油船大型货油泵系统现状及发展趋势

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(武汉船用机械有限责任公司，武汉 430084)

目前，我国油船配套设备发展滞后，严重制约原油进口的硬件后勤保障能力。本文试对大型油船关键配套设备——货油泵的系统组成、原理、发展现状及发展趋势进行分析，以期促进货油泵自主设计及生产。

1 油船货油泵系统组成与布置形式

1.1 系统组成

从系统组成来看，货油泵是货油装卸系统的组成部分，但从实际生产配套来看，货油泵厂家的设计和供货范围已不仅仅是单独的货油泵，而是与船厂各类设备相结合，集成了货油装卸、扫舱、压载等多种功能集成的设备[1]，由控制系统进行集成控制，成为一套复杂的系统，其中以货油泵最为关键，因而称为货油泵系统。对于油船而言，货油泵系统己成为仅次于主机的第二大设备系统。

由于货油扫舱系统与货油装卸系统[2]在功能上和结构上紧密相关，其性能参数直接影响货油泵设备的运转性能，因此货油装卸设备与扫舱设备基本由同一厂家供货，而压载泵系统的原理功能与货油装卸系统类似，且通过同一控制系统进行监测控制，因而此三套系统组成了货油泵系统厂家的常规配套形式，其组成和分类见图1。

1.2 布置形式

按照货油泵在船上安装位置的不同，可将其分为泵舱安装式和货舱安装式两大类。

图1 货油泵系统组成

1)泵舱安装式货油泵系统。选用泵舱安装式货油泵系统的油船，紧临船艉机舱设有专门的泵舱，用于安装货油泵、扫舱泵及压载泵等设备，而泵的动力来源于机舱的原动机，通过穿舱传动轴进行驱动。采用这种货油泵的船舶需要有设在船底的、专门的货油管道来连通各个液货舱，优点是货油泵设备简单、功率较大;缺点是不便分舱运输，影响船体的设计和货舱的容量。

泵舱安装式货油泵系统主要用于5万t以上的原油船，该类货油泵系统中所用的货油泵单泵流量多在1 800 m3/h以上，功率多在800 kW以上，称为大型货油泵系统。该货油泵多采用透平机驱动，也可采用电机或柴油机驱动。

由透平机驱动的货油泵系统是大中型液货船最普遍的配套形式，一般由3套货油泵系统及2套压载泵系统构成，见图2。目前国内建造的大型远洋油船货油泵系统均采用这种形式。

2)货舱安装式货油泵系统。 选用货舱安装式货油泵系统的油船，没有专门的泵舱，货油泵直接从甲板上的泵井座台直接插入，竖直安装在货舱中，因而也称为深井泵。这种立式结构的货油泵可以灵活布置，每个货舱中均可设置，再通过甲板上的货油管系相连，任何一个产生故障，不影响其它货油泵的工作，因而大大提高了系统可靠性，也使得分舱运输成为可能，赋予船舶极大的液货装载自由性。

图2 泵舱安装式货油泵系统

货舱安装式货油泵系统主要用于约5万t以下的原油/成品油船。由于是分舱安装，一套系统配置的泵头多在10套以上，也可能多种规格搭配使用。根据货油泵所直接采用的动力形式的不同，货舱安装式离心泵又可分为电动式货油泵和液压式货油泵。电动式货油泵由位于甲板上的防爆电机通过与货舱一样高的传动轴驱动位于货舱底部的离心泵，通过电机变频来实现离心泵的转速及功率调节，见图3。具有功率范围广、系统效率高、成本低、总体布置方便等优点。

图3 货舱安装式电机驱动货油泵系统

液压式货油泵直接由与离心泵装在一起的液压马达来驱动，通过位于甲板上的阀组调节流量来实现液压马达的调速，见图4所示。具有可靠性高、无防爆问题、寿命长、集成方便等优点。

2 货油泵系统国内外发展现状

目前还没有国内厂商能进行设备配套，货油泵系统成为典型的国外垄断型、高技术、高产值、大市场需求型核心配套设备。

2.1 国外发展现状

货油泵系统生产厂商主要集中在北欧和日本，主要品牌有FRAMO(挪威)、HAMWORTHY(丹麦)、MARFLEX(荷兰)、SHINKO(日本)与HYUNDAR(韩国)等[3-6]。

1)FRAMO是目前国际市场上占有量最大的货油泵系统品牌，国内主要见到的是货舱安装式货油泵，全部采用液压驱动，设备质量好，集成度高，卸货范围广，特别有空气吹扫管内残油的功能，在货舱安装式货油泵系统市场占有率约为70%，几乎己成为行业标准，同时价格也高，但目前来看，国内绝大多数中小型油船、化学品船均采用其产品。

2)HAMWORTHY同时生产电动深井泵和透平式货油泵。在深井泵方面，原先进行液压式深井货油泵的生产，相对FRAMO产品无技术优势，市场占有率较低，但自从收购斯海旺公司后，转而生产电动式货油泵，十分适合原油/成品油的装卸，通常使用在中小型油轮和浮式生产存储卸货船上，系统效率高，具有一定市场，目前发展较快。

图4 货舱安装式液压驱动货油泵系统

3)MARFLEX也是能够提供全系列船用货油泵设备的一家公司，主要从事电动式货油泵的生产，采用RS总线控制，产品自成体系，曾在广船国际所建的3万～4万t级油船上进行配套。

4)SHINKO基本照抄FRAMO 20世纪90年代的设计，产品性能与FRAMO有一定差距，但借助于百年来工业的发展积淀，在大中型油船所用透平式货油泵领域已具有较强实力。

5)韩国现代具有世界一流的造船实力，自从20世纪90年代开发货油泵系统以来，已完成6 050 m3/h以下流量的全系列货油泵系统开发。其产品性能与主流欧洲产品差距较大，但具有一定的价格优势。

从总体技术水平看，北欧与日本、韩国的货油泵系统配套业各有特色。北欧的货油泵设备研发制造历史悠久，几乎垄断货油泵系统装备开发、设计、工程总包及关键配套设备供货，占领了市场主导和垄断地位；日本通过早年引进和消化、吸引欧洲的先进技术，已具备了很强的设备研发实力，部分种类的产品可与欧洲抗衡，凭借自身多年的技术消化，研发实力已经增强；韩国技术实力仍大大低于欧洲和日本，多数设备产品是通过从欧洲、日本引进技术生产，但随着韩国成为世界第一造船大国，其船用设备技术能力迅速提升，通过国内船厂船东扶持和内部支持，获取了较多的市场份额。

2.2 国内发展现状

国内目前还没有货油泵系统生产厂商，大流量、高扬程、双吸式船用货油离心泵自主配套为零。国内目前开展小型货油泵或系统研制的厂家均为小型离心泵厂家。船用货油泵系统的开发基础在于对船舶环境的充分了解，对船用产品使用要求的全面把握，技术核心在于系统的集成、控制系统和船用货油泵的设计，另外也受到生产厂家的船检认可达标水平和全球售后服务网建设水平的影响，在这些方面，一般的离心泵厂家很难建立起技术和市场优势，因而发展极其有限。

3 货油泵系统发展趋势

从技术发展方向看，货油泵系统与其它船舶设备的总体发展方向是一致的。

1)系统自动化水平越来越高。以FRAMO为例，其货油泵系统产品的控制方式分为3种：直接液压控制、电液远程控制和计算机自动控制。目前直接液压控制已被淘汰，电液远程控制还有部分应用，使用最广泛的是计算机自动控制方式。自动化控制水平的提高一方面提高了系统的可靠性和精确性，减少了误操作的可能，另一方面也减少了船员的工作量和数量，最终实现无人化机舱控制。

2)设备可靠性越来越高。随着工业技术的快速发展，原先严重制约货油泵可靠性的密封、轴承及继电控制等技术已取得根本性进步。新型结构机械密封、高精度轴承、转子振动控制、PLC控制、计算机控制等技术发展迅速，已由制约条件变成促进条件，并在货油泵及系统可靠性方面起到了积极的推动作用。

3)系统集成度越来越高。货油泵系统复杂、技术密集、设备遍布全船，仅自身内部一般就包括了货油装卸、扫舱、压载等3大子系统，外加本身与阀门遥控、货油加热等子系统紧密相关，动力匹配技术性和专业化程度高，本身具有很高的可集成性，随着造船周期的缩短和竞争的加剧，各生产厂家纷纷整合资源，集中力量进行设备打包供应，使得系统集成度越来越高。

4)货油泵规格越来越大。货油泵规格是系统最主要的选型因素，由于卸货时间要求基本不变，随着油船载重量的不断提升，从10万t、20万t油轮到现在多处开建的30万tVLCC乃至国外的56万t级ULCC，油船越造越大，必然要求货油泵流量规格与之匹配。

4 结论

由于欧洲设备昂贵，国内船厂船东力求在国内寻找和培养货油泵生产厂商，这在一定程度上是在促进国内货油泵厂商的产生；而当日、韩等亚洲国家开始在市场变得越来越强大时，将会从根本上挤压中国货油泵生产厂商的产生和发展空间，使得国产货油泵的技术投入与市场开发难上加难。因此我国船舶配套企业必须抓住机遇，以系统集成配套为目标，通过产、学、研、用强强联合，针对典型船型货油泵系统市场需要，开展大型货油泵系统设计与集成技术研究、货油泵系统控制技术研究、传动轴系总体布置设计和振动控制技术研究、系统用泵设计制造技术研究及系统用泵及系统试验验证技术研究，以尽快形成具有国际竞争力的产品配套能力。

[1] 邵 昱,陈 棘,唐石青.液货船的装卸自动化系统设计[J].上海造船,2008(2):27-29.

[2] 凉 帅.油轮货油装卸系统的自动化研究[D].大连：大连海事大学，2008.

[3] 魏 雷.货油系统的分析[J].广船科技，2006(2)：34-36.

[4] 郑新虎.38 500 DWT系列液货船货油泵变频器控制系统设计[J].广船科技，2006(3)：15-18.

[5] 李奉香,黄 政,高 旗.化学品船一舱一泵货油系统的设计与安装.造船技术，2008(3)：11-14.

[6] 徐勇杰.3 800 t成品油船货油装卸系统设计[J].船舶设计通讯，2007(1)：76-78.