&nbsh1;

 

LNG浮式转接驳并联系泊装置设计

韩宇，杨静，李萌，吴昊，周毅，张海涛

(中海油能源发展股份有限公司 采油服务分公司，天津 300452)

合理选取LNG码头位置对整个LNG产业链的有重要的影响。根据《关于全国沿海与长江干线液化天然气接收站码头布局发展的 意见 文理分科指导河道管理范围浙江建筑工程概算定额教材专家评审意见党员教师互相批评意见 (2035)》规划在全国沿海新增布局了多处港址。需对应开展码头选址 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，部分站址通过充分的可行性论证可以实现传统LNG接收站模式的布局。但也存在部分站址通过论证后，不具备布局传统的码头接驳设施条件。为此，提出一种使用LNG浮式转接驳代替LNG码头的设想。为了保证转接驳与LNG运输船在外输作业过程中的相对稳定性，分析LNG浮式转接驳的系泊方式，提出一种适用于LNG浮式转接驳的并联系泊装置。

在世界港口主要应用的产品有Cavotec公司的MoorMaster系列智能系泊装置、Mampaey公司研发的串联机械臂式Ship-Side及并联式Shore-Side系泊装置。

常见产品及特点见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1。

表1 常见自动系泊产品及特点

意大利Cavotec公司开发的MoorMaster系列是一种基于真空的自动系泊装置,见图1，可以做到远程控制减少了码头对大型昂贵基础设施的依赖。

图1 MoorMaster系泊装置

荷兰的Mampaey公司研发了两种以不同结构为主体的磁力系泊系统，分别用于船侧系泊和岸侧系泊。船侧磁力系泊系统见图2，主要应用在船侧系泊船舶(ship-to-ship)。

图2 船侧磁力系泊系统

1 应用场景

见图3，通常LNG船舶的货物是通过码头栈桥靠泊的形式，通过卸料臂传输给岸上终端。工程量大，造价高，通常LNG码头需要疏浚与建设，成本高。此外，LNG码头终端的政府审批流程长，工期影响较大。

图3 栈桥靠泊传输LNG示意

鉴于传统LNG码头传输的弊端，使用浮式LNG转接驳平台代替岸站码头进行LNG传输，LNG转接驳平台的设计简单，浮体性能较好，便于与LNG船靠泊，也便于拖轮顶推，有较好的稳性和耐波性，当LNG运输船离开后，LNG转接驳平台采用浮筒进行系泊。平台电力等能源供给由岸上配置，平台本身简化配置，岸端遥控操作。该平台适用水深大于等于5 m，LNG货物传输速率约为500～12 000 m/h。

LNG船定期到LNG接收站附近海域，用首锚和浮筒进行系泊停靠，浮式LNG转接驳平台通过拖轮顶推靠泊在LNG船旁。平台一端通过低温跨接软管连接LNG船舶，一端通过低温漂浮软管连至岸上进行LNG传输。转接驳平台与LNG系泊作业示意于图4。

图4 转接驳平台系泊作业示意

作业时，LNG转接驳通过真空式自动系泊装置与LNG船连接，确保在作业条件下不会断开。随着LNG外输的进行，LNG运输船的船舶浮态会随之发生变化，此时吸附装置可以主动调整位置加以适应。

转接驳平台的尺寸为总长16 m，型宽为8 m，吃水1.1 m，型深2.0 m，LNG运输船选取3万m船型作为设计对象。通过AQWA软件进行水动力分析可以得到LNG船舶与LNG浮式转接驳平台的运动响应幅值见表2。

表2 LNG船舶与LNG浮式转接驳运动响应幅值统计

由表2可知：LNG船舶与LNG浮式转接驳平台之间的运动幅值为纵荡0.2 m，横荡0.8 m，艏摇1.6°，系泊缆绳受力见表3。

表3 缆绳系泊受力 kN

以缆绳受力估算系泊装置吸附所需的吸附力，系泊装置需要满足表2和表3所需的吸附力和运动幅值。

2 并联式自动系泊装置特点

2.1 系泊装置机构

该系泊装置可满足船舶6自由度运动下的快速、稳定系泊要求。见图5，4个系泊装置分2组布置于浮式LNG转接驳平台与LNG船靠泊的一侧起到系泊连接作用。

图5 2组系泊装置示意

单个系泊装置采用6-UCU的并联机构，机构简图见图6，具体包括上平台、下平台和6个UCU分支。分支由圆柱副构成的油缸和2个虎克铰组成，其中油缸的移动副作为驱动副，2个虎克铰固定在油缸的两端，该并联机构具有空间6个自由度，可满足船舶六维运动需求。机构上平台设置真空吸附装置实现与LNG船舶的连接，下平台与浮式LNG转接驳平台连接LNG船舶。

图6 系泊单元机构原理

2.2 系泊装置液压控制系统

为了使装置适应系泊工作需求采用液压驱动方式，液压分支选用带有位置反馈功能的伺服液压缸。液压系统主要由液压泵，液压缸，比例控制阀等元件组成。液压控制系统主要分为主动运动和被动运动两个过程，主动运动过程主要是在船舶靠近转接驳，液压分支主动伸长使真空吸盘与船体接触；被动运动过程主要是在系泊装置与船舶接触后，由于船体的质量较大，系泊装置跟随船体的运动做被动运动，液压分支的阻尼力可以对船舶的运动起减摇作用。

系泊装置简易模型见图7，液压系统包括液压分支、以及液压管及控制箱内的液压控制系统；真空吸盘边缘还带有激光测距仪中的激光传感器，利用激光传感器来判断真空吸盘是否与船体接触，若真空吸盘与船体接触则液压杆停止伸缩。基座转盘的作用是可以将并联系泊装置旋转90°，方便工人维修。

图7 系泊装置简易模型

由于在海洋岸边作业，需要考虑整个液压系统具有防腐防锈的能力，因此密封系统、活塞杆的表面处理及产品的防护对液压系统正常作业至关重要。

液压缸受力示意于图8。可以看出，由于油缸在作推力和拉力时的受压面积不同，所产生的力也是不同，液压缸的推力为

图8 液压缸受力示意

=×(2)×

(1)

液压缸的拉力为

=×[(2)-(2)]×

(2)

式中：为油缸内径；为活塞杆直径；β为负荷率；在实际应用中，因为油缸所产生的力不会100%用于推力或拉力，常选0.8。

2.3 系泊装置真空吸附系统

采用真空式的吸附系统实现对船舶的快速吸附，真空吸附系统包括真空发生器、真空吸盘、真空度传感器以及管道等元件。通过真空发生器使真空吸盘达到负压从而实现对船舶的吸附，当真空度达到一定值时，真空度传感器触发真空发生器的开关信号。控制箱内包含液压系统和真空发生器，操作显示器主要是方便操作人员来控制自动系泊装置的系泊和离泊，见图9。

图9 系泊装置简易模型

真空发生器和吸盘的管道越粗越短，真空解除时间就越短。为了提高码头的运转效率，对于自动系泊装置系泊来说需要缩短真空吸盘解除和产生吸附力的时间。

对于固定的吸盘容积，其内真空达到所需值的时间和解除真空的时间之和，称为切换周期，其倒数称为吸盘的切换频率。该频率值反映吸盘动作的快慢程度，在实际工作中，需要满足机器的整个工作循环时间对该技术指标的要求。真空形成时间受2个因素影响：①真空源本身的抽吸能力；②管道对气流的阻碍作用。

(3)

式中：为真空系统的容积，L；为泵的平均抽吸流量，L/s；为大气压强，100 kPa；为终止压强。

真空吸盘的优点是性能稳定、结构坚固且节能环保，但吸盘遇到生锈或弧面的船体上吸附效果会有所下降。因此采用此类吸盘需定期检查或使用真空泵来维持吸盘的压强差，确保吸附力。此外，为了更好地适应多船型不同系泊接触面的需求，在吸盘连接处增设缓冲连接器，通过对缓冲连接器的控制来调节吸盘的刚度和夹持耦合面，提高真空吸盘的稳定性。

3 并联式自动系泊装置技术参数

3.1 液压系统技术参数

方案中的单个液压缸最大推力70 kN，液压缸径63 mm，杆径36 mm，单个液压缸的行程初定为1 m，液压缸的详细参数见表4。

表4 液压缸参数初选

由式(1)、(2)可知：主动拉力最大为50 kN，对于6-UCU并联机构，最大推力300 kN、最大拉力240 kN满足表3的拉力需求，可带有线性位移传感器，行程为1 m满足表2的船舶在海面上的允许运动量；此液压缸应制作具有防腐蚀、防水、防尘及防潮能力的伸缩杆，满足系泊装置的工况要求。

3.2 真空吸附系统技术参数

系泊装置模型的真空吸附系统包括真空发生装置、真空管线、真空吸盘以及真空度传感器等。选用真空泵式吸附系统，例如，选用普旭品牌的真空泵，其最大压差可以达到约100 kPa，其真空泵部分参数见表5。

表5 真空泵的参数初选

初定真空吸盘的尺寸为长1.4 m、宽1 m、厚度0.1 m，若选用的真空泵的流量为160 m/h，考虑真空泵在正常工作时压差为80 kPa，终止压强为21 kPa。由式(3)可知，形成80 kPa压差大约需要5 s，此时真空吸盘的吸附力可以达到110 kN，满足船舶的系泊减摇要求。

4 基本操作流程

LNG船舶锚泊后，浮式LNG转接驳平台放下靠球并主动向LNG船移动；当转接驳平台靠到LNG船后，4个系泊装置通过其上设置的激光测距传感器检测其与LNG船间距离是否满足吸附距离、角度要求；符合作业条件则通过液压控制系统驱动液压杆件将真空吸盘与船舶接触，在其吸附装置与LNG船体接触后启动真空发生器，实现浮式LNG转接驳平台与LNG船舶的连接。单个系泊装置大约5 s可达到110 kN的吸附力，4个系泊装置合力不小于400 kN。真空吸盘内有真空度传感器，若真空度下降到一定值时启动真空泵维持真空吸盘的吸附力。由于此并联系泊装置具有6个自由度，系泊过程中可适应船舶的艏摇和横摇等运动。基本的系泊操作流程见图10，包括对接、减摇、复位3个过程。

图10 系泊基本操作原理及流程

为了适应LNG船在卸载过程中的上升运动，系泊装置初始状态的吸附点调节见图11，2组系泊装置对称分布，见图11。

图11 初始系泊装置吸附点分布

降低真空吸附时转接驳平台对LNG船造成的倾斜力矩，初始的吸附点之间的高度差为0.5 m。在卸载货物时由于船体会沿垂向上升，受系泊装置液压缸行程限制，此时应该调整处于外侧的系泊装置，使处于上方的吸附装