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1、岸边输油臂的移动式设计与应用作者姓名：于江性别：男出生年月：1976年3月工作单位及部门：天津港滚装码头有限公司技术部职务职称：主管、助工通讯地址：天津新港六号路1599号联系电话：13920899611岸边输油臂的移动式设计与应用摘要：针对常用的岸边固定式输油臂在滚装码头使用的局限性，创新性的设计了可移动的流体装卸设备。对这种新型设备从设计思路、作业效果及整体性能等方面进行了论述。对设备的各部分机构和安全装置进行了重点介绍,并详细论述了该设备在设计和制造上的创新点。最后介绍了该设备在滚装码头油品作业中的实际应用情况。关键词：移动式 输油臂 稳定性 燃料油天津港滚装码头有限公司主要负责天津港商
2、品车和食用油等货物的装卸服务。目前公司在油品接卸过程中，主要采用复合输油软管连接油船与岸边输油管道的工艺。在实际作业过程中存在因潮汐及油船自身高度变化等原因造成输油软管的变形、挤压和磨损，给输油作业带来一定的安全隐患。因此，需要对原有卸油作业工艺和输油设备进行改进，提高油品作业的安全性。一、前期论证输油臂是一种在石化、粮油等港口专业码头广泛使用的专用设备，其主要功能是连接油船与岸上油管，完成油品的输送。输油臂由主要由支撑立柱,内臂、外臂、旋转接头、配重平衡系统等组成，结构多采用折叠式管道的形式，可以保证根据船身高度变化而调整内、外臂的幅度从而起到浮动作用，保障管道内的油品输送通畅。天津港目前广
3、泛使用的输油臂多采用岸边固定式，支撑立柱底部与码头承台结构用螺栓固定，整体稳定性较高。然而，由于滚装码头主要以接卸商品车为主，兼顾粮油及燃料油接卸。若采用岸边固定型式输油臂，将需要对码头结构进行大幅改造，同时还会影响到同一泊位的滚装船作业，前期成本投入较大，不适用于滚装码头现有作业工艺。因此，在进行前期选型论证时，技术人员创新性的提出了重新对输油臂进行结构设计，使其具有可移动的功能，在油轮作业结束后可以移走而不影响滚装船作业。经改进后的输油臂应具有使用方便，机动灵活、安全性高等优点，能最大限度的保障卸油安全，满足环保方面的要求。经过多方查询，并没有找到符合技术要求的移动式输油臂产品，最终在科技
4、设备部的大力支持下，联合港机公司和输油臂生产厂家一同研发，采用滚装码头常用的马菲拖板车做底盘，设计改造一种全新的移动式输油臂，可以配合港口牵引车使用，操作灵活、使用方便。该设备于2010年底投入使用，同时获得国家实用新型专利，填补了天津港在移动输油设备方面的空白。二、设计思路1、功能要求输油臂的设计应具有可移动性能，满足5万吨级油轮的接卸能力，安全性高、防护装置齐全（限位器、防静电、紧急脱离等装置），作业范围广等特点，能最大限度的保障卸油安全，同时符合环保方面的要求。2、稳定性验证输油臂在收拢状态下，当风向来自长边的一侧时，最容易发生倾覆危险，因此校核此种情况即可。（1）风压风压计算如下：qz
5、=0.613KzKztV2I 其中：qz在最低吃水线以上z高度处的风压（M/mm）,输油臂以最低水位以上10m处的风压为基本风压。KZ高度Z处的风压系数（m）KZt地形系数（取1.0）V阵风速度（m/s）I重要性系数（取1.0）KZ值确定如下：当4.6mZZg时，KZ=2.1(Z/Zg)2/a 其中：Z低潮时的计算高度（m），按Z10计算。Zg梯度a能量定律系数本设备按C级暴露等级计算。即10m以下驱散障碍物的开阔地形。qZ10=0.613KZKZtV2I=0.6132.01(Z/Zg)2/aKZtV2I=0.6132.01(10/274)2/9.51V21=0.615V2(2)风力F=qzG
6、CfAf 其中F设计风力（N）G阵风效应系数（取0.85）Cf风力系数Af垂直于风向的投影面积（m2）系数Cf选取为：圆形截面1.2；平面或角型截面1.7，所以对于圆柱面Fc=qzGCfAf=0.851.20.615V2Af=0.627 V2Af对于平面FF=qzGCfAf=0.851.70.615V2Af=0.889 V2Af当风速V=55m/s时，载荷计算如下：输油臂上部分（平面部分）FF=0.889 V2Af40KN输油臂下部分（圆柱部分）FC=0.627 V2Af5KN倾覆边的确定：不使用支腿作业时，此时横向倾覆边为前端与后部轮胎的连线。如下图所示：倾覆边（3）抗倾覆稳定性校核设计时采
7、用“力矩法”对输油臂底盘部分进行抗倾覆稳定性校核，计算各个载荷对车体支撑平面的倾覆边的力矩。若这些力矩的代数和满足下式条件，即：M=KGMG+KFMF+KSMS+KHMH0,则认为车体是稳定的。其中，MG为底盘对倾覆边的力矩。MG=1201.75=210KNMMF为风力对倾覆边的力矩，MF=380KNMMS为输油臂重心对倾覆边的力矩，MS=1301.35=175.5KNMMH为水平惯性力对倾覆边的力矩，此种情况下为零。KG、KF、KS、KH为4种载荷的载荷系数，分别取1代入上式，得到结果M0，所以设计满足要求。3、安全性设计输油臂的设计必须满足安全性高、防护装置齐全等特点，在设计中增加了变幅限
8、位器、防静电装置以及油管法兰的紧急脱离等安全防护措施。4、机动性设计考虑到实际作业情况，输油臂装配在特制的半挂车底盘上，由码头牵引车牵引。码头牵引车是港口常见的一种装卸设备，与其配合使用，可以达到快速结合、行驶平稳、转场方便等效果。同时可减少额外配备动力的开支，大大节省制作成本。三、主要系统功能移动式输油臂整体在保留岸边固定式输油臂设计的基础上，增加了一些特殊装置，使其设计更加适合可移动性的作业场合，同时增强整体的安全性。其主要系统包括：1、底盘。底盘部分以港口专用PG型挂车为原型，自身不配备动力装置，需要与码头牵引车配合使用。底盘前端与地面直接接触，后端采用双轴设计，搭配16条7.00-12
9、型轮胎；自重12T。输油臂与底盘通过法兰螺栓连接。液压支腿位于车身两侧，可垂直伸展，保证设备重心在设计范围内，使其稳定运行。2、输油臂电液控制系统输油臂的电液控制系统包括电控系统和液压控制系统两部分。（1）电控系统。设计考虑电控系统相关设备应集中设置，主控柜布置在底盘上，安装电器控制元件和接线装置，实现电源开关操作选择，电路检测与运行，电源指示和状态指示等功能。（2）液压控制系统。主要包括液压站、液压分站、液压缸组件等。液压站布置在底盘上，产生液压动力。由油箱、电机、蓄能器、液压泵、手动泵、压力表和管件等组成，当电气发生故障时可用手动泵实现装卸臂和船舶的脱离和收拢。液压分站固定于输油臂的立柱上
10、，用于控制主机的三种运动和浮动状态与驱动状态的切换。在输油臂的驱动部位配置三支液压缸，实现内外臂与立柱间的水平旋转，内臂的上下转动、外臂的上下转动，实现三维接头与油船的对接。3、警报系统为确保输油臂的作业安全，在设计中采用二级报警设置，作业中发生油轮漂移超限时，利用自动声光报警装置向码头人员发出报警信号。该系统采用直流无触点元件，同时充分考虑港口的自然条件，并具有可靠的性能和较长的使用寿命。4、紧急脱离系统（ERC）紧急脱离系统（ERC）是移动式输油臂的一个重要安全部件，设计安装在三维接头的垂直段，由警报系统、液压控制系统和脱离装置等组成，起到保护油船设备、码头设备、人员安全以及避免因介质泄漏
11、而造成对环境的污染等重要作用。紧急脱离系统采用液压操纵，配有机械或液压连锁。蓄能器提供应急动力，在液压系统失压或供电中断的情况下，紧急脱离系统能维持接头闭合。设计有防止手动阀意外误操作时启动紧急脱离系统的防护措施。紧急脱离系统在两倍的当量设计荷载下不产生泄漏、变形及失效。当输油臂状态达到脱离状态时或人工操纵脱离时，脱离装置能迅速的脱离。脱离装置启动后，系统立即将悬臂锁住并收缩至码头前沿，以避免悬臂撞击油轮甲板或悬臂后翘撞击码头上的其他设备。紧急脱离装置的复位采用人工操纵的复位方式，复位作业应较为简单、轻便、快捷。5、快速联结器快速联结器和油轮岐管法兰的对位、联接和脱离均采用手动方式人工操作。快
12、速联结器的轴线总能保持水平状态，其前端带有对中配合器和密封圈，能和多种不同口径(12”、10”、8”、6”、4”)的油轮法兰相接，并且可以适应厚度不均或表面粗糙不平的法兰。快速联结器配装端盖，以防非工作时管内的残油滴漏。6、三维旋转接头旋转接头在设计压力和设计温度下旋转灵活，不产生泄漏和永久变形，动密封面抛光处理，光洁度达0.8以上，高点及转轴箱处的旋转接头应为可拆卸式，在保养、维修更换密封圈时，不需要起重设备协助，也不需要拆下内臂或外臂。旋转接头设置了检漏孔，同时采用渗氮处理并加强了密封设计。四、技术效果图1为移动式岸边输油臂的示意图。 以下结合附图和具体实例对本输油臂进行详细说明。图1包括
13、输油臂1，所述输油臂1的立柱2底座法兰通过螺栓与牵引底盘11固定连接，牵引底盘11底部安装有牵引车轮9和液压支腿10，所述牵引底盘11上与输油臂收起时输油管相应的位置安装有输油管支撑架3，所述牵引底盘11上安装有液压总站5、输油臂电控箱4，所述液压总站5分别与输油臂液压分站6和液压支腿的液压驱动部分连接，由液压总站为输油臂和液压支腿提供动力。为了方便使用，所述牵引底盘11上安装有工具箱7和斜梯8。工具箱存放常用工具，斜梯便于操作人员上下底盘。使用时，将牵引底盘与牵引车连接，将输油臂移动到相应的地点后，牵引车与牵引底盘分离。液压支腿的液压驱动部分将液压支腿打开，保持工作的稳定性。输油臂进行相应的
14、工作。输油臂完成相应工作后，液压支腿收缩，有牵引车牵引底盘，到达规定的地点。其技术指标如下：作业对象：50000t以下油轮,口径：DN200;输油品种：燃料油等;输油压力：1.2MPa。可移动性能适应港口生产需要,且投资低,收效大,可为两个以上相邻泊位,满足5万吨级油轮的接卸能力，安全性高、防护装置齐全（限位器、防静电、紧急脱离等装置），作业范围广等优点，能最大限度的保障卸油安全，同时符合环保方面的要求。五、实际应用情况该设备于2010年12月完成调试验收，2011年初投入试运行阶段，在首次作业过程中，接卸油轮“遵义潭”的燃料油45000吨，连续作业超过60小时，运行平稳，各系统工作正常，达到
15、当初设计要求。六、结论移动式输油臂若经验收后投入正常使用，每年可以减少购买新输油软管、减少软管检测等费用，为公司节约各项开支约8万元。更重要的是采用此设备后，可以大大提高输油作业的安全性，降低了因输油软管磨损引起的漏油事故发生率，保障了公司整体生产的安全性。此项目的意义在于改变港区内油品装卸臂多采用岸边固定式的设计，填补了移动式输油臂在天津港输油作业工艺中的空白，为今后的推广积累了宝贵的经验，同时使公司在卸油作业中更加规范化、专业化，也更加符合环保的要求。另一方面，采用移动式输油臂后可以提高作业效率，降低人员操作的劳动强度，减少对滚装作业的影响。参考文献 1、输油臂紧急分离装置张学波 王洁 李汉平、沈阳工业大学学报2006年 第1期2、一种新型移动式流体装卸设备陶明炯、徐连庚，中国油脂、2010年第35卷第11期3、输油臂选型的细节刘金明、魏杰，石油库与加油站、2003年05期
