Грузовая система — сердце любого танкера. От её надёжности зависит скорость выгрузки, сохранность груза и, в конечном счёте, экономика рейса. Разбираемся, как устроены грузовые насосы танкеров, в чём принципиальное различие между классической схемой и гидравлической системой Framo, что чаще всего выходит из строя и как организовать ремонт без срыва стоянки.

На нефтеналивных судах и химовозах применяется несколько принципиально разных схем организации грузовой системы. Выбор зависит от типа судна, характера перевозимого груза и года постройки.

Центробежные насосы с механическим приводом (классическая схема)

Исторически первая и до сих пор распространённая схема на нефтяных танкерах. Насосы — как правило, два или три — установлены в насосном отделении в кормовой части судна. Привод: электродвигатель или паровая турбина (на старых судах).

Преимущества: простота конструкции, высокая производительность, хорошо изученная механика.

Недостатки: необходимость насосного отделения как отдельного взрывоопасного пространства, сложность обслуживания при работе с несколькими сортами груза одновременно, риск смешивания грузов.
Типичные насосы: центробежные одно- и многоступенчатые, производительность 500–5000 м³/ч в зависимости от размера судна.

Глубинные (погружные) насосы с гидравлическим приводом — система Framo

Принципиально другая концепция: насос размещается непосредственно в грузовом танке, на дне. Привод — гидравлический мотор, получающий питание от насосной станции в машинном отделении.
Именно эта схема стала стандартом для химовозов и получила широкое распространение на современных нефтяных танкерах. Наиболее известный производитель — Frank Mohn AS (Норвегия), торговая марка Framo.

Преимущества системы Framo:

• Исключена необходимость в отдельном насосном отделении — нет взрывоопасного пространства с механическим приводом
• Возможность работы с разными грузами одновременно — каждый танк имеет собственный насос, грузы не смешиваются
• Полная зачистка танков — насос расположен на дне, всасывание практически без остатка
• Пожаробезопасность — рабочая среда гидравлической системы не контактирует с грузом
• Возможность управления производительностью каждого насоса независимо

Недостатки:

• Конструктивная сложность — насос недоступен для ремонта пока танк заполнен
• Высокие требования к качеству гидравлического масла
• Сложнее диагностировать проблему изнутри работающей системы

Принцип работы

Основная идея проста: насосная станция в машинном отделении создаёт поток гидравлического масла высокого давления (около 200−250 бар). Это масло по трубопроводам подаётся к гидромоторам, встроенным в каждый грузовой насос. Гидромотор вращает рабочее колесо (импеллер) центробежного насоса — груз перекачивается из танка в береговую магистраль. Отработавшее масло возвращается в систему через обратную магистраль, охлаждается в теплообменнике и снова подаётся к насосам.


Состав системы

Насосная станция (силовые модули) — один или несколько аксиально-поршневых насосов с электроприводом. На крупном химовозе дедвейтом ~23 000 т — три главных силовых модуля суммарной мощностью около 1100 кВт при давлении 246 бар. Это сердце всей системы.

Подпиточные насосы — обеспечивают давление на входе в главные насосы, предотвращая кавитацию. Работают при низком давлении (5−10 бар).

Грузовые насосы — погружные центробежные агрегаты, установленные на дне каждого грузового танка. Состоят из гидромотора и центробежного насоса в единой сборке. Подвешены на грузовой трубе, опускающейся через крышку танка.

Зачистной насос — отдельный насос для зачистки остатков груза. Как правило, один на всю систему, переносной или стационарный.

Система управления — центральный пульт управления грузовыми операциями, дистанционно управляемые клапаны на каждом насосе. Позволяет управлять производительностью каждого насоса независимо.

Теплообменник масла — поддерживает температуру гидравлического масла в норме (не выше 60−65°C). Охлаждается морской или забортной водой.

Маслобак — хранит запас гидравлического масла. На большом судне — несколько тонн масла.


Конструкция грузового насоса Framo

Грузовой насос — наиболее критичный и наименее доступный элемент системы. Он расположен в среде груза и доступен для ремонта только после полного осушения и дегазации танка.
Конструктивно насос состоит из:

• Гидромотора (как правило, Rexroth A2FM серии) — принимает масло высокого давления, вращает вал
• Центробежного рабочего колеса (импеллера) — перекачивает груз
• Корпуса (улитки) — направляет поток груза в выходной патрубок
• Подшипников — опоры вала
• Сальников — три типа: грузовой (отделяет груз от коффердама), коффердамный (разделительная полость) и масляный (отделяет коффердам от гидравлики)
• Коффердама — промежуточная камера между грузовой и масляной полостями, предотвращает смешивание груза и гидравлического масла
• Тормоза обратного вращения — предотвращает раскрутку насоса в обратную сторону

Масло высокого давления подаётся к гидромотору по внутренней трубе, обратное масло — по кольцевой наружной трубе. Обе трубы проходят внутри грузовой трубы насоса.

Подготовка к грузовым операциям

Перед началом выгрузки необходима проверка системы:

• Уровень и состояние гидравлического масла в баке — цвет, наличие воды (эмульсия), запах груза в масле
• Давление в системе при запуске силовых модулей
• Состояние фильтров гидравлического масла — давление перепада на индикаторах
• Температура масла — не выше 60−65°C при установившемся режиме

Запуск и работа насосов

Насосы запускаются с центрального пульта или местных постов управления. Производительность регулируется дистанционно управляемым клапаном на каждом насосе — изменение давления масла, подаваемого к гидромотору, изменяет обороты и производительность.

Признак нормальной работы — равномерный звук работы насоса, стабильные показания манометра давления насоса, нормальная скорость выгрузки по расходомеру или уровнемеру в танке.

Зачистка

По мере выгрузки уровень в танке снижается до минимального. Когда насос начинает захватывать воздух — характерное подёргивание звука работы, нестабильность показаний манометра. Переход на режим зачистки: снижение давления подачи масла до 60−80 бар, включение зачистного насоса или системы газодувки для продувки всасывающего трубопровода.

Остановка и промывка

После выгрузки — продувка грузового трубопровода сжатым воздухом, промывка насоса и трубопровода при смене рода груза. Особенно критично для химовозов: недостаточная промывка приводит к загрязнению следующей партии груза.

Контроль коффердамов

Коффердам каждого насоса необходимо периодически проверять на предмет накопления груза или масла. Появление груза в коффердаме — признак износа грузового сальника. Появление масла — износ масляного сальника. Оба случая требуют ремонта при первой возможности.

Неисправности грузовых насосов

Насос не запускается — клапан управления работает, давление масла достаточное Причина: застопоренный импеллер — посторонние предметы (ветошь, твёрдые включения в грузе). Устранение: осушить танк, после дегазации осмотреть и очистить импеллер.

Повышенная вибрация насоса Причины: посторонний материал в импеллере; износ деталей гидромотора; потеря стопорного кольца в головке насоса; повреждение подшипников. Устранение: осушить танк, осмотреть импеллер, проверить остальные детали. При повреждении подшипников — замена.

Низкая производительность насоса Причины: загрязнение импеллера; износ противоизносных (wear) колец; неисправность или протечки клапана управления; недостаточное давление гидравлического масла. Устранение: по каждой причине — последовательно. Износ wear-колец — демонтаж насоса, замена.

Неудовлетворительная зачистка Причины: износ противоизносных колец (большой зазор = плохое всасывание при низком уровне); недостаточное давление масла при зачистке; закрытый клапан на береговом трубопроводе.

Течь груза в коффердам Причина: износ или повреждение грузового сальника. Признак — груз в коффердамной полости насоса при проверке. Требует демонтажа и замены сальников.

Течь масла в коффердам или груз Причина: износ масляного сальника. Признак — масло в коффердаме или (в тяжёлых случаях) гидравлическое масло в грузовом танке. Критичная неисправность — требует немедленного вывода насоса из работы.



Неисправности насосной станции (силовых модулей)

Давление в системе не достигает нормы Причины: износ главного насоса (падение объёмного КПД); неисправность регулятора давления; внутренние перетечки в клапанах управления; недостаточное давление подпиточных насосов.

Перегрев гидравлического масла Причины: загрязнение теплообменника; неисправность термостатического клапана (масло перепускается мимо теплообменника); недостаточный расход охлаждающей воды; перегрузка системы. Устранение: промывка теплообменника, проверка и регулировка термостата, проверка насоса охлаждающей воды.

Загрязнение гидравлического масла Признаки: тёмный цвет масла, повышенный перепад на фильтрах, металлическая стружка на магнитных пробках бака. Может свидетельствовать об износе компонентов насосной станции. Действия: внеплановая замена масла с промывкой системы, анализ масла, поиск источника загрязнения.

Появление запаха груза в гидравлическом масле Серьёзный признак: сальник грузового насоса пропускает груз в масляную магистраль. Необходимо идентифицировать неисправный насос, вывести его из работы, при первой возможности — демонтаж и замена сальников.



Неисправности холодильника масла

Невозможно поддерживать температуру масла ниже 60°C Причины: неисправность перепускного клапана (масло перепускается в бак, минуя холодильник); загрязнение холодильника отложениями. Устранение: проверка и регулировка клапана; промывка или чистка холодильника.

Ремонт грузового насоса Framo — операция, которая возможна только после полного осушения и дегазации танка. Это значит, что она планируется заранее: либо при доковом ремонте, либо при специальной постановке под дегазацию.

Плановый ремонт по регламенту — через каждые 5−7 лет или по наработке. Включает замену подшипников, сальников, противоизносных колец, ревизию гидромотора.

Внеплановый ремонт необходим при:

• Появлении груза или масла в коффердаме
• Устойчивой вибрации насоса
• Снижении производительности ниже приемлемого уровня
• Аварийном отказе (насос не запускается)

Признаки, требующие немедленного вывода насоса из работы:

• Течь масла в груз (загрязнение груза недопустимо по условиям коносамента)
• Значительная течь груза в гидравлическую систему
• Механический шум — стук или скрежет из насоса

Производитель (Frank Mohn / Framo Engineering) честно указывает в документации: ремонт силами экипажа практически исключён из-за конструктивной сложности системы. На борту экипаж может выполнять только отдельные операции.

Что выполняется силами экипажа:

• Замена гидравлического масла и фильтров
• Промывка теплообменника
• Проверка и регулировка клапанов управления
• Проверка давления в системе
• Контроль коффердамов и устранение малых течей по трубопроводам

Что требует специализированного сервиса:

• Демонтаж и монтаж грузового насоса
• Замена сальников, подшипников, противоизносных колец
• Ремонт или замена гидромоторов
• Ремонт главных насосных агрегатов (силовых модулей)
• Ремонт клапанов управления

Особенность ремонта насоса Framo: насос извлекается из танка вместе с грузовой трубой через палубный фланец. Для этого необходимо полностью осушить и дегазировать танк, что требует времени и соответствующих разрешений. Ремонт насоса, как правило, совмещается с доковым ремонтом или специальной стоянкой.

При ремонте проверяются и при необходимости заменяются: сальниковые уплотнения (грузовой, масляный, коффердамный), подшипники вала, противоизносные (wear) кольца, рабочее колесо (импеллер) при механических повреждениях, гидромотор — при внутреннем износе или повреждении.

Регулярное ТО — единственный способ предупредить внеплановый отказ в рейсе.


Ежедневно при работе грузовой системы: — Контроль температуры гидравлического масла — Контроль давления в системе — Осмотр на предмет внешних течей — Контроль уровня масла в баке

Еженедельно: — Проверка коффердамов насосов на наличие груза или масла — Визуальный осмотр трубопроводов высокого давления — Проверка показаний индикаторов перепада давления на фильтрах

Ежемесячно: — Взятие пробы гидравлического масла — цвет, запах, наличие посторонних примесей — Проверка давлений подпиточных насосов — Проверка работы термостатического клапана холодильника

Каждые 6 месяцев или по регламенту: — Замена фильтрующих элементов гидравлического масла — Осмотр и промывка или замена масла при неудовлетворительных результатах пробы

При каждом доковом ремонте: — Ревизия грузовых насосов с проверкой зазоров и состояния сальников — Ревизия насосов силовых модулей — Промывка и проверка теплообменника — Замена масла с полной промывкой системы

Грузовые операции на танкерах — зона повышенного риска. Несколько ключевых принципов:

Контроль атмосферы. Перед любым входом в насосное отделение или грузовой танк — обязательная проверка содержания кислорода и горючих газов. Применительно к системе Framo: перед любой работой с насосом — танк должен быть осушен, провентилирован и сертифицирован как безопасный для входа.

Изоляция энергии. Перед работой на насосной станции или грузовом насосе — обязательное снятие давления в гидравлической системе, блокировка запуска силовых модулей.

Контроль электростатики. При перекачке светлых нефтепродуктов и некоторых химических грузов — контроль скорости перекачки во избежание накопления статического заряда.

Документация грузовых операций. Грузовой план, журнал грузовых операций, контроль остойчивости — обязательные элементы любой грузовой операции, не связанные напрямую с насосами, но влияющие на безопасность всего процесса.

TechTeam занимается обслуживанием и ремонтом гидравлических грузовых систем танкеров, в том числе оборудования Framo. Восстанавливаем силовые модули насосных станций, ремонтируем главные насосные агрегаты, клапаны управления и теплообменники. При необходимости выезжаем на борт, диагностируем систему, устраняем течи, восстанавливаем давление и производительность. Ремонт погружных грузовых насосов выполняем по согласованному графику стоянки — после осушения и дегазации танков. Работаем напрямую, без посредников, с гарантией на выполненные работы.