從0到1 青島項(xiàng)目組詳解國產(chǎn)“超級能源碗”建成記

5月12日，“海葵一號”從中國海油青島國際化高端裝備制造基地離港啟運(yùn)。（通訊員 張進(jìn)剛 報(bào)道）

“?？惶枴笨傊亟?．7萬噸，可連續(xù)在海上運(yùn)行15年不回塢維修。（通訊員 張進(jìn)剛 報(bào)道）

大眾日報(bào)記者 趙豐 王紅軍 肖芳

6月10日，隨著最后一根系泊纜回接完成，“?？惶枴痹谀虾！鞍布摇保瑸槲覈讉€(gè)深水油田二次開發(fā)項(xiàng)目年內(nèi)投產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

聽到消息，海洋石油工程（青島）有限公司流花11－1／4－1油田二次開發(fā)項(xiàng)目青島項(xiàng)目組（以下簡稱“青島項(xiàng)目組”）工作人員滿心歡喜。5月12日，“?？惶枴保@個(gè)我國首個(gè)自主設(shè)計(jì)建造的圓筒型FPSO（浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置），從中國海油青島國際化高端裝備制造基地啟運(yùn)，離開了它最初的“家”。

作為海上油氣加工廠，“海葵一號”船體直徑約90米，主甲板面積相當(dāng)于13個(gè)標(biāo)準(zhǔn)籃球場，設(shè)計(jì)排水量10萬噸，最大儲(chǔ)油量達(dá)6萬噸，日油氣處理能力約為5600噸，可供90萬輛小汽車同時(shí)使用，被稱為“超級能源碗”。

能源安全事關(guān)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全局，能源的飯碗必須端在自己手里。

從0到1，建成首個(gè)國產(chǎn)“超級能源碗”，標(biāo)志著我國深水油氣裝備自主設(shè)計(jì)建造關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破，能源資源安全保障能力穩(wěn)步提升。

中國方案

自主設(shè)計(jì)建造實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)創(chuàng)新

“像葵花般在深海綻放”，是“海葵一號”名字的由來，也契合了它的使命。

正式命名前，它被稱為“流花11－1／4－1油田二次開發(fā)項(xiàng)目”。這是我國首個(gè)深水油田二次開發(fā)項(xiàng)目。

“設(shè)計(jì)、建造‘?？惶枴菫榱俗尷嫌吞餆òl(fā)‘第二春’，產(chǎn)更多原油?！鼻鄭u項(xiàng)目組經(jīng)理趙山泉說，“海葵一號”由中國海洋石油集團(tuán)有限公司旗下各單位設(shè)計(jì)、建造，是我國首個(gè)自主設(shè)計(jì)建造的圓筒型FPSO。

青島項(xiàng)目組負(fù)責(zé)“?？惶枴钡募庸ぴO(shè)計(jì)、建造工作。趙山泉的辦公室貼滿了“?？惶枴钡母黝惣庸ぴO(shè)計(jì)圖紙，白板上記錄了從開工到完工交付一個(gè)個(gè)重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

自主設(shè)計(jì)建造國產(chǎn)首個(gè)圓筒型FPSO，從0到1，并不容易。

青島項(xiàng)目組設(shè)計(jì)經(jīng)理陳品介紹，“?？惶枴笔鞘澜绲?座圓筒型FPSO，前6座均由國外公司研發(fā)設(shè)計(jì)。10年前，中國海洋石油集團(tuán)有限公司研究總院“深海一號”研發(fā)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開始了相應(yīng)的國產(chǎn)化研究，逐步突破了多項(xiàng)專利技術(shù)?！昂？惶枴痹谧灾髟O(shè)計(jì)方面有10項(xiàng)創(chuàng)新，自主施工技術(shù)方面有8項(xiàng)創(chuàng)新。

其實(shí)，船型FPSO在業(yè)內(nèi)比較常見，全世界有200余座，中國南海也已成功運(yùn)營多座。為何還要自主設(shè)計(jì)建造圓筒型FPSO？

青島項(xiàng)目組副經(jīng)理冉祥鵬告訴記者，我國南海風(fēng)高浪大流急，船型FPSO易受其影響，需要靠內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)保持穩(wěn)定。這一系統(tǒng)起到類似巨大軸承的作用，可避免船體與風(fēng)浪流“硬剛”，但這一技術(shù)掌握在國外企業(yè)手中，價(jià)格貴且后期維護(hù)成本高。圓筒型FPSO不需要該系統(tǒng)，相比船型FPSO具有可回接管纜數(shù)量更多、更小噸位可實(shí)現(xiàn)作業(yè)要求等優(yōu)點(diǎn)，可使油田開發(fā)更經(jīng)濟(jì)。

但圓筒型FPSO在南海環(huán)境下作業(yè)，仍面臨挑戰(zhàn)。前6座圓筒型FPSO多作業(yè)于海域波浪周期長、風(fēng)速流速小的季風(fēng)海域，在南海則會(huì)如“大碗”一樣搖擺運(yùn)動(dòng)，難以安全運(yùn)行。

“‘深海一號’研發(fā)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了2．4米高的阻尼板，像裙邊一樣安置在‘海葵一號’底部。同時(shí)在阻尼板上加了鋸齒狀的突起，可進(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?！标惼氛f，團(tuán)隊(duì)還根據(jù)前期研究發(fā)現(xiàn)的機(jī)理，合理設(shè)計(jì)參數(shù)，避免“?？惶枴毖b載原油后重心升高，而產(chǎn)生劇烈的縱搖運(yùn)動(dòng)。

考慮到南海臺(tái)風(fēng)頻繁的環(huán)境，“?？惶枴贝钶d了世界首個(gè)海洋一體化監(jiān)測數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，啟動(dòng)“臺(tái)風(fēng)模式”后可實(shí)現(xiàn)短期無人生產(chǎn)。為解決南海油田伴生氣含硫化氫較多的問題，還采用了國內(nèi)首個(gè)海上雙塔脫硫系統(tǒng)。

“海葵一號”這個(gè)龐然大物需要與海底錨腿相連進(jìn)行系泊。研究團(tuán)隊(duì)以多點(diǎn)分布式系泊代替單點(diǎn)系泊系統(tǒng)，原本需要21根系泊纜，現(xiàn)在只需12根，大大節(jié)省了成本。12根系泊纜分為3組，單條錨腿系泊半徑達(dá)2500米，可將FPSO拴得更穩(wěn)。其中一組系泊纜實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)聚酯纜的規(guī)?；瘧?yīng)用。

“?？惶枴庇纱w和上部功能模塊兩部分組成。據(jù)統(tǒng)計(jì)，通過技術(shù)攻關(guān)，上部功能模塊700臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備中，有九成由我國自主設(shè)計(jì)制造，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵設(shè)備自主研發(fā)應(yīng)用的重要突破。

中國精度

精度達(dá)到毫米級運(yùn)行15年不回塢

“?？惶枴笨傊亟?．7萬噸。這樣一個(gè)龐然大物，其建造精度卻控制在了毫米級，可連續(xù)在海上運(yùn)行15年不回塢維修。

按照行業(yè)規(guī)范，這類建造工程要求橫向的主甲板、縱向的船底到主甲板，主尺度誤差均不能超過25毫米。

“‘?？惶枴敝鞒叨日`差成功控制在了6毫米以內(nèi)。上部功能模塊包含多個(gè)功能模塊，向船體坐落時(shí)，每個(gè)模塊都有十幾個(gè)‘腿’需要與船體完美對接，我們將其精度控制在了4毫米以內(nèi)?！比较轾i說。

“要達(dá)到理想的精度控制要求，中間要有很多步驟予以保證，而且必須在建造的每一個(gè)環(huán)節(jié)提前確定好一個(gè)個(gè)精度控制點(diǎn)，將其控制到位?！标惼氛f，“?？惶枴钡拇w被拆解為123個(gè)分段，建造中每個(gè)分段會(huì)有誤差，工作人員提前制訂了方案，分析確定控制點(diǎn)，在必要的分段留出余量，便于以后像“拼積木”一樣精準(zhǔn)對接。

冉祥鵬辦公室貼著兩張圖，展示了123個(gè)分段如何一步步拼出完整的船體。記者注意到，由于上面搭載了不少管線、其他結(jié)構(gòu)，這些分段并不是規(guī)則的“積木”，而是各種形狀都有，要嚴(yán)絲合縫精準(zhǔn)拼接，難度很大。

“為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，我們集團(tuán)研究開發(fā)了一套三維模擬軟件，并聘請業(yè)內(nèi)知名的精度控制專家指揮操控，在實(shí)際吊裝拼接前利用軟件對分段進(jìn)行模擬拼接，指導(dǎo)施工人員提前對拼接不規(guī)整處切割處理?！比较轾i說，這樣比吊裝上去再處理要精準(zhǔn)得多。

如此龐大的工程，數(shù)據(jù)支撐尤為重要。但“?？惶枴眱?nèi)部空間緊湊，很多分段、模塊數(shù)據(jù)無法直接測量得到。施工人員使用三維掃描儀，像拍照一樣掃描得到模塊、分段數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行模擬拼接。同時(shí)，還可以把拼接的狀態(tài)掃描出來，預(yù)留焊道，為后續(xù)補(bǔ)焊控制精度打好基礎(chǔ)。

長期海上作業(yè)，圓筒型FPSO的一些部位容易出現(xiàn)疲勞，建造時(shí)需對疲勞節(jié)點(diǎn)進(jìn)行打磨，消除其疲勞應(yīng)力。這對打磨的精度要求很高，必須嚴(yán)格滿足相應(yīng)的參數(shù)要求。

“阻尼板是‘海葵一號’承受風(fēng)浪最多的位置，比較容易疲勞。對其打磨要特別謹(jǐn)慎，尤其要注意加工輕重及工藝參數(shù)的變化?！标惼氛f，要打磨的不僅有阻尼板外部，還有內(nèi)部的狹小空間，總長約2000米。打磨內(nèi)部時(shí)，工作人員只能蜷縮著身體爬進(jìn)去一點(diǎn)點(diǎn)打磨，過程中要隨時(shí)拿出預(yù)制的參數(shù)模型去卡打磨的部位，不能出一點(diǎn)差錯(cuò)。一個(gè)人一天只能打磨200毫米。

嚴(yán)格的精度控制，對現(xiàn)場施工人員是一大考驗(yàn)?！俺塑浖o助，理想的精度控制也和公司的現(xiàn)場管理水平、工人的技能水平密切相關(guān)。比如，船用鋼板一般比較薄，焊接水平不夠的話容易使其變形。工人都經(jīng)過系統(tǒng)專業(yè)的培訓(xùn)，這才保證了一次交驗(yàn)質(zhì)量合格率超99．8％?！比较轾i說。

中國速度

全流程拼出高效率建造時(shí)間縮短約50％

6月初，海洋石油工程（青島）有限公司每層辦公樓處的倒計(jì)時(shí)牌還未撤去。

“那段時(shí)間，上樓時(shí)看到距交船時(shí)間越來越近，大家都不自覺加快了腳步?！壁w山泉說。

2022年3月16日，切割下第一塊鋼板，“?？惶枴闭介_始建造；今年4月26日裝好最后一塊甲板，陸地建造完工——整個(gè)過程用時(shí)25個(gè)月，相比國際上同等規(guī)模圓筒型FPSO一般需要50個(gè)月，建造周期縮短了約50％。

大幅縮短建造周期，與精度控制好、返工少有很大關(guān)系?？傮w看，設(shè)計(jì)、建造全流程都拼出了高效率。

陳品介紹，圓筒型FPSO本就空間緊湊，施工空間受限多，影響作業(yè)效率。加工設(shè)計(jì)要把前期設(shè)計(jì)變成可施工的圖紙，而以往加工設(shè)計(jì)人員不參與前期設(shè)計(jì)，后期施工便利性很少被考慮。

“這是集團(tuán)的重點(diǎn)項(xiàng)目，加工設(shè)計(jì)人員參與了前期設(shè)計(jì)，盡量保證施工便利。”陳品說，合攏周期長，是制約圓筒型FPSO建造效率的關(guān)鍵因素。設(shè)計(jì)人員創(chuàng)新采用一步合攏方法，充分考慮上部功能模塊與船體分開建造的完整性，將后期要合攏對接的上部功能模塊、工藝甲板和支撐立柱作為一個(gè)整體，船體與主甲板作為另一個(gè)整體，集成時(shí)要連接部位的數(shù)量因此減少了50％，一次性對接即可實(shí)現(xiàn)合攏。

三維模型搭建，是加工設(shè)計(jì)階段出施工圖紙的關(guān)鍵步驟。詳細(xì)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和青島項(xiàng)目組分別負(fù)責(zé)上部功能模塊、船體三維模型的搭建，需要緊密配合。詳細(xì)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)就從天津趕到青島住下，有問題隨時(shí)溝通。搭建完成后，加工設(shè)計(jì)人員又把辦公室搬到了“海葵一號”上，邊優(yōu)化設(shè)計(jì)邊進(jìn)行施工支持。

“具體施工中，很多工作由原來的先干一項(xiàng)再干一項(xiàng)，變成了同時(shí)干，相當(dāng)于把‘串聯(lián)’變‘并聯(lián)’?！比较轾i說。比如，船體像切蛋糕一樣，被分成了123個(gè)分段在外預(yù)制；建造時(shí)，把各分段后期要裝的支架、底座、管線等提前安裝，之后再拉回青島拼接。

船塢作為修造船舶的重要水工設(shè)施，是造船廠最稀缺的資源。工程在船塢的時(shí)間，直接影響著建造效率。

“‘?？惶枴渴窃诖瑝]建造的，設(shè)計(jì)方案也是以在船塢施工為前提確定的?！壁w山泉說，公司船塢里原本只有一臺(tái)1000噸的龍門吊，這次專門新上了一臺(tái)。通過數(shù)字化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了雙龍門吊快節(jié)奏有效搭配集成作業(yè)。

面對鋪設(shè)電纜總長45萬米、焊道40萬米、管線5．5萬米、近60萬個(gè)零部件等如此龐大的工程任務(wù)，施工現(xiàn)場有幾十個(gè)工種進(jìn)行技術(shù)支持，工作人員達(dá)1900多人?；仡^再看倒計(jì)時(shí)牌，青島項(xiàng)目組工作人員感慨良多，大家“倒數(shù)著日子加油干”，最終如期完工交付。

目前，“?？惶枴蓖２丛诹四虾Ｗ鳂I(yè)區(qū)域，但青島項(xiàng)目組的任務(wù)還未結(jié)束。

“陸地建造交付后，現(xiàn)在公司技術(shù)人員仍在‘?？惶枴线M(jìn)行技術(shù)支持，待到8月30日機(jī)械完工、各項(xiàng)設(shè)備調(diào)試完成才離開，以實(shí)現(xiàn)油田年內(nèi)投產(chǎn)?！标惼氛f，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、施工團(tuán)隊(duì)最近正在對設(shè)計(jì)、建造各流程進(jìn)行總結(jié)，年內(nèi)還要召開多次會(huì)議討論下一步要優(yōu)化的地方，為今后打造更多這樣的“大國重器”做好技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備。