一种超低温紧急脱离装置及其使用方法与流程

本发明涉及超低温流体运输及装卸领域，具体涉及一种超低温紧急脱离装置及其使用方法。

背景技术：

1、浮式液化天然气生产储卸装置(英文名称为lng floating production storageand offloading unit，缩写为flng)是一种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，实现开采、处理、液化、储存和装卸天然气等功能，并通过与液化天然气(英文名称为liquefied natural gas，缩写为lng)船搭配使用，实现海上天然气的开采和运输。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。

2、lng卸料臂是一种安装在码头上或flng上、用于lng卸料的刚性铰接管道系统，包括旋转接头、外臂、内臂、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。大型lng卸料臂矗立在lng接收站码头区最前端，作为接收站连接lng船舶与陆上管线及存储设施的关键核心装备，是整个接收站的“咽喉”。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，同时储罐内的蒸发气(英文名称为boil-off gas，缩写为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。

3、由于flng浮式平台与运输船载体间存在差异化运动，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。

4、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。

5、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设备涉及低温材料选型、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。

6、天然气、氢气等气体能源在在超低温环境下能够液化成液化天然气或液氢形成超低温流体，超低温流体在输送作业过程中，当遇到风浪流海况突变、发生意外的火灾或爆炸事故等异常情况，意味着与超低温流体输送相关的操作过程(例如lng卸料臂展开与lng运输船对接、lng卸料臂与lng运输船船侧之间的超低温流体传输等)超过了规定的工作范围与安全余量的差值，就需要启动一种超低温紧急脱离装置，这种超低温紧急脱离装置在启动后，能立刻终止超低温流体的输送，并且实现lng卸料臂与lng运输船甲板和船侧之间的迅速脱离，有效地保障lng卸料臂和运输船的安全。

7、目前，液化天然气或液氢等超低温流体在运输或船岸装卸等输送作业过程中，风浪流海况突变、意外火灾或爆炸事故等异常情况时有发生，如果超低温流体的输送作业不立刻停止且lng卸料臂与lng运输船之间不迅速脱离，容易威胁到lng卸料臂和lng运输船之间的超低温流体输送安全。例如，一旦lng卸料臂和lng运输船之间的超低温流体输送管道因异常情况而破裂受损，容易造成超低温流体泄漏引发安全事故，无法保障lng卸料臂和运输船的安全。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种超低温紧急脱离装置及其使用方法，用于解决目前液化天然气或液氢等超低温流体在运输或船岸装卸等输送作业过程中遇到异常情况时，因超低温流体的输送作业没有立刻停止、lng卸料臂与lng运输船之间没有迅速脱离等原因，威胁到lng卸料臂和lng运输船之间的超低温流体输送安全的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、第一方面，本发明公开了一种超低温紧急脱离装置，包括

4、左对接管和右对接管，两者内部分别设置有左球阀和右球阀；

5、夹持锁紧机构，为可打开、且打开后能松动的机构，设置在所述左对接管和所述右对接管的连接处并能使两者密封锁紧；

6、控制机构，包括液压油缸，所述液压油缸与所述左球阀和所述右球阀的阀杆相关联；

7、其中，所述左对接管和所述右对接管分别用于对接超低温流体输出端和接收端，所述液压油缸能控制左球阀和右球阀同步关闭，阻断超低温流体在所述左对接管和所述右对接管之间的流通；打开所述夹持锁紧机构，将所述左对接管和所述右对接管的连接处解锁，实现超低温流体输出端与接收端的脱离。

8、具体地，所述夹持锁紧机构仅具有锁紧状态与解锁状态这两种状态，

9、当左对接管和右对接管的内部之间可流通时，所述夹持锁紧机构处于锁紧状态，将所述左对接管和所述右对接管的连接处锁紧；

10、当所述左对接管和所述右对接管的内部之间不流通时，所述夹持锁紧机构可调整至解锁状态，实现所述左对接管和所述右对接管之间的拆卸。

11、优选地，所述控制机构还包括四杆连动机构，所述四杆连动机构包括上连杆、下连杆、左连杆和右连杆，左连杆和右连杆，所述上连杆、所述左连杆、所述下连杆和所述右连杆首尾依次连接形式所述四杆连动机构；所述左连杆和所述右连杆分别与所述左球阀和所述右球阀的阀杆相连接；所述液压油缸与所述四杆连动机构相关联，使所述四杆连动机构展开成四边形或收拢成直线；当所述液压油缸促使所述四杆连动机构在展开成四边形与收拢成直线之间进行状态切换时，所述左连杆和所述右连杆同时分别带动所述左球阀和所述右球阀的阀杆旋转90度，实现左球阀和右球阀的同步关闭。

12、进一步地，所述左球阀和所述右球阀的阀杆分别配置有左阀轴和右阀轴，所述左阀轴穿入所述左球阀内，且与所述左球阀的阀杆固定连接，所述右阀轴穿入所述右球阀内，且与所述右球阀的阀杆固定连接；所述左连杆和所述右连杆分别与所述左阀轴和所述右阀轴相连接，所述左连杆和所述右连杆同时分别带动所述左阀轴和所述右阀轴旋转，进而带动所述左球阀和所述右球阀的阀杆旋转90度。

13、进一步地，所述左球阀和所述右球阀分别设置于所述左对接管和所述右对接管的中部，所述左球阀和所述右球阀均包括阀体，所述阀体包括启闭件和阀杆，所述启闭件与所述阀杆固定连接装载在所述阀体内，所述启闭件设有流体通道，所述启闭件由阀轴杆带动绕球阀轴线旋转90度实现开启状态和关闭状态的切换。

14、具体地，所述液压油缸包括油缸本体，所述油缸本体的一端设置有液压接口，另一端内穿设有杠杆；所述杠杆的外侧设置有防护套，所述防护套固定在所述油缸本体的外壁上；所述杠杆的顶端与所述四杆连动机构的下连杆固定连接，所述防护套与所述四杆连动机构的左连杆固定连接；当所述杠杆在所述油缸本体伸长或缩短时，所述杠杆与所述防护套之间产生运动，促使所述四杆连动机构在展开成四边形与收拢成直线这两种状态之间切换，从而带动所述左球阀和所述右球阀的阀杆旋转90度，实现左球阀和右球阀的同步关闭。

15、进一步地，所述控制机构还包括左凸轮和右凸轮，所述左凸轮和所述右凸轮分别与所述左连杆和所述右连杆固定连接；所述液压油缸的杠杆的顶端与所述四杆连动机构的下连杆和左连杆的结合处固定连接，所述液压油缸的防护套与所述左凸轮固定连接；当所述液压油缸的杠杆伸长或缩短时，所述四杆连动机构带动左凸轮和右凸轮同步转动时，进而分别带动左球阀和右球阀的阀轴一起同步转动。

16、进一步地，所述左凸轮和所述右凸轮分别可转动设置在所述左对接管和所述右对接管的外管壁上；所述左连杆和所述右连杆分别穿设在所述左凸轮和所述右凸轮上，当所述左凸轮和所述右凸轮转动时，所述左连杆和所述右连杆分别随之转动。

17、进一步地，所述左对接管或所述右对接管的外管壁上设置有耳板，所述耳板与所述夹持锁紧机构之间设置有顶撑弹簧。

18、第二方面，本发明还公开了上述的超低温紧急脱离装置的使用方法，包括

19、一旦出现异常情况，通过控制所述液压油缸，使左球阀和右球阀同步关闭，立刻阻止超低温流体在所述左对接管和所述右对接管之间流通；

20、随即调整所述夹持锁紧机构进入解锁状态，通过拆卸夹持锁紧机构实现左对接管和右对接管的迅速脱离。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、(一)本发明涉及了一种夹持锁紧机构，并利用该夹持锁紧机构和四杆连动机构等设计了一个稳定可靠的超低温紧急脱离装置，在正常运行情况下保障超低温流体在其内部流通，一旦出现异常情况，就会立刻阻止超低温流体在其内部流通，再实施超低温流体输出端与接收端的迅速脱离，以有效保障超低温流体输出端与接收端的安全，避免造成安全事故，确保超低温输送系统的运行安全可靠性，避免了lng卸料臂和lng运输船之间的超低温流体输送管道破裂受损，降低了超低温流体泄漏引发安全事故的风险，保障lng卸料臂和运输船的安全。

23、(二)本发明公开了一种超低温紧急脱离装置及其使用方法，一方面，通过设计稳定可靠的紧急脱离装置，夹持锁紧机构要在紧急情况下能迅速打开，在正常运行的时候始终是在锁紧状态，不出现意外打开的情况，确保超低温输送系统的运行安全可靠性；另一方面，对紧急脱离装置夹持锁紧机构进行结构优化设计和计算校核，采用更为可靠的方式，克服现有技术密封性能不良，承压能力不强，锁紧和开启时间延迟等技术缺陷，在正常运行情况下，这种超低温紧急脱离装置能保障超低温流体在其内部流通，保障超低温流体只在其内部流通而不泄漏造成安全事故或环境污染；一旦出现异常情况，启动超低温紧急脱离装置，就会立刻阻止超低温流体在其内部流通，再实施超低温流体输出端与接收端的迅速脱离，有效保障超低温流体输出端与接收端的安全，对于超低温流体输送系统的安全稳定运行具有指导意义。