LNG船用應(yīng)急釋放系統(tǒng)國產(chǎn)化技術(shù)要點(diǎn)

時(shí)光志

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 采油服務(wù)分公司，天津 300452)

LNG船用應(yīng)急釋放系統(tǒng)(emergency release systems， ERS)是LNG浮式過駁設(shè)備的核心安全裝置，用以保障在船體漂離、火災(zāi)等危險(xiǎn)情況下，實(shí)現(xiàn)LNG輸送端與LNG接收端低溫輸送管線的安全快速分離，防止在LNG輸送過程中發(fā)生意外事故。目前LNG船用應(yīng)急釋放系統(tǒng)國產(chǎn)化進(jìn)程緩慢，英國KLAW和瑞典Manntek等外企掌控核心技術(shù)。為此，通過對(duì)國內(nèi)外主流產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)研與對(duì)比分析，提出LNG船用應(yīng)急釋放系統(tǒng)國產(chǎn)化所須攻克的技術(shù)要點(diǎn)。

1 系統(tǒng)簡介

ERS主要包括應(yīng)急釋放接頭(emergency release coupling, ERC)、液壓動(dòng)力單元(hydraulic power unit, HPU)、遠(yuǎn)程控制面板(remote control panel, RCP)、鞍座等部分,見圖1。

圖1 應(yīng)急釋放系統(tǒng)主要組成部分

當(dāng)緊急情況發(fā)生時(shí)，可以通過液壓動(dòng)力單元可以控制應(yīng)急釋放接頭分離。如果工作人員遠(yuǎn)離液壓動(dòng)力單元所在位置時(shí)，可以通過遠(yuǎn)程控制面板進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急快速分離，避免危險(xiǎn)發(fā)生。其中鞍座起到低溫軟管支撐作用，并且鞍座內(nèi)配有防墜落裝置，通過鋼絲繩與低溫軟管連接。目前也有船舶使用軟管吊替代鞍座，但是軟管吊操作更加復(fù)雜，效率更低，在LNG輸送過程中需要吊車一直保持工作狀態(tài)，一般用于小流量加注。

應(yīng)急釋放系統(tǒng)(ERS)連接方式見圖2。

圖2 應(yīng)用于實(shí)船的ERS連接結(jié)構(gòu)

起支撐作用的鞍座通過船舶上固定裝置(圖2中固定帶)固定在甲板上，低溫軟管放置在鞍座的馬槽中，并且與應(yīng)急釋放接頭連接，從而實(shí)現(xiàn)LNG穩(wěn)定輸送。當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，處于安全區(qū)域(例如，控制室)的工作人員使用遠(yuǎn)程控制面板進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，應(yīng)急釋放接頭通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)打開，兩邊切斷閥分離，從而實(shí)現(xiàn)安全、高效脫離。脫離后切斷閥一端隨LNG低溫軟管與LNG接收端分離開，并且當(dāng)?shù)蜏剀浌軓拇w上滑落時(shí)，鞍座內(nèi)部配備的防墜落裝置能夠降低軟管下落速度，防止軟管和船體碰撞，造成設(shè)備損壞，最大限度地降低風(fēng)險(xiǎn)和成本，切斷閥另一端則留在LNG輸送端上，切斷閥兩端均處于關(guān)閉狀態(tài)。應(yīng)急釋放系統(tǒng)(ERS)的應(yīng)用極大地提升LNG浮式過駁的安全性，有助于LNG運(yùn)輸行業(yè)的高效穩(wěn)定發(fā)展。

2 技術(shù)現(xiàn)狀

國外關(guān)于應(yīng)急釋放系統(tǒng)的相關(guān)研究起步較早，上世紀(jì)50年代末，英國、法國等廠家就已開展海上LNG應(yīng)急釋放系統(tǒng)技術(shù)研究，經(jīng)過多年發(fā)展，他們的公司產(chǎn)品技術(shù)相對(duì)成熟，特別是法國FMC、英國KLAW等公司在LNG儲(chǔ)運(yùn)方面已經(jīng)具備全套系列化產(chǎn)品，并廣泛應(yīng)用于全球LNG加注船、LNG接收站、FSRU、FLNG等項(xiàng)目中。

應(yīng)急釋放系統(tǒng)(ERS)主要有以Klaw、ARTA、FMC、SVT等公司為代表的液動(dòng)緊急脫離型和以Manntek為代表的高壓氮?dú)饩o急脫離型。

液動(dòng)緊急脫離裝置有以Klaw、ARTA等公司產(chǎn)品為代表的蝶閥形式和以FMC、SVT等公司產(chǎn)品為代表的球閥形式，根據(jù)ERS布置位置的不同可分為兩種形式，圖3所示為ERS布置在加注船上，圖4所示為ERS布置在受注船上。

圖3 ERS布置在加注船上輸送系統(tǒng)布局

圖4 ERS布置在受注船上輸送系統(tǒng)布局

蝶閥形式應(yīng)急釋放系統(tǒng)以液壓為動(dòng)力源，閥門結(jié)構(gòu)為扭簧蝶閥式，閥門連接時(shí)兩閥板互鎖形成通路，閥門脫離后兩閥板互鎖狀態(tài)結(jié)束，閥板在扭簧的作用下將通路切斷并密封。球閥形式應(yīng)急釋放系統(tǒng)同樣以液壓為動(dòng)力源，閥門結(jié)構(gòu)為球閥，閥門連接時(shí)介質(zhì)正常流通，閥門脫離前，油缸推動(dòng)球閥轉(zhuǎn)動(dòng)將通路切斷并密封。圖5所示為蝶閥形式液動(dòng)緊急脫離裝置和模型原理圖，圖6位球閥形式液動(dòng)緊急脫離裝置。

圖5 液動(dòng)緊急脫離裝置-蝶閥形式

圖6 液動(dòng)緊急脫離裝置-球閥形式

氣動(dòng)緊急脫離裝置產(chǎn)品以Manntek等公司的產(chǎn)品為代表，其布局見圖7，以高壓氮?dú)庀到y(tǒng)作為緊急脫離動(dòng)力源，軟管吊運(yùn)系統(tǒng)、電器控制系等布置在加注船上，快速連接脫離與導(dǎo)向裝置、緊急脫離裝置(ERS)等布置在受注船上，裝卸全程軟管始終由軟管吊進(jìn)行吊運(yùn)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)緊急脫離后軟管的防墜功能。

圖7 Manntek等公司LNG浮式過駁設(shè)備組成布局

氣動(dòng)緊急脫離裝置見圖8，閥門結(jié)構(gòu)為彈簧對(duì)頂式，閥門連接時(shí)錐形機(jī)構(gòu)相互頂開，閥門脫離后錐形機(jī)構(gòu)在彈簧作用下將通路切斷并密封。

圖8 高壓氮?dú)饩o急脫離裝置

液動(dòng)緊急脫離裝置結(jié)構(gòu)簡單，體積較氣動(dòng)緊急脫離裝置小，但閥門輸出力較氣動(dòng)緊急脫離裝置大，液動(dòng)緊急脫離裝置由于液壓油的黏性而效率較高，有自潤滑性能和防銹性能，同時(shí)抗腐蝕性也優(yōu)于氣動(dòng)閥門裝置，更適用于大口徑閥門。氣動(dòng)緊急脫離裝置因氣體有壓縮性，使得速度不易均勻，且結(jié)構(gòu)較大，不適于大口徑高壓力的閥門。目前現(xiàn)有LNG輸送系統(tǒng)多朝著大流量大口徑趨勢(shì)發(fā)展，因此主流產(chǎn)品中多使用球閥或蝶閥式液動(dòng)緊急脫離裝置。

國內(nèi)海上LNG產(chǎn)業(yè)起步較晚，雖有連云港杰瑞自動(dòng)化等企業(yè)開展相關(guān)研究，但針對(duì)應(yīng)急釋放系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)薄弱，國內(nèi)市場(chǎng)關(guān)鍵部件嚴(yán)重依賴進(jìn)口，而且，進(jìn)口的ERS設(shè)備價(jià)格高昂、交貨周期長、服務(wù)不及時(shí)等，國內(nèi)各類LNG產(chǎn)業(yè)發(fā)展受限。

3 國產(chǎn)化技術(shù)要點(diǎn)

1)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。按驅(qū)動(dòng)方式可分為液動(dòng)緊急脫離型和高壓氮?dú)饩o急脫離型兩種，分別適用浮式儲(chǔ)存及再氣化裝置(floating storage and regasification unit，F(xiàn)SRU)/LNG運(yùn)輸船與LNG運(yùn)輸船間大流量過駁、LNG加注船/岸基與LNG動(dòng)力船間的小流量加注。但是業(yè)內(nèi)缺乏統(tǒng)一、專用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，國內(nèi)外廠家設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)產(chǎn)品多參考岸基裝卸系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)要點(diǎn)并不對(duì)外公開。國內(nèi)供應(yīng)商應(yīng)加大、加快相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面的調(diào)研與解讀，明確產(chǎn)品的技術(shù)攻關(guān)路徑，聯(lián)合船舶設(shè)計(jì)制造企業(yè)、業(yè)主單位一同制定LNG浮式過駁領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，明確產(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)要求、試驗(yàn)測(cè)試、產(chǎn)品檢驗(yàn)方面的要求。

2)市場(chǎng)開拓。應(yīng)急釋放系統(tǒng)作為LNG低溫輸送系統(tǒng)的核心安全裝置，一般與LNG低溫輸送系統(tǒng)一同打包進(jìn)行銷售，而LNG低溫輸送系統(tǒng)的市場(chǎng)和核心技術(shù)同樣是由外資企業(yè)擁有，欲推行應(yīng)急釋放系統(tǒng)國產(chǎn)化必須先實(shí)現(xiàn)LNG低溫輸送系統(tǒng)國產(chǎn)化。

不但要推行應(yīng)急系釋放統(tǒng)等核心設(shè)備國產(chǎn)化研制，而且要同步推行LNG低溫輸送系統(tǒng)國產(chǎn)化攻關(guān)，從核心設(shè)備和整機(jī)系統(tǒng)兩個(gè)方面都具備國產(chǎn)化實(shí)船應(yīng)用的條件。

3)資質(zhì)完善方面。國內(nèi)雖然也有企業(yè)掌握了應(yīng)急釋放系統(tǒng)的核心技術(shù)，完成了樣機(jī)的制造，但缺乏專業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)測(cè)試環(huán)境，難以對(duì)產(chǎn)品可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，船級(jí)社取證工作存在一定的困難，不利于后續(xù)市場(chǎng)開拓。因此，應(yīng)該尋求國家政策與資金支持，加大對(duì)企業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)方面的配套能力建設(shè)，完善企業(yè)相關(guān)資質(zhì)，并促進(jìn)國內(nèi)船東和供貨商攜手推進(jìn)國產(chǎn)化示范應(yīng)用與產(chǎn)品推廣。

4 結(jié)論

LNG船用應(yīng)急釋放系統(tǒng)的國產(chǎn)化有助于我國在LNG儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)占據(jù)有力地位。早期中國面臨著缺資金、缺技術(shù)、缺人才的局面，行業(yè)發(fā)展重點(diǎn)有取舍，在LNG行業(yè)上的投入較少，技術(shù)研究滯后，嚴(yán)重缺乏有關(guān)應(yīng)急釋放系統(tǒng)的成果。進(jìn)入21世紀(jì)后，國內(nèi)天然氣需求的不斷加大，海上LNG產(chǎn)業(yè)鏈的蓬勃發(fā)展與LNG船用應(yīng)急釋放系統(tǒng)等核心設(shè)備受制于人的矛盾，已嚴(yán)重制約國內(nèi)天然氣產(chǎn)業(yè)的綠色健康發(fā)展。我國應(yīng)從標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、市場(chǎng)開拓、資質(zhì)完善等方面著手，完成核心技術(shù)攻關(guān)與樣機(jī)認(rèn)證，早日實(shí)現(xiàn)急釋放系統(tǒng)自主研發(fā)、生產(chǎn)。