CNG臂在國(guó)內(nèi)LNG項(xiàng)目上的首次應(yīng)用

王 毅

海洋石油工程股份有限公司設(shè)計(jì)公司 天津 300451

CNG臂在國(guó)內(nèi)LNG項(xiàng)目上的首次應(yīng)用

王 毅

海洋石油工程股份有限公司設(shè)計(jì)公司 天津 300451

針對(duì)接收站的設(shè)計(jì)要求對(duì)高壓輸氣臂從配重、結(jié)構(gòu)、液壓快開快脫接頭等技術(shù)特點(diǎn)做出詳細(xì)的闡述。

CNG臂 雙配重 液壓快開快脫接頭 FSRU

在天然氣消費(fèi)領(lǐng)域，城市天然氣將會(huì)占據(jù)更大的比例，尤其冬季高峰用氣量不斷增加，峰谷差隨之?dāng)U大，天然氣供需矛盾逐漸突顯。為了保證天津市冬季供氣，加快項(xiàng)目進(jìn)程，天津LNG項(xiàng)目采用了FSRU和陸地終端相結(jié)合的開發(fā)模式。作為國(guó)內(nèi)首個(gè)浮式LNG項(xiàng)目，高壓輸氣臂是本項(xiàng)目的關(guān)鍵設(shè)備，采用一用一備的設(shè)計(jì)，能夠滿足船岸連接的設(shè)計(jì)要求，從而達(dá)到由船向陸地輸氣的目的。

1 CNG臂的設(shè)計(jì)要求

來自LNG運(yùn)輸船的LNG首先通過卸料臂輸送至LNG總管中，然后通過閥門控制，可分別輸送至陸上LNG儲(chǔ)罐或者通過裝船臂輸送至FSRU船。輸送至FSRU船上的LNG首先通過加壓外輸氣化，然后經(jīng)高壓氣體外輸臂輸送至首站，接至天然氣外輸管網(wǎng)，然后進(jìn)入城市管網(wǎng)。具體見圖1。

高壓輸氣臂（位號(hào)：TS-HGA-1001A/B）

設(shè)備直徑：Φ300mm；

設(shè)備形式：DCMA；

設(shè)計(jì)流量：630000Nm3/h；

操作壓力：5.0MPa(G)；

設(shè)計(jì)壓力：FV/10.0MPa(G)；

操作溫度：0℃；

設(shè)計(jì)溫度：-40℃/60℃；

材料：低碳鋼

2 CNG臂的結(jié)構(gòu)組成

天津項(xiàng)目采用的是法國(guó)FMC公司設(shè)計(jì)制造的高壓輸氣臂，主要由臂立柱、生產(chǎn)管匯、萬向接頭、快接快脫法蘭（QCDC）、雙關(guān)斷球閥、配重、高壓短管、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)組成。輸氣臂的動(dòng)作可以通過遙控器或現(xiàn)場(chǎng)控制盤手動(dòng)傳達(dá)動(dòng)作指令到碼頭控制室PLC控制柜，經(jīng)過處理后的信息，由PLC傳輸?shù)紺NG臂完成各種動(dòng)作。主要包括氮?dú)獯祾摺⒃囎シㄌm、連接、鎖緊、報(bào)警、關(guān)斷、脫臂等功能。CNG臂的操作平臺(tái)布置為三層分別為上層甲板標(biāo)高18000mm，中層甲板標(biāo)高13500mm，下層甲板8500mm。上層甲板布置設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)控制盤，液壓動(dòng)力站等；中層甲板布置設(shè)備接管；下層CNG臂立柱生根（見圖2）。

圖1 CNG臂流程圖

2.1 DCMA雙配重結(jié)構(gòu)卸料臂

根據(jù)本接收站設(shè)計(jì)及卸料臂的口徑和臂長(zhǎng),DCMA(雙配重結(jié)構(gòu)卸料臂)是唯一也是最佳技術(shù)方案。只有這種雙配重結(jié)構(gòu)的卸料臂可以保證發(fā)生緊急脫離后,臂能夠立即被抬高,避免臂碰撞到船舶匯管或護(hù)欄而產(chǎn)生火星造成的安全隱患。而單配重RCMA型式的臂在發(fā)生緊急脫離時(shí)，由于配重的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)型式，會(huì)先向前俯沖，之后才能被升高。

DCMA型式的卸料臂有兩塊獨(dú)立的配重,分別用來平衡內(nèi)臂和外臂。只有DCMA型式的卸料臂能夠確保卸料臂在任何位置時(shí), 配重梁都保持持續(xù)穩(wěn)定的工作半徑(無論臂在正常包絡(luò)之內(nèi)或之外）。這種臂的特別設(shè)計(jì)使其后部只占用很小的空間,確保不會(huì)碰到碼頭上的其它設(shè)備或結(jié)構(gòu)。請(qǐng)注意,雖然其它型式的卸料臂原理上能夠在特定區(qū)域內(nèi)保持配重梁的活動(dòng)范圍（占用空間極大）,但是操作上的人為失誤或其它意外情況難免發(fā)生,會(huì)卸料使臂意外超出正常工作包絡(luò),從而造成撞擊碼頭管線等的事故,存在事故隱患。

圖2 CNG臂布置圖

2.2 緊急脫離后自動(dòng)回收

發(fā)生緊急脫離后,FMC卸料臂能夠完全被自動(dòng)收回到高于船舶匯管2m的位置 (即使在失電情況下亦是如此),并液壓鎖定在此位置。之后操作員可控制并將臂收回到存儲(chǔ)位置和/或把隨船漂移走的那部分接回到臂上。按照EN1474標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)緊急脫離后的自動(dòng)完全回收歸位。

2.3 旋轉(zhuǎn)接頭技術(shù)

旋轉(zhuǎn)接頭是卸料臂最關(guān)鍵的部件。FMC卸料臂的旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用嵌入式滾珠軌道，是高強(qiáng)度的不銹鋼合成材料制成的。軸承滾珠不會(huì)與旋轉(zhuǎn)接頭本體發(fā)生任何直接接觸，因此旋轉(zhuǎn)接頭本體不會(huì)因長(zhǎng)期工作運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生任何磨損而發(fā)生泄漏問題，同時(shí)更不會(huì)產(chǎn)生摩擦靜電，引起火花，在危險(xiǎn)區(qū)產(chǎn)生安全隱患。

2.4 液壓快開快脫法蘭

液壓快開法蘭可以很容易從高壓管線上脫離和連接。在設(shè)計(jì)上，為了連接的便利，采用了自動(dòng)對(duì)中導(dǎo)向連接系統(tǒng)。在完成連接法蘭以后，導(dǎo)向柱可以折疊復(fù)位。另外，快開法蘭上設(shè)計(jì)了2＂泄放閥門，當(dāng)發(fā)生緊急脫離工況時(shí)，快開法蘭和ESD關(guān)斷閥發(fā)生聯(lián)動(dòng)，關(guān)斷閥之間的高壓氣體同時(shí)通過快開法蘭上的2＂球閥泄放，避免危險(xiǎn)事故的發(fā)生。管匯上的工藝閥門之間的壓力和液壓快開法蘭也是連鎖的，就是說，當(dāng)工藝閥門的壓力降到1bar時(shí)，快開法蘭脫離。

2.5 高壓隔離閥

CNG臂上的高壓隔離閥采用雙球閥關(guān)斷的設(shè)計(jì)（見圖3）。

圖3 高壓隔斷閥的設(shè)計(jì)

從設(shè)計(jì)上考慮隔離閥80把高壓外輸臂和液壓快開快脫法蘭隔離開，管匯隔離閥把液壓快開快脫法蘭和FSRU船體隔離開。這種設(shè)計(jì)方式比較成熟，安全可靠，并且為了避免閥門之間相互影響，兩個(gè)閥門的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、蓄能器等分別獨(dú)立，互相不干擾。

3 結(jié)束語(yǔ)

CNG臂在天津LNG項(xiàng)目中起到了關(guān)鍵性的作用，為了項(xiàng)目快速投產(chǎn)，迅速占領(lǐng)LNG市場(chǎng)，做出了很大貢獻(xiàn)。本項(xiàng)目二期陸地終端氣化器、大型LNG儲(chǔ)罐等設(shè)備的逐漸完善，高壓輸氣臂可以移植到其他項(xiàng)目繼續(xù)使用，避免設(shè)備荒廢，節(jié)約投資成本。

1 《天津市“十二五”期間天然氣調(diào)峰需求及儲(chǔ)氣設(shè)施研究》，天津市燃?xì)鉄崃σ?guī)劃設(shè)計(jì)院

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2013-11-21）