CNG臂在國內LNG項目上的首次應用

王 毅

海洋石油工程股份有限公司設計公司 天津 300451

CNG臂在國內LNG項目上的首次應用

王 毅

海洋石油工程股份有限公司設計公司 天津 300451

針對接收站的設計要求對高壓輸氣臂從配重、結構、液壓快開快脫接頭等技術特點做出詳細的闡述。

CNG臂 雙配重 液壓快開快脫接頭 FSRU

在天然氣消費領域，城市天然氣將會占據更大的比例，尤其冬季高峰用氣量不斷增加，峰谷差隨之擴大，天然氣供需矛盾逐漸突顯。為了保證天津市冬季供氣，加快項目進程，天津LNG項目采用了FSRU和陸地終端相結合的開發模式。作為國內首個浮式LNG項目，高壓輸氣臂是本項目的關鍵設備，采用一用一備的設計，能夠滿足船岸連接的設計要求，從而達到由船向陸地輸氣的目的。

1 CNG臂的設計要求

來自LNG運輸船的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，然后經高壓氣體外輸臂輸送至首站，接至天然氣外輸管網，然后進入城市管網。具體見圖1。

高壓輸氣臂（位號：TS-HGA-1001A/B）

設備直徑：Φ300mm；

設備形式：DCMA；

設計流量：630000Nm3/h；

操作壓力：5.0MPa(G)；

設計壓力：FV/10.0MPa(G)；

操作溫度：0℃；

設計溫度：-40℃/60℃；

材料：低碳鋼

2 CNG臂的結構組成

天津項目采用的是法國FMC公司設計制造的高壓輸氣臂，主要由臂立柱、生產管匯、萬向接頭、快接快脫法蘭（QCDC）、雙關斷球閥、配重、高壓短管、液壓系統、電控系統組成。輸氣臂的動作可以通過遙控器或現場控制盤手動傳達動作指令到碼頭控制室PLC控制柜，經過處理后的信息，由PLC傳輸到CNG臂完成各種動作。主要包括氮氣吹掃、試抓法蘭、連接、鎖緊、報警、關斷、脫臂等功能。CNG臂的操作平臺布置為三層分別為上層甲板標高18000mm，中層甲板標高13500mm，下層甲板8500mm。上層甲板布置設備現場控制盤，液壓動力站等；中層甲板布置設備接管；下層CNG臂立柱生根（見圖2）。

圖1 CNG臂流程圖

2.1 DCMA雙配重結構卸料臂

根據本接收站設計及卸料臂的口徑和臂長,DCMA(雙配重結構卸料臂)是唯一也是最佳技術方案。只有這種雙配重結構的卸料臂可以保證發生緊急脫離后,臂能夠立即被抬高,避免臂碰撞到船舶匯管或護欄而產生火星造成的安全隱患。而單配重RCMA型式的臂在發生緊急脫離時，由于配重的結構設計型式，會先向前俯沖，之后才能被升高。

DCMA型式的卸料臂有兩塊獨立的配重,分別用來平衡內臂和外臂。只有DCMA型式的卸料臂能夠確保卸料臂在任何位置時, 配重梁都保持持續穩定的工作半徑(無論臂在正常包絡之內或之外）。這種臂的特別設計使其后部只占用很小的空間,確保不會碰到碼頭上的其它設備或結構。請注意,雖然其它型式的卸料臂原理上能夠在特定區域內保持配重梁的活動范圍（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生,會卸料使臂意外超出正常工作包絡,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 緊急脫離后自動回收

發生緊急脫離后,FMC卸料臂能夠完全被自動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位置和/或把隨船漂移走的那部分接回到臂上。按照EN1474標準設計緊急脫離后的自動完全回收歸位。

2.3 旋轉接頭技術

旋轉接頭是卸料臂最關鍵的部件。FMC卸料臂的旋轉接頭內部結構采用嵌入式滾珠軌道，是高強度的不銹鋼合成材料制成的。軸承滾珠不會與旋轉接頭本體發生任何直接接觸，因此旋轉接頭本體不會因長期工作運轉產生任何磨損而發生泄漏問題，同時更不會產生摩擦靜電，引起火花，在危險區產生安全隱患。

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。在設計上，為了連接的便利，采用了自動對中導向連接系統。在完成連接法蘭以后，導向柱可以折疊復位。另外，快開法蘭上設計了2＂泄放閥門，當發生緊急脫離工況時，快開法蘭和ESD關斷閥發生聯動，關斷閥之間的高壓氣體同時通過快開法蘭上的2＂球閥泄放，避免危險事故的發生。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，當工藝閥門的壓力降到1bar時，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斷的設計（見圖3）。

圖3 高壓隔斷閥的設計

從設計上考慮隔離閥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。這種設計方式比較成熟，安全可靠，并且為了避免閥門之間相互影響，兩個閥門的液壓執行機構、蓄能器等分別獨立，互相不干擾。

3 結束語

CNG臂在天津LNG項目中起到了關鍵性的作用，為了項目快速投產，迅速占領LNG市場，做出了很大貢獻。本項目二期陸地終端氣化器、大型LNG儲罐等設備的逐漸完善，高壓輸氣臂可以移植到其他項目繼續使用，避免設備荒廢，節約投資成本。

1 《天津市“十二五”期間天然氣調峰需求及儲氣設施研究》，天津市燃氣熱力規劃設計院

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1672-9323（2014）02-0082-02

2013-11-21）