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(jī)械有限責(zé)任公司，武漢 430084)

目前，我國油船配套設(shè)備發(fā)展滯后，嚴(yán)重制約原油進(jìn)口的硬件后勤保障能力。本文試對(duì)大型油船關(guān)鍵配套設(shè)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(jìn)行分析，以期促進(jìn)貨油泵自主設(shè)計(jì)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(shí)際生產(chǎn)配套來看，貨油泵廠家的設(shè)計(jì)和供貨范圍已不僅僅是單獨(dú)的貨油泵，而是與船廠各類設(shè)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(shè)備[1]，由控制系統(tǒng)進(jìn)行集成控制，成為一套復(fù)雜的系統(tǒng)，其中以貨油泵最為關(guān)鍵，因而稱為貨油泵系統(tǒng)。對(duì)于油船而言，貨油泵系統(tǒng)己成為僅次于主機(jī)的第二大設(shè)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(guān)，其性能參數(shù)直接影響貨油泵設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，因此貨油裝卸設(shè)備與掃艙設(shè)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(jìn)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(jī)艙設(shè)有專門的泵艙，用于安裝貨油泵、掃艙泵及壓載泵等設(shè)備，而泵的動(dòng)力來源于機(jī)艙的原動(dòng)機(jī)，通過穿艙傳動(dòng)軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。采用這種貨油泵的船舶需要有設(shè)在船底的、專門的貨油管道來連通各個(gè)液貨艙，優(yōu)點(diǎn)是貨油泵設(shè)備簡單、功率較大;缺點(diǎn)是不便分艙運(yùn)輸，影響船體的設(shè)計(jì)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(jī)驅(qū)動(dòng)，也可采用電機(jī)或柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)。

由透平機(jī)驅(qū)動(dòng)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(yuǎn)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(tái)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(gè)貨艙中均可設(shè)置，再通過甲板上的貨油管系相連，任何一個(gè)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(yùn)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(dòng)力形式的不同，貨艙安裝式離心泵又可分為電動(dòng)式貨油泵和液壓式貨油泵。電動(dòng)式貨油泵由位于甲板上的防爆電機(jī)通過與貨艙一樣高的傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)位于貨艙底部的離心泵，通過電機(jī)變頻來實(shí)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(diǎn)。

圖3 貨艙安裝式電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dá)來驅(qū)動(dòng)，通過位于甲板上的閥組調(diào)節(jié)流量來實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)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(diǎn)。

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(jìn)行設(shè)備配套，貨油泵系統(tǒng)成為典型的國外壟斷型、高技術(shù)、高產(chǎn)值、大市場需求型核心配套設(shè)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(dòng)，設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)價(jià)格也高，但目前來看，國內(nèi)絕大多數(shù)中小型油船、化學(xué)品船均采用其產(chǎn)品。

2)HAMWORTHY同時(shí)生產(chǎn)電動(dòng)深井泵和透平式貨油泵。在深井泵方面，原先進(jìn)行液壓式深井貨油泵的生產(chǎn)，相對(duì)FRAMO產(chǎn)品無技術(shù)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(dòng)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(chǔ)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(dòng)貨油泵系統(tǒng)

3)MARFLEX也是能夠提供全系列船用貨油泵設(shè)備的一家公司，主要從事電動(dòng)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(jí)油船上進(jìn)行配套。

4)SHINKO基本照抄FRAMO 20世紀(jì)90年代的設(shè)計(jì)，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(lǐng)域已具有較強(qiáng)實(shí)力。

5)韓國現(xiàn)代具有世界一流的造船實(shí)力，自從20世紀(jì)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(jià)格優(yōu)勢。

從總體技術(shù)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(shè)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(shè)計(jì)、工程總包及關(guān)鍵配套設(shè)備供貨，占領(lǐng)了市場主導(dǎo)和壟斷地位；日本通過早年引進(jìn)和消化、吸引歐洲的先進(jìn)技術(shù)，已具備了很強(qiáng)的設(shè)備研發(fā)實(shí)力，部分種類的產(chǎn)品可與歐洲抗衡，憑借自身多年的技術(shù)消化，研發(fā)實(shí)力已經(jīng)增強(qiáng)；韓國技術(shù)實(shí)力仍大大低于歐洲和日本，多數(shù)設(shè)備產(chǎn)品是通過從歐洲、日本引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)，但隨著韓國成為世界第一造船大國，其船用設(shè)備技術(shù)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(yáng)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(chǔ)在于對(duì)船舶環(huán)境的充分了解，對(duì)船用產(chǎn)品使用要求的全面把握，技術(shù)核心在于系統(tǒng)的集成、控制系統(tǒng)和船用貨油泵的設(shè)計(jì)，另外也受到生產(chǎn)廠家的船檢認(rèn)可達(dá)標(biāo)水平和全球售后服務(wù)網(wǎng)建設(shè)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(shù)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(shù)發(fā)展方向看，貨油泵系統(tǒng)與其它船舶設(shè)備的總體發(fā)展方向是一致的。

1)系統(tǒng)自動(dòng)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(yuǎn)程控制和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。目前直接液壓控制已被淘汰，電液遠(yuǎn)程控制還有部分應(yīng)用，使用最廣泛的是計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制方式。自動(dòng)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(shí)現(xiàn)無人化機(jī)艙控制。

2)設(shè)備可靠性越來越高。隨著工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，原先嚴(yán)重制約貨油泵可靠性的密封、軸承及繼電控制等技術(shù)已取得根本性進(jìn)步。新型結(jié)構(gòu)機(jī)械密封、高精度軸承、轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制、PLC控制、計(jì)算機(jī)控制等技術(shù)發(fā)展迅速，已由制約條件變成促進(jìn)條件，并在貨油泵及系統(tǒng)可靠性方面起到了積極的推動(dòng)作用。

3)系統(tǒng)集成度越來越高。貨油泵系統(tǒng)復(fù)雜、技術(shù)密集、設(shè)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(guān)，動(dòng)力匹配技術(shù)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(jìn)行設(shè)備打包供應(yīng)，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(shí)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(jí)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(shè)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(jìn)國內(nèi)貨油泵廠商的產(chǎn)生；而當(dāng)日、韓等亞洲國家開始在市場變得越來越強(qiáng)大時(shí)，將會(huì)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(shù)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(jī)遇，以系統(tǒng)集成配套為目標(biāo)，通過產(chǎn)、學(xué)、研、用強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，針對(duì)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(shè)計(jì)與集成技術(shù)研究、貨油泵系統(tǒng)控制技術(shù)研究、傳動(dòng)軸系總體布置設(shè)計(jì)和振動(dòng)控制技術(shù)研究、系統(tǒng)用泵設(shè)計(jì)制造技術(shù)研究及系統(tǒng)用泵及系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)研究，以盡快形成具有國際競爭力的產(chǎn)品配套能力。

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