Устройства и стояки слива/налива СПГ

Система слива (налива) с фиксированной точки (причал, платформа, пирс) должна обеспечить:

1. Сливным (наливным) стоякам, соединенным с судном:
• следование волнению воды;
• следование движениям судна, связанным с его подъемом или погружением;
• следование движениям судна параллельно или перпендикулярно по отношению к причалу;
2. Персоналу на суше посредством оборудования безопасности:
• наблюдение за условиями слива (налива);
• возможность быстрого реагирования в аварийной ситуации.

Система налива/слива в общем случае включает в себя сливные (наливные) стояки и пульт управления стояком с помощью электрогидравлической системы. Сливные/наливные стояки конструируют, во-первых, в зависимости от тоннажа судна и состояния моря для расчета длины стояка, которая может быть от 10 до 35 м, во-вторых, в зависимости от расхода перекачиваемого продукта для определения диаметра стояка (который может изменяться от 152 до 610 мм). И, в-третьих, в зависимости от природы и температуры продукта для определения конструкционных материалов.

Общие сведения о сливных и наливных системах

Описание стояка

Сливной (наливной) стояк состоит из следующих элементов:

• Несущая конструкция сварного типа
• Поворотные трубы, состоящие из внутренней и внешней труб, соединенных между собой и со стойкой поворотными соединениями;
• Уравновешивающее устройство
• Устройство из шести поворотных соединений
• Гидравлические домкраты для стояков с гидравлическим управлением
• Присоединительная система между стояком и траверсой судна
• Система опорожнения перед рассоединением, которая может быть выполнена различными способами (закачка азота, сброс продукта на судно);
• Определенное количество вспомогательных устройств

Несущая конструкция сварного типа выполняет две главные функции: передает на причал все механические усилия от стояка и позволяет переток жидкости между наземными трубопроводами и подвижными трубопроводами стояка.

Уравновешивающее устройство состоит из контргрузов и блоков, выполненное таким образом, что позволяет стояку находиться в уравновешенном или неуравновешенном состоянии в зависимости от определяющих критериев или от операционных усилий.

Устройство из шести поворотных соединений, расположенных таким образом, чтобы обеспечить необходимые степени свободы для того, чтобы конечный фланец соединенного стояка мог следовать перемещениям судна внутри зоны работ. Поворотное соединение выполняет три роли: обеспечивает степень свободы в заданной плоскости, передает механические усилия и обеспечивает герметичность под давлением.

Присоединительная система между стояком и траверсой судна включает в себя:

• фланец к фланцу на болтах;
• ручной соединитель быстрого действия — устройство с поворотными сухарями, которое позволяет обходиться без болтов и гаек, не выравнивать плоскости фланцев, что облегчает и убыстряет работу;
• гидравлический соединитель, отличающийся от предыдущего гидравлическим управлением сухарями, более быстрым и надежным по сравнению с ручным;
• устройство быстроразъемное в аварийном случае, содержащее:
1. PERC (Power Emergency Release Coupling) — устройство, состоящее из сухарей сжатия фланцев, блокированное нарезным стержнем (в аварийном случае гидроцилиндр освобождает нарезной стержень, срезая шплинт);
2. две задвижки со сферическим золотником (запорным элементом), которые помещены по обе стороны PERC, управляемые одним гидроцилиндром, соединение с обеими осуществляется системой тяг, которые разъединяются в случае отключения PERC.

Из числа вспомогательных устройств это чаще всего:

• съемные колена, позволяющие смену герметизирующих прокладок поворотных соединений, уменьшая тем самым продолжительность простоя стояка;
• равнопотенциальное соединение, позволяющее избежать искрообразования в процессе соединения, возникающего из-за блуждающих токов, статического электричества или катодной защиты.

Основное электрическое и гидравлическое оборудование

1. Гидроцентрали — (электромотор, шестеренчатый насос, ручной аварийный насос), электрическое распределительное устройство для ручного аварийного управления движением стояка, ограничитель давления, редуктор давления с манометром;
2. Электропульт — команды выбора и управления стояками, команды гидравлические и логические;
3. Дистанционное управление с переносного пульта соответствует командам, вырабатываемым стационарным электропультом;
4. Трубопроводы гидравлической обвязки;
5. Кабели электропитания на земле и стояке.

Особенности конструкции установки слива (налива)

Уравновешивание стояка

Можно рассмотреть различные системы уравновешивания с контргрузами в зависимости от принятого принципа действия, в особенности для системы подсоединения, и способа использования рассматриваемой системы:

1. Вакуумное уравновешивание, позволяющее легкость маневра (управления стояком) при выполнении штатных операций подключения-отсоединения;
2. Уравновешивание в аварийных условиях, позволяющее стояку вернуться в аварийной обстановке в нормальное нерабочее состояние даже в случае отсутствия внешнего источника энергии (преимущество отдается условиям рассоединения в аварийной обстановке);
3. Комбинированное уравновешивание, состоящее в вакуумном уравновешивании во время нормальных (штатных) маневров и в логическом электрогидравлическом уравновешивании, которое сдвигает контргрузы соответствующим образом, когда судно связано со стояком и таким образом обеспечивает уравновешивание в аварийной ситуации во время работы стояка на слив или налив.

Система контроля движений стояка

Постоянное наблюдение за рабочей зоной стояка, необходимость срочного аварийного отключения от судна заставляют применять систему обнаружения и сигнализации (датчики касания в трех измерениях). Например, для стояка, имеющего систему подсоединения, состоящую из двух задвижек PERC, используют два порога сигнализации:

1. Порог для команды остановки перекачивающих продукт насосов, например СПГ и закрытие задвижек на конце стояка;
2. Порог для команды PERC и отсоединения стояка.

Устройства и стояки слива (налива) СПГ

Устройства и стояки слива (налива) СПГ принципиально не отличаются по составу и принципу действия от вышеописанных классических устройств. Основные отличительные особенности вызваны низкой температурой СПГ и необходимостью избежать любых утечек СПГ в портовых сооружениях.

Используемые материалы:

• Аустенитные нержавеющие стали Z2CN18-10 для труб, поверхностей качения поворотных соединений;
• Нержавеющая сталь Z2WKД18 или мартенситная сталь для шариков (необходимость соответствия относительной твердости шариков и поверхностей качения);
• Полимерная смола Кел-F для уплотнений, обеспечивающая герметичность внутри поворотных соединений.

Помимо особенностей вышеперечисленных материалов, поворотные соединения во время их монтажа подвергаются обработке политетрафторэтиленом (PTFE): это обеспечивает смазку в рабочих условиях, которую было бы трудно обеспечить другими средствами, учитывая низкую температуру СПГ.

Кроме того, для того чтобы предотвратить возможность доступа влаги к поверхностям качения (и, следовательно, обмораживания) во время захолаживания, осуществляют постоянную продувку азотом под небольшим давлением (сушка).

При разработке конструкции стояка для слива (налива) СПГ необходимы исследования термических напряжений, возникающих в переходный период захолаживания из-за перекачки различных флюидов (пар, двухфазная жидкость), имеющих различные коэффициенты теплоотдачи.

При конструировании стояка учитывают в механическом плане классические параметры, такие, как вес материалов, вес продукта, воздействие ветра и т.д.

До настоящего времени все стояки СПГ, которые были смонтированы, относятся к типу самонесущих, то есть трубопроводы, несущие СПГ, испытывают одновременно термические напряжения, вызванные СПГ, и обычные механические нагрузки.

Особый тип стояка для низких температур был разработан в последнее время с целью получения наименьшей себестоимости и наилучшего сопротивления термическим напряжениям; основание из углеродистой стали поддерживает посредством особого сцепного устройства криогенные трубопроводы, что исключает использование специальных криогенных сталей для всей конструкции. Такие стояки, вероятно, будут применяться на новых установках СПГ.