LNG 装车臂旋转接头应用对比分析

黄沧沧

（中海浙江宁波液化天然气有限公司，浙江宁波 315800）

0 引言

LNG 作为一种低温液体，温度在-165 ℃气液膨胀比约为1:600，爆炸极限为5%～15%，气化后的天然气属于易燃易爆甲A 类火灾危险气体。LNG 接收站是储存LNG 并往外输送天然气的场所，通过LNG 槽车输送至用户实现LNG 液态外输，通过升温升压后进入天然气管网送至用户实现LNG 气态外输。

LNG 接收站利用槽车装车系统对LNG 槽车进行充装，实现LNG 液态外输。每套槽车装车系统包括1 条液相装车臂、1 条气相装车臂及配套的工艺管线和控制系统。通过液相臂将工艺管线中LNG 输送至槽车罐体，同时槽车中的BOG（Boil-Off Gas，蒸发气体）通过气相臂返回至工艺系统，实现压力的平衡。每条装车臂主要由旋转接头、阀门、工艺管道及配重组成。旋转接头作为装车臂的核心部件，其结构及应用情况受到了用户的广泛关注。浙江LNG 接收站装车臂选用的是日本NIGATTA 装车臂（进口橇）和江苏长隆装车臂（国产橇），基于长期的检修经验总结及实践积累，对两种LNG 装车臂旋转接头的结构及应用情况进行了对比分析。

1 旋转接头结构及工作原理

图1 LNG 装车臂示意

旋转接头为LNG 装车臂移动使用的关键部件，每条装车臂（液相臂/气相臂）有旋转接头5 个。通过3 个3 英寸（76.2 mm）旋转接头实现内臂、外臂的旋转抬升，通过2 个2 英寸（50.8 mm）旋转接头实现前臂的伸缩移动，确保实现装车臂与槽车的有效连接。

装车臂旋转接头部件主要由内套、外套、滚珠腔室及密封件组成，采用焊接或法兰连接的型式将内套、外套与两端工艺管道分别固定，通过滚珠可实现内外套的相对转动，旋转接头内部（滚珠腔室）采用无油脂润滑。由于工艺介质为低温液体/气体（LNG/NG），考虑到低温传热影响，如发生旋转接头密封泄漏，外界大气中的水汽会进入滚珠腔室受低温影响结冰，造成旋转接头部件冻住无法转动，因此在内套和外套中间设计了隔离腔体，持续注入微正压的氮气进行吹扫，从而将低温工艺介质与旋转接头滚珠腔室的传热进行一定的隔绝，防止旋转接头滚珠腔室出现结冰故障。氮气密封的压力不可过高，避免影响密封件的使用寿命。

旋转接头密封包括动密封和静密封两部分。动密封侧为转动连接面，主要用于防止工艺管道介质泄漏至滚珠腔室，旋转接头转动过程中，密封件与密封面会产生相应的摩擦。静密封侧为静态连接面，用于工艺管道介质的密封以及滚珠腔室与外界大气的隔绝密封。

2 旋转接头应用对比分析

2.1 旋转接头结构

NIGATTA 装车臂旋转接头为组装部件，内套与工艺管道焊接连接，外套与另一侧工艺管道法兰连接，通过滚珠可实现内外套的相对转动。滚珠腔室滚珠之间使用垫片隔开，避免传动过程中的刚性撞击。动密封侧包括1 道主密封、1 道次密封和1 道法兰面密封，防止工艺管道介质泄漏。静密封侧有1 道防尘密封，用于滚珠腔室与外界大气的隔绝密封。

长隆装车臂旋转接头为集成部件，采用两端法兰连接的型式将内套、外套与工艺管道分别固定。滚珠腔室采用全滚珠的形式，使用过程中会造成滚珠之间、滚珠与轨道咬合的情况。动密封侧，包括1 道主密封、1 道次密封和1 道法兰密封，防止工艺管道介质泄漏。静密封侧包括1 道主密封和1 道防尘密封，分别用于工艺管道介质的密封以及滚珠腔室与外界大气的隔绝密封。

比较而言，NIGATTA 装车臂旋转接头结构简单，密封数量（5 道）较长隆装车臂（6 道）更少，泄漏故障点更少，可靠性更高。

2.2 旋转接头氮气吹扫系统

NIGATTA 装车臂旋转接头氮气吹扫系统经减压阀减压后系统压力设定为0.5 bar（50 kPa），通过并联的方式将5 个旋转接头连接起来（进气排气同为一个口）进行氮气吹扫，依次经过1#～5#旋转接头，并在末端旋转接头处封闭。每个旋转接头与氮气吹扫管线只有1 个连接点。

长隆装车臂旋转接头氮气吹扫系统经减压阀减压后系统压力设定为0.1 bar（10 kPa），通过串联的方式将5 个旋转接头连接起来（进气口进气、排出口出气）进行氮气吹扫，依次经过1#～5#旋转接头，并在末端旋转接头处持续排出。每个旋转接头与氮气吹扫管线均有2 个连接点（一进一出），通过2 个氮气密封圈保证法兰面的密封。

比较而言，NIGATTA 装车臂氮气吹扫系统连接点更少，泄漏故障点更少，可靠性更高。

2.3 旋转接头故障检修情况

NIGATTA 装车臂（7 台橇共计70 个旋转接头）旋转接头故障频率约为7～9 次/年，故障点主要集中在静密封失效。旋转接头为组装部件，无法整体更换。如果发生旋转接头静密封泄漏，需要依次取出滚珠腔室内所有滚珠及滚珠垫片，实现内套和外套的拆分，方可进行静密封的更换。清洗更换完成后再依次进行滚珠及垫片的回装，完成旋转接头的组装。每个旋转接头拆卸检修的时间约4 h。

长隆装车臂（12 台橇共计120 个旋转接头）旋转接头故障频率约为18～24 次/年，故障点主要集中在旋转接头卡涩和静密封失效。旋转接头为集成部件，可进行整体更换。如发生旋转接头密封泄漏，拆卸泄漏法兰面即可进行密封更换，无需进行旋转接头部件的拆解。如需进行旋转接头部件的拆解检修，可以先用新的旋转接头进行替换，然后再进行拆卸旋转接头的检修工作。每个旋转接头拆卸检修的时间约1 h。

比较而言，长隆装车臂旋转接头故障率偏高，但在维修时间及旋转接头组件更换方面比NIGATTA 装车臂有较大优势。

3 结束语

随着设备国产化进程的深入开展，国产LNG 装车臂在LNG接收站的应用越来越广泛，旋转接头组件已基本具备了与国外竞争的能力，并正逐步替代进口。与NIGATTA 装车臂相比，长隆装车臂旋转接头结构型式做了一定的改变，旋转接头密封件数量、氮气吹扫系统连接点更多，泄漏故障点相应增多，导致旋转接头故障率偏高，但在维修时间及组件更换方面有了很大程度的提升，旋转接头故障可得到及时检修，装车臂可快速恢复投用。在今后的LNG 装车臂旋转接头设计选型时，应综合考虑生产情况及设备备用情况，选择适用的结构型式。