油船大型貨油泵系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

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(武漢船用機械有限責任公司，武漢 430084)

目前，我國油船配套設備發(fā)展滯后，嚴重制約原油進口的硬件后勤保障能力。本文試對大型油船關鍵配套設備——貨油泵的系統(tǒng)組成、原理、發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進行分析，以期促進貨油泵自主設計及生產(chǎn)。

1 油船貨油泵系統(tǒng)組成與布置形式

1.1 系統(tǒng)組成

從系統(tǒng)組成來看，貨油泵是貨油裝卸系統(tǒng)的組成部分，但從實際生產(chǎn)配套來看，貨油泵廠家的設計和供貨范圍已不僅僅是單獨的貨油泵，而是與船廠各類設備相結(jié)合，集成了貨油裝卸、掃艙、壓載等多種功能集成的設備[1]，由控制系統(tǒng)進行集成控制，成為一套復雜的系統(tǒng)，其中以貨油泵最為關鍵，因而稱為貨油泵系統(tǒng)。對于油船而言，貨油泵系統(tǒng)己成為僅次于主機的第二大設備系統(tǒng)。

由于貨油掃艙系統(tǒng)與貨油裝卸系統(tǒng)[2]在功能上和結(jié)構(gòu)上緊密相關，其性能參數(shù)直接影響貨油泵設備的運轉(zhuǎn)性能，因此貨油裝卸設備與掃艙設備基本由同一廠家供貨，而壓載泵系統(tǒng)的原理功能與貨油裝卸系統(tǒng)類似，且通過同一控制系統(tǒng)進行監(jiān)測控制，因而此三套系統(tǒng)組成了貨油泵系統(tǒng)廠家的常規(guī)配套形式，其組成和分類見圖1。

1.2 布置形式

按照貨油泵在船上安裝位置的不同，可將其分為泵艙安裝式和貨艙安裝式兩大類。

圖1 貨油泵系統(tǒng)組成

1)泵艙安裝式貨油泵系統(tǒng)。選用泵艙安裝式貨油泵系統(tǒng)的油船，緊臨船艉機艙設有專門的泵艙，用于安裝貨油泵、掃艙泵及壓載泵等設備，而泵的動力來源于機艙的原動機，通過穿艙傳動軸進行驅(qū)動。采用這種貨油泵的船舶需要有設在船底的、專門的貨油管道來連通各個液貨艙，優(yōu)點是貨油泵設備簡單、功率較大;缺點是不便分艙運輸，影響船體的設計和貨艙的容量。

泵艙安裝式貨油泵系統(tǒng)主要用于5萬t以上的原油船，該類貨油泵系統(tǒng)中所用的貨油泵單泵流量多在1 800 m3/h以上，功率多在800 kW以上，稱為大型貨油泵系統(tǒng)。該貨油泵多采用透平機驅(qū)動，也可采用電機或柴油機驅(qū)動。

由透平機驅(qū)動的貨油泵系統(tǒng)是大中型液貨船最普遍的配套形式，一般由3套貨油泵系統(tǒng)及2套壓載泵系統(tǒng)構(gòu)成，見圖2。目前國內(nèi)建造的大型遠洋油船貨油泵系統(tǒng)均采用這種形式。

2)貨艙安裝式貨油泵系統(tǒng)。 選用貨艙安裝式貨油泵系統(tǒng)的油船，沒有專門的泵艙，貨油泵直接從甲板上的泵井座臺直接插入，豎直安裝在貨艙中，因而也稱為深井泵。這種立式結(jié)構(gòu)的貨油泵可以靈活布置，每個貨艙中均可設置，再通過甲板上的貨油管系相連，任何一個產(chǎn)生故障，不影響其它貨油泵的工作，因而大大提高了系統(tǒng)可靠性，也使得分艙運輸成為可能，賦予船舶極大的液貨裝載自由性。

圖2 泵艙安裝式貨油泵系統(tǒng)

貨艙安裝式貨油泵系統(tǒng)主要用于約5萬t以下的原油/成品油船。由于是分艙安裝，一套系統(tǒng)配置的泵頭多在10套以上，也可能多種規(guī)格搭配使用。根據(jù)貨油泵所直接采用的動力形式的不同，貨艙安裝式離心泵又可分為電動式貨油泵和液壓式貨油泵。電動式貨油泵由位于甲板上的防爆電機通過與貨艙一樣高的傳動軸驅(qū)動位于貨艙底部的離心泵，通過電機變頻來實現(xiàn)離心泵的轉(zhuǎn)速及功率調(diào)節(jié)，見圖3。具有功率范圍廣、系統(tǒng)效率高、成本低、總體布置方便等優(yōu)點。

圖3 貨艙安裝式電機驅(qū)動貨油泵系統(tǒng)

液壓式貨油泵直接由與離心泵裝在一起的液壓馬達來驅(qū)動，通過位于甲板上的閥組調(diào)節(jié)流量來實現(xiàn)液壓馬達的調(diào)速，見圖4所示。具有可靠性高、無防爆問題、壽命長、集成方便等優(yōu)點。

2 貨油泵系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

目前還沒有國內(nèi)廠商能進行設備配套，貨油泵系統(tǒng)成為典型的國外壟斷型、高技術、高產(chǎn)值、大市場需求型核心配套設備。

2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

貨油泵系統(tǒng)生產(chǎn)廠商主要集中在北歐和日本，主要品牌有FRAMO(挪威)、HAMWORTHY(丹麥)、MARFLEX(荷蘭)、SHINKO(日本)與HYUNDAR(韓國)等[3-6]。

1)FRAMO是目前國際市場上占有量最大的貨油泵系統(tǒng)品牌，國內(nèi)主要見到的是貨艙安裝式貨油泵，全部采用液壓驅(qū)動，設備質(zhì)量好，集成度高，卸貨范圍廣，特別有空氣吹掃管內(nèi)殘油的功能，在貨艙安裝式貨油泵系統(tǒng)市場占有率約為70%，幾乎己成為行業(yè)標準，同時價格也高，但目前來看，國內(nèi)絕大多數(shù)中小型油船、化學品船均采用其產(chǎn)品。

2)HAMWORTHY同時生產(chǎn)電動深井泵和透平式貨油泵。在深井泵方面，原先進行液壓式深井貨油泵的生產(chǎn)，相對FRAMO產(chǎn)品無技術優(yōu)勢，市場占有率較低，但自從收購斯海旺公司后，轉(zhuǎn)而生產(chǎn)電動式貨油泵，十分適合原油/成品油的裝卸，通常使用在中小型油輪和浮式生產(chǎn)存儲卸貨船上，系統(tǒng)效率高，具有一定市場，目前發(fā)展較快。

圖4 貨艙安裝式液壓驅(qū)動貨油泵系統(tǒng)

3)MARFLEX也是能夠提供全系列船用貨油泵設備的一家公司，主要從事電動式貨油泵的生產(chǎn)，采用RS總線控制，產(chǎn)品自成體系，曾在廣船國際所建的3萬～4萬t級油船上進行配套。

4)SHINKO基本照抄FRAMO 20世紀90年代的設計，產(chǎn)品性能與FRAMO有一定差距，但借助于百年來工業(yè)的發(fā)展積淀，在大中型油船所用透平式貨油泵領域已具有較強實力。

5)韓國現(xiàn)代具有世界一流的造船實力，自從20世紀90年代開發(fā)貨油泵系統(tǒng)以來，已完成6 050 m3/h以下流量的全系列貨油泵系統(tǒng)開發(fā)。其產(chǎn)品性能與主流歐洲產(chǎn)品差距較大，但具有一定的價格優(yōu)勢。

從總體技術水平看，北歐與日本、韓國的貨油泵系統(tǒng)配套業(yè)各有特色。北歐的貨油泵設備研發(fā)制造歷史悠久，幾乎壟斷貨油泵系統(tǒng)裝備開發(fā)、設計、工程總包及關鍵配套設備供貨，占領了市場主導和壟斷地位；日本通過早年引進和消化、吸引歐洲的先進技術，已具備了很強的設備研發(fā)實力，部分種類的產(chǎn)品可與歐洲抗衡，憑借自身多年的技術消化，研發(fā)實力已經(jīng)增強；韓國技術實力仍大大低于歐洲和日本，多數(shù)設備產(chǎn)品是通過從歐洲、日本引進技術生產(chǎn)，但隨著韓國成為世界第一造船大國，其船用設備技術能力迅速提升，通過國內(nèi)船廠船東扶持和內(nèi)部支持，獲取了較多的市場份額。

2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)目前還沒有貨油泵系統(tǒng)生產(chǎn)廠商，大流量、高揚程、雙吸式船用貨油離心泵自主配套為零。國內(nèi)目前開展小型貨油泵或系統(tǒng)研制的廠家均為小型離心泵廠家。船用貨油泵系統(tǒng)的開發(fā)基礎在于對船舶環(huán)境的充分了解，對船用產(chǎn)品使用要求的全面把握，技術核心在于系統(tǒng)的集成、控制系統(tǒng)和船用貨油泵的設計，另外也受到生產(chǎn)廠家的船檢認可達標水平和全球售后服務網(wǎng)建設水平的影響，在這些方面，一般的離心泵廠家很難建立起技術和市場優(yōu)勢，因而發(fā)展極其有限。

3 貨油泵系統(tǒng)發(fā)展趨勢

從技術發(fā)展方向看，貨油泵系統(tǒng)與其它船舶設備的總體發(fā)展方向是一致的。

1)系統(tǒng)自動化水平越來越高。以FRAMO為例，其貨油泵系統(tǒng)產(chǎn)品的控制方式分為3種：直接液壓控制、電液遠程控制和計算機自動控制。目前直接液壓控制已被淘汰，電液遠程控制還有部分應用，使用最廣泛的是計算機自動控制方式。自動化控制水平的提高一方面提高了系統(tǒng)的可靠性和精確性，減少了誤操作的可能，另一方面也減少了船員的工作量和數(shù)量，最終實現(xiàn)無人化機艙控制。

2)設備可靠性越來越高。隨著工業(yè)技術的快速發(fā)展，原先嚴重制約貨油泵可靠性的密封、軸承及繼電控制等技術已取得根本性進步。新型結(jié)構(gòu)機械密封、高精度軸承、轉(zhuǎn)子振動控制、PLC控制、計算機控制等技術發(fā)展迅速，已由制約條件變成促進條件，并在貨油泵及系統(tǒng)可靠性方面起到了積極的推動作用。

3)系統(tǒng)集成度越來越高。貨油泵系統(tǒng)復雜、技術密集、設備遍布全船，僅自身內(nèi)部一般就包括了貨油裝卸、掃艙、壓載等3大子系統(tǒng)，外加本身與閥門遙控、貨油加熱等子系統(tǒng)緊密相關，動力匹配技術性和專業(yè)化程度高，本身具有很高的可集成性，隨著造船周期的縮短和競爭的加劇，各生產(chǎn)廠家紛紛整合資源，集中力量進行設備打包供應，使得系統(tǒng)集成度越來越高。

4)貨油泵規(guī)格越來越大。貨油泵規(guī)格是系統(tǒng)最主要的選型因素，由于卸貨時間要求基本不變，隨著油船載重量的不斷提升，從10萬t、20萬t油輪到現(xiàn)在多處開建的30萬tVLCC乃至國外的56萬t級ULCC，油船越造越大，必然要求貨油泵流量規(guī)格與之匹配。

4 結(jié)論

由于歐洲設備昂貴，國內(nèi)船廠船東力求在國內(nèi)尋找和培養(yǎng)貨油泵生產(chǎn)廠商，這在一定程度上是在促進國內(nèi)貨油泵廠商的產(chǎn)生；而當日、韓等亞洲國家開始在市場變得越來越強大時，將會從根本上擠壓中國貨油泵生產(chǎn)廠商的產(chǎn)生和發(fā)展空間，使得國產(chǎn)貨油泵的技術投入與市場開發(fā)難上加難。因此我國船舶配套企業(yè)必須抓住機遇，以系統(tǒng)集成配套為目標，通過產(chǎn)、學、研、用強強聯(lián)合，針對典型船型貨油泵系統(tǒng)市場需要，開展大型貨油泵系統(tǒng)設計與集成技術研究、貨油泵系統(tǒng)控制技術研究、傳動軸系總體布置設計和振動控制技術研究、系統(tǒng)用泵設計制造技術研究及系統(tǒng)用泵及系統(tǒng)試驗驗證技術研究，以盡快形成具有國際競爭力的產(chǎn)品配套能力。

[1] 邵 昱,陳 棘,唐石青.液貨船的裝卸自動化系統(tǒng)設計[J].上海造船,2008(2):27-29.

[2] 涼 帥.油輪貨油裝卸系統(tǒng)的自動化研究[D].大連：大連海事大學，2008.

[3] 魏 雷.貨油系統(tǒng)的分析[J].廣船科技，2006(2)：34-36.

[4] 鄭新虎.38 500 DWT系列液貨船貨油泵變頻器控制系統(tǒng)設計[J].廣船科技，2006(3)：15-18.

[5] 李奉香,黃 政,高 旗.化學品船一艙一泵貨油系統(tǒng)的設計與安裝.造船技術，2008(3)：11-14.

[6] 徐勇杰.3 800 t成品油船貨油裝卸系統(tǒng)設計[J].船舶設計通訊，2007(1)：76-78.