CN103994320A - 一种水上天然气加注站lng装卸设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水上天然气加注站LNG装卸设备，其特征在于，所述装卸设备包括安装在甲板上的LNG装卸臂、LNG储罐、LNG软管、整个设备的配电系统。所述LNG装卸臂包括立柱、转轴箱、支撑箱、LNG输送管道、紧急脱离装置、液压油缸、三维接头以及绳轮；所述立柱的顶部是旋转接头及回转支承，为装卸臂提供水平回转运动，所述转轴箱设置在立柱和支撑箱之间，用来使装卸臂向垂直方向旋转运动，所述三维接头装在装卸臂的外臂末端，所述三维接头包括三个旋转接头和管件，用于船舶的摇摆和旋转。所述LNG软管主要由保护层、波纹内管、波纹外管、真空绝热层、连接接头组成。

Description

一种水上天然气加注站LNG装卸设备

技术领域

本发明涉及一种LNG装卸设备，具体来说涉及一种水上天然气加注站LNG装卸设备，属于加注趸船技术领域。

背景技术

全球低碳与减排趋势已将，航运业推向风口浪尖，使用液化天然气（LNG）作为船用燃料在欧洲、美国和亚洲日益受到关注，船检机构和科研单位致力于推动“油改气”的进展初见成效。从整体来看，LNG作为船用高效清洁燃料已成为最有前景的航运技术之一， 用于船舶动力系统具有良好的经济和环保效应，在国内还有助于国家能源结构调整。中国航运经济的蓬勃发展使得对LNG这一清洁能源的需求量与日俱增，LNG低温装卸设备作为LNG产业链中的一环，无论是从其地位大小，还是从其价值方面考虑，其实只是LNG链环中很微小的一部分。但在LNG的整个低温输送环节，特别是装卸转运的节点上，却拥有着无可替代的重要作用。LNG装卸作业是海上和内河运输起始或终止的关键环节，其可靠的使用直接影响液化天然气运输事业的健康发展，以及对船舶使用LNG燃料的应用推广，对液化天然气的安全利用起着决定性作用。

随着国内LNG燃料动力新造船和改造船的快速增长，在长江、京杭运河等内河航行的船舶对LNG加注补给的需求越来越大。目前，国内多家单位正准备在内河港口码头新建LNG加注趸船或加注码头。与岸基加注相比，水上加注趸船加注作业的不确定性增加了作业风险。岸上设备为相对固定不动，而趸船加注作业受天气、波浪、洋流等外界影响，安全的不可控因素大大增加，事故发生概率也相应增加，水上LNG加注趸船选择可靠、安全、经济的装卸设备尤为重要。根据市场需求，小型LNG运输船和LNG加注船也正在积极研发中，相关规范和法律还有待进一步研究。LNG运输船靠泊码头后，LNG装卸设备将船舶与码头的装卸管线连接起来，从而实现从码头到船或到码头的LNG传输。通常每个加注站、加注趸船上至少配有2套装卸设备，分别用于气相和液相传输，预计未来5年国内对LNG装卸设备的需求量相当大。LNG装卸设备除能实现基本的输送功能外，还具有连续、密封、高效的特点。整套装置对工艺流程自动化、安全及环保要求极高。虽然国内越来越多的设备厂家开始关注LNG装卸设备，但目前圈套口径的LNG装卸设备还是全部依靠进口。下面将对船用LNG装卸设备的发展历程、应用标准、结构特点以及相关技术展开简述。，对LNG装卸臂、鹤管、软管及托架等形式进行对比分析。针对目前LNG装卸设备的快速发展，迫切的需要一种新的技术方案解决上述技术问题。

发明内容

 本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种结构设计巧妙、操作方便的水上天然气加注站LNG装卸设备，该技术方案拆装维修方便，造价成本低，使用灵活。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下一种水上天然气加注站LNG装卸设备，其特征在于，所述装卸设备包括安装在甲板上的LNG装卸臂、LNG储罐、LNG软管、整个设备的配电系统。所述LNG装卸臂包括立柱、转轴箱、支撑箱、LNG输送管道、紧急脱离装置、液压油缸、三维接头以及绳轮；所述立柱的顶部是旋转接头及回转支承，为装卸臂提供水平回转运动，所述转轴箱设置在立柱和支撑箱之间，用来使装卸臂向垂直方向旋转运动，所述三维接头装在装卸臂的外臂末端，所述三维接头包括三个旋转接头和管件，用于船舶的摇摆和旋转。

作为本发明的一种改进，所述三维接头上还设置有快速连接器，所述快速连接器快速地将受注船或补给船上的汇管法兰连接，所述绝缘法兰安装在垂直方向用于两船的电位隔离。

作为本发明的一种改进，所述装卸臂配备三个液压驱动油缸，分别用于驱动外臂、内臂和水平旋转。

作为本发明的一种改进，所述LNG软管主要由保护层、波纹内管、波纹外管、真空绝热层、连接接头组成，波纹内外管是螺旋形或环形薄壁不锈钢波纹管，保护层是网套由不锈钢丝或钢带或丝带按一定的参数编织而成。

作为本发明的一种改进，所述网套和波纹管之间设置有连接接头，所述连接接头分为螺纹式、法兰式和快速式。

作为本发明的一种改进，所述LNG软管还上设置有紧急拉断阀，所述拉断阀两端设有干式切断阀。

作为本发明的一种改进，LNG软管整体采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料制成。

作为本发明的一种改进，所述LNG储罐上设置吹扫系统、高液位报警和关闭装置、储罐内应设置LNG温度监测装置，储罐上设置液位计，液位到高位时立即报警同时信号立即反馈至控制室，由控制室或者自动负责关闭进液阀。

作为本发明的一种改进，所述加注站配电系统设于趸船上配电间内，主电源为天然气内燃气机发电电源，备用电源为岸电，加注系统的受电设备分动力受电和控制电源受电两部分，动力受电为货控室加气柜、控制室卸气柜、装卸臂控制柜。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：1）水上天然气加注站LNG装卸设备结构设计巧妙可靠，使用方便，且造价成本低；2）大大降低燃料成本；降低物流运输成本。天然气同热值比价远低于石油，因此LNG 船舶比使用汽柴油节省燃料费用超过30％，具有较强的市场竞争力。据统计，2011 年全年华东地区0#柴油均价约203.08元/百万英热，而LNG 价格仅为113.24 元/百万英热，相当于柴油价格的55.76％。倘若按照柴油与LNG 能耗比3：7计算，则LNG 混合动力船舶的燃料成本，仅为传统全部使用柴油船舶燃料成本的69％；3）大幅度降低能耗；航运企业都希望船用动力装置拥有良好的动力、最佳的能源使用效率，以减少船舶运行成本。相比柴油和其他替代能源，以天然气为燃料的船舶动力装置具有与柴油机基本同等的动力性指标。其他替代能源动力装置目前还无法成为船舶的主要动力，只能作为补充和辅助动力。天然气发动机单位输出功率的成本价格，比柴油机低，成本优势明显。以目前销售的柴油和LNG 天然气价格为例，目前每吨LNG 天然气价格约为每吨柴油价格的80%。根据天然气替代柴油使用比例的不同（50～100%），使用天然气比使用柴油节约（15～30%）的燃料费用，而且天然气燃烧彻底，不易积碳，还可以减少维护费用。推广LNG 燃料在船舶上的应用，符合国家产业政策，对优化我国交通领域能源结构，促进能源高效利用，实现节能减排目标具有重要的战略意义和现实意义；4）减排二氧化碳、硫氧化合物、氮氧化合物，且噪声污染、烟尘、废油水排放等亦可大大降低。天然气的主要成分为甲烷，是一种清洁、高效的绿色能源。发展LNG 燃料动力船，对改善城市空气质量、江河水质和沿岸环境保护有良好的积极作用。采用LNG 燃料可以减少10％～20％的CO2 排放量，90％的NOX排放量，100％的硫化物和颗粒物排放，除常规污染物排放大幅减少外，LNG 船舶排放中不含铅、苯等致癌物质。而且，LNG燃料主机不需要安装润滑油清洁设备，内部环境较好。因此，水上趸船式LNG 加注是一项环保工程，随着天然气项目的不断建设实施，必将大大地降低大气中烟尘、粉尘、二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物的排放量，极大地改善当地环境污染状况，提高环境质量，创造良好的生活和工作环境，其环境效益将会非常可观。

附图说明

图1  LNG装卸臂结构图。

图2  LNG船用储罐主视图。

图3  LNG船用储罐侧视图。

图4  LNG船用储罐鞍座基础图。

图5  真空金属波纹管。

图6  软管连接示意图。

图7  配电系统图。

图中：1、立柱，2、转轴箱，3、支撑箱,4、LNG输送管道, 5、液压油缸6、紧急脱离装置, 7、三维接头，8、绳轮，10、保护层，11、波纹外管，12、波纹内管，13、真空绝热层，14、连接接头，15、连接短管，16、紧急拉断阀，17、限位块，18、隔热板，19、储罐下部支撑。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图和具体实施方式对本发明做出进一步的说明和介绍。

实施例1：参见图1—图4,一种水上天然气加注站LNG装卸设备，所述装卸设备包括安装在甲板上的LNG装卸臂、LNG储罐、LNG软管、整个设备的配电系统，所述LNG装卸臂包括立柱1、转轴箱2、支撑箱3、LNG输送管道4、紧急脱离装置6、液压油缸5、三维接头7以及绳轮8；立柱是装卸臂的垂直支撑部件，安装在码头或船上用来支撑装卸臂并提供与现场管线的连接点，所述立柱1的顶部是旋转接头及回转支承，为装卸臂提供水平回转运动，所述转轴箱2设置在立柱1和支撑箱3之间，用来使装卸臂向垂直方向旋转运动，所述三维接头7装在装卸臂的外臂末端，所述三维接头7包括三个旋转接头和管件，用于船舶的摇摆和旋转。装卸臂上的LNG输送管道用来输送LNG，管道与支撑之间采用保冷支撑隔离。紧急脱离装置即在紧急运动状态下使装卸臂与船舶快速分离的装置，可以起到保护操作人员和设备的作用，设在靠近连接处两个旋转接头之间的垂向管路上，这样的设置有利于脱离运作的执行。装卸臂配备三个液压油缸，分别用于驱动外臂、内臂和水平旋转。LNG受注船的加注口可能与装卸臂的接口不匹配，则需要在加注船上配备适用于受注船的变径接头，变径接头的材料要耐低温；要有合适的垫片以防LNG泄漏；接头要适应装卸臂的快速连接和解脱器。

实施例2：参见图1，作为本发明的一种改进，所述三维接头7上还设置有快速连接器，所述快速连接器快速地将受注船或补给船上的汇管法兰连接，所述绝缘法兰安装在垂直方向用于两船的电位隔离。其余结构和优点与实施例1相同。

实施例3：参见图1，作为本发明的一种改进，所述装卸臂配备三个液压驱动油缸5，分别用于驱动外臂、内臂和水平旋转。其余结构和优点与实施例1相同。

实施例4：参见图2-图4，可用作加注趸船LNG储存的舱型包括独立舱型中的SPB型舱、C型舱、以及薄膜型舱。对于目前我国内河多用的加注趸船来说，C型舱在技术上和济上均具有优势，是最适宜的选择。优点是耐压能力强，设计、制造成熟，安装方便，造价相对较低，缺点是占用舱室空间大。LNG储罐必须采取绝热措施，一是要降低由于漏热产生的BOG量，二是要保护周围的船体结构免受低温损伤。C型舱又可以根据绝热形式分为两类：真空绝热型的双壁储罐、聚苯乙烯泡沫绝热型的单壁储罐。对于小于1000m³的C型舱，由于其表面积与体积之比相对较大，如果采用单层罐壁泡沫绝热，那么，若想达到满意的蒸发率要求，则需要的绝热层厚度过厚，所以采用真空绝热较为合理。现阶段，加注趸船的单个储罐容量不会超过1000m³，所以从安全性、操作性、技术可行性、蒸发率、经济性、可达容量等方面综合考虑，真空绝热型C型罐比较适用于LNG加注趸船。加注趸船LNG储罐的风险控制措施包括：储罐设计要考虑船舶载荷；在可能泄漏位置设置集液盘；储罐布置应尽可能远离可能受损的位置；储罐周围应设置水雾系统隔绝外部火灾的热辐射；应考虑液相管的热应力；应在加注管上设置紧急脱离装置或拉断阀；储罐应设置吹扫系统；应设定合理充装极限，并设置高液位报警和关闭装置；储罐内应设置LNG温度监测装置。其余结构和优点与实施例1相同。

实施例5：参见图5，作为本发明的一种改进，所述LNG软管主要由保护层10、波纹内管12、波纹外管11、真空绝热层13、连接接头14组成，波纹内外管是螺旋形或环形薄壁不锈钢波纹管，保护层是网套由不锈钢丝或钢带或丝带按一定的参数编织而成。软管的波纹管是由极薄的无缝或纵焊缝不锈钢薄壁管经高精度塑性变型加工形成，波纹管轮廓的弹性特性决定了软管的柔性和抗疲劳性，金属软管易吸收各种运动变形和循环载荷，尤其能够满足系统需较大位移的补偿对管路系统的运动、热膨胀吸收、振动吸收起着重要作用。

通常对于运动频率高、位移补偿量偏大的使用场合，推荐选用钢丝网套编制的软管；对于运动频率低、位移补偿量偏小的使用场合，推荐选用钢带网套编织的软管，软管的长度可以根据其最小弯曲半径和所需位移补偿角度的大小计算后确定。另外，对于装卸频率较高的、漂移或吃水深度变化量较大的，应采用柔性较好的钢丝网套编制的软管。反之，可采用刚性较强的钢带网套编制的软管。虽然钢丝编织网套的金属软管与钢带编制网套的金属软管相比，它的柔软性能要好得多，但它亦有一些特点，如不耐磨、不耐拖等。为了防止运动条件下网套部分与甲板硬磨而产生损坏，可以在软管下面捆垫轮胎等类似的东西，也可在软管运动量最大的那个局部位置设置带万向脚轮的小车。

金属软管不会像橡胶管那样因老化而在某些条件下产生断裂或爆炸，但其疲劳应力超过波纹管疲劳极限，也可能出现裂纹，造成泄漏。为了防止这类事故的发生，必须保证在运动条件下，其最小弯曲半径不得小于额定值。在承担位移补偿量较大的使用场合，其接头部位的柔性件与刚性件衔接处，可设置加长套管或保护弹簧，必要时，亦可考虑采风专用吊挂。其余结构和优点与实施例1相同。

实施例6：作为本发明的一种改进，所述网套和波纹管之间设置有连接接头14，所述连接接头分为螺纹式、法兰式和快速式。连接接头保证介质在管路系统中正常的工作。接头的材料通常与波纹管、网套的材料相同，多以不锈钢为主。为降低生产成本，一些通径较大的金属软管在输送腐蚀性不强或无腐蚀性介质时，接头可用碳钢制作；对于腐蚀性介质工作情况下的金属软管的接头，若设计上采取相应措施，避免与介质的接触，也可以采用碳钢来制作。接头的结构形式大体上分为螺纹式、法兰式和快速式三大类：（1）螺纹式：通径为50毫米以下的金属软管的接头，在承受较高工作压力的情况下，多以螺纹式为主，当拧紧螺纹以后，两个接头上的内、外锥度面紧密配合，实现密封。该结构密封性好，但安装时必须保证两个对接件的同心度。为了解决实际工程中经常见到的反复拆、装和不易同心等问题，也可以将接头设计成锥面与球头的配合。（2）法兰式：通径为25毫米以上的金属软管的接头，在承受一般工作压力的情况下，以法兰式为主，它以榫槽配合的形式进行密封。可沿径向转动，也可沿轴向滑动的活套法兰盘在紧固螺栓拉力的作用下链接两体。该结构密封性能良好，但加工难度大，密封面容易碰伤。在需要快卸的特殊场合，可以将固紧螺栓通过的孔划开，制成快卸式法兰盘。（3）快速式：通径为100毫米以下软管的接头或通径100毫米以上装卸臂的接头，在要求快速装卸的使用条件下，一般采用快速式。当手把搬动一定的角度以后，相当于多头螺纹的爪指被锁紧；“O”形密封圈被压得越紧，气密封性能越好。在几秒的时间内，不需配用任何专用工具，就可以对接或拆开一组接头。其余结构和优点与实施例1相同。

实施例7：参见图6，作为本发明的一种改进，所述LNG软管还上设置有紧急拉断阀，所述拉断阀两端设有干式切断阀。与装卸臂的紧急脱离装置功能类似，LNG软管应配有紧急拉断阀，如图6所示。拉断阀能防止软管意外断裂造成的泄漏事故，现已广泛应用到括船对岸卸载，公路、铁路的槽罐装卸以及其他固定和移动流体储存装置等领域，也有用于鹤管、流体输送臂与运输载体之间的连接。拉断阀在LNG传输过程中能最大程度的确保了流体输送中的安全性。通过一个简单而独特的设计，当软管超过了操作系统的额定量时，即极限拉力值，这种系统就能发出报警并可以全自动的安全断开而无任何泄漏，极限拉力值对软管本体不会产生任何损坏。其优点是危险发生时确保触发、瞬间闭合阀门、极少的泄漏和相对小的压力损失。拉断机构既要保证“紧急脱离”时使设备能够自动、快速脱离；又要保证脱离前有“缓冲期”，避免常规操作时出现“脱离”，影响正常装卸作业。安全拉断阀是两片设计，通过3个外部特殊螺栓（卡）连接，螺栓（卡）在外部非正常作用力下断开，拉断阀内部的提升阀为自动关闭，保证液体无泄漏。其余结构和优点与实施例1相同。

实施例8：作为本发明的一种改进，LNG软管整体采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料制成。LNG软管主要零件材料为奥氏体不锈钢，这样可以保证软管优良的耐温性和耐蚀性，软管的工作温度范围为-196—600℃，使用软管按管路所通介质的低温性或腐蚀性选择不同牌号的不锈钢，确保软管的适用性。软管整体采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料制成，具有较强的耐腐蚀能力。软管管体为薄壁不锈钢管体液压成形，具有较强的柔韧性、伸缩性、弯曲和抗振能力强、编织网套的加强保护、使之具有更高的承压能力。软管用材料应符合制造（如成形、焊接）及使用的要求。其余结构和优点与实施例1相同。

实施例9：作为本发明的一种改进，所述LNG储罐上设置吹扫系统（图中未标出）、高液位报警和关闭装置（图中未标出）、储罐内应设置LNG温度监测装置，储罐上设置液位计，液位到高位时立即报警同时信号立即反馈至控制室，由控制室或者自动负责关闭进液阀。其余结构和优点与实施例1相同。

参见图7，作为本发明的一种改进，所述加注站配电系统设于趸船上配电间内，主电源为天然气内燃气机发电电源，备用电源为岸电，加注系统的受电设备分动力受电和控制电源受电两部分，动力受电为货控室加气柜、控制室卸气柜、装卸臂控制柜。岸上室内照明线路均采用ZRBV-450/750V塑铜线穿阻燃型硬聚乙烯管沿墙,地,顶暗敷或在吊顶内敷设。岸上电缆敷设均采用ZRYJV-0.6/1kV型电缆穿镀锌焊接钢管埋地敷设，埋深不小于0.8m，埋设时尽量避开槽车行车路线。船上电缆敷设均采用CJS/SC 0.6/1kV型电缆穿镀锌焊接钢管或桥架敷设。电缆与设备相接处采用穿防爆挠性管相接。其余结构和优点与实施例1相同。

本发明还可以将实施例2、3、4、5、6、7、8、9所述技术特征中的至少一个与实施例1组合，形成新的实施方式。

需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述基础上所作出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种水上天然气加注站LNG装卸设备，其特征在于，所述装卸设备包括安装在甲板上的LNG装卸臂、LNG储罐、LNG软管、整个设备的配电系统，所述LNG装卸臂包括立柱、转轴箱、支撑箱、LNG输送管道、紧急脱离装置、液压油缸、三维接头以及绳轮；所述立柱的顶部是旋转接头及回转支承，为装卸臂提供水平回转运动，所述转轴箱设置在立柱和支撑箱之间，用来使装卸臂向垂直方向旋转运动，所述三维接头装在装卸臂的外臂末端，所述三维接头包括三个旋转接头和管件，用于船舶的摇摆和旋转。

2.根据权利要求1所述的一种水上天然气加注站LNG装卸设备, 其特征在于，所述三维接头上还设置有快速连接器，所述快速连接器快速地将受注船或补给船上的汇管法兰连接，所述绝缘法兰安装在垂直方向用于两船的电位隔离。

3.根据权利要求1或2所述的一种水上天然气加注站LNG装卸设备, 其特征在于，所述装卸臂配备三个液压驱动油缸，分别用于驱动外臂、内臂和水平旋转。

4.根据权利要求1所述的一种水上天然气加注站LNG装卸设备, 其特征在于，所述LNG软管主要由保护层、波纹内管、波纹外管、真空绝热层、连接接头组成，波纹内外管是螺旋形或环形薄壁不锈钢波纹管，保护层是网套由不锈钢丝或钢带或丝带按一定的参数编织而成。

5.根据权利要求4所述的一种水上天然气加注站LNG装卸设备, 其特征在于，所述网套和波纹管之间设置有连接接头，所述连接接头分为螺纹式、法兰式和快速式。

6.根据权利要求4或5所述的一种水上天然气加注站LNG装卸设备, 其特征在于，所述LNG软管还上设置有紧急拉断阀，所述拉断阀两端设有干式切断阀。

7.根据权利要求4所述的一种水上天然气加注站LNG装卸设备, 其特征在于，LNG软管整体采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料制成。

8.根据权利要求1所述的一种水上天然气加注站LNG设备, 其特征在于，所述LNG储罐上设置吹扫系统、高液位报警和关闭装置、储罐内应设置LNG温度监测装置，储罐上设置液位计，液位到高位时立即报警同时信号立即反馈至控制室，由控制室或者自动负责关闭进液阀。

9.根据权利要求1或2或3所述的一种水上天然气加注站LNG装卸设备, 其特征在于，所述加注站配电系统设于趸船上配电间内，主电源为趸船内天然气内燃气机发电电源，备用电源为岸电，加注系统的受电设备分动力受电和控制电源受电两部分，动力受电为货控室加气柜、控制室卸气柜、装卸臂控制柜。