫木和支撑棒后缓慢下放吊机，同时输送电缆/支撑钢丝绳束进入泵井内；在第一个线缆压块接近泵井口时停止下泵，用塑料布或盖板遮住泵井口，防止后续操作时的工机具或安全帽等掉入；用力绷紧电缆/支撑钢丝绳束，将提升钢丝绳压入线缆压块对应的沟槽中，紧固螺栓至指定力矩，并用开尾销锁紧螺母；移除泵井口的塑料布或盖板，继续下放泵体至下一个线缆压块接近泵井口；重复上述步骤，直至将所有线缆压块固定到提升钢丝绳上；待提升板接近泵井口时停止下泵，用塑料布或盖板遮住泵井口，将垫木对称放在泵井法兰端面上，将支撑棒穿过上部支撑板圆孔；继续下泵至支撑棒完全压在垫木上；最后将提升钢丝绳螺纹端从吊机主钩子滚筒上拆下，为吊机更换之前卸下的普通钢丝绳，整理电气电缆、仪表电缆以备顶板安装。1.3.2.6顶板连接顶板连接较为简单，过程中需要注意以下 2 点：要为动力电缆穿束绝缘套管，并将 U、V、W 端分别连接至对应的接线柱上，拧紧螺栓至指定力矩；要将剩余的提升钢丝绳缠绕在提升钢丝绳支架上，并用 U 形卡固定，缠绕后的提升钢丝绳应留有 0.81.2 m 的余量，以确保泵体低于安装位置时提升钢丝绳不被拉紧。1.3.2.7提升设备调整调整提升设备过程中首先要启动吊机缓慢提升顶板至支撑棒恰好离开垫木，期间迅速移开垫木和支撑棒，并在泵井主法兰外圈放置小型垫圈，缓慢下放顶板至主钩钢丝绳完全松弛。通过自主实践，建议在吊机主钩上安装 2 t 手拉葫芦，手拉葫芦下方通过马蹄扣依次连接弹簧秤和提升轴。然后松开提升轴填料板上的螺栓，确保提升轴能自由滑动，释放填料板压力并拉动手拉葫芦铰链，轻微提升提升轴至能够顺利移除轴肩下方的支撑垫块；过程中记录弹簧秤示重和提升轴初始高度（轴肩至填料板之间距离）；然后继续拉动手拉葫芦放低提升轴，每下降 10 mm 记录一次弹簧秤上示重，并绘制弹簧秤示重-提升轴高度曲线，记录弹簧秤示重开始趋于稳定时的提升轴高度，如果该值介于 50100 mm 之间则说明电缆/支撑钢丝绳束安装正确；否则，应对可调节螺杆进行相应调整，直至满足要求。最后启动吊机，通过顶板吊耳缓慢提升顶板，移除泵井主法兰边缘的小型垫圈并使用记号笔在顶板主法兰螺栓孔附近标记拧紧顺序。待确认主法兰面无杂物或损坏，从顶板下方取下垫片，平放在法兰密封面上，参照底阀螺栓安装方式，标记拧紧顺序，并分4 步紧固至指定力矩及紧固填料板上的螺栓，拧紧至指定力矩并在提升轴上方安装防雨罩。1.3.2.8外部动力电缆连接电缆连接（如图 2 和图 3 所示）尤为重要，具体步骤如下：移除泵顶板电气管嘴上的保护罩，固定电缆引线防止电缆掉入泵井，同时移除电缆终端上的防护罩和绝缘套管；水平提升电缆终端至与电气管嘴等高，将绝缘套管滑到电气管嘴内的电缆上；将管嘴内电缆对应连接至电缆终端的接线柱上将绝缘套管滑到电缆接头，并拧紧；将电缆终端与管嘴法兰用螺栓相连，并拧紧螺栓至指定力矩；拆除电气接线箱盖板，将电缆填料函套入动力电缆，将动力电缆引进接线箱，剥皮至要求长度，按要求制作接线端子并做好绝缘；固定密封电缆填料函，将动力电缆接至对应的接线端子，将接地电缆接至接地端子；盖上接线箱盖子，拧紧螺栓至指定力矩。图 2电缆连接示意图图 3电缆终端示意图外部动力电缆连接完毕预示着 LNG 低温罐潜液泵顺利安装完毕，经统一测试即可投入运行。（下转第 91 页）动力电缆端子接地电缆防爆填料函接地端子绝缘套管接线柱Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 19 期91char taskName256；/任务名称char taskState32；/任务状态;回调函数原型为：typedefvoid(*TroubleTaskFuncPtr)(constTroubleTaskStructtroubleTaskVector，inttroubleTaskNum);在调用 taskStatusString 函数检测到有出错的任务后，调用回调函数实现对异常任务的监控。在回调函数中将异常任务信息保存在日志文件中，便于事后分析。在 对 每 个 任 务 进 行 监 控 时，还 可 以 调 用checkStack(int taskNameOrId)函数检查每个任务的堆栈情况，调用 memShow(int taskNameOrId)函数检查内存使用情况。采用任务监控的方法，可以实现对 VxWorks 系统下所有任务的实时监控。4采用异常处理钩子函数在异常服务程序中保存异常现场VxWorks 系统提供 excHookAdd()钩子函数对系统异常进行处理3，该函数的原型为：Void excHookAdd(FUNCPTR excepHook)；其中 excepHook 指向用户定义的异常处理程序，当系统检测到异常时，会自动执行用户定义的异常处理程序。excHookAdd()钩子函数也是针对每个任务进行异常处理的，用户可以在自定义的异常处理程序中将当前任务中的关键和重要信息保存到文件中。5结束语针对 VxWorks 系统下软件死机和复位故障难以定位的问题，本文提出了一种 VxWorks 系统下软件死机的故障定位方法。该方法利用 ED&R 工具诊断故障，采用全局重定向和任务重定向输出系统故障和任务故障，利用内存错误检测技术查找程序运行过程中的内存错误，设计任务监控获取出错任务的名称和状态，并采用异常处理钩子函数在异常服务程序中保存异常现场。本文采用的故障定位方法可以有效记录系统死机和复位时系统级和任务级的故障信息，便于软件开发人员快速定位故障发生点，引导软件开发人员向着正确的排故方向进行故障原因分析。参考文献：1殷战宁，刘琳.VxWorks 的内存配置和管理J.舰船电子对抗，2012，35（3）：104-1092苏玉强，刘颖，张磊.VxWorks 下的任务监控方法及其应用J.工业控制计算机，2008（2）：35-363边聚广，魏海光，许春雷.基于异常处理的控制系统软件故障定位方法J.微处理机，2012，33（4）：59-62，66作者简介：赵昶宇（1982），男，陕西汉中人，工学硕士，高级工程师，主要从事嵌入式系统软件测试方面的研究。（编辑：张超）（上接第 88 页）2安全控制措施潜液泵安装期间应采取如下安全措施：配置专职安全管理人员，全面负责潜液泵安装期间的安全监护工作；严格执行 JSA（Job Safety Analysis，工作安全分析）、班前会制度，强化作业人员安全意识和风险意识；严格执行起重作业管理制度、限制空间作业许可管理制度、隔离锁定管理制度、PPE（个人防护装备）管理制度、消防管理制度、交叉作业管理制度等相关规章制度；编制专项应急预案，有效应对和处置潜液泵安装过程中可能发生的突发事件。3结论通过某 LNG 接收站储罐项目低温潜液泵自主安装的施工实践，经过不断地经验积累和凝炼总结，初步掌握了该类低温潜液泵的安装方法，通过对低温潜液泵工程安装前准备工作及安装过程中各工序衔接步骤及整个过程中需要重点关注的安全控制措施的系统介绍，以期对同类项目 LNG 低温储罐潜液泵的安装运行提供借鉴。参考文献：1孙晓玲，刘忠明，张燕.液化天然气潜液泵的研制J.低温工程，2010（2）：20-232梁骞，厉彦忠，谭宏博，等.潜液式 LNG 泵的结构特点及其应用优势J.天然气工业，2008（2）：123-125，175.3张翼飞，仝晓龙.液化天然气气（LNG）输送泵的特点与应用J.水泵技术，2006（6）：38-40.作者简介：曹玉（1987），女，研究生，工程师，研究方向为非常规天然气相关科技管理。（编辑：丁琳）