液化天然气(LNG)以其安全、清洁、高效、储存效率高等优点,受到大家的关注。国内天然气供应不足,需要从国外进口。进口LNG由运输船运输至沿海码头,通过将码头LNG卸船臂与运输船歧管连接,将LNG运输至码头大型储罐。
在LNG装卸过程中,当台风、海浪等紧急情况会导致运输船漂离作业区时,必须紧急断开卸船臂与运输船的连接,否则运输船会拉动卸船臂,导致LNG泄漏,甚至引发爆炸等严重事故。因此,有必要在卸载臂上安装一个紧急脱离装置,以快速将卸载臂从运输船上脱离。我国没有相应的理论设计依据,大直径超低温紧急脱离装置也没有研究设计,设备长期进口。国外产品存在保压时间缩短、液压油泵频繁启动、相关液压元件动作频繁等问题,导致紧急泄放装置无法正常开启。
随着我国LNG接收站的建设,研究LNG卸船臂紧急脱离装置迫在眉睫。对16英寸LNG卸船臂的紧急脱离装置进行了研究。主要设计结构和液压系统。通过有限元分析,对结构的温度场和应力场进行了分析,验证了结构设计的合理性。研究成果解决了长期依赖进口和产品国产化的问题,为其设计和理论研究提供了参考。根据紧急脱离装置的功能要求,确定该装置的总体方案为双球阀和紧急脱离接头形式,驱动方式为液压驱动方式。根据紧急脱离装置的方案设计,制定设计要求,为结构和水力设计提供依据。根据功能特点,将紧急脱离装置分为双球阀部分、传动部分和紧急脱离接头部分。
通过对各部件的详细分析,设计了装置结构,并绘制了各部件的三维模型,完成了紧急脱离装置的整体建模。双球阀设计属于非标设计,球阀阀体采用一体化结构设计,阀座和阀芯采用新的结构设计,使结构更加紧凑。传动机构采用四杆结构,保证两个球阀的启闭同步。紧急释放接头设计为四夹板结构,以实现从运输船上安全可靠地释放卸载臂。考虑介质压力和温度载荷对紧急泄放装置球阀结构的影响,利用有限元分析软件。
对球阀在超低温条件下的温度场和应力耦合进行分析,判断材料的小应力与许用应力的关系,并验证了球阀设计强度的可靠性。根据液压系统的设计要求,设计了液压系统的原理图,分析了各单元回路的原理。针对现有卸荷臂和紧急脱离装置液压系统的内部泄漏问题,设计了新型无泄漏换向阀组。初步试验验证了该阀组密封良好,并将其应用于广大客户LNG接收站卸料臂液压系统中,验证了设计的正确性。本文的研究为LNG卸船臂紧急脱离装置的研发提供了一定的参考。