[发明专利]LNG卸料臂吹扫置换系统及其动态性能模型的建立方法

说明书

本发明涉及一种LNG卸料臂吹扫置换系统及其动态性能模型的建立方法，该吹扫置换系统采用一次扩压段‑环形过流段‑导流锥‑叶片‑二次扩压段‑稳流器组成的特殊结构，以旋转气流的方式实现对卸料臂输送管路的吹扫置换，能够克服现有技术卸料臂输送管路内部的吹扫置换效果不均匀的缺陷，进而保证卸料臂投运后的安全稳定运行。本发明方法基于气体动力学理论推导建立与吹扫置换系统相适配的动态性能模型，并对动态性能模型精度进行实验验证，进而指导吹扫置换系统的操作参数优化设置，解决现有技术的置换气体耗量大、能耗高等问题，提高吹扫置换效率，对于大型LNG卸料臂的总体结构设计优化和安全稳定运行具有指导意义。

技术领域

本发明涉及LNG卸料臂，具体是关于一种LNG卸料臂吹扫置换系统及其动态性能模型的建立方法。

背景技术

LNG接收终端可分为陆地LNG接收终端和海上LNG接收终端：陆地LNG接收终端目前在世界范围内已得到广泛的应用，并且随着天然气需求的增加仍在快速发展；海上LNG接收终端是近年提出的一种新型接收终端形式，目前在世界上已有工程实例。海上LNG接收终端又可进一步分为浮式接收终端和固定式接收终端，其中固定式接受终端与陆地LNG接收终端类似。根据LNG接收终端形式的不同，采用的LNG卸料方式也不同。

LNG卸料臂是一种安装在码头(或浮式终端)上的用于卸料的铰接管道系统，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。液相卸料臂和气态回气臂结构相同，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。LNG卸料臂设计、制造和检验的主要难点在于材料深冷处理、旋转接头设计及低温动态试验、紧急脱离装置设计及可靠性、快速连接接头可靠性等方面。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LNG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。

LNG卸料臂在正式投用前，要对卸料臂输送管路进行氮气吹扫置换，以保证LNG卸料臂输送LNG的过程安全。现有吹扫置换系统主要采用氮气压力管线与卸料臂输送管路相连，采用脉冲吹扫的方式向卸料臂输送管路内部喷吹高压氮气，实现惰性气体对卸料臂输送管路内部空气的置换，由于现有吹扫技术的喷吹管路为直通式管道，喷吹过程的置换效果不理想，主要存在以下问题：

①吹扫置换效果不均匀：现有吹扫技术在吹扫置换时，喷吹管路为直通式管路，导致喷吹时的氮气气流方向是正对着卸料臂输送管路的中心，这种喷吹方式的气流能量势必会更多的作用在中心位置，使得靠近中心位置处的卸料臂输送管路和边缘位置处的吹扫置换效果差异很大，靠近中心位置处承受较大的气流冲击力，而边缘位置处的吹扫力度较小，吹扫置换效果不均匀；

②吹扫置换效率低：现有吹扫技术主要依靠经验来设置氮气吹扫系统的工况参数，吹扫气体耗量大、能耗高，操作持续时间长，导致吹扫置换效率低，亟需建立一种与吹扫置换系统相适配的计算模型来指导方案的优化设计。

发明内容

针对上述问题，本发明的其中一个目的是提供一种LNG卸料臂吹扫置换系统，能以克服现有吹扫技术存在的卸料臂输送管路内部吹扫置换效果不均匀的缺陷，进而保证卸料臂投运后的安全稳定运行。

本发明的另一个目的是提供一种LNG卸料臂吹扫置换系统的动态性能模型的建立方法，该方法基于气体动力学理论推导建立与吹扫置换系统相适配的动态性能模型，并对动态性能模型的计算精度进行实验验证，进而指导吹扫置换系统的操作参数优化设置，解决置换气体耗量大、能耗高等问题，提高吹扫置换效率。