论柱塞泵在L-CNG行业中的运用

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1、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

2、：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

3、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

4、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，

5、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

6、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[3]格的保冷处理，可以产用PPI发泡保冷，配以马蹄子和铝皮进行防水防腐处理。有条件的该段管路产用真空管路，泵的进液管路的保冷效果直接影响到柱塞泵的使用效率，设计和布局时应该审慎考虑和

7、认真施工。柱塞泵输送的液体在大多数情况下是出于饱和状态的，在储罐向泵输送液体过程中，由于压损而使部分液体气化，形成气腔，慢慢形成气蚀，直接影响到泵的工作效率和泵的使用[1]寿命，因此泵的进液管路的正确安装就显得十分重要了。3、柱塞泵的回气管路：柱塞泵的回气管到储罐的气体排放口的管路布局同样需要布局简洁且距离尽可能短，泵回气口至储罐气相口管路有一个向上倾斜的坡度，避免产生龙门虹吸管路，从而造成回气不畅，管路同样需要做保冷处理。储罐在向泵输送液体过程中由管路的黏性侵蚀、温差及阀门处的压损，势必造成低温的液体气化形成气腔堆积在泵头进液腔内，合理的回气管路的布

8、局能使液体在输送过程中形成的气腔顺利回到储罐内，从而避免泵头内的气腔形成气蚀，造成对泵的伤害，