1、https:/LNG 船用裝卸臂工藝技術及國產化的必然性分析船用裝卸臂工藝技術及國產化的必然性分析摘要：文章通過對 LNG 裝卸過程中對裝卸臂原材料性能、結構、密封性及主要部件的性能進行分析，選擇適合的材料，進行深冷工藝處理，設計制造完全滿足要求的裝卸臂，并通過嚴格的試驗程序進行試驗。該款裝卸臂結構簡潔、性能優(yōu)越、成本低，極具推廣價值。關鍵詞：LNG 船用裝卸臂；旋轉接頭；緊急脫離裝置（ERC）；液壓QC/DC；國產化 文獻標識碼：A1 概述隨著我國對能源需求的不斷增長，引進和生產液化天然氣對優(yōu)化我國的能源結構，有效解決能源供應、安全、生態(tài)環(huán)保保護，實現(xiàn)經濟社會的可持續(xù)發(fā)展將發(fā)揮重要的作用。從

2、 2006 年首座液化天然氣接收站在深圳大鵬建成投產以來，相續(xù)建成（包括在建）20 多座，其中碼頭選用的關鍵設備 船用裝卸臂一直被歐美國家所壟斷，價格高、交貨期長、服務不及時。無疑地對 LNG 碼頭的生產及操作的安全性帶來一定的約束性。而國內類似設備的設計與生產廠家已在常溫，乃至低溫乙烯裝卸設備的設計與生產控制方面取得了巨大的成績，常溫裝卸臂完全取代了進口產品，低溫乙烯裝卸臂在五年前成功打破了壟斷的格局，并逐漸實現(xiàn)常溫裝卸臂一樣完全取代進口產品。所以，我們已與綜合實力較強的生產廠（上海冠卓）合作組成LNG 裝卸設備研發(fā)小組，經過近三年的不懈努力，終于成功設計、生產制造出了完全適宜 LNG 裝卸

3、的設備，經試驗證明其主要部件的性能超過了國外同類產品。2 LNG 裝卸臂技術與工藝分析2.1 LNG 裝卸臂主體結構計算分析為了全面分析整個冷卻過程的影響，多個不同體系的分析被進行，包括使用四個非常詳細的有限元模型進行的穩(wěn)態(tài)熱、穩(wěn)態(tài)半耦合熱力和瞬態(tài)半耦合熱力分析等。使用 FEMAP 軟件、應用計算機模擬設計，研究在各種瞬態(tài)溫度荷載作用下輸送臂的性能。2.1.1 在-163的環(huán)境下，把液化氣從海岸傳輸?shù)捷喆驈妮喆瑐鬏數(shù)胶０?，現(xiàn)在正面臨著許多問題。這主要是因為傳輸設備上存在著熱沖擊和冰塊的堆積。為了評估液化氣輸送臂能在寒冷的工況及變暖環(huán)境過程中的材料變化，使用 FEMAP 軟件進行分析設計。并通

4、過使用 FEMAP software，淺析地證明，在寒冷條件下新的設計完全能滿足低溫工況的各種狀態(tài)，而且對主要構件沒有任何有害的影響。2.1.3 碼頭基架立柱?；?、轉軸箱、旋轉接頭和回轉支承的三維模型，在https:/周圍的構件上研究管道的冷卻效應，使用一個保守的穩(wěn)態(tài)熱分析對流和傳導效應。2.1.4 支承支架。支承支架的三維模型，研究了由于周圍剛性約束引起的冷卻和熱應力的程度。雖然不容易遭受熱沖擊（因為板是薄的），但是支架也很容易產生一個溫度梯度。因此，需要對支架進行進一步的設計和建模，來改進它們的性能。2.2 主要部件的深冷處理方案2.3 LNG 裝卸臂的旋轉接頭2.3.1 旋轉接頭的結構

5、分析。對旋轉接頭的軸對稱結構建模，研究在各種瞬態(tài)溫度荷載作用下它的性能。溫度荷載給出了隨時間變化的溫度分布和溫度應力。結果，對選擇的節(jié)點，溫度時程圖、von-Mises 等效應力圖和相對軸向位移圖，很容易地顯示了冷卻過程中各個階段的不同，并幫助評估密封是否能保持產品在冷卻和加載期間的密封性。為了讓旋轉接頭在整個裝卸過程中能保持干燥并旋轉靈活，改變其常溫操作的結構，增加氮氣吹掃系統(tǒng)，以便將在操作過程中產生的潮氣及水蒸汽帶走，防止結冰，無法轉動或損壞密封圈。2.3.2 熱分析（冷卻的時間）。旋轉接頭的二維瞬態(tài)熱分析顯示了，由于相對的質量和構造，凸起部分比凹陷部分冷卻的更快。為了評估不同的冷卻選項，

6、在最高應力部分上最大的 Von-Mises 等效應力圖被繪制，并在隨后的圖形中顯示。紅色曲線：假設沒有進行冷卻處理就引入了液化天然氣液體，分析顯示了預先進行冷卻處理的必要性。對選擇的材料，應力超過了許用值。藍色曲線：使用氮氣和液化天然氣蒸汽的混合物，進行 2 個小時的深冷卻處理（在現(xiàn)用的輸送臂上進行）。當進行純液化天然氣輸送時，在旋轉接頭產生的應力最小。2.3.3 低溫旋轉接頭試驗。第一，在試驗溫度下，當旋轉接頭內允許溫差5，充氮氣待壓力升至0.6MPa 或更高的規(guī)定壓力下，電機轉動頻率為 0.1 赫茲，旋轉時進行泄漏試驗，試驗時間持續(xù) 30 分鐘，采用氣體定量測漏儀測量。2.4 低溫緊急脫離

7、裝置2.4.1 性能要求。第一，對于液相式裝置應先關閉球閥，再松開夾緊機構以實現(xiàn)脫離。https:/第四，緊急脫離裝置夾緊機構采用彈性夾緊，夾緊應保證密封和鎖緊可靠；緊急脫離裝置成裝后應進行殼體常溫耐水壓試驗，試驗壓力為設計壓力的1.5 倍，應無可見滲漏。第七，緊急脫離接頭釋放機構在結冰的情況下蓄能系統(tǒng)應確保切實的脫離。2.4.2 安裝要求。第一，采用不銹鋼螺栓。第三，低溫試驗前用氮氣將閥腔、管道內脫脂并吹掃干凈。2.4.3 低溫緊急脫離裝置試驗。第二，緊急脫離裝置的低溫分離試驗在試驗平臺上進行2.5 EQC/DC快速接頭2.5.1 產品用途及結構。快速接頭是安裝在輸油臂末端，與槽船歧管法蘭聯(lián)

8、接的裝置，它通過電氣控制系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)使輸油臂與槽船歧管法蘭實現(xiàn)自動、快速、可靠聯(lián)接。其結構主要由閥體合件 3、回轉支撐 2、組合拉桿 1、推桿 5、加力彈簧6、卡爪 7、液壓缸 4、液壓系統(tǒng)和電器控制系統(tǒng)等九個主要零、部件組成。液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)附于輸油臂相關系統(tǒng)之中（見圖表 1，圖中電氣液壓系統(tǒng)未繪制）。2.5.2 快速聯(lián)接裝置工作原理。聯(lián)接裝置在電氣液壓系統(tǒng)的控制下，卡爪處在最大開啟狀態(tài)，用人工（或用遙控器）操縱快速接裝置將聯(lián)接裝置下端導向塊與槽船管線法蘭對正，使兩法蘭面貼緊。通過電液控制系統(tǒng)控制，啟動油缸推動回轉環(huán)旋轉，從而推動 4 個壓緊機構的上端一起旋轉，帶動壓緊機構推動卡爪

9、繞銷軸轉動，使卡口貼緊槽船法蘭端面，回轉環(huán)的進一步旋轉引起壓緊機構彈簧的壓縮，使卡爪對法蘭端面產生壓緊力，當壓緊機構的軸線與閥體軸線重合時，彈簧載荷最大。當壓緊機構軸線相對卡爪稍過中心線 35角（使壓緊機構處在自鎖狀態(tài)）時，回轉環(huán)停止旋轉。此時，彈簧產生的載荷，通過卡爪的卡口端面加在法蘭上的力法蘭在操作狀態(tài)下所需的密封圈的壓緊力與操作狀態(tài)下所需的螺栓載荷之和，整個鎖緊就完成了。在該位置回轉環(huán)將在機械式定位裝置下限制轉動。當工作結束時，先關閉閥門，切斷槽船管線與輸油臂管線之間的介質流動，啟動旋轉油缸反方向推動回轉環(huán)旋轉，轉動初始，使彈簧卸載，繼續(xù)旋轉回轉環(huán)，通過壓緊機構帶動卡爪旋轉，使卡爪脫開并

10、開到位。此時輸油臂帶動快速聯(lián)接裝置一起與槽船管線分離。2.5.3 壓力等級應與裝卸臂壓力等級相同。https:/2.5.4 快換接頭的設計能適應集油管法蘭的公差帶，夾緊機構的設計必須完全滿足使用要求。2.5.7 快換接頭應有一個法蘭蓋，當用戶要求時法蘭蓋上可有一個螺紋孔并裝一螺塞。2.5.8 連接法蘭、鎖緊件等在精加工前作兩次深冷處理。2.5.9 快換接頭應在有試驗壓力及試驗負荷 Pct 情況下進行試驗。以上結構的液壓快速接頭（DC/DC）由上海冠卓公司設計、生產制造，其結構較歐美國家 FMC、SVT 的結構簡單，經實踐證明不僅完全滿足各種溫度、各種工況下技術要求，而且操作方便、易維護。2.6

11、 低溫臂操作試驗2.6.1 操縱試驗。第三，試驗應演示下列內容：完整的液壓系統(tǒng)；控制及報警系統(tǒng)；緊急脫離系統(tǒng)閥門及緊急脫離接頭動作時間；裝卸臂及緊急脫離系統(tǒng)的安全操作；各種聯(lián)鎖的操作；控制臺及遙控操作；在碼頭平面的作業(yè)包絡范圍；規(guī)格一致性檢驗；由蓄能器壓力下降及階段報警啟動的液壓泵自動運行2.6.2 低溫試驗。第一，進行低溫乙烯裝卸臂的試驗目的。檢驗 LNG 裝卸臂在規(guī)定低溫（-163）狀態(tài)下緊急脫離裝置能否安全脫離且雙球閥安全關閉，同時檢驗脫離整機的平衡狀態(tài)。3 結語總上所述，我們與冠卓聯(lián)合技術開發(fā)小組是利用原有的常溫裝卸臂的技術為基礎，結合超低溫裝卸過程中對設備的要求，通過改變原主要部件的材質及進行特殊的工藝處理，對密封結構及性能的調整、使其完全滿足在超低溫狀態(tài)下的工作工況，獲得兩項專利，且經實踐證明其密封性及操作的靈活性超過了進口的歐美產品，而生產成本較進口產品低了許多，更重要的是令操作人員一直頭痛的服務問題徹底得到了保證。如果該裝卸臂在行業(yè)中落到實處地得到推廣的話，可實現(xiàn)