黃滄滄
(中海浙江寧波液化天然氣有限公司,浙江寧波 315800)
LNG 作為一種低溫液體,溫度在-165 ℃氣液膨脹比約為1:600,爆炸極限為5%~15%,氣化后的天然氣屬于易燃易爆甲A 類火災(zāi)危險氣體。LNG 接收站是儲存LNG 并往外輸送天然氣的場所,通過LNG 槽車輸送至用戶實現(xiàn)LNG 液態(tài)外輸,通過升溫升壓后進(jìn)入天然氣管網(wǎng)送至用戶實現(xiàn)LNG 氣態(tài)外輸。
LNG 接收站利用槽車裝車系統(tǒng)對LNG 槽車進(jìn)行充裝,實現(xiàn)LNG 液態(tài)外輸。每套槽車裝車系統(tǒng)包括1 條液相裝車臂、1 條氣相裝車臂及配套的工藝管線和控制系統(tǒng)。通過液相臂將工藝管線中LNG 輸送至槽車罐體,同時槽車中的BOG(Boil-Off Gas,蒸發(fā)氣體)通過氣相臂返回至工藝系統(tǒng),實現(xiàn)壓力的平衡。每條裝車臂主要由旋轉(zhuǎn)接頭、閥門、工藝管道及配重組成。旋轉(zhuǎn)接頭作為裝車臂的核心部件,其結(jié)構(gòu)及應(yīng)用情況受到了用戶的廣泛關(guān)注。浙江LNG 接收站裝車臂選用的是日本NIGATTA 裝車臂(進(jìn)口橇)和江蘇長隆裝車臂(國產(chǎn)橇),基于長期的檢修經(jīng)驗總結(jié)及實踐積累,對兩種LNG 裝車臂旋轉(zhuǎn)接頭的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用情況進(jìn)行了對比分析。
圖1 LNG 裝車臂示意
旋轉(zhuǎn)接頭為LNG 裝車臂移動使用的關(guān)鍵部件,每條裝車臂(液相臂/氣相臂)有旋轉(zhuǎn)接頭5 個。通過3 個3 英寸(76.2 mm)旋轉(zhuǎn)接頭實現(xiàn)內(nèi)臂、外臂的旋轉(zhuǎn)抬升,通過2 個2 英寸(50.8 mm)旋轉(zhuǎn)接頭實現(xiàn)前臂的伸縮移動,確保實現(xiàn)裝車臂與槽車的有效連接。
裝車臂旋轉(zhuǎn)接頭部件主要由內(nèi)套、外套、滾珠腔室及密封件組成,采用焊接或法蘭連接的型式將內(nèi)套、外套與兩端工藝管道分別固定,通過滾珠可實現(xiàn)內(nèi)外套的相對轉(zhuǎn)動,旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)部(滾珠腔室)采用無油脂潤滑。由于工藝介質(zhì)為低溫液體/氣體(LNG/NG),考慮到低溫傳熱影響,如發(fā)生旋轉(zhuǎn)接頭密封泄漏,外界大氣中的水汽會進(jìn)入滾珠腔室受低溫影響結(jié)冰,造成旋轉(zhuǎn)接頭部件凍住無法轉(zhuǎn)動,因此在內(nèi)套和外套中間設(shè)計了隔離腔體,持續(xù)注入微正壓的氮?dú)膺M(jìn)行吹掃,從而將低溫工藝介質(zhì)與旋轉(zhuǎn)接頭滾珠腔室的傳熱進(jìn)行一定的隔絕,防止旋轉(zhuǎn)接頭滾珠腔室出現(xiàn)結(jié)冰故障。氮?dú)饷芊獾膲毫Σ豢蛇^高,避免影響密封件的使用壽命。
旋轉(zhuǎn)接頭密封包括動密封和靜密封兩部分。動密封側(cè)為轉(zhuǎn)動連接面,主要用于防止工藝管道介質(zhì)泄漏至滾珠腔室,旋轉(zhuǎn)接頭轉(zhuǎn)動過程中,密封件與密封面會產(chǎn)生相應(yīng)的摩擦。靜密封側(cè)為靜態(tài)連接面,用于工藝管道介質(zhì)的密封以及滾珠腔室與外界大氣的隔絕密封。
NIGATTA 裝車臂旋轉(zhuǎn)接頭為組裝部件,內(nèi)套與工藝管道焊接連接,外套與另一側(cè)工藝管道法蘭連接,通過滾珠可實現(xiàn)內(nèi)外套的相對轉(zhuǎn)動。滾珠腔室滾珠之間使用墊片隔開,避免傳動過程中的剛性撞擊。動密封側(cè)包括1 道主密封、1 道次密封和1 道法蘭面密封,防止工藝管道介質(zhì)泄漏。靜密封側(cè)有1 道防塵密封,用于滾珠腔室與外界大氣的隔絕密封。
長隆裝車臂旋轉(zhuǎn)接頭為集成部件,采用兩端法蘭連接的型式將內(nèi)套、外套與工藝管道分別固定。滾珠腔室采用全滾珠的形式,使用過程中會造成滾珠之間、滾珠與軌道咬合的情況。動密封側(cè),包括1 道主密封、1 道次密封和1 道法蘭密封,防止工藝管道介質(zhì)泄漏。靜密封側(cè)包括1 道主密封和1 道防塵密封,分別用于工藝管道介質(zhì)的密封以及滾珠腔室與外界大氣的隔絕密封。
比較而言,NIGATTA 裝車臂旋轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)簡單,密封數(shù)量(5 道)較長隆裝車臂(6 道)更少,泄漏故障點(diǎn)更少,可靠性更高。
NIGATTA 裝車臂旋轉(zhuǎn)接頭氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)經(jīng)減壓閥減壓后系統(tǒng)壓力設(shè)定為0.5 bar(50 kPa),通過并聯(lián)的方式將5 個旋轉(zhuǎn)接頭連接起來(進(jìn)氣排氣同為一個口)進(jìn)行氮?dú)獯祾?,依次?jīng)過1#~5#旋轉(zhuǎn)接頭,并在末端旋轉(zhuǎn)接頭處封閉。每個旋轉(zhuǎn)接頭與氮?dú)獯祾吖芫€只有1 個連接點(diǎn)。
長隆裝車臂旋轉(zhuǎn)接頭氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)經(jīng)減壓閥減壓后系統(tǒng)壓力設(shè)定為0.1 bar(10 kPa),通過串聯(lián)的方式將5 個旋轉(zhuǎn)接頭連接起來(進(jìn)氣口進(jìn)氣、排出口出氣)進(jìn)行氮?dú)獯祾?,依次?jīng)過1#~5#旋轉(zhuǎn)接頭,并在末端旋轉(zhuǎn)接頭處持續(xù)排出。每個旋轉(zhuǎn)接頭與氮?dú)獯祾吖芫€均有2 個連接點(diǎn)(一進(jìn)一出),通過2 個氮?dú)饷芊馊ΡWC法蘭面的密封。
比較而言,NIGATTA 裝車臂氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)連接點(diǎn)更少,泄漏故障點(diǎn)更少,可靠性更高。
NIGATTA 裝車臂(7 臺橇共計70 個旋轉(zhuǎn)接頭)旋轉(zhuǎn)接頭故障頻率約為7~9 次/年,故障點(diǎn)主要集中在靜密封失效。旋轉(zhuǎn)接頭為組裝部件,無法整體更換。如果發(fā)生旋轉(zhuǎn)接頭靜密封泄漏,需要依次取出滾珠腔室內(nèi)所有滾珠及滾珠墊片,實現(xiàn)內(nèi)套和外套的拆分,方可進(jìn)行靜密封的更換。清洗更換完成后再依次進(jìn)行滾珠及墊片的回裝,完成旋轉(zhuǎn)接頭的組裝。每個旋轉(zhuǎn)接頭拆卸檢修的時間約4 h。
長隆裝車臂(12 臺橇共計120 個旋轉(zhuǎn)接頭)旋轉(zhuǎn)接頭故障頻率約為18~24 次/年,故障點(diǎn)主要集中在旋轉(zhuǎn)接頭卡澀和靜密封失效。旋轉(zhuǎn)接頭為集成部件,可進(jìn)行整體更換。如發(fā)生旋轉(zhuǎn)接頭密封泄漏,拆卸泄漏法蘭面即可進(jìn)行密封更換,無需進(jìn)行旋轉(zhuǎn)接頭部件的拆解。如需進(jìn)行旋轉(zhuǎn)接頭部件的拆解檢修,可以先用新的旋轉(zhuǎn)接頭進(jìn)行替換,然后再進(jìn)行拆卸旋轉(zhuǎn)接頭的檢修工作。每個旋轉(zhuǎn)接頭拆卸檢修的時間約1 h。
比較而言,長隆裝車臂旋轉(zhuǎn)接頭故障率偏高,但在維修時間及旋轉(zhuǎn)接頭組件更換方面比NIGATTA 裝車臂有較大優(yōu)勢。
隨著設(shè)備國產(chǎn)化進(jìn)程的深入開展,國產(chǎn)LNG 裝車臂在LNG接收站的應(yīng)用越來越廣泛,旋轉(zhuǎn)接頭組件已基本具備了與國外競爭的能力,并正逐步替代進(jìn)口。與NIGATTA 裝車臂相比,長隆裝車臂旋轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)型式做了一定的改變,旋轉(zhuǎn)接頭密封件數(shù)量、氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)連接點(diǎn)更多,泄漏故障點(diǎn)相應(yīng)增多,導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)接頭故障率偏高,但在維修時間及組件更換方面有了很大程度的提升,旋轉(zhuǎn)接頭故障可得到及時檢修,裝車臂可快速恢復(fù)投用。在今后的LNG 裝車臂旋轉(zhuǎn)接頭設(shè)計選型時,應(yīng)綜合考慮生產(chǎn)情況及設(shè)備備用情況,選擇適用的結(jié)構(gòu)型式。