在低温鹤管的设计工艺中,除基本结构与材料选择外,还需从低温适应性、密封可靠性、安全冗余、维护便捷性等方面进行深度优化,以下为具体注意事项:
一、低温适应性设计
材料低温性能匹配需验证材料在-196℃(LNG工况)下的低温韧性、抗脆裂性及热收缩率。例如,304L不锈钢需通过-196℃冲击试验,冲击功≥80J,避免低温脆断。
旋转接头等关键部件需采用深冷处理工艺(-196℃×24h),消除残余应力,防止低温变形。
低温应力补偿管道系统需设置L型、π型补偿器或膨胀节,吸收低温收缩应力。例如,LNG鹤管管道设计需满足ASME B31.3标准,确保低温工况下应力≤许用值。
冷箱内管道需采用珠光砂保冷,外层管道采用聚氨酯管壳保冷,减少冷量损失。
二、密封可靠性设计
双密封冗余系统主密封采用增强PTFE密封圈,辅助密封配置氮气吹扫系统,吹扫压力≥0.2MPa,防止低温介质泄漏。
密封面需经镜面抛光处理(表面粗糙度Ra≤0.4μm),降低摩擦系数,提升密封寿命。
密封材料低温兼容性需验证密封材料在-196℃下的弹性、抗蠕变性能及化学稳定性。例如,PTFE密封圈需通过-196℃×1000小时老化试验,性能衰减率≤5%。
密封圈更换周期≥5年,更换时间≤2小时,需设计快速拆装结构。
三、安全冗余设计
紧急脱离系统(ESD)垂管端部需配置ESD装置,响应时间≤1秒,切断压力≤1.0MPa,支持远程/手动双模式操作。
ESD系统需通过10万次疲劳测试(-196℃至+80℃循环),确保可靠性。
防静电与防碰撞设计鹤管需配置导静电装置,电阻≤10⁶Ω,防止静电积聚引发火灾。
外臂需配置防撞缓冲装置,碰撞力≥500N时自动脱开,避免设备损坏。
四、维护便捷性设计
模块化与标准化设计旋转接头、密封圈等易损件需采用模块化设计,便于快速更换。
鹤管需符合API 6D、ASME B16.5等国际标准,确保与现有系统兼容性。
维护通道与工具设计需设计维护通道,允许操作人员快速接近旋转接头、密封面等关键部位。
需提供专用工具包,包括低温密封面清洁工具、PTFE密封圈拆装工具等。
五、制造与测试验证
精密加工与焊接工艺旋转接头内外圈滚道需经精密数控车床加工,尺寸精度≤IT6级,确保同轴度≤0.05mm。
所有焊缝需采用TIG钨极氩弧焊,焊缝经100%射线探伤(RT),达到Ⅱ级以上标准。
低温性能测试出厂前需通过液氮浸泡测试(-196℃×48h)、气密性测试(泄漏率≤1×10⁻⁹Pa·m³/s)和振动试验(加速度5g,频率5-200Hz)。
需模拟实际工况进行疲劳测试,确保鹤管在-196℃至+80℃循环下寿命≥10年。
六、操作与培训
操作规程与人员培训需制定低温鹤管操作规程,明确预冷、装卸、升温等步骤,避免温度骤变导致材料应力开裂。
操作人员需接受低温材料特性、密封维护、ESD操作等专项培训,持证上岗。
应急预案与演练需制定低温介质泄漏、ESD误动作等应急预案,定期组织演练,确保人员熟悉应急流程。
七、法规与标准合规
国际与行业标准需符合API 6D、ASME B31.3、EN 1473等国际标准,确保设计、制造、测试全流程合规。
需通过第三方认证,如TÜV、ABS等,确保产品安全性与可靠性。
特殊工况适应性针对LNG、液氢等特殊介质,需额外考虑介质相容性、超低温脆性等问题,必要时进行专项试验验证。
通过上述设计优化,低温鹤管可满足极端低温环境下的高效、安全装卸需求,显著提升液化天然气等低温介质储运系统的可靠性与经济性。