Obecny stan i przyszłośćPompy kriogeniczne
W ostatnich latach gaz ziemny stale zwiększał swój udział w światowym zużyciu energii, pozycjonując się obok ropy naftowej i węgla jako jeden z trzech głównych filarów energetycznych. Skroplony gaz ziemny (LNG) jest uznawany na całym świecie za czyste źródło energii, oferujące liczne korzyści, w tym efektywność energetyczną, przyjazność dla środowiska, bezpieczeństwo, niezawodność i korzyści ekonomiczne. W Chinach krajowy „12. plan pięcioletni” zachęcał do rozwoju i wprowadzania LNG. Do 2012 r. Chiny utworzyły 12 terminali importowych LNG w miastach nadmorskich o łącznej przepustowości 35 milionów ton, przekraczając łączną objętość pierwszej i drugiej nitki gazociągów Zachód-Wschód. Szybki rozwój technologii skraplania LNG w Chinach był wspierany przez „13. plan pięcioletni”, którego celem jest osiągnięcie przepustowości dostaw gazu ziemnego wynoszącej 360 miliardów metrów sześciennych do 2020 r., co stanowiłoby 8,3% do 10% zużycia energii pierwotnej.
Chiny importują gaz ziemny głównie w postaci LNG. Proces produkcji i konsumpcji LNG obejmuje kilka kluczowych etapów: skraplanie, transport, odbiór, transport i sprzedaż. Pompy kriogeniczne LNG odgrywają kluczową rolę na każdym etapie łańcucha dostaw LNG.
Obecnie tylko kilka firm na świecie produkuje pompy kriogeniczne LNG, a produkcja LNG w Chinach jest w powijakach. Krajowe zakłady skraplania LNG, terminale odbiorcze, stacje odparowywania i stacje tankowania pojazdów LNG korzystają głównie z produktów zachodnich, które są drogie i mają długi czas dostawy. Zgodnie z polityką krajową mającą na celu rozwój przemysłu LNG i zapewnienie bezpieczeństwa energetycznego istnieje pilna potrzeba opracowania krajowych pomp transferowych LNG.
Aktualny stan i trendy rozwojowe
Międzynarodowy status technologiczny
Stany Zjednoczone rozpoczęły badania nad skraplaniem gazu ziemnego na skalę przemysłową już w 1910 r., a produkcję LNG rozpoczęły w 1917 r. Następnie rozwinięte kraje, takie jak Wielka Brytania, Francja i Japonia, weszły do handlu LNG. USA mają prawie 100--letnią przewagę w badaniach nad technologią pomp niskotemperaturowych w porównaniu z Chinami. Główni międzynarodowi producenci pomp niskotemperaturowych to EBARA (USA), NIKKISO (USA) i JC-CARTER (przejęty przez NIKKISO). Firmy te mają dziesięciolecia doświadczenia w rozwoju produktów, produkcji, testowaniu i eksploatacji, z tendencją do opracowywania dużych, wydajnych i niezawodnych produktów.
Stan i trendy technologii krajowych
Dzięki szybkim postępom w podstawowych badaniach i technologii inżynieryjnej w Chinach krajowi producenci pomp kriogenicznych przeprowadzili badania i zastosowania w materiałach niskotemperaturowych, silnikach zanurzalnych, zaworach wlotowych, komponentach elektrycznych i łożyskach niskotemperaturowych. Poczyniono znaczne postępy w technologii testowania w niskich temperaturach i monitorowaniu bezpieczeństwa. Jednak nadal brakuje kompletnego zestawu technologii projektowania, produkcji, testowania i inżynierii aplikacji, a także istnieje luka w doświadczeniu inżynieryjnym w porównaniu z zagranicznymi producentami. Aby zasypać tę lukę, konieczne jest ciągłe stosowanie i gromadzenie doświadczenia.
Budowa i cechy pompy LNG
Kriogeniczne pompy zanurzeniowe LNG składają się z takich komponentów, jak niskotemperaturowe silniki zanurzeniowe, wirniki, łopatki kierujące, łożyska i struktury równoważące opór. Pompy te mają konstrukcję odśrodkową, spełniając wymagania dotyczące temperatury -196 stopni przy doskonałych parametrach przeciwkawitacyjnych. Kluczowe komponenty, takie jak silnik, są chłodzone bezpośrednio przez LNG i działają w środowisku beztlenowym, co eliminuje ryzyko wybuchu. Łożyska w pompach zanurzeniowych są narażone na ekstremalnie niskie temperatury i wykorzystują ceramiczne łożyska kulkowe z azotku krzemu dla zapewnienia stabilności.
Zalety pomp zanurzeniowych do LNG
>Konstrukcja bezuszczelnikowa:Eliminuje ryzyko wycieku uszczelnienia wału.
>Stabilna temperatura:Chłodzenie silnika za pomocą LNG pozwala na utrzymanie stabilnej temperatury bez ryzyka wybuchu.
>Niski poziom hałasu:Cała pompa jest zanurzona w cieczy, co powoduje niski poziom hałasu podczas pracy.
>Prosta struktura:Współosiowa konstrukcja silnika i wirnika gwarantuje wysoką niezawodność.
>Wydłużona żywotność łożysk:Wbudowane mechanizmy równoważące redukują siły osiowe.
>Łożyska samosmarujące:Łożyska są smarowane tym medium, co eliminuje potrzebę stosowania dodatkowych układów smarowania.
Zanurzalne pompy LNG cieszą się dużym powodzeniem w zastosowaniach takich jak duże zbiornikowce LNG, stacje tankowania pojazdów i terminale odbiorcze LNG.
Krajowe kierunki badań i rozwojuPompy zanurzeniowe LNG
Głównym celem prac badawczo-rozwojowych nad zatapialnymi pompami LNG jest opracowanie serii kriogenicznych pomp LNG o dużym przepływie, które spełniają międzynarodowe standardy dotyczące poziomu technologicznego i niezawodności operacyjnej. Kluczowe obszary badawcze obejmują:
>Technologia hydrauliczna:Opracowanie wirników o dużym przepływie, wydajności i niskiej kawitacji, odpowiednich do LNG, oraz optymalizacja konstrukcji hydraulicznej w celu dopasowania jej do krzywych importowanych pomp.
>Rozwój zaworu dolnego:Optymalizacja konstrukcji krajowych zaworów dennych pod kątem uszczelnienia, wytrzymałości, zamienności i ogólnej użyteczności.
>Badania materiałów niskotemperaturowych:Badanie materiałów o wytrzymałości i odkształceniu w niskich temperaturach oraz opracowywanie materiałów do silników pracujących w niskich temperaturach.
>Smarowanie łożysk niskotemperaturowych:Rozwiązywanie problemów związanych ze smarowaniem pomp LNG przy użyciu LNG o niskiej lepkości jako środka smarnego.
Przyszłe trendy i perspektywy
Wolumen importu LNG do Chin prawie się podwoił w ciągu ostatnich pięciu lat, a do 2022 r. całkowita pojemność stacji odbiorczych LNG w Chinach ma przekroczyć 13 milionów ton rocznie. Przy sprzyjającej podaży globalnych zasobów LNG i silnym popycie krajowym rynek LNG w Chinach ma obiecujące perspektywy. Budowa dodatkowych stacji odbiorczych LNG będzie napędzać rosnący popyt na pompy LNG. Przyszły rozwój obejmie pompy do innych mediów kriogenicznych, takich jak etylen, propan i ciekły azot. Postęp w zakresie polityki czystej energii w Chinach jeszcze bardziej zwiększy potencjał rynkowy dla krajowych pomp zanurzeniowych LNG.
Kluczowe obszary przyszłych badań obejmują materiały niskotemperaturowe, smarowanie łożysk w niskich temperaturach, charakterystykę silników niskotemperaturowych i technologie testowania mediów w pompach LNG.
