一种水上LNG船船加注系统

技术领域

本发明属于船船间LNG输送与转驳技术领域，特别是一种水上LNG船船加注系统。

背景技术

随着船舶排放环保要求的不断提高，越来越多的船舶采用天然气作为动力，并以液态天然气(LNG)的方式进行存储。天然气动力船的加注主要有水上浮式加注和靠岸加注两种方式，其中水上船船间浮式加注具有灵活、无需靠岸等优点，已成为未来发展的主要趋势，配备船船加注系统的LNG加注船应运而生。根据水上船船间的LNG加注特点和作业要求，LNG船船加注系统需满足一定范围、一定晃动程度下船船间LNG的安全快速装卸，并在紧急情况下实现船船分离，保证人员和设备的安全。现有技术方案存在以下问题：加注效率比较低，而且不能适用于任意的船型要求；其中的连接装置大部分使用的是手爪，工艺流程相对复杂；测距装置不可调，也无法适用于任意的船型要求；加注管的位置不可调，不能适用于任意位置的需求；此外在恶劣低温环境下，没有保护措施，紧急脱离装置易发生故障，安全性低等等。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种安全性高、效率高、适用多种船型的水上LNG船船加注系统，该系统可在不需堕化管线(将管线内的天然气用氮气置换)的情况下断开船船间软管连接，提高作业效率，满足水上船船间频繁加注作业需求。同时具有船船位置监测和手动按钮，实现紧急情况下的船船紧急分离自动或手动触发，确保加注过程的安全性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种水上LNG船船加注系统，所述系统包括LNG低温复合软管、应急脱离装置、干式快速连接装置、软管支撑及缓降装置、船船测距系统、液压系统以及电气系统；LNG低温复合软管一端通过法兰与应急脱离装置连接，另一端通过法兰与干式快速连接装置连接，构成1条完整的低温输送通路；系统至少包含2条低温输送通路，分别用于LNG液体输送和BOG即LNG蒸发气返回，通过配置低温输送通路数量可满足不同工况下的输送流量需求；所述软管支撑采用固定式和可调式两种类型，其中加注船端采用固定式软管支撑，受注船端采用可调式软管支撑；

非加注作业时，应急脱离装置与加注船上的输送法兰固定连接，固定式软管支撑、液压系统、电气系统、船船测距系统均安装在工作位置，LNG低温复合软管、干式快速连接装置、可调式软管支撑则放置在存储区域；当船船完成靠泊作业后，通过加注船上的吊运装置将可调式软管支撑吊运至受注船上进行安装，并根据受注船调节接管高度；将船船测距系统防静电绳前端挂钩挂在受注船上，船船测距系统通过螺纹夹紧器与甲板上的鱼尾板连接，并可根据受注船需求快速调整安装位置；将LNG低温复合软管和干式快接吊运到工作位置，船船间通过干式快速连接装置实现无需堕化管线即可快速连接和断开；

正常输送过程中，LNG低温复合软管通过软管支撑装置支撑避免与船体其他部件接触，并在船船间呈U形，通过液压系统泵送的液压油在液压油缸、液压阀块和抱箍夹块之间循坏，通过液压油循环给抱箍卡块加热；

当船船间位置超过正常工作区域时，船船测距系统会向电气系统发送报警信号，电气系统通过控制液压系统驱动应急脱离装置动作，自动切断LNG输送通路，实现船船分离；分离过程中，脱离部分随软管在重力作用下沿软管支撑装置下坠，在此过程中，缓降装置作用，通过液压阻尼实现软管紧急脱离后缓降功能。

进一步地，根据设定的阈值范围，船船测距系统会产生至少两级报警信号，依次为ESD1信号、ESD2信号；当电气系统接收到ESD1报警信号时，将触发声光报警装置，同时将该信号上传至整船集控系统；当电气系统接收到ESD2报警信号时，将通过液压系统驱动应急脱离装置油缸动作，自动切断LNG输送通路。

进一步地，所述系统还包括手动ESD1和ESD2报警按钮，安装在加注甲板现场或其他用户要求的位置，可通过人工操作触发ESD1和ESD2信号，且报警按钮上安装有防止误操作的罩壳。

进一步地，所述应急脱离装置包括固定翻板阀、脱离翻板阀、液压油缸、抱箍、抱箍夹块、安全销、液压阀块和液压流通管路；加注过程中，液压油通过液压流通管路在液压油缸、液压阀块和抱箍夹块之间循坏，通过液压油循环给抱箍卡块加热；紧急情况下，液压油缸带动抱箍卡块回缩并将安全销剪断，抱箍失去限位后打开，固定翻板阀和脱离翻板阀分离，且其内部翻板失去相互限位，并在弹簧的作用下关闭，自动切断输送通路。

进一步地，所述干式快速连接装置包括公头、母头，其中公头通过法兰与受注船上的集管连接，母头通过法兰与加注船上的集管连接；对接过程中，转动母头把手将其内阀打开，并推动公头内阀芯移动，建立输送通路；断开过程中，转动母头把手关闭其内阀，公头内阀芯在弹簧的作用下与阀座压紧，切断输送通路。

进一步地，加注船端的固定式软管支撑架包括箱体框架和软管支撑架，两者通过耳座连接，实现非加注状态下的软管支撑架快速回收；受注船端的可调式软管支撑架包括箱体框架和可调软管支撑架，两者通过长销轴连接，可调软管支撑架上设有多个安装孔，通过选择不同的安装孔调整支撑高度。

进一步地，所述固定式软管支撑内部装有缓降装置，缓降装置包括滚筒、绳索、增速器、液压马达、液压油箱、节流阀，滚筒与增速器、液压马达串联组成无动力液压阻尼系统，通过调节节流阀开度控制缓降速度；绳索一端固定并缠绕在滚筒上，另一端通过鞍座后端开口穿过鞍座与应急脱离装置中的脱离翻板阀相连。

进一步地，该系统配有2套船船测距系统，分别安装在船尾和船首，船船测距系统包括外壳、一级报警传感器、二级报警传感器和防静电绳，防静电绳的一端与两个传感器连接，另一端通过挂钩与受注船连接；传感器采用力学传感，当拉力超过设定值时，发出对应的报警信号；船船测距系统通过螺纹夹紧器与甲板上的鱼尾板连接，可根据受注船需求快速调整安装位置。

进一步地，所述电气控制系统采用包括电源、CPU、IO通讯模块的冗余配置，工作过程中一用一备；当收到船船测距系统传递的报警信号后，通过控制液压系统驱动紧急脱离装置动作，实现紧急情况下加注船与受注船分离。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1、系统紧急脱离装置采用了热油循环设计，在抱箍断开处不结冰，保证紧急情况下可靠分离(不会因为结冰过厚而无法分离)，更加安全。

2、系统前端采用的是干式快速连接装置，即对接完成后输送通路自动打开，断开连接时输送通路自动关断，这样无需堕化管线即可快速分离(传统连接装置需要将管线内的天然气用氮气置换后再断开管线连接)，提高了对接效率。

3、系统在受注船端采用高度可靠的软管支撑装置，可适用不同接管高度要求，适用船型范围更广。

4、系统船船测距装置采用非固定式安装形式，同样可根据受注船型快速调整安装位置，适用船型范围更广。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是水上LNG船船加注系统组成示意图。

图2是应急脱离装置示意图。

图3是应急脱离装置自动关断原理示意图。

图4是干式快速连接装置组成示意图，其中图4(a)为母头组成示意图，图4(b)为公头组成示意图。

图5是干式快速连接装置工作原理示意图。

图6、图7是固定式软管支撑组成及原理示意图。

图8是可调式软管支撑组成及原理示意图。

图9是防坠落系统组成示意图。

图10是船船测距系统组成示意图，其中图10(a)是侧视图，图10(b)是俯视图。

图11是电气系统组成原理图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1所示，系统包括LNG低温复合软管1、应急脱离装置2、干式快速连接装置3、固定式软管支撑4、可调式软管支撑5、缓降装置6、船船测距系统7、液压系统8、电气系统9等。LNG低温复合软管1一端通过法兰与应急脱离装置2连接，另一端通过法兰与干式快速连接装置3连接，构成1条完整的低温输送通路。系统至少包含2条低温输送通路，分别用于LNG液体输送和BOG(LNG蒸发气)返回。通过配置低温输送通路数量可满足不同工况下的输送流量需求，本例中采用2条LNG液体输送管线和1条BOG返回管线(中间管线)。

如图1所示，应急脱离装置2一端通过法兰与加注船输送管路连接，另外一端通过法兰与LNG低温复合软管1连接，LNG低温复合软管1另外一端通过干式快速连接装置3与受注船输送管路连接。输送过程中LNG低温复合软管1支撑在加注船侧的固定软管支撑4和加注船侧的可调式软管支撑5上，并在船船间呈U型布置，避免与船体其他部件接触，固定软管支撑4内安装有缓降装置6，可调式软管支撑5可根据受注船接管高度进行调节，满足不同船型加注需求。在船尾和船首各安装有一套船船测距系统7，当船船相互远离超过设定值时，船船测距系统7向电气系统9发送对应的报警信号，通过控制液压系统8驱动应急脱离装置2动作，实现船船分离。

如图2所示，应急脱离装置2包括脱离翻板阀2-1、固定翻板阀2-2、液压油缸2-3、抱箍2-4、抱箍夹块2-5、安全销2-6、液压阀块2-7及液压流通管路；脱离翻板阀2-1和固定翻板阀2-1通过抱箍2-4进行连接，抱箍2-4上端的连接轴2-14被限位在抱箍夹块2-5中，抱箍夹块2-5前端设有安全销2-6，保证抱箍夹块2-5不会意外打开。液压流通管路设置在固定翻板阀2-2上，正常输送过程中，液压油通过第一液压口2-8进入，依次通过第一油管2-10、液压阀块2-7、液压油缸2-3无杆腔、液压阀块2-7、第二油管2-11、抱箍夹块2-5、第三油管2-12，之后从第二液压口2-9流回液压站，通过液压油循环给抱箍夹块2-5加热，防止抱箍夹块2-5结冰导致紧急情况下无法脱离。液压油缸2-3无杆腔内与第二油管2-11之间的流通通路中设置有单向阀，油液只能从液压油缸2-3无杆腔进入第二油管2-11，反之则无法流通；固定翻板阀2-1上设有挂钩座2-13，通过绳索与缓降装置6相连；

如图2所示，当系统收到脱离信号后，液压油缸2-3带动抱箍夹块2-5回缩并将安全销2-6剪断，抱箍2-4上端的连接轴2-14失去限位，抱箍2-4打开，脱离翻板阀2-1和固定翻板阀2-2分离，在重力作用下，固定翻板阀2-2随LNG低温复合软管1一同下坠。

如图3所示，正常工况下，脱离翻板阀2-1和固定翻板阀2-1内的翻板2-15相互锁止，输送通路打开；紧急工况下，脱离翻板阀2-1和固定翻板阀2-2分离，其内部的翻板2-15在弹簧2-16的作用下关闭，自动切断输送通路。

如图4所示，干式快速连接装置由母头3-1和公头3-2两大部分组成。其中公头3-2包括壳体3-4、弹簧3-5和第一阀芯3-6，壳体3-4后端焊接有第一法兰3-3，通过第一法兰3-3与受注船上输送管路连接。在非连接状态下，第一阀芯3-6在弹簧力的作用下压紧在壳体3-4内部的阀座上，实现管路密封。母头3-1包括内壳体3-7、把手3-8、外壳体3-9、滑柱3-11、导杆3-12、第二阀芯3-13，内壳体3-7位于外壳体3-9内侧，外壳体3-9后端焊接有第二法兰3-10，通过第二法兰3-10与加注船上输送管路连接，在非连接状态下，第二阀芯3-13压紧在内壳体3-7内部的阀座上，实现管路密封。

如图4、图5所示，连接过程中，旋转母头3-1上的把手3-8带动内壳体3-7转动，转动过程中，带动滑柱3-11沿导槽3-14向前移动即向公头方向移动，滑柱3-11通过导杆3-12带动第二阀芯3-13向前移动并克服公头3-2内弹簧3-5作用力打开第一阀芯3-6，从而建立起输送通路。反之，断开过程中，反向转动把手3-8，滑柱3-11沿导槽3-14向后移动，通过导杆3-12带动第二阀芯3-13回位并压紧在内壳体3-7内部的阀座上，同时，公头3-2内的第一阀芯3-6在弹簧3-5的作用下压紧在壳体3-4内部的阀座上，实现断开后两端输送通路自动关断。这样在断开的过程中不用担心管线的天然气泄漏，即可在无需管线吹扫(用氮气等惰性气体置换)的情况下断开管线，提高了现场作业效率。

如图6、图7所示，固定式软管支撑4包括第一箱体框架4-2和设置于该框架上的软管支撑架4-1两大部分，两者通过4个耳座连接(一侧两个)。加注过程中，软管支撑架4-1前端伸出船舷外，可支撑LNG低温复合软管1免与船体其他部件接触。航行过程中，通过将软管支撑架4-1转动180度后安装，软管支撑架4-1前端回收至船舷内(如图7所示)，可在无需移动固定式软管支撑4的情况下自由航行，提高了作业效率。

如图8所示，可调式软管支撑5包括第二箱体框架5-1、软管支撑架5-2、长销轴5-3、销轴孔5-4、快速连接器5-5等。第二箱体框架5-1上设有1排销轴孔，软管支撑5-2架上设有不同高度的多排销轴孔5-4(本例图中为4排)，通过长销轴5-3穿过对应的销轴孔实现第二箱体框架5-1和软管支撑架5-2的连接，通过更改配对销轴孔的位置调节接管高度，满足不同受注船型需求。第二箱体框架5-1底部设有支座5-6，用于连接快速连接器5-5一端，连接快速连接器5-5另外一端通过夹紧器5-7与甲板上的鱼尾板连接，通过紧绳器5-8调节连接松紧程度，从而实现可调式软管支撑5在受注船上的快速鞍座，提高作业效率。

如图9所示，缓降装置包括滚筒6-1、绳索6-2、增速器6-3、液压马达6-4、液压油箱6-5、节流阀6-6等。绳索6-2一端固定并缠绕在滚筒6-1上，另外一端前端设有挂钩6-7，与脱离翻板阀2-1上的挂钩座2-13连接，在脱离翻板阀2-1随LNG低温复合软管1下坠过程中，绳索6-2带动滚筒6-1转动，滚筒6-1通过增速器6-3带动液压马达6-4快速转动，通过液压马达6-4转动过程中产生的液压阻尼起到缓降作用，通过调节节流阀6-6开度控制缓降速度。

如图10所示，船船测距系统包括外壳7-1、一级报警传感器7-2、二级报警传感器7-3、缆绳接头7-4、螺纹加紧器7-5、缆绳7-6等。一级报警传感器7-2和二级报警传感器7-3均采用力学传感器，缆绳7-6末端通过可拉断式缆绳接头7-4与传感器连接，前端设有挂钩7-8，用于实现与受注船的连接，一级报警传感器7-2和二级报警传感器7-3配套的缆绳长度不同。当船船远离时，一级报警传感器配套缆绳率先被拉紧，当拉力超过设定值时，发出一级报警信号，当船船继续远离时，二级报警传感器配套缆绳被拉紧，当拉力超过设定值时，发出二级报警信号。船船测距系统7-1通过螺纹夹紧器7-5与甲板上的鱼尾板连接，通过扳手拧动螺杆7-7即可实现快速连接或松开，可根据受注船需求快速调整安装位置。外壳7-1后部设有防爆快插7-8，方便现场防爆传感器的线缆的快速连接。通过改变与传感器连接绳索的长度，即可改一级报警区和二级报警区的设定。

如图11所示，电气系统9中的应急脱离控制回路采用冗余配置(包括24V控制电源模块、安全CPU模块、模拟量IO模块)，工作过程中一用一备。当收到船船测距系统或手动按钮传递报警信号后，通过控制液压系统8驱动应急脱离装置油缸2-3动作(如图2所示)，实现紧急情况下加注船与受注船分离。

水上LNG船船加注系统，其工作流程为：当LNG加注船与LNG受注船完成靠泊作业后，通过加注船上的吊运装置将可调式软管支撑5吊运至受注船上进行安装，并根据受注船输送管路连接法兰距离甲板面的高度调整接管高度，将加注船上的固定式软管支撑4吊运安装至加注位置(软管支撑架4-1位于船舷外侧)。分别将位于船尾和船首的船船测距系统7中的绳索7-6连接至受注船上。吊运LNG低温复合软管1一端首先完成与安装在LNG加注船输送通路上的应急脱离装置2的连接，再将LNG低温复合软管1和干式快接3吊运到受注船连接位置，船船间通过干式快速连接装置3实现无需堕化管线即可快速连接和断开。

输送过程中LNG低温复合软管1支撑在加注船侧的固定软管支撑4和加注船侧的可调式软管支撑5上，并在船船间呈U型布置，避免与船体其他部件接触。通过液压系统泵送的液压油在液压油缸、液压阀块和抱箍夹块之间循坏，通过液压油循环给抱箍卡块加热，防止抱箍卡块结冰导致紧急情况下无法脱离。

当船船间位置超过正常工作区域时，船船测距系统7的一级报警(ESD1)和二级报警(ESD2)的缆绳依次被拉直，当对应力学传感器检测的拉力值超过设定值时，将依次发送ESD1、ESD2报警信号；在加注甲板现场或其他要求的位置安装手动ESD1、和ESD2报警按钮，可通过人工操作触发ESD1、ESD2信号，报警按钮上安装有防止误操作的罩壳。当电气系统接收到ESD1报警信号时，将触发声光报警装置，同时将该信号上传至整船集控系统；当电气系统接收到ESD2报警信号时，将通过液压系统驱动应急脱离装置油缸2-3动作，实现固定翻板阀2-2和脱离翻板阀2-1分离，其内部翻板2-15失去相互限位，并在弹簧2-16的作用下关闭，自动切断输送通路，防止LNG发生泄漏。分离过程中，脱离翻板阀2-1随软管在重力作用下沿软管支撑装置下坠，当缓降装置6与脱离翻板阀2-1间连接的绳索并拉紧后，缓降装置6作用，通过液压阻尼实现软管紧急脱离后缓降功能，防止碰撞发生。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。