LNG 卸料臂操作漂移較大原因及解決方案分析

曾小川

（中海福建天然氣有限責任公司，福建莆田 351100）

0 引言

LNG 接收站碼頭采用的是旋轉平衡式卸料臂，作為LNG 接收站的核心設備之一[1-2]，卸料臂的操作是工作中的主要內容，其可靠性直接影響接收站的安全生產[3]。操作人員在操作卸料臂左右運動時，經常會出現延遲、漂移，尤其是風壓較大的情況下，卸料臂出現了在向后、向下操作過程中，卻向右緩慢漂移，直至出現相鄰兩卸料臂接觸碰撞的情形，易造成設備故障，影響工作時效。

以旋轉式配重海上卸載臂—懸吊式（RCMA-S）卸料臂為研究對象，其左右操作的工作范圍，相鄰兩立柱之間的距離是4 m，相鄰兩卸料臂之間的距離是2.5 m，而每條卸料臂的最大左右極限角度均為40°，可知卸料臂的左右操作范圍較小[4]。為此，通過對液壓油路的分析、液壓油缸的計算來解釋卸料臂左右漂移的原因，并提出一些相應的現場診斷和解決方案，以便對操作人員安全、平穩地操作卸料臂提供參考。

1 卸料臂操作液壓原理

卸料臂由液壓控制系統主要是由液壓動力單元、蓄能器單元、選擇閥組單元、液壓執行單元（液壓缸及液壓管）組成。齒輪泵啟動后，通過液壓油管，將液壓油輸送到選擇閥組單元，當液壓油超過溢流閥設定的壓力（21 MPa）時，將會通過溢流閥回流至油箱，確保油路系統的壓力穩定在21 MPa。通過無線遙控器（RCT）或選擇閥組單元（SVU）上的操作手柄，調節三位四通閥的開斷，控制液壓油進出液壓缸，實現卸料臂的位置移動。當選擇閥組單元或電源出現故障時，蓄能器單元可以通過釋放充壓氣囊中的液壓油，操作緊急釋放連接器（PERC），實現船岸緊急脫離。卸料臂操作局部液壓油路圖如圖1 所示。

圖1 卸料臂液壓油路

2 卸料臂漂移發生工況及原因分析

2.1 解除風浪鎖，操作卸料臂

解除風浪鎖，開始操作卸料臂時，液壓油油溫較低，其黏度受溫度影響會變大，就會使其流動性變差，導致液壓缸動作緩慢。

解決措施：①更換黏度和黏溫性能都比較好的液壓油，或在低溫的情況下借助機器自身加熱設備使啟動時油溫升高；②天氣溫度較低時，操作卸料臂之前，提前20 min 啟動液壓油泵，使油溫升高后，再操作卸料臂。

7 MPa 的溢流閥出現故障：閥芯卡住或是閥孔堵塞的時候，使溢流閥常開，液壓油會通過溢流閥直接回到油箱，導致液壓油路中無壓力或壓力達不到操作要求。過猛操作會導致卸料臂發生漂移。

解決措施：出現上述情況，及時檢查和調整溢流閥，并查看液壓油是否被污染，閥芯是否有雜質或沉淀物卡住，導致閥孔堵塞[5]；同時，閥體磨損的程度也是檢查范圍。

2.2 遙控器遠程操作左右點動卸料臂

卸料臂快速接頭與船上法蘭對中操作過程中，很難對中，通過RCT 左右點動（無風壓作用在卸料臂上），向右漂移量往往大于向左漂移量；對4 條卸料臂左右運動各階段進行液壓動力單元（HPU）出口瞬時壓力進行測試，測試結果如表1 所示。

表1 卸料臂左右運動測試 MPa

由表1 測試數據可知，在操作卸料臂初始階段（RCT 操作），液壓動力單元油泵出口瞬時壓力達到了19 MPa 以上，卸料臂才開始動作。當卸料臂動作平穩后，到達指定位置，通過RCT 左右點動微調時，油泵出口瞬時壓力也達到了14 MPa 以上，卸料臂左右漂移較大。結合圖1 卸料臂局部液壓油路圖分析可知，溢流閥在壓力高于7 MPa 以上時就會溢流，因此，RCT 左右點動微調但壓力超過7 MPa，故可判斷溢流閥故障或壓力調整不當。

當通過SVU 上三位四通電磁閥的手桿操作卸料臂左右運動時，油泵出口壓力均在2.3 MPa（RCT 操作卸料臂時，會選中HPU 中的21 MPa 的溢流閥，故壓力較高，而SVU 操作則不會選中21 MPa 的溢流閥），卸料臂動作較為平穩。

綜合上述兩種操作對比可知：溢流閥故障或壓力調整不當，導致液壓油缸受到的沖擊力較大，致使油缸兩端壓差很大，容易造成活塞密封圈過度磨損，油缸內漏，卸料臂漂移較大。

2.3 遙控器遠程向后、向下操作卸料臂

在收回卸料臂的過程中，通過RCT 向后、向下操作卸料臂（在風壓作用下），卸料臂卻向左或向右大量滑移，致使相鄰卸料臂接觸或碰撞。通過圖1 卸料臂局部液壓油路圖分析可知，在非操作卸料臂的情況下，三位四通電磁閥處于中位，進油口和回油口均處于阻斷狀態，但卸料臂仍然向左或向右漂移，分析如下。

（1）液壓油管及接頭處外漏，在液壓油壓力或風壓作用下，使兩腔形成壓差，克服摩擦力后，造成卸料臂向左或向右漂移，這種原因很容易在操作中發現，立即停止油泵，處理外漏油管和接頭即可。

（2）兩位四通液控換向閥有內漏，導致液壓油缸的有桿腔與無桿腔連通，在液壓油壓力或風壓作用下，克服摩擦力后，造成卸料臂向左或向右漂移。

（3）三位四通電磁閥有內漏，致使液壓油缸的其中一腔與回油箱管路導通或其中一腔與齒輪油泵出口管線導通，在兩腔壓差作用下，造成卸料臂向左或向右漂移。

（4）溢流閥閥芯卡住，使溢流閥常開，液壓油回油箱，在液壓油壓力或風壓作用下，使兩腔形成壓差，克服摩擦力后，造成卸料臂向左或向右漂移。

（5）雙作用單桿活塞缸內漏，在液壓油壓力或風壓作用下，使兩腔形成壓差，造成卸料臂向左或向右漂移，這種原因最隱蔽，很難發現，也最容易出現。

下面對卸料臂液壓油缸進行受力分析，以活塞桿為研究對象，排除上述中（1）～（4）中的原因，可將其簡化成如圖2 所示。

結合圖2 分析，當活塞靜止時：

圖2 活塞桿受力分析

其中，f 為活塞與液壓缸之間的摩擦力，F 為負載或風壓，P1、P 為各缸壓強，A1、A 為各缸作用面積。

假設液壓油路及油缸無內漏和外漏，同時液壓油不可壓縮（液壓油缸內無氣體），正常情況下活塞桿處于力平衡的狀態，不可能運動，但事實顯示RCT 停止操作或僅是向后、向下操作過程中，卻不斷地向右漂移（UA0101B 動作最為明顯）。

當活塞穩定向右運動（漂移）時：

由式（2）可知：液壓缸輸出力與活塞有效面積及其兩邊的壓差成正比，在排除液壓油管、換向閥、溢流閥無內漏和外漏的情形，即液壓油缸進出油口處于斷開狀態，假設液壓油不可壓縮（液壓油缸內無氣體），因此可判斷卸料臂UA0101B 控制左右運動的液壓油缸內漏量較大，導致卸料臂左右漂移量過大。

由于卸料期間，卸料臂處于浮動狀態，則P=P1，結合式（2）得出：

式（3）說明在拆臂初始階段（僅向后動作卸料臂），在油溫較低的情況下，液壓油存在一定的可壓縮量，只要風壓F 大于活塞與液壓缸之間的摩擦力f，卸料臂就會在液壓缸兩端壓差作用下，導致卸料臂向右較小量地漂移；但在活塞桿的壓縮下，液壓缸右腔壓力P1逐漸增大，卸料臂又處于平衡狀態，得出式（4）。

移動量S 與泄漏量Q 的關系：

活塞的移動量與活塞密封的泄漏量呈線性關系，通過現場對卸料臂左右運動的測試，發現卸料臂UA0101B 的活塞向右的移動量最大，故其控制左右運動的液壓油缸內漏量最大。

3 卸料臂漂移實時診斷方案

當通過RCT 向后、向下操作卸料臂，在風壓作用下，卸料臂向右大量漂移時，可依據以下步驟開展實時診斷液壓油缸漂移量過大的原因及解決措施。

（1）停止用RCT 操作卸料臂，排除其信號故障導致卸料臂誤動作的可能。

（2）在SVU 上操作手動選臂手柄，將球閥關閉，排除液控換向閥內漏故障的可能。

（3）檢查油路管線及接頭是否有外漏，排除液壓油外漏的可能。

（4）在SVU 上操作三位四通電磁閥的手桿，向左操作（與漂移方向相反）卸料臂，防止相鄰兩卸料臂接觸、碰撞。

（5）卸料臂向左動作過程中，觀察HPU 處油泵出口壓力表的壓力顯示，正常操作壓力是2.1 MPa，在此壓力下，卸料臂向左運動緩慢、平穩。

（6）當在SVU 上操作三位四通電磁閥的手桿，向左操作（與漂移方向相反）卸料臂時，卸料臂不動作，觀察HPU 處油泵出口壓力表的壓力顯示，操作壓力低于2.1 MPa，說明溢流閥出現故障，閥芯卡住或是閥孔堵塞，使溢流閥常開，液壓油會通過溢流閥直接回到油箱，導致液壓油路中無壓力或壓力達不到操作要求[6]。應及時檢查調整溢流閥，直至油路中壓力達到正常值，并將卸料臂移動至安全位置。

（7）對液壓油缸排氣。液壓油缸內如果存在大量氣體，有導致卸料臂漂移量過大的可能。

（8）以上步驟完成后，如果卸料臂左右運動仍然存在漂移量較大的情形，即可判斷單桿活塞缸內漏量大于允許值，需對單桿活塞缸進行相關處理。液壓油缸內漏的較常見原因是活塞密封過量磨損，而造成活塞密封過量磨損的主要原因是速度控制閥調節不當，造成過高的背壓、密封件安裝不當、液壓油污染等。所以，要解決液壓缸內漏問題，需要更換活塞密封圈，正確安裝密封件，適當調整速度控制閥，使其速度和背壓在合理范圍，并更換液壓油。

4 結論與建議

（1）依據液壓缸的結構分析，密封件損壞是液壓油缸故障的常見原因，而造成卸料臂左右漂移的根本原因是液壓油缸的內漏。

（2）通過對液壓油路的分析，總結出了現場診斷卸料臂液壓油缸漂移量過大的原因及解決步驟，以便對操作人員安全、平穩地操作卸料臂提供參考。