曾小川

（中海福建天然氣有限責(zé)任公司，福建莆田 351100）

0 引言

LNG 卸料臂（Unloading Arm）是LNG 船舶與儲(chǔ)罐之間輸送LNG 的連接裝置，是LNG 接收站碼頭的關(guān)鍵設(shè)備。根據(jù)船位、流量、卸料臂口徑可以分成DN150～DN500 等不同型號(hào)，目前國(guó)際上最大口徑為DN500。一般情況，DN200 以下的卸料臂采用手動(dòng)操作，DN200 以上采用電液控制。國(guó)內(nèi)接收站通常以DN400 口徑的卸料臂為主，采用電液控制方式，液壓控制系統(tǒng)作為卸料臂的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，起著至關(guān)重要的作用。

LNG 卸料臂液壓控制系統(tǒng)主要是由液壓動(dòng)力單元、蓄能器單元、選擇閥組單元、液壓執(zhí)行單元（液壓缸及液壓管）組成。液壓缸作為液壓油系統(tǒng)的執(zhí)行元件，通過(guò)液壓桿的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)卸料臂的前后、左右、上下運(yùn)動(dòng)。由于國(guó)內(nèi)接收站LNG卸料臂大多安裝在碼頭區(qū)域，常年處于高濕、高鹽霧海洋環(huán)境下，暴露在惡劣環(huán)境中的液壓系統(tǒng)常在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障。

以卸料臂液壓缸為研究對(duì)象，對(duì)液壓缸運(yùn)行情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，結(jié)合FMEA（Failure Mode and Effect Analysis，失效模式及后果分析）風(fēng)險(xiǎn)分析方法。分析總結(jié)常見故障，針對(duì)液壓缸損傷，提出激光補(bǔ)焊后熱噴涂工藝，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證優(yōu)于原產(chǎn)品性能，為液壓缸完整性管理提供參考。

1 卸料臂液壓缸現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況

LNG 接收站卸料臂運(yùn)行13 年時(shí)，完成卸料臂UA-0101A/B/C 及返氣臂RGA-0101 的全面預(yù)防性大修工作。卸料臂液壓油缸主要由缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置、排氣裝置5 大部件組成。其中缸筒由缸體、法蘭、缸底、襯套4部分組成?；钊麠U由桿體、耳環(huán)、襯套3 部分等組成。缸體內(nèi)部由活塞分成兩個(gè)部分，分別是大腔和小腔；大腔指活塞桿完全伸出后，缸體內(nèi)腔；小腔指活塞桿完全伸入后，缸體與桿體內(nèi)腔。由于液壓油的黏度比較高、壓縮比很小，當(dāng)缸底油口進(jìn)油后，活塞將被推動(dòng)使缸蓋油口出油，活塞帶動(dòng)活塞桿做伸出或縮回運(yùn)動(dòng)，反之亦然。

2 卸料臂液壓缸風(fēng)險(xiǎn)分析識(shí)別

2.1 風(fēng)險(xiǎn)分析識(shí)別方法

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是針對(duì)設(shè)備在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中客觀存在的自然環(huán)境、操作水平、故障頻度、疲勞、腐蝕等因素進(jìn)行識(shí)別，并確定這些因素導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)，不同設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)因素存在著較大差別，這些因素的識(shí)別以及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的確定，依據(jù)發(fā)生歷史并參考同類設(shè)備進(jìn)行識(shí)別。

FMEA 是一種適合機(jī)械和電子硬件系統(tǒng)的定性分析方法[1]。FMEA 技術(shù)通過(guò)識(shí)別每一個(gè)系統(tǒng)或制造流程的故障類型，確保采取適合的安全措施，改善設(shè)計(jì)和可靠性。參考業(yè)界相關(guān)的事故安全等級(jí)規(guī)定，對(duì)卸料臂失效的風(fēng)險(xiǎn)定義為高、中、低三級(jí)（表1）。

表1 卸料臂失效分析風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)矩陣

2.2 卸料臂液壓缸故障調(diào)研

對(duì)運(yùn)行13 年以上的卸料臂液壓缸進(jìn)行外觀檢查、內(nèi)部拆檢、滲透及射線檢測(cè)。結(jié)果如圖1 所示。液壓缸外觀檢查發(fā)現(xiàn)，液壓缸拉桿及螺栓腐蝕嚴(yán)重、活塞端面出現(xiàn)滲油現(xiàn)象。液壓缸內(nèi)部拆檢發(fā)現(xiàn)，活塞桿局部鍍層腐蝕隆起、活塞桿及導(dǎo)向襯套輕微劃痕、活塞密封圈老化等問(wèn)題。通過(guò)對(duì)缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿等承壓部件滲透及射線等無(wú)損檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)裂紋等表面及內(nèi)部缺陷。卸料臂液壓缸常見故障見表2。

圖1 卸料臂液壓缸檢測(cè)結(jié)果

表2 卸料臂液壓缸常見故障

3 卸料臂液壓缸FMEA 分析

通過(guò)對(duì)卸料臂液壓缸進(jìn)行拆檢和滲透檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)液壓缸存在鍍層失效，腐蝕、劃痕拉傷及密封件老化等問(wèn)題。

3.1 鍍層失效、腐蝕

發(fā)生位置及表現(xiàn)形式為：活塞缸端面法蘭、拉桿腐蝕，活塞桿鍍層腐蝕隆起。

原因分析：活塞缸端面法蘭與拉桿連接處，孔隙較大，易積聚鹽霧、水汽，導(dǎo)致形成孔隙腐蝕。

鍍層對(duì)微裂紋或孔隙極為敏感，在NaCl 的鹽霧環(huán)境下，含有Cl－的水膜會(huì)迅速滲入鍍層的裂紋和孔隙中，到達(dá)基體，就會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，當(dāng)腐蝕產(chǎn)物引起的膨脹力足夠大時(shí)，就會(huì)引起鍍層隆起[2]。

風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)：中

解決措施：①通過(guò)對(duì)卸料臂液壓缸螺桿與活塞缸端面法蘭接觸面涂抹玻璃膠進(jìn)行隔離，有效解決孔隙腐蝕問(wèn)題；②定期對(duì)暴露在環(huán)境外部的活塞桿及防襯圈進(jìn)行清理，避免鹽霧積聚。

3.2 劃痕、拉傷

發(fā)生位置及表現(xiàn)形式為：活塞桿、導(dǎo)向襯套劃痕、拉傷。

原因分析：活塞桿長(zhǎng)期暴露在外部，鹽分及雜質(zhì)聚集其表面，在活塞桿運(yùn)行過(guò)程中，細(xì)微雜質(zhì)通過(guò)失效的防塵圈進(jìn)入后，與摩擦副接觸，致使出現(xiàn)拉傷、貫穿劃痕；導(dǎo)向襯套與活塞桿之間的配合太緊，使活動(dòng)表面產(chǎn)生過(guò)熱，造成活塞桿表面鉻層脫落而拉傷。

風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)：高

解決措施：①清洗更換防塵圈；②修復(fù)活塞桿表面貫穿劃痕拉傷；③修刮導(dǎo)向襯套內(nèi)徑或更換導(dǎo)向襯套，確保達(dá)到配合間隙。

3.3 密封件老化

發(fā)生位置及表現(xiàn)形式為：活塞密封圈老化、承磨環(huán)磨損老化、防塵圈老化。

原因分析：使用時(shí)間太長(zhǎng)，密封件自然老化失效；裝配不良，出現(xiàn)變形或損壞，致使密封件磨損老化。

風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)：中

解決措施：①更換有效期內(nèi)的密封件；②拆開檢查，重新裝配，并更換密封件。

4 卸料臂液壓缸活塞桿表面修復(fù)

接收站卸料臂內(nèi)臂液壓缸在運(yùn)行中存在端蓋滲油現(xiàn)象，預(yù)防性大修過(guò)程中對(duì)內(nèi)臂液壓缸拆卸檢查后，發(fā)現(xiàn)內(nèi)臂液壓缸活塞桿出現(xiàn)較深的劃痕拉傷。通過(guò)前期調(diào)研，對(duì)活塞桿表面修復(fù)工藝的涂層硬度、耐腐蝕性、耐磨性、成本等進(jìn)行了綜合對(duì)比分析[3、4]，選擇激光補(bǔ)焊+熱噴涂工藝進(jìn)行修復(fù)。

4.1 活塞桿表面處理

（1）對(duì)活塞桿脫脂、清洗。

（2）通過(guò)磨床研磨和去除舊涂層。

（3）通過(guò)激光焊接補(bǔ)焊表面較為嚴(yán)重的劃痕（靠近端面6 條）。

（4）使用60～80 目白鋼玉砂料，對(duì)液壓桿表面進(jìn)行噴砂粗化，要求獲得表面粗糙度Ra 在5～8 μm。

（5）噴砂后直徑測(cè)量、外觀缺陷檢查、噴砂完成后粗糙度測(cè)量（實(shí)測(cè)為Ra5.11～6.02 μm）。

（6）對(duì)活塞桿表面進(jìn)行除塵清理。

4.2 活塞桿表面超音速火焰噴涂（HVOF）工序施工

（1）活塞桿表面超音速火焰噴涂（圖2）。

圖2 超音速火焰噴涂（HVOF）施工過(guò)程

（2）活塞桿表面冷卻和封孔處理。

4.3 活塞桿修復(fù)后涂層綜合性能測(cè)試

通過(guò)磨床對(duì)活塞桿進(jìn)行精加工，并對(duì)修復(fù)后的液壓桿涂層的厚度、硬度、結(jié)合力、全跳動(dòng)、圓跳動(dòng)、直線度、表面精度進(jìn)行測(cè)量。卸料臂液壓缸活塞桿表面涂層性能對(duì)比檢測(cè)結(jié)果見表3。

表3 活塞桿表面涂層性能對(duì)比

測(cè)試結(jié)果表明，與原有鍍鉻涂層相比，在確保全跳動(dòng)、圓跳動(dòng)、直線度、表面精度等均符合裝配要求的前提下，修復(fù)后涂層厚度、硬度、結(jié)合力均優(yōu)于原有涂層。目前經(jīng)過(guò)3 年的使用，涂層綜合性能良好。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）結(jié)合卸料臂液壓缸實(shí)際檢修狀況，對(duì)其進(jìn)行失效模式與影響分析，識(shí)別卸料臂風(fēng)險(xiǎn)因素。

（2）對(duì)活塞桿表面修復(fù)工藝的涂層硬度、耐腐蝕性、耐磨性、成本綜合對(duì)比分析，選擇激光補(bǔ)焊與熱噴涂工藝相結(jié)合進(jìn)行修復(fù)，效果良好。

（3）所述卸料臂液壓缸完整性管理方案，可為L(zhǎng)NG 接收站其余設(shè)備管理提供參考。