一种LNG取水泵站不停机条件下防淤减淤装置及运行方法

摘要

本发明公开了一种LNG取水泵站不停机条件下防淤减淤装置及运行方法，该装置包括用于取海水的取水管和LNG取水泵站，取水管与LNG取水泵站连接，所述LNG取水泵站包含前池，前池通过若干个闸门通道与过滤池连接，过滤池与吸水池连接，吸水池包含渐扩段和吸水间，渐扩段与过滤池连接，在吸水间内设有海水泵，在吸水间、渐扩段和过滤池内分别设有喷嘴。本发明的一种LNG取水泵站不停机条件下防淤及减淤装置，保证了LNG取水泵站在高含沙量水域取水安全，同时也提高了清淤效率和节省企业运营成本。

权利要求

1.一种LNG取水泵站不停机条件下防淤减淤装置，其特征在于：包括用于取海水的取水管和LNG取水泵站，取水管与LNG取水泵站连接，所述LNG取水泵站包含前池，前池通过若干个闸门通道与过滤池连接，过滤池与吸水池连接，吸水池包含渐扩段和吸水间，渐扩段与过滤池连接，在吸水间内设有海水泵，在吸水间、渐扩段和过滤池内分别设有喷嘴；所述吸水间通过隔墙将吸水间分隔为第一吸水单元和第二吸水单元，第一吸水单元和第二吸水单元内均设有海水泵；所述第一吸水单元和第二吸水单元内的距离海水泵0.3～0.5m设有第一水深传感器和第二水深传感器，在第一吸水单元和第二吸水单元的中部位置设有第三水深传感器，在第一吸水单元和第二吸水单元与渐扩段交界处设有第四水深传感器，在渐扩段的中心位置设有第五水深传感器，在过滤池内的中心位置设有第六水深传感器，第一水深传感器、第二水深传感器、第三水深传感器、第四水深传感器、第五水深传感器和第六水深传感器均与控制器连接，控制器与喷嘴连接；所述第一吸水单元和第二吸水单元的最底端的两个角落设有第一喷嘴，在第一吸水单元和第二吸水单元的墙壁设有分别设有两对第二喷嘴和第三喷嘴，两个第二喷嘴的交汇点与第三水深传感器重合，两个第三喷嘴的交汇点与第四水深传感器重合，在渐扩段的墙壁上设有一对第四喷嘴，两个第四喷嘴的交汇点与第五水深传感器重合，在过滤池靠近渐扩段的一侧的两个角落设有一对第五喷嘴，两个第五喷嘴的交汇点与第六水深传感器重合，第一喷嘴、第二喷嘴、第三喷嘴、第四喷嘴和第五喷嘴均与控制器连接，在吸水间进口位置设有第一含沙量传感器，在过滤池内设有第二含沙量传感器。

2.根据权利要求1所述的LNG取水泵站不停机条件下防淤减淤装置，其特征在于：所述第一喷嘴、第四喷嘴正常运行时不开启，仅在停机维护时开启。

3.根据权利要求1所述的LNG取水泵站不停机条件下防淤减淤装置，其特征在于：所述喷嘴的喷水方向与取水泵站主行进水流方向逆向，与墙体壁面及床面的夹角为锐角。

4.根据权利要求1所述的LNG取水泵站不停机条件下防淤减淤装置，其特征在于：所述喷嘴到取水泵站床面底部的距离可调节，与墙体壁面及床面的夹角0°～90°范围内可调节，喷嘴喷射水流流速、压强可调节。

5.一种利用权利要求1至4任一项所述的LNG取水泵站不停机条件下防淤减淤装置的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在取水泵站中安装各种传感器；

(2)①第三水深传感器、第四水深传感器以及第六水深传感器这三个任一传感器监测到当前水深满足d≥0.5h时，开启吸水间第三喷嘴以及过滤池第五喷嘴共2组4个喷嘴，其中，d为当前传感器监测的水深；h为泵站极端低水位对应的水深：②第一含沙量传感器和第二含沙量传感器这两个任一传感器监测到含沙量浓度S≥0.8kg/m3时，开启第三喷嘴以及第五喷嘴共2组4个喷嘴；③第六水深传感器监测到当前水深满足d＜0.5h且第二含沙量传感器监测到S＜0.5kg/m3时，关闭过滤池第五喷嘴共1组2个喷嘴；④第三水深传感器和第四水深传感器以及第六水深传感器监测到水深满足d＜0.5h且第一含沙量传感器和第二含沙量传感器均满足S＜0.5kg/m3时，关闭吸水间第三喷嘴以及过滤池第五喷嘴共2组4个喷嘴。

说明书

一种LNG取水泵站不停机条件下防淤减淤装置及运行方法

技术领域

[0001] 本发明涉及LNG取水泵站不停机条件下防淤减淤装置及运行方法，属于水力驱动泥沙运动领域。

背景技术

[0002] 液化天然气(Liquid Natural Gas)取水口工程是LNG接收站的一个重要组成部分。取水口的安全运行直接影响接收站开架式气化器(Open Rack Vaporizer，ORV)的正常运行。取水泵站是取水口工程中连接气化器的一个重要组成部分，其泥沙淤积问题往往会直接影响取水泵的安全运行，淤积泥沙甚至会进入到后方气化器从而威胁到整个LNG接收站的安全运行。

[0003] LNG取水泵站常规泥沙清淤方式主要有：人工清淤和机械清淤。其中，人工清淤一般需要取水泵站停机(或停机维护期间)，作业人员借助于船或者梯等辅助设施，利用高压水枪冲击淤积沙体，对于较难清除的区域往往需要作业人员下水手动清淤。这种方式往往存在一定的安全隐患，且清淤效率也较低。清淤后一次大风浪过程之后，往往又会恢复到清淤前淤积状态。机械清淤，一般是在取水泵站运行时，通过预先安置的动力装置，如冲沙管道、喷气管道等，提高取水泵站局部水体的紊动强度，扰动泥沙从而达到清淤的目的。

[0004] 为了避免对取水安全产生影响，现有的射流冲刷射流方向布置方式采用与取水泵站主行进流向一致的方式布设，且射流能量偏低、喷嘴数量偏少。然而根据我们对高含沙量海域取水泵站运行效果的调查，这种方式清淤效果甚微，目前高含沙量海域的LNG取水泵站仍然采用人工清淤和机械清淤相结合的模式，不但存在安全隐患，而且清淤频率较大，此外往往需要停机才能清淤，这无形中较大增加了LNG运营企业的成本。

发明内容

[0005] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种LNG取水泵站不停机条件下防淤减淤装置及运行方法，保证了LNG取水泵站在高含沙量水域取水安全，同时也提高了清淤效率和节省企业运营成本。

[0006] 技术方案：为实现上述目的，本发明的LNG取水泵站不停机条件下防淤减淤装置，包括用于取海水的取水管和LNG取水泵站，取水管与LNG取水泵站连接，所述LNG取水泵站包含前池，前池通过若干个闸门通道与过滤池连接，过滤池与吸水池连接，吸水池包含渐扩段和吸水间，渐扩段与过滤池连接，在吸水间内设有海水泵，在吸水间、渐扩段和过滤池内分别设有喷嘴。

[0007] 作为优选，所述吸水间通过隔墙将吸水间分隔为第一吸水单元和第二吸水单元，第一吸水单元和第二吸水单元内均设有海水泵。

[0008] 作为优选，所述第一吸水单元和第二吸水单元内的距离海水泵0.3～0.5m设有第一水深传感器和第二水深传感器，在第一吸水单元和第二吸水单元的中部位置设有第三水深传感器，在第一吸水单元和第二吸水单元与渐扩段交界处设有第四水深传感器，在渐扩段的中心位置设有第五水深传感器，在过滤池内的中心位置设有第六水深传感器，第一水深传感器、第二水深传感器、第三水深传感器、第四水深传感器、第五水深传感器和第六水深传感器均与控制器连接，控制器与喷嘴连接，第一水深传感器、第二水深传感器、第三水深传感器、第四水深传感器、第五水深传感器和第六水深传感器的型号均为SDE-18S一体化高精度测深传感器。

[0009] 作为优选，所述第一吸水单元和第二吸水单元的最底端的两个角落设有第一喷嘴，在第一吸水单元和第二吸水单元的墙壁设有分别设有两对第二喷嘴和第三喷嘴，两个第二喷嘴的交汇点与第三水深传感器重合，两个第三喷嘴的交汇点与第四水深传感器重合，在渐扩段的墙壁上设有一对第四喷嘴，两个第四喷嘴的交汇点与第五水深传感器重合，在过滤池靠近渐扩段的一侧的两个角落设有一对第五喷嘴，两个第五喷嘴的交汇点与第六水深传感器重合，第一喷嘴、第二喷嘴、第三喷嘴、第四喷嘴和第五喷嘴均与控制器连接，在吸水间进口位置设有第一含沙量传感器，在过滤池内设有第二含沙量传感器，第一含沙量传感器和第二含沙量传感器的型号均为OBS-3+浊度传感器。

[0010] 作为优选，所述第一喷嘴、第四喷嘴正常运行时不开启，仅在停机维护时开启。

[0011] 作为优选，所述喷嘴的喷水方向与水流方向的夹角为锐角。

[0012] 一种上述的LNG取水泵站不停机条件下防淤减淤装置的运行方法，包括以下步骤：

[0013] (1)在取水泵站中安装各种传感器；

[0014] (2)①第三水深传感器、第四水深传感器以及第六水深传感器这三个任一传感器监测到当前水深满足d≥0.5h时，开启吸水间第三喷嘴以及过滤池第五喷嘴共2组4个喷嘴，其中，d为当前传感器监测的水深；h为泵站极端低水位对应的水深：②第一含沙量传感器(吸水间进口位置)和第二含沙量传感器(过滤池隔墙背水侧中部)这两个任一传感器监测到含沙量浓度S≥0.8kg/m3时，开启吸水间第三喷嘴以及过滤池第五喷嘴共2组4个喷嘴；③第六水深传感器监测到当前水深满足d＜0.5h且第二含沙量传感器监测到S＜0.5kg/m3时，关闭过滤池第五喷嘴共1组2个喷嘴；④第三水深传感器和第四水深传感器以及第六水深传感器监测到水深满足d＜0.5h且第一传含沙量感器和第二含沙量传感器均满足S＜0.5kg/m3时，关闭吸水间第三喷嘴以及过滤池第五喷嘴共2组4个喷嘴。

[0015] 有益效果：本发明的LNG取水泵站不停机条件下防淤减淤装置，通过在吸水间、渐扩段和过滤池中设有喷嘴，能够实时的对海水中堆集的泥沙进行扰动，扰动再悬浮泥沙随排水系统排出，保证了LNG取水泵站在高含沙量水域取水安全，同时也提高了清淤效率和节省企业运营成本。

附图说明

[0016] 图1为本发明的模型系统图。

[0017] 图2为本发明中传感器的布置示意图。

[0018] 图3为喷嘴的布置示意图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

[0020] 如图1至图3所示，本发明的LNG取水泵站不停机条件下防淤减淤装置，包括用于取海水的取水管1和LNG取水泵站2，取水管1与LNG取水泵站2连接，所述LNG取水泵站2包含前池3，前池3通过若干个闸门通道与过滤池41连接，过滤池41与吸水池连接，吸水池包含渐扩段42和吸水间43，渐扩段42用于稳定吸水间43水流，渐扩段42与过滤池41连接，在吸水间43内设有海水泵5，在吸水间43、渐扩段42和过滤池41内分别设有喷嘴，所述吸水间43通过隔墙将吸水间43分隔为第一吸水单元和第二吸水单元，第一吸水单元和第二吸水单元内均设有海水泵5。所述第一吸水单元和第二吸水单元内的海水泵5周围设有第一水深传感器7和第二水深传感器8，在第一吸水单元和第二吸水单元的中部位置设有第三水深传感器9，在第一吸水单元和第二吸水单元与渐扩段42交界处设有第四水深传感器10，在渐扩段42的中心位置设有第五水深传感器11，在过滤池41内的中心位置设有第六水深传感器12，第一水深传感器7、第二水深传感器8、第三水深传感器9、第四水深传感器10、第五水深传感器11和第六水深传感器12均与控制器连接，控制器与喷嘴连接。所述第一吸水单元和第二吸水单元的最底端的两个角落设有第一喷嘴13，在第一吸水单元和第二吸水单元的墙壁设有分别设有两对第二喷嘴14和第三喷嘴15，两个第二喷嘴14的交汇点与第三水深传感器9重合，两个第三喷嘴15的交汇点与第四水深传感器10重合，在渐扩段42的墙壁上设有一对第四喷嘴16，两个第四喷嘴16的交汇点与第五水深传感器11重合，在过滤池41靠近渐扩段42的一侧的两个角落设有一对第五喷嘴17，两个第五喷嘴17的交汇点与第六水深传感器12重合，第一喷嘴13、第二喷嘴14、第三喷嘴15、第四喷嘴16和第五喷嘴17均与控制器连接，所述第一喷嘴13、第四喷嘴16正常运行时不开启，仅在停机维护时开启。

[0021] 具体地如图3所示，在吸水间43中部对称布设射流冲刷装置后，吸水间43的前端冲刷效果较好，但受限于平面角度，冲刷仍然存在“盲区”(吸水间43末端以及中部)，因此在吸水间43末端布设了第一喷嘴13。其中，第一喷嘴13对称布置平面汇流点位于吸水间43中部，以清除吸水间43末端以及中部盲区。此外，为防止射流扰动泥沙在吸水间43中部两侧壁面附近淤积，因此第二喷嘴14组布设的原则是喷射水流分别冲击吸水间43中部靠近两侧壁面附近(图2中A点和C点位置)。第一喷嘴13和第二喷嘴14仅在停机维护(海水泵5不取水时)时开启，以防止对取水安全产生影响。第三喷嘴15布置在吸水间43进口处，以冲刷吸水间43前端至进口处的淤积泥沙。

[0022] 在渐扩段42末端两侧布置第四喷嘴16。考虑到一期仅运行一台气化器，为避免扰动吸水间43平顺水流，因此第四喷嘴16也在海水泵5不取水时开启。在过滤池41隔墙后侧一般会存在缓流区，泥沙淤积严重。因此在过滤池41末端两侧墙体一角对称布设第五喷嘴17，喷嘴平面交汇点位于过滤池41隔墙背流侧中心(图3中F点位置)。

[0023] 在本发明中，射流喷嘴与床面应保持一定的距离，根据取水泵站2泥沙淤积监测或模型试验预测，可确定需要射流冲刷喷嘴的安装高度。也可采用在垂直方向上可上、下移动距离的喷嘴布置形式。在本发明中，这里设定垂直高度为0.5m(该高度可根据喷嘴射流冲击泥沙床面的效果具体情况调节)。喷嘴与床面的夹角可以考虑两种方式：一种是保持射流水流平面交汇点处水流能冲抵床面，即平面汇流点贴近床面，此时可确定喷嘴与床面垂向夹角；另一种是平面汇流点距离床面有一定高度，确保射流流程相对较远。射流喷嘴与两侧壁面平面夹角通过喷嘴交汇点分别在A、B、C和D点位置确定；在进水池过度段布置2个冲刷装置，射流喷嘴与两侧壁面平面夹角通过喷嘴交汇点分别在E点位置确定；在过滤池41末端布置第五喷嘴17，射流喷嘴与两侧壁面平面夹角通过喷嘴交汇点分别在F点位置确定。

[0024] 考虑到本发明装置需要事先在取水泵站建设期间预埋，整体建成后很难对喷嘴的高度、角度等参数进行调节。因此，除喷嘴可上、下调节外，其与两侧墙体壁面的平面夹角以及与取水泵站床面的垂直夹角亦可调节；喷嘴后方连接的射流管道可通过安装压力阀等装置对其喷射水流流速以及压强进行调节。

[0025] 防淤系统运行方式

[0026] LNG取水泵站不停机条件下防淤装置的运行方法，包括以下步骤：

[0027] (1)在取水泵站2中安装各种传感器；

[0028] (2)①第三水深传感器9、第四水深传感器10以及第六水深传感器12这三个任一传感器监测到当前水深满足d≥0.5h时，开启吸水间第三喷嘴以及过滤池第五喷嘴共2组4个喷嘴，其中，d为当前传感器监测的水深；h为泵站极端低水位对应的水深：②第一含沙量传感器(吸水间进口位置)和第二含沙量传感器(过滤池隔墙背水侧中部)这两个任一传感器3
监测到含沙量浓度S≥0.8kg/m时，开启吸水间第三喷嘴以及过滤池第五喷嘴共2组4个喷嘴；③第六水深传感器监测到当前水深满足d＜0.5h且第二含沙量传感器监测到S＜0.5kg/m3时，关闭过滤池第五喷嘴共1组2个喷嘴；④第三水深传感器和第四水深传感器10以及第六水深传感器监测到水深满足d＜0.5h且第一含沙量传感器和第二含沙量传感器均满足S
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＜0.5kg/m时，关闭吸水间第三喷嘴以及过滤池第五喷嘴共2组4个喷嘴。

[0029] 减淤系统运行方式

[0030] LNG取水泵站2减淤运行主要是在泵站停机维护时发生，具体地运行方式为：

[0031] 以LNG运行1台海水泵5为例，开启吸水间43第一喷嘴13、第二喷嘴14以及第三喷嘴15、渐扩段42第四喷嘴16和过滤池41第五喷嘴17共5组10个喷嘴，以降低流道“盲区”内的淤积泥沙。因海水泵5关闭时，射流冲刷泥沙不能随管道输送走，吸水间43末端及渐扩段42的冲刷扰动泥沙会分布在流道其他区域。因此在下次运行取水时即时开启吸水间43中部第二喷嘴14，并开启时间不小于6小时，以便冲刷输送“盲区”重新分布的淤积泥沙。

[0032] 经济效益分析

[0033] 实例一：人工结合机械清淤

[0034] 上海LNG其取水泵站排水口含沙量一般在0.4～2.0kg/m3，进水池两侧墙体附近年淤积厚度最大可达5～7m，清淤周期一般为1年，清淤后1～2个月内最高淤积厚度约1m。此外，排水口含沙量与取水口相比减小幅度不大，一般减小幅度在3％左右。其清淤方式主要采用停机维护时清淤，经测算清淤费用约50万元/年。而采用本技术方案之后，清淤的成本主要在于平时的喷嘴工作的电费，而且在1-2个月的里，整个装置是正常工作的，会产生很大的效益。