劉久剛，王慶軍，徐小偉，柳 超，崔 均

(1.國家管網(wǎng)集團大連液化天然氣有限公司，遼寧大連 116600；2.國家管網(wǎng)集團北海液化天然氣有限責(zé)任公司，廣西北海 536000）

裝卸臂（圖1）是液化天然氣（LNG）接收站船岸聯(lián)通的重要輸送設(shè)備［1-8］，快速離合器則是裝卸臂與船上歧管連接，將LNG 在船和陸地儲罐間相互輸送的重要部件。目前國內(nèi)已建成LNG 接收站安裝的裝卸臂多為進口設(shè)備。某LNG 接收站安裝有4 臺FMC Technologies SA 公司生產(chǎn)的型號為20″×20″×65′FP DCMA″S″的裝卸臂（2 臺液相臂、1 臺氣相臂、1 臺氣液兩用臂），其上選用5 個緊固柱式Quikcon Ⅲ液壓自動緊固型快速離合器［9］。裝卸臂設(shè)計壓力1.79 MPa，液相臂操作壓力0.52 MPa，氣相臂操作壓力0.018 MPa，設(shè)計溫度-170/60 ℃，操作溫度-162 ℃。

圖1 裝卸臂結(jié)構(gòu)示圖

在卸料臂與船連接操作使用過程中，快速離合器頻繁發(fā)生多種故障，甚至造成卸船過程中連接法蘭外漏卸船中斷的現(xiàn)象［9-17］，且冬季外漏幾率大于夏季。文中對快速離合器故障產(chǎn)生原因進行詳細(xì)分析［11］，并提出了相應(yīng)的解決措施。

1 快速離合器結(jié)構(gòu)和控制原理

1.1 結(jié)構(gòu)特點

Quikcon Ⅲ型快速離合器（圖2）是FMC Technologies SA 公司針對20″×20″× 65′FP DCMA″S″裝卸臂開發(fā)的快速船岸液壓法蘭連接裝置，由液壓閥組、液壓電動機、傳動裝置、定心器和夾具組件等組成。

圖2 Quikcon Ⅲ型快速離合器結(jié)構(gòu)簡圖

快速離合器工作時，通過控制液壓閥組，使液壓馬達和齒輪動作（圖3），帶動緊固螺桿旋轉(zhuǎn)，從而緊固或松開緊固頭，由此達到緊固船岸連接法蘭的目的［2，4，8，17-19］。

圖3 Quikcon Ⅲ型快速離合器緊固件總成簡圖

快速離合器的特點：①自動化程度高，勞動強度低。通過控制液壓系統(tǒng)可以方便快速地將船岸法蘭連接和松開，提高了效率［1，8-9，16］。②緊固到位后，結(jié)構(gòu)自動鎖緊，不會因松弛造成緊固力減小法蘭外漏。③適應(yīng)性強，不受船舶歧管法蘭規(guī)格、厚度影響。④對接過程中可以導(dǎo)向?qū)χ?，減小操作難度。⑤易操作，但日常維護復(fù)雜，維護成本較高。⑥緊固到位后，若卸船發(fā)生泄漏，會因冰凍無法再進行緊固處理。

1.2 控制原理

Quikcon Ⅲ型快速離合器液壓系統(tǒng)是用1 個液壓閥組控制5 個液壓緊固器，其液壓控制圖見圖4。

圖4 Quikcon Ⅲ型快速離合器液壓控制圖

為保證法蘭緊固時，5 個緊固器都能緊固到位，達到設(shè)計力矩要求，使用了串/ 并聯(lián)2 種模式。緊固初期，為達到同步緊固，采取串聯(lián)模式，使每一個緊固液壓馬達轉(zhuǎn)速相同，當(dāng)某個或幾個緊固器緊固到位后，液壓閥組自動切換為并聯(lián)模式，液壓供給可以繼續(xù)轉(zhuǎn)動的緊固器，從而驅(qū)動沒有到位的緊固器繼續(xù)緊固到位。Quikcon Ⅲ型快速離合器關(guān)閉過程中的串聯(lián)、并聯(lián)模式分別見圖5、圖6。圖5、圖6 中出現(xiàn)的數(shù)字、字母代表不同的液壓油流道。

圖5 Quikcon Ⅲ型快速離合器關(guān)閉過程中串聯(lián)模式

圖6 Quikcon Ⅲ型快速離合器關(guān)閉過程中并聯(lián)模式

2 快速離合器故障現(xiàn)象

①在裝卸臂操作過程中，頻繁出現(xiàn)快速離合器打開并完全伸出后，有的緊固螺桿卡澀不再動作，無法緊固連接法蘭的狀況。②液相臂B 臂快速離合器頻繁發(fā)生緊固頭動作不同步，甚至某幾個不動作的故障。③液相臂C 臂快速離合器多次出現(xiàn)其中1 個緊固頭緊固到位后，又自動打開的現(xiàn)象。現(xiàn)場將此緊固液壓系統(tǒng)拆下更換到其他裝卸臂的快速離合器上，卻沒有出現(xiàn)緊固后又自動打開的現(xiàn)象。④快速離合器5 個緊固頭同時不動作。⑤緊固過程中，全部緊固頭都動作，但快要緊固到位時，某個或幾個緊固卡頭始終無法緊固達到力矩要求。

3 快速離合器故障原因分析及初步解決措施

3.1 緊固件結(jié)構(gòu)設(shè)計加工缺陷

4 個裝卸臂在操作過程中緊固螺桿伸出到極限位置不回位，是因緊固件結(jié)構(gòu)存在設(shè)計加工缺陷，緊固螺桿旋轉(zhuǎn)到根部后螺紋脫扣，造成螺桿不能回位。為防止螺紋脫扣，將緊固螺桿的根部螺紋削掉一部分，同時在螺桿頂部增加尺寸大于螺紋端部的螺母，使其在任何位置都能旋入。同時，操作時要求緊固螺桿不要伸到極限位置。

3.2 液壓分配器內(nèi)部流道加工缺陷

根據(jù)液壓分配器設(shè)計原理，操作時5 個緊固頭應(yīng)同向旋轉(zhuǎn)，而不應(yīng)該出現(xiàn)快速離合器關(guān)閉后個別緊固螺桿在緊固過程中自動開啟的現(xiàn)象。將出現(xiàn)與操作要求反向旋轉(zhuǎn)的緊固件總成更換到其他裝卸臂進行操作，均沒有出現(xiàn)類似反向旋轉(zhuǎn)問題。分析認(rèn)為是液壓分配器內(nèi)部流道存在加工缺陷，流向控制出現(xiàn)了異常。更換新的液壓分配器后，再未出現(xiàn)緊固過程中緊固螺桿自動開啟現(xiàn)象。

3.3 液壓分配器關(guān)閉壓力不足

實際操作中，快速離合器緊固后，全速卸料過程中還是出現(xiàn)外漏現(xiàn)象。重新對液壓分配器緊固油壓進行計算核實，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計的快速離合器關(guān)閉壓力10.5 MPa 無法滿足現(xiàn)場實際緊固力矩要求，故將關(guān)閉液壓提高到18 MPa。調(diào)整后經(jīng)現(xiàn)場測試，緊固力矩達到密封要求?？焖匐x合器液壓分配器壓力調(diào)整具體位置見圖7。通過對關(guān)閉壓力調(diào)整桿的關(guān)閉和開啟壓力調(diào)整桿的打開，來調(diào)整液壓分配器的關(guān)閉壓力，達到離合器快速關(guān)閉的設(shè)計要求。

圖7 液壓分配器壓力調(diào)整位置

3.4 液壓油低溫黏性問題

冬季液壓油黏度增大，會使管道阻力增加，當(dāng)冬季溫度低于-16 ℃時，液壓油泵啟動多次出現(xiàn)過載現(xiàn)象。經(jīng)統(tǒng)計，冬季快速離合器發(fā)生外漏頻率非常高。原設(shè)計使用的是牌號Tellus T32 液壓油，經(jīng)卸料臂制造商重新核算后，更換為牌號Tellus S2V22 液壓油。更換液壓油后，冬季再未出現(xiàn)快速離合器緊固力矩不到位情況，外漏現(xiàn)象有所改善。

3.5 液壓系統(tǒng)缺陷

裝卸臂快速離合器5 個緊固頭動作不同步，是油壓不通或液壓分配器內(nèi)部有氣體，造成液壓不穩(wěn)定所致。應(yīng)重點檢查液壓閥組油壓管路內(nèi)是否存有氣體、液壓分配器是否堵塞、油壓管快速接頭處是否沒有虛接等，經(jīng)過排氣、疏通并將緊急斷開的快速接頭處虛接改正后，5 個緊固頭動作不同步問題得到了解決。

4 更換使用新結(jié)構(gòu)快速離合器

采取上述初步解決措施后，裝卸臂快速連接法蘭泄漏明顯減少，但泄漏現(xiàn)象還是時有發(fā)生，并且都發(fā)生在預(yù)冷結(jié)束即將全速卸船時，泄漏的裝卸臂位號也無規(guī)律可循。在122 艘接船中共有15 艘船出現(xiàn)泄漏，經(jīng)詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)有些是操作時沒有嚴(yán)格按照要求將法蘭緊固到位，有些是緊固螺桿結(jié)構(gòu)的固定螺母松動造成無法緊固，具體泄漏原因見表1。

表1 裝卸臂快速連接法蘭泄漏原因統(tǒng)計

針對固定螺母松動問題，通過對介質(zhì)溫度以及法蘭緊固力的計算，綜合考慮原快速離合器質(zhì)量，為滿足卸料臂平衡要求，采用輕型合金設(shè)計制造了一種新結(jié)構(gòu)形式的快速離合器（圖8），并在1 臺卸料臂上實驗性更換使用。此快速離合器與原快速離合器最大的不同是液壓只作為拉動緊固夾塊動作的動力，而緊固力矩由彈簧完成。

圖8 更換使用的新結(jié)構(gòu)快速離合器

更換使用的新結(jié)構(gòu)快速離合器主要由液壓驅(qū)動機構(gòu)、壓緊機構(gòu)、夾緊裝置及導(dǎo)向?qū)χ袡C構(gòu)等組成，與現(xiàn)有離合器結(jié)構(gòu)相比具有結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、可靠性高、維修方便及勞動強度低等優(yōu)點，并能確保連接更加緊密，無任何卡滯現(xiàn)象。夾緊后夾緊位置呈過角度（即超過夾緊的垂直位置），可以起到自鎖防松的作用。6 根彈簧在同一個回轉(zhuǎn)體上一起旋轉(zhuǎn)，鎖緊過程中逐漸被壓縮，當(dāng)超過90o線時，液壓缸無需繼續(xù)推動，利用彈簧的壓緊力即可實現(xiàn)鎖緊法蘭，不會發(fā)生回彈現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

造成LNG 接收站低溫裝卸臂快速離合器故障的主要原因是結(jié)構(gòu)件設(shè)計缺陷、液壓分配器內(nèi)部流道加工缺陷以及液壓分配器關(guān)閉壓力設(shè)定值不足，考慮寒冷地區(qū)耐低溫液壓油低溫黏性以及操作規(guī)范性，重新設(shè)定液壓分配器關(guān)閉壓力，并更換了新結(jié)構(gòu)快速離合器，圓滿解決了快速離合器故障問題，減少了卸船中快速離合器外漏現(xiàn)象，滿足了卸船的安全要求，可為快速離合器的維修維護及國產(chǎn)化設(shè)計提供借鑒。