我國(guó)自主研發(fā)建造！南海浮起“超級(jí)碗”
來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)微信公眾號(hào) 時(shí)間：2024-11-05 17:21
“3、2、1，啟動(dòng)油井！”
隨著指令發(fā)出，水下機(jī)器人緩緩開(kāi)啟南海深處的采油樹(shù)。原油經(jīng)“?；?hào)”預(yù)處理后，來(lái)到2.5公里外的“?？惶?hào)”，高擎的火炬將天然氣徐徐點(diǎn)燃。
9月19日，“海葵一號(hào)”正式投產(chǎn)。它是我國(guó)自主研發(fā)的第一座，也是亞洲首座投入應(yīng)用的圓筒型FPSO，每天能處理約5600噸原油，可供90萬(wàn)輛小汽車(chē)同時(shí)使用。
亞洲首艘圓筒形FPSO“?？惶?hào)”應(yīng)用于我國(guó)首個(gè)深水油田二次開(kāi)發(fā)項(xiàng)目——流花11-1/4-1油田二次開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。
“我們一定要打破壟斷，把能源的飯碗牢牢端在自己手里！”6年前，中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中國(guó)海油”）研究總院工程研究設(shè)計(jì)院開(kāi)始自主研發(fā)圓筒型FPSO時(shí)，首席工程師李達(dá)的話(huà)擲地有聲。
而今，這只“超級(jí)能源碗”已在珠江口盆地海域浮起。
巧鑲“花邊”
FPSO全稱(chēng)為“浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置”，是集原油生產(chǎn)、儲(chǔ)存、外輸?shù)裙δ苡谝惑w的海上原油加工廠。2018年，中國(guó)海油規(guī)劃采用“深水導(dǎo)管架平臺(tái)+FPSO”模式，對(duì)位于南海東部海域的流花11-1/4-1油田進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。
選用什么樣的FPSO呢？
這個(gè)家伙既要“胃口大”，又要經(jīng)濟(jì)劃算，還要足夠“堅(jiān)強(qiáng)”，能在臺(tái)風(fēng)多發(fā)的南海深水海域“扎根”。經(jīng)綜合考慮，圓筒型FPSO成為首選方案。
但是，當(dāng)時(shí)圓筒型FPSO設(shè)計(jì)完全由一家國(guó)外公司壟斷，而設(shè)計(jì)能抵御惡劣臺(tái)風(fēng)侵襲的圓筒型FPSO，更是沒(méi)有先例。
“難度再大，也要走通這條路！”那一年，李達(dá)帶領(lǐng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)下定決心，要為中國(guó)海油量身定制自己的“超級(jí)碗”。
確定“碗”的大小，是第一道難題。
大家規(guī)劃了多個(gè)尺度方案，進(jìn)行周期性運(yùn)動(dòng)仿真評(píng)估。他們?cè)噲D避開(kāi)波浪主頻，獲得更好的船體運(yùn)動(dòng)，但屢試屢敗——南海臺(tái)風(fēng)下陡峭的波浪會(huì)與“碗”發(fā)生奇怪的相互作用，劇烈的搖擺如影隨形。
“不能讓操作人員在過(guò)山車(chē)環(huán)境下工作！”李達(dá)對(duì)“碗”的運(yùn)動(dòng)方式始終不滿(mǎn)意。
經(jīng)歷無(wú)數(shù)個(gè)不眠夜與思路碰撞后，李達(dá)突發(fā)靈感——為什么不在阻尼板上做文章？
“如果儲(chǔ)油量決定了它是一個(gè)又笨又重的‘碗’，那我們就給它增加阻尼，構(gòu)建阻尼對(duì)波浪激勵(lì)的壓倒性?xún)?yōu)勢(shì)，做一個(gè)穩(wěn)固的‘碗底’，不就可以站穩(wěn)了？”李達(dá)一說(shuō)，大家恍然大悟。
就這樣，團(tuán)隊(duì)成員“變身”為工藝師，設(shè)計(jì)出2.4米高的阻尼板，像鑲“花邊”一樣將其安置在“碗底”。他們又在阻尼板上加了鋸齒狀的凸起，進(jìn)一步釋放波浪能量，提升阻尼板抑制升沉運(yùn)動(dòng)的能力。
最終，研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功設(shè)計(jì)出一座直徑72米、高度約90米，最大儲(chǔ)油量達(dá)6萬(wàn)噸的圓筒型FPSO，它被命名為“?？惶?hào)”。
亞洲首艘圓筒型FPSO“?？惶?hào)”。
系牢“裙帶”
確定主尺度和樣式后，如何系牢“海葵一號(hào)”，成為另一道難題。
這是我國(guó)首次在南海部署如此規(guī)模的FPSO。“?？惶?hào)”承受的載荷是南海常規(guī)船型FPSO的兩倍多，其10萬(wàn)噸級(jí)的排水量與一艘大型航空母艦相當(dāng)。要想讓它按照設(shè)計(jì)工況要求，在百年一遇的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)面前“寸步不移”，絕非易事。
解決定位的通常做法是給FPSO系上“裙帶”。按此方法，常規(guī)船型FPSO只需要9根系泊纜，而這只“超級(jí)碗”則需要21根，將導(dǎo)致工程造價(jià)大幅上漲。
“能否換種材質(zhì)做‘裙帶’，用更輕更有彈性的聚酯纜代替鋼纜？”系泊資深工程師易叢帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)多方調(diào)研。
之前，“深海一號(hào)”項(xiàng)目曾試用過(guò)單根國(guó)產(chǎn)聚酯纜。這一次，團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了更大力度的國(guó)產(chǎn)化論證，建立測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試等多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，確認(rèn)了用聚酯纜代替鋼纜的可行性。
與此同時(shí)，大家根據(jù)錨地的實(shí)際情況，模擬各種海況，不斷優(yōu)化“海葵一號(hào)”的系泊點(diǎn)方案?！霸诖_保穩(wěn)定和安全條件下，我們成功地將系泊纜數(shù)量降至12根。”易叢說(shuō)。
團(tuán)隊(duì)并沒(méi)有止步于此。他們又結(jié)合海底環(huán)境特點(diǎn)，調(diào)整不同位置的聚酯纜參數(shù)，將西北側(cè)的系泊纜全部換為國(guó)產(chǎn)的聚酯纜，為“?？惶?hào)”系上中國(guó)“裙帶”。
“裙帶”問(wèn)題解決后，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)順勢(shì)打開(kāi)全新的思路，開(kāi)展錨鏈、監(jiān)測(cè)控制設(shè)備、工藝處理設(shè)備、泵、電纜等10余件（套）國(guó)產(chǎn)化設(shè)備的定向攻關(guān)，將流花11-1/4-1二次開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的裝備自主化率從80%提高到90%。
如今，12根超過(guò)2500米長(zhǎng)的高強(qiáng)度系泊纜，將“?？惶?hào)”牢牢系住，讓其穩(wěn)穩(wěn)矗立在臺(tái)風(fēng)肆虐的南海之上，可連續(xù)運(yùn)行15年不回塢。
亞洲首艘圓筒型FPSO“海葵一號(hào)”。攝影/李浩瑋
一步合龍
2022年3月，“?？惶?hào)”在青島開(kāi)工建造。它由近60萬(wàn)個(gè)零部件構(gòu)成，結(jié)構(gòu)極其緊湊。從設(shè)計(jì)角度看，它已經(jīng)足夠精致、高效、智能。
但設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)還有個(gè)執(zhí)念——一定要拿出適合中國(guó)海域和中國(guó)船廠的制造方案，解決工期長(zhǎng)的難題。
全球范圍內(nèi)在役的6座圓筒型FPSO，最長(zhǎng)建造周期是5.5年。此前，我國(guó)受外方公司委托建造圓筒型FPSO“企鵝”，耗時(shí)4年多?！啊？惶?hào)’的建造周期至少要再縮短一半！”李達(dá)暗暗下定決心。
面對(duì)制約建造效率的關(guān)鍵因素——對(duì)接合龍工作量大、周期長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)工程師蘇云龍牽頭對(duì)建造合龍開(kāi)展專(zhuān)題研究。
他們打破以往自下而上、分塊零散兩步走的合龍慣例，創(chuàng)新性提出“分開(kāi)建造—快速合龍”的解決方案，即上部組塊、工藝甲板和支撐立柱作為一個(gè)整體，下部船體與主甲板作為另一個(gè)整體，這兩者建造完成后再整體對(duì)接，實(shí)現(xiàn)一步合龍，從而大幅提升建造效率。
還能不能更高效？“我們一個(gè)一個(gè)步驟想、一點(diǎn)一點(diǎn)細(xì)節(jié)摳?！碧K云龍笑稱(chēng)，“發(fā)際線又上移了?！?/p>
功夫不負(fù)有心人。團(tuán)隊(duì)又推敲出船體建成后快速出塢方案，極大地節(jié)省了時(shí)間和資源。最后，“?？惶?hào)”制造過(guò)程用時(shí)僅25個(gè)月。
亞洲首艘圓筒型FPSO“?？惶?hào)”。攝影/李浩瑋
“?？惶?hào)”與深水導(dǎo)管架平臺(tái)“?；?hào)”協(xié)作，成就了我國(guó)首個(gè)深水油田二次開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，將流花油田生產(chǎn)壽命延長(zhǎng)近30年；同時(shí)，也標(biāo)志著我國(guó)全面掌握了超300米深海油氣工程一體化開(kāi)發(fā)技術(shù)，開(kāi)創(chuàng)出深水油田經(jīng)濟(jì)高效開(kāi)發(fā)的全新模式。
在今年6月召開(kāi)的全國(guó)科技大會(huì)、國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)、兩院院士大會(huì)上，習(xí)近平總書(shū)記強(qiáng)調(diào)，扎實(shí)推動(dòng)科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新深度融合，助力發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力。
“‘?？惶?hào)’的全自主獨(dú)立設(shè)計(jì)建造，不僅盤(pán)活了已經(jīng)生產(chǎn)幾十年的老油田，還帶動(dòng)了我國(guó)海洋油氣開(kāi)發(fā)工程裝備產(chǎn)業(yè)鏈的高質(zhì)量發(fā)展?！?/span>李達(dá)說(shuō)，“未來(lái)，我們將勠力打造更多‘國(guó)之重器’，為發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力、保障國(guó)家能源安全作出更大貢獻(xiàn)！”（操秀英）
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