一种低温流体输送用一体化连接与脱离装置的制作方法

本发明涉及一种低温流体输送系统，具体是关于一种低温流体输送用一体化连接与脱离装置。

背景技术：

1、我国某深远海区域拥有1000多亿吨油当量的油气资源，其中天然气资源占83％，如何经济有效地开发深远海的天然气资源已成为关注的焦点之一。

2、浮式液化天然气生产储卸装置(lngfloatingproductionstorageandoffloadingunit，flng)是一种用于海上天然气田开发的浮式生产装置，通过系泊系统定位于海上，具有开采、处理、液化、储存和装卸天然气的功能，并通过与液化天然气(liquefiednaturalgas，lng)船搭配使用，实现海上天然气田的开采和天然气运输。利用flng进行海上气田开发结束了海上气田只能采用管道运输上岸的单一模式，节约运输成本，且不占用陆上空间。此外，flng还可以在气田开采结束后二次使用，安置于其他天然气田，经济性能较高。

3、lng卸料臂是一种安装在码头或flng上且用于lng卸料的刚性铰接管道系统，主要结构包括三维旋转接头、外臂、内臂、顶端旋转接头、基础立管以及连接内臂和基础立管之间的旋转接头等工艺管道及其支撑结构和附件。当lng运输船抵达接收站专用码头后，通过液相卸料臂和卸料管线，利用船上的低温泵将lng送进接收站的储罐内，同时储罐内的bog气体通过回气管线和气态回气臂，返回到lng运输船。lng卸料臂作业过程中，通过牵引线来引导卸料臂的端部和lng运输船接收端互连，以保证相对运动情况下能够准确对接，操控卸料臂的液压系统，使其能够承受船体运动导致的速度和加速度影响。

4、针对我国深远海恶劣海况条件，如果现有系泊技术与传统型刚性卸料臂难以有效解决flng与运输船载体间的差异化运动问题，就需要采用特殊设计的低温外输卸料系统，以满足低温和晃动工况的严苛要求。低温软管输送系统在重量、柔韧性、耐腐蚀性、隔热性等方面综合优势明显，flng外输作业时，行之有效的方式是采用串靠系泊，即通过系泊缆与lng运输船连接，并使用低温软管实现lng卸料，要求低温软管能承受超低温的同时，还需要克服flng与lng运输船之间相对运动的影响。

5、此外，液氢船运试验已成功实施，为液氢产业链提供了更为经济、安全的方式，对于氢能在全球范围内的推广使用具有积极意义，未来具有较强的发展潜力。液氢具有超低温、易挥发及易燃易爆特性，液氢船岸装卸输送难度大，安全要求高，技术壁垒多。液氢船岸装卸系统运行工况恶劣、动作精度要求苛刻、机电系统配合复杂，既要具备快速对接、紧急脱离、自动关闭等功能，还要承受长时间-253℃超低温考验、自动适应潮汐落差影响，世界上仅有极少数国家掌握设计与制造关键技术。

6、综上，lng刚性卸料臂、lng低温软管传输系统以及液氢船岸装卸系统等超低温流体输送系统关键技术都涉及低温材料选型、成型制造及密封、试验验证等诸多环节。材料选型与结构设计难度大，加工制造及性能测试工作难，超低温密封、连接和泄漏监测难度高，以及整套低温输送系统结构复杂，安全性要求高。其中输送系统的连接与脱离装置作为关键部件，其性能优劣直接影响超低温流体输送系统的的安全稳定运行。目前，现有技术采用的连接与脱离装置主要存在以下技术缺陷：

7、①现有技术采用的连接与脱离装置在操作过程，没有相应的绝热与保冷防护措施。由于超低温工况环境(例如lng工况温度为-163℃，液氢工况温度为-253℃)，过流部件的内外温差大，使得连接与脱离装置的外部冷凝结冻等现象突显，时常发生外部结冰而导致连接与脱离装置部件机械故障(即外部冰冻导致装置卡死，不能正常工作)，严重影响低温输送系统的安全稳定运行。

8、②当低温输送系统出现紧急情况时，如遇到风浪流海况突变、发生意外的火灾或爆炸事故等，超过了规定的工作范围与安全余量的差值时，低温输送系统将面临重大安全风险，如果不能及时断脱，就会导致严重的安全事故，然而现有技术采用的连接与脱离装置不能提供快速断脱脱离的安全保障。

9、③超低温介质过流时产生的振动较大，导致低温输送系统存在较大的疲劳应力，影响使用寿命和稳定运行，行业亟需解决这一关键技术难题。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题。为此，本发明提供一种低温流体输送用一体化连接与脱离装置，对于低温流体输送系统的总体结构设计优化和安全稳定运行具有指导意义。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种低温流体输送用一体化连接与脱离装置，包括外部腔体装置和内部管道装置；所述外部腔体装置包括：第一腔体和第二腔体，所述第一腔体与所述第二腔体可脱离地相对接；卡爪执行机构，若干个所述卡爪执行机构沿周向设置于所述第二腔体外部，且所述卡爪执行机构具有第一位置和第二位置：当所述卡爪执行机构处于第一位置时，所述第一腔体和第二腔体的对接面处于锁紧状态，所述第一腔体和第二腔体密封连接；当所述卡爪执行机构处于第二位置时，所述第一腔体和第二腔体的对接面的锁紧状态被解除，所述第一腔体和第二腔体可断脱分离；所述内部管道装置包括：第一阀门和第二阀门，分别设置在所述第一腔体和第二腔体内，所述第一阀门的进口端与低温流体输送系统的上游管路连接，所述第二阀门的出口端与低温流体输送系统的下游管路连接，所述第一阀门的出口端和第二阀门的进口端可脱离地相对接，所述上游管路、第一阀门、第二阀门和下游管路共同形成低温流体的流道，所述第一阀门和第二阀门可同步开启或关闭；抱箍机构，设置在所述第一阀门和第二阀门外部，且所述抱箍机构具有第一位置和第二位置：当所述抱箍机构处于第一位置时，所述第一阀门和第二阀门的对接面处于锁紧状态，所述第一阀门和第二阀门密封连接；当所述抱箍机构处于第二位置时，所述第一阀门和第二阀门的对接面的锁紧状态被解除，所述第一阀门和第二阀门可断脱分离。

3、所述的低温流体输送用一体化连接与脱离装置，优选地，所述内部管道装置还包括凸轮机构，两个所述凸轮机构分别与所述第一阀门和第二阀门的动力部件连接，两个所述凸轮机构均与外部的驱动机构互联，且两个所述凸轮机构具有第一位置和第二位置：当所述驱动机构带动两个所述凸轮机构处于第一位置时，所述第一阀门和第二阀门被同步开启；当所述驱动机构带动两个所述凸轮机构处于第二位置时，所述第一阀门和第二阀门被同步关闭。

4、所述的低温流体输送用一体化连接与脱离装置，优选地，所述卡爪执行机构为沿周向均匀设置于所述第二腔体外部的四个，每一所述卡爪执行机构包括：卡爪，铰接在所述第二腔体上且可沿所述第二腔体的轴向平面内转动，所述卡爪的一端具有适于压紧所述第一腔体的压紧部；弹簧及推杆，所述弹簧及推杆的一端通过第一销轴与所述卡爪的另一端铰接，用于驱动所述卡爪往复转动以靠近或离开所述第一腔体；回转支承，呈环形结构且通过轴承连接在所述第二腔体的外周，使其可沿所述第二腔体的径向平面转动，所述回转支承的外伸端通过第二销轴与所述弹簧及推杆的另一端铰接；液压缸，通过液压缸座板固定在所述第二腔体上，且所述液压缸的动作端与所述回转支承连接，用于驱动所述回转支承绕所述第二腔体顺时针或逆时针转动，进而通过所述弹簧及推杆带动所述卡爪往复转动以靠近或离开所述第一腔体。

5、所述的低温流体输送用一体化连接与脱离装置，优选地，所述卡爪处于完全松开状态时的角度范围为40～60°，所述卡爪处于完全夹紧状态的角度范围为15～25°，同时所述回转支承四点位置所在的轴线与所述第二腔体径向轴线的夹角的角度范围为3～5°。

6、所述的低温流体输送用一体化连接与脱离装置，优选地，所述抱箍机构包括：抱箍本体，设置在所述第一阀门和第二阀门的对接面外周；锁定组件和止推弹簧，设置在所述抱箍本体的开口端，所述锁定组件和止推弹簧相配合以使所述抱箍本体保持锁定状态。

7、所述的低温流体输送用一体化连接与脱离装置，优选地，在所述卡爪执行机构与所述第二腔体的外筒壁中间沿周向设置有环形空间，所述环形空间内填充有气凝胶绝热材料。

8、所述的低温流体输送用一体化连接与脱离装置，优选地，所述第一腔体与所述第二腔体之间通过法兰对接，且两者的法兰端面之间设置有夹持垫板和密封圈。

9、所述的低温流体输送用一体化连接与脱离装置，优选地，所述卡爪的压紧面与所述第一阀门和第二阀门的对接面中心线位于同一水平面。

10、所述的低温流体输送用一体化连接与脱离装置，优选地，在所述第一腔体和第二腔体的另一端均设置有盖板，以使所述第一腔体和第二腔体在锁紧状态时二者内部形成封闭的空气层，所述上游管路和下游管路分别贯穿两所述盖板并与之紧固连接。

11、所述的低温流体输送用一体化连接与脱离装置，优选地，在所述第二腔体的内部设置有支撑与减振机构，所述支撑与减振机构包括连接模块、支撑模块和减振模块，所述连接模块用于将所述支撑模块与所述下游管路连接，所述支撑模块的底部支撑垫板与所述第二腔体的下盖板固定连接，若干所述减振模块沿周向设置在所述连接模块与所述下游管路的外壁面之间。

12、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

13、1、本发明通过在对连接与脱离装置进行结构一体化设计，具有结构紧凑、安装方便灵活等特点；同时，通过相应的绝热与保冷防护措施，解决过流部件的内外温差大，使得连接与脱离装置的外部结冻等问题，保障低温输送系统的安全稳定运行。

14、2、本发明在当低温流体输送系统出现紧急情况时，能够提供紧急脱离安全技术保障，避免发生严重的安全事故。

15、3、本发明通过在系统内部减振系统创新设计，能够减少低温输送系统振动，降低疲劳应力，保障连接与脱离装置的稳定可靠。