處理液化石油氣的安全標準對這個行業及其所用設備提出了越來越多的要求。利用新的密封技術、材料和設計不僅能夠制造出滿足這些要求的系統，還能保證系統在工作和停機期間*無泄漏，即使在液體的沸點處理爆炸性液體時，也不會出現泄漏的情況。

為了與歐洲法規相協調，與泵有關的規范條例發生了一些變動，變化內容涉及泵的設計、安全使用和環境泄漏的風險。歐洲機械指令（European Machine Directive）（98/37/EC）已經作出修改，以敦促設備制造商們在實踐工作中遵守其他協調標準和他們各自的安全準則。

此外，指令目前所論及的爆炸風險不僅指來自于裝置的電子元件，還包括來自于機械設備，例如泵、風扇和壓縮機的爆炸風險。

這種經過修正的法律地位要求制造商們做出更大的努力，以保證增強安全性，同時消除和人身傷害有關的任何風險。此外，業界已經頒布了涉及環境空氣質量的新法規（歐洲指令96/92/EC），旨在進一步保護環境免受密封泄漏的危險。因此，用戶現在面臨的選擇比較簡單，要么采用“無密封”設計，要么在軸封上應用監視系統，它們都能從根本上消除設備在工作時間和停機期間的泄漏風險。

當工作對象是液化石油氣時，泵制造商需要滿足多項指令的要求，它們主要針對爆炸性、刺激性，以及有毒的介質。可以證明，zui安全的辦法是研制出一種標準泵系列產品，這種泵能夠符合所有必須執行的安全要求。如果仍然存在固有的風險，則必須在安裝、操作和維護說明書中清楚地告知用戶。

很重要的一點是，泵制造商必需尋求各方的參與支持，它們包括組織、檢查機構和政府部門，以及其他設備制造商和用戶。這對于新產品的研制尤為重要，有助于制造商全面考慮出現的要求和業務法規。

因此，如今新一代的液化氣泵與之前的泵產品截然不同。起動性能、密封技術、設計目標、材料和內部間隙等方面都得到了進化發展。

液化石油氣的物理特性

用于工業用途和民用的液化氣有所不同，生產方式也不一樣。按照DIN51622的定義，液化氣包括丙烷、丁烷和它們的衍生物；以及二氧化碳、氨和其他基于制冷劑的成分。

在規定設備時，必須充分理解上述這些液體與“傳統”介質之間的差別。簡單來說，就是當泵送處于沸點溫度的爆炸性液體時，必須格外小心，要比泵送壓力遠低于其蒸氣壓的簡單液體更加謹慎細致。

就泵送設備而言，有那么一些要求是用戶和制造商應該給予重視并將之看作保證設備長期、*運行的基本原則。從根本上來說，zui重要的一點和液化氣的蒸氣壓有關。

從本質上看，液化氣泵必須具備以下區別于其他泵的特點：

◆ 較低的必需汽蝕余量（或稱必需凈正吸入壓頭，NPSHr）；
◆ 能產生較高的壓力；
◆ 陡斜的壓力-流量曲線特性；
◆ 氣體處理的能力；
◆ 能夠在保證流量不顯著減小的前提下泵送氣液混合相介質；
◆對于爆炸性介質的輸送需經過ATEX認證。

可用的技術

有幾種不同的技術已經被用于液化氣的泵送。一般而言，這些技術包括了側流道泵、離心泵和滑片式容積泵。它們中的每一種泵都能夠滿足這類易蒸發介質嚴苛的特性要求，但是，它們在泵送介質、應用和工作地點這幾方面的適應能力各不相同。

zui初，側流道泵是一種理想的選擇方案——它們能夠非常有效地泵送氣體/蒸氣/液體介質，而且具有很好的汽蝕余量值。它們相當堅固耐用，能夠*地工作數十年。它們還具有非常筆直的工作性能曲線，這有助于它們泵送液化氣。它們可以采用無密封、磁性耦合設計，從而消除其固有的機械密封的有關問題，并且它們能夠在一段時間內干轉。那么，為何純粹的側流道泵并非的選擇呢？答案是：它們受到了相對較低的流量和效率的限制。

離心泵解決了zui小流量的問題，并且具有很高的效率。它也可以采用無密封設計，同樣能夠消除固有的泄漏風險。通常，該技術代表了對標準液泵的改造，因此而受限于其特性設計。

離心泵往往提供“正常”水平的必需汽蝕余量——但是稍微超過一點。它們對系統中混入的氣體和/或蒸氣相當敏感，容易誘發一些相關問題，例如性能變差，甚至出現氣阻現象。利用長距離立式設計能夠克服汽蝕余量限制的問題，這種設計挖入地下，以便在吸入口的工作點提供額外的液體壓頭。

這種立式的純粹的離心式構造也存在一些令人擔憂的問題，當混入/釋放的蒸氣/氣體自由運動時，它們會穿過液流到達zui高點——通常是密封腔。由于密封區域充滿蒸氣，因此會對機械密封的潤滑和冷卻造成不良影響。通過采用增壓式背對背雙端面密封設計能夠克服該問題，但是這樣又會增大系統的維護費用。

另一項廣泛采用的泵技術是容積式滑片泵，它具有磨損自補償的優點。這有利于在葉片的整個壽命周期內持續保持*性能。滑片泵非常適合輸送極為稀薄的易揮發液體，所用建造材料也有助于制造商按照ATEX的要求來制造它們。它們還具有陡斜的性能曲線，允許在相對較高的壓力下泵送少量的液化氣。

滑片泵技術易受氣穴現象的影響，因為它們對汽蝕余量有著相當高的要求。所以，哪怕汽蝕余量只是在短期內有所降低，都會導致泵的使用壽命變得相當有限。此外，這種泵不適合家用，因為它們在工作時噪聲很大。當工作對象是液化石油氣時，泵的選用常常受到這種噪聲的限制，因為加油站通常位于家庭住宅的附近。

zui后，有一種選擇方案綜合了上述技術的優點，摒棄了它們的缺點，它被稱為“組合”泵。該技術不僅具有側流道泵的全部優點，還結合了多級離心泵的技術優勢，從而形成以下特點：

◆ 高流量；
◆ 高壓；
◆ 可以證實它在各種不同工作點上都具有相當好的汽蝕余量；
◆ 允許有限的干轉；
◆ 堅固耐用，通常能夠*地工作數十年；
◆ 可以利用磁耦合技術實現無密封設計。

同樣地，這些部件也可以應用背對背雙端面密封（增壓密封系統），或者帶有檢漏設施的串聯密封。

組合液化氣泵的設計

組合泵zui常見的設計形式是具有多個環形截面設計的多級臥式結構，其中包含一根用于減小入口損失的軸向抽吸支管。一個特大號的離心式葉輪安裝在緊鄰流量調節延長抽吸支管（flow-harmonising extended suction branch）的下游處。從本質上來看，流量調節支管與特大號的離心式葉輪二者共同降低了對汽蝕余量要求，同時提高了液壓效率。

下游的側流道級能夠在高排放壓力下輸送蒸氣、氣體和混流。此外，側流道設計本來就是一種自起動設計。

與其他類型的泵技術相比，側流道組合泵為用戶提了供難以置信的低吸入口工況參數。某些泵的必需汽蝕余量僅0.5m，而流量卻高達35m3/h。

該技術主要簡化了安裝，降低了安裝成本。它無需挖掘泵基，或者增大導管的高度。

側流道級與zui初的離心級同軸布置，這種結構確保流量不會因為液流的部分汽化而中斷或減小。

組合泵的性能范圍

多級側流道泵符合DIN 24254/EN 734標準，能夠非常有效地工作在流量達35 m3/h，排放壓力水頭大約為350m（18bar）的工況下。

性能曲線隨泵的規格和級數的變化而不同，各條曲線彼此非常接近，所以能夠根據準確的需求來選擇合適的泵。

為了便于泵送更高流量的液化氣，例如流量高達200m3/h的液化氣，可以增加更多的多級離心級。當平衡的泵級采用了更多數量的離心式葉輪時，就被稱為離心式組合泵。

離心組合泵具有側流道的優點，該泵級被安裝在朝向排放口的其他葉輪的下游。因此，這種泵不但能夠非常地泵送大流量的液體，而且還具有自起動和處理蒸氣/氣體的優點。這種泵具有和流量調節軸向入口相同的設計特點。

有關液化氣吸程的問題

液化氣通常存儲在靜止的液化氣罐中。液化氣罐的尺寸通常取決于需求和氣源的特點。出于對安全的考慮，現在越來越多的液化氣罐被地表所覆蓋，或者安放在地下。

毫無疑問，可以從地下儲罐中泵送液化氣，并且這也是一種常用方法。但是，在實際情況中，卻往往不采用這種方法，因為它需要大量的地下管道資料，還需要額外的高成本安全措施。

通常，液體通過儲罐上部的法蘭往上輸送。如果這些“液化的”氣體表面上的（抽吸）壓力減小，就會削弱蒸氣壓力，導致液化氣起泡。

一種合適的解決方案是安裝整臺泵或者只在容器內部安裝液壓元件。除了這種可選的方案之外，還有一種簡單的處理方法。

這種方法的裝置包括一個埋入地下的存儲罐，一臺安裝在地面上的側流道組合泵，以及一個簡單的氣體分離器、工藝管道和一條部分液流再循環管線。

該系統的優點在于其簡便性。在起動階段，汽蝕余量還未形成，泵系統能夠處理大量的蒸氣。在汽化過程中（“汽化造成冷卻”），抽吸管道內液體的熱量被帶走。

因此，抽吸管道內的液流溫度變低，蒸氣壓力也變低，與其相比，液化氣罐內剩余液體的溫度較高，氣壓也更高。這種差別為抽吸液流提供額外的原動力，使其上升，進入泵的入口。然后系統開始發揮全部的泵送能力。

期間，少量的部分液流從泵的排出口倒流回液化氣罐上部的蒸氣相介質中。因此，有更高的壓力施加在液體表面，這有利于提供更大的原動力來幫助液體沿抽吸管道上升，并進入泵內。這種方法為埋入地下的存儲容器提供了一種非常穩定且相當長久的解決方案。

只要遵循吸程不超過4m，液化氣罐容量小于200m3這一原則，通常就能將汽化減小到可接受的zui低程度。該原則適用于丙烷和丙烷含量不少于20%的丙烷/丁烷混合物。

液化氣的立式槽罐泵

可以為直徑一般不超過6m的液化氣存儲罐裝配立式槽罐泵，且使泵的電機安裝在外部。

這些泵安裝在液化氣罐的頂部法蘭上，并使液壓端沒入液體內。其用途與垂直安裝的側流道組合泵非常相似。利用一根延長管將流量調節液壓抽吸管和特大號的離心葉輪安裝在儲罐內zui接近底部的位置。這種結構的好處在于使液壓抽吸管處于浸沒狀態。

立式槽罐泵的另一個優點是，它們具有無密封的磁耦合驅動器。這意味著不存在與生俱來的機械密封失效問題。此外，因為沒有機械密封，所以由于部分汽化而形成的氣泡不會聚集在各個密封面附近，因而也不會造成任何問題。

液化氣泵的軸封

通常，采用某種類型的外部驅動器來驅動泵的旋轉。因此，需要將傳動軸加以密封，以免氣體、蒸氣和液體泄漏到外部環境中。一般而言，有五種基本方法可對其進行密封：

◆ 單端面平衡機械密封；
◆ 帶有節流閥襯套的單端面平衡機械密封；
◆ 串聯式雙端面機械密封；
◆ 背對背式雙端面機械密封；
◆ 無密封磁力驅動耦合器。

單端面機械密封

如今在液化氣泵送中應用得zui為普遍的機械密封類型是單端面平衡型密封。機械密封安裝在泵的排放端，以便在密封腔內提供足夠的液體（用于潤滑和冷卻）。平衡式機械密封的使用限制了作用在密封面上的表面壓力。

非常重要的一點是，必須選用廠商生產的密封件，他們能夠提供詳實的記錄來證明其密封的設計可靠，材料的連接堅固。這樣做是為了確保泵具有長期的可靠性和安全性，以及延長的平均故障間隔時間（MTBF）。

單端面機械密封的問題通常是由于缺乏第二層安全殼而引起的，隨著使用時間的延長和磨損的加劇，故障幾乎不可避免。軸承的磨損和氣穴現象是兩個典型的例子，它們出現在工作期間，使軸向位移變得過大，zui后導致接觸面處的密封不穩定。因此，密封成為了安全鏈中的薄弱環節。所以，長期的密封失效問題會使用戶面臨不斷加劇的泄漏風險。

單端面機械密封的實際問題是，它們無法*容納刺激性氣味、蒸氣和氣體。這是因為被泵送的液化氣必須越過密封端面來提供必要的潤滑和冷卻。結果，介質在越過密封面之后就會蒸發，不留下液體痕跡。

現場風險評估程序是泵送液化氣中極為關鍵的一項工作內容，這一點對于任何爆炸性、易揮發性介質，以及某些有毒的和高蒸氣壓力的介質都不例外。使用基于工況且能夠檢測氣穴現象和磨損狀況的維護設備往往能夠取得令人滿意的效果。獲獎的SIHIdetect就是這樣的一個例子，它能夠實現遠程和本地監測。

“背對背”雙端面機械密封

雙端面背對背式機械密封的布局形式包括兩個標準的單端面密封件，它們背對背地（就像名字所描述的那樣）安裝在泵軸上。之所以要采用這種結構是因為，在合適的溫度和兼容性下，液體在壓力的作用下在兩個密封件之間循環流動。這種“密封”液流能夠冷卻和潤滑密封端面，因為其壓力大約比泵的液壓所形成的壓力高1-2bar。

距離泵zui近的內側機械密封將液體密封在泵內。與之相反，外側密封確保相對無害的密封液不會泄漏到周圍環境中。外部容器中含有必需的循環液體，此外，必須對壓力和液位進行監測。

如果內側密封失效，則密封液被迫進入泵內，系統能夠檢測到液位和壓力的變化，以便采取安全緊急停機措施。如果外側密封失效，相對無害的密封液會噴射到周圍大氣中，系統同樣能夠監測壓力和液位，進而采取緊急停機措施。

雙端面機械密封布局的另一個好處是，能夠防止氣體和蒸氣泄漏，而單端面形式則無法實現這一點。

“串聯式”雙端面機械密封

串聯密封提供了一種與背對背式雙端面布局不同的密封方法，當需要泄漏檢測設備，但是又沒有增壓密封系統可用時，往往就采用串聯密封。

內側密封的布局形式與標準單端面密封相似，能夠防止液體泄漏到泵外。圓柱形的密封腔包裹著機械密封外側的主軸。大氣流充滿該密封腔，并被一個與內側密封串聯（相同的方向）的外側密封件密閉在腔內，以保證氣流不向外泄漏。

外側密封充當安全裝置，只有當內側密封失效時，它才發揮作用。外部容器盛有必需的密封液，它承受大氣壓力，同樣必須對其進行監測。

如果內側密封失效，則液化氣對密封腔增壓，系統將檢測到壓力升高的情況，并使泵停機。洶涌而出的泄漏氣體大部分都留在密封件內，但是應該采用一條小口徑泄漏管道通向一個火炬系統，以防止累積過量的壓力。如果外側密封失效，則液位下降，這一狀況同樣能被檢測到。

無密封磁偶合

盡管機械密封結構肯定能夠防止液體泄漏到外部，但是必須按照預定計劃定期對它們進行維護，以防它們因為常規磨損而突然失效。正如上文所述，液化氣泄漏到周圍環境中的情況時有發生。

業內關于減小環境排放污染程度的要求越來越嚴格，因此促使用戶安裝磁耦合泵。這種結構*不需采用旋轉機械軸封。

從根本上來說，非磁性隔離罩（通常指的是“密封罐”）將泵的內腔密封起來，因此不會發生泄漏。密封罐是靜止的，牢牢地安裝在泵體上。

對于全封閉的回轉葉輪組，由外部旋轉磁鐵來提供驅動力矩，它利用磁力推動反向的磁鐵（在內部位于軸的末端）運動。外部磁鐵的排列方向是北極-南極-北極-南極，如此循環。它們繞著隔離罐旋轉且不與罐體接觸。通常，磁性連接器件在工作時不會出現任何滑動，且內外組件的轉速*相同。

這樣就得到了一個*密封的泵，不再有密封失效的問題。但是必須說明一點，應用該技術時，必須避免干轉，因為軸承由泵所輸送的油品來潤滑，且位于系統內部。

提高安全性和可靠性的方法
筒體結構形成了包圍整個泵級的一層額外的殼形外罩。這樣的設計具有兩個主要的優點：第二級安全殼，以及保護泵體不受外部管道應力的影響。

液化氣泵往往需要二級安全殼，以保證靜態級間密封和二級機械密封受到同等程度的重視。沿著泵的長度方向建造一個筒體就能實現這樣的安全殼，從而將任何級間的接頭空隙包含在其中。并利用兩個簡單的環形密封圈將筒體與泵外殼密封起來。

將非常堅固的筒體與液化氣泵結合到一起之后，還帶來了另一個好處，那就是提供了額外的徑向和軸向強度，從而使強度增大。施加在泵法蘭上的管道應力比沒有筒體外殼時更大，并且能夠保護泵的密封。

出于防爆的原因，必須防止液化氣泵發生干轉。設備的標準配置包括提供一個與泵的外殼相連的液體傳感器。

此外，側流道裝置的設計有時被稱為再生泵，它使得一定量的液體在泵的內部循環流動，以利于泵的起動。雖然不知道該設計能夠維持干運轉的確切時間，但是它能確保泵在混流工況和起動階段進行泵送時具有相當高的安全性。

為了便于維護，過去，密封區域外的主軸截面通常是敞開的，這樣便于進入其中進行維修，但是，暴露在空氣中又會引發一些危險，為了盡量減小這些風險，現在已經將所有的旋轉部件包裹起來。這樣的設計改進還帶來了另一個好處，那就是縮短了軸承和密封之間的軸長。因此減小了主軸在密封端面處的偏斜，延長了機械密封的使用壽命。

發展的泵技術將密封泄漏檢測裝置作為泵的標準配置，從而提供了更高程度的安全性。從圖11中可以看出，在泵腔內有一小段攻絲，它位于機械軸封和軸承之間。如果發生密封泄漏，那么能夠在該區域檢測到超壓的情況，并利用它來停止泵送系統的工作。一個小孔能夠將泄漏的物質輸送到安全區域，例如火炬系統。

該工藝能解決密封監測、設備維護和泵的停機的問題。

如果還需要更加嚴格的密封故障識別措施，只需在標準配置中增加二級背對背旋轉密封。這樣就使泵變成了“從技術上實現密封的軸封”。無需對泵進行任何改造，因為在單端面密封的上游已經留有安裝二級密封所需的空間