現在の状況と将来極低温ポンプ
近年、天然ガスは世界のエネルギー消費に占める割合を着実に増やし、石油や石炭と並んで三大エネルギーの1つとして位置づけられています。液化天然ガス（LNG）は、エネルギー効率、環境への配慮、安全性、信頼性、経済的利点など、多くの利点を備えたクリーンエネルギー源として世界中で認められています。中国では、国家の「第12次5カ年計画」がLNGの開発と導入を奨励してきました。2012年までに、中国は沿岸都市に12のLNG輸入ターミナルを設立し、総容量は3,500万トンに達し、西から東へのガスパイプラインの第1ラインと第2ラインの合計容量を超えています。中国のLNG液化技術の急速な発展は、「第13次5カ年計画」によって支えられており、2020年までに天然ガス供給能力を3,600億立方メートルに達成し、一次エネルギー消費の8.3％から10％を占めることを目指しています。
中国は主に LNG の形で天然ガスを輸入しています。LNG の生産と消費のプロセスには、液化、輸送、受領、輸送、販売といういくつかの重要な段階があります。LNG 極低温ポンプは、LNG サプライ チェーンの各段階で重要な役割を果たします。
現在、世界でLNG極低温ポンプを生産している企業はわずか数社であり、中国のLNG生産はまだ初期段階にあります。国内のLNG液化プラント、受入ターミナル、気化ステーション、LNG車両給油ステーションでは主に西側製品が使用されていますが、これらは高価で納期も長いです。LNG産業を発展させ、エネルギー安全保障を確保するという国の政策に沿って、国産のLNG移送ポンプの開発が急務となっています。
現状と開発動向
国際技術状況
米国は1910年に早くも工業規模の天然ガス液化研究を開始し、1917年にLNG生産を開始しました。その後、英国、フランス、日本などの先進国がLNG取引に参入しました。米国は、中国と比較して低温ポンプ技術研究でほぼ100-年リードしています。主要な国際的低温ポンプメーカーには、荏原（米国）、日機装（米国）、JC-CARTER（日機装が買収）などがあります。これらの企業は、製品開発、製造、テスト、運用において数十年の経験を持ち、大型で効率的で信頼性の高い製品を開発する傾向があります。
国内技術の現状と動向
中国では基礎研究とエンジニアリング技術が急速に進歩しており、国内の極低温ポンプメーカーは低温材料、水中モーター、入口底部バルブ、電気部品、低温ベアリングなどの研究と応用を行っており、低温試験技術と安全監視は大きく進歩しています。しかし、設計、製造、試験、エンジニアリング応用技術の完全なセットはまだ不足しており、海外メーカーと比較してエンジニアリング経験のギャップが残っています。このギャップを埋めるには、継続的な応用と経験の蓄積が必要です。
LNGポンプの構造と特徴
LNG 極低温水中ポンプは、低温水中モーター、インペラ、ガイドベーン、ベアリング、スラストバランス構造などのコンポーネントで構成されています。これらのポンプは遠心設計で、-196 度の温度要件を満たし、優れた耐キャビテーション性能を備えています。モーターなどの主要コンポーネントは LNG によって直接冷却され、無酸素環境で動作するため、爆発の危険がありません。水中ポンプのベアリングは極低温にさらされるため、安定性のために窒化ケイ素セラミック ボール ベアリングが使用されています。
水中LNGポンプの利点
>シールレス設計:シャフトシールの漏れのリスクを排除します。
>安定した温度:LNGによるモーター冷却により、爆発の危険がなく安定した温度を維持します。
>低ノイズ:ポンプ全体が液体に浸かっているため、動作時の騒音が低くなります。
>シンプルな構造:同軸モーターとインペラの設計により高い信頼性を保証します。
>ベアリング寿命の延長:内蔵のバランス機構により軸方向の力が軽減されます。
>自己潤滑ベアリング:ベアリングは媒体によって潤滑されるため、追加の潤滑システムは必要ありません。
水中 LNG ポンプは、大型 LNG 運搬船、車両燃料補給ステーション、LNG 受入ターミナルなどの用途で幅広く成功を収めています。
国内研究開発の方向性LNG 水中ポンプ
国内のLNG水中ポンプ研究開発の全体的な目標は、技術レベルと動作信頼性の国際基準を満たす大流量LNG極低温ポンプシリーズを開発することです。主な研究分野は次のとおりです。
>油圧技術:LNG に適した高流量、高効率、低キャビテーションのインペラを開発し、輸入ポンプの曲線に合わせて油圧設計を最適化します。
>ボトムバルブの開発:密閉性、強度、互換性、および一般的な使いやすさを考慮して、国内のボトムバルブ設計を最適化します。
>低温材料研究:低温強度、変形特性を考慮した材料の研究を行い、低温モーター用材料の開発を行います。
>低温ベアリングの潤滑：低粘度の LNG を潤滑剤として使用する LNG ポンプの潤滑の課題に対処します。
今後の動向と展望
中国のLNG輸入量は過去5年間でほぼ2倍に増加し、2022年までに中国のLNG受入ステーションの総容量は年間1,300万トンを超えると予想されています。世界のLNG資源の供給が良好で国内需要が堅調なため、中国のLNG市場の見通しは明るいです。追加のLNG受入ステーションの建設により、LNGポンプの需要が増加するでしょう。将来的には、エチレン、プロパン、液体窒素などの他の極低温媒体用のポンプの開発も進むでしょう。中国におけるクリーンエネルギー政策の推進により、国産LNG水中ポンプの市場ポテンシャルがさらに高まります。
今後の重点研究分野としては、低温材料、低温下でのベアリングの潤滑、低温モーターの特性、LNGポンプ媒体の試験技術などが挙げられます。
