2024年11月04日 星期一
南海浮起“超级碗”
——我国自主研发的第一座圆筒型FPSO诞生记
亚洲首座圆筒型FPSO“海葵一号”。 李浩玮摄

【创新故事】

◎本报记者 操秀英

    “3、2、1,启动油井!”

    随着指令发出,水下机器人缓缓开启南海深处的采油树。原油经“海基二号”预处理后,来到2.5公里外的“海葵一号”,高擎的火炬将天然气徐徐点燃。

    9月19日,“海葵一号”正式投产。它是我国自主研发的第一座,也是亚洲首座投入应用的圆筒型FPSO,每天能处理约5600吨原油,可供90万辆小汽车同时使用。

    “我们一定要打破垄断,把能源的饭碗牢牢端在自己手里!”6年前,中国海洋石油集团有限公司(以下简称“中国海油”)研究总院工程研究设计院开始自主研发圆筒型FPSO时,首席工程师李达的话掷地有声。

    而今,这只“超级能源碗”已在珠江口盆地海域浮起。

    巧镶“花边”

    FPSO全称为“浮式生产储卸油装置”,是集原油生产、储存、外输等功能于一体的海上原油加工厂。2018年,中国海油规划采用“深水导管架平台+FPSO”模式,对位于南海东部海域的流花11-1/4-1油田进行二次开发。

    选用什么样的FPSO呢?

    这个家伙既要“胃口大”,又要经济划算,还要足够“坚强”,能在台风多发的南海深水海域“扎根”。经综合考虑,圆筒型FPSO成为首选方案。

    但是,当时圆筒型FPSO设计完全由一家国外公司垄断,而设计能抵御恶劣台风侵袭的圆筒型FPSO,更是没有先例。

    “难度再大,也要走通这条路!”那一年,李达带领研发团队下定决心,要为中国海油量身定制自己的“超级碗”。

    确定“碗”的大小,是第一道难题。

    大家规划了多个尺度方案,进行周期性运动仿真评估。他们试图避开波浪主频,获得更好的船体运动,但屡试屡败——南海台风下陡峭的波浪会与“碗”发生奇怪的相互作用,剧烈的摇摆如影随形。

    “不能让操作人员在过山车环境下工作!”李达对“碗”的运动方式始终不满意。

    经历无数个不眠夜与思路碰撞后,李达突发灵感——为什么不在阻尼板上做文章?

    “如果储油量决定了它是一个又笨又重的‘碗’,那我们就给它增加阻尼,构建阻尼对波浪激励的压倒性优势,做一个稳固的‘碗底’,不就可以站稳了?”李达一说,大家恍然大悟。

    就这样,团队成员“变身”为工艺师,设计出2.4米高的阻尼板,像镶“花边”一样将其安置在“碗底”。他们又在阻尼板上加了锯齿状的凸起,进一步释放波浪能量,提升阻尼板抑制升沉运动的能力。

    最终,研发团队成功设计出一座直径72米、高度约90米,最大储油量达6万吨的圆筒型FPSO,它被命名为“海葵一号”。

    系牢“裙带”

    确定主尺度和样式后,如何系牢“海葵一号”,成为另一道难题。

    这是我国首次在南海部署如此规模的FPSO。“海葵一号”承受的载荷是南海常规船型FPSO的两倍多,其10万吨级的排水量与一艘大型航空母舰相当。要想让它按照设计工况要求,在百年一遇的超强台风面前“寸步不移”,绝非易事。

    解决定位的通常做法是给FPSO系上“裙带”。按此方法,常规船型FPSO只需要9根系泊缆,而这只“超级碗”则需要21根,将导致工程造价大幅上涨。

    “能否换种材质做‘裙带’,用更轻更有弹性的聚酯缆代替钢缆?”系泊资深工程师易丛带领团队多方调研。

    之前,“深海一号”项目曾试用过单根国产聚酯缆。这一次,团队开展了更大力度的国产化论证,建立测试标准,对产品设计、制造、测试等多个环节进行严格把关,确认了用聚酯缆代替钢缆的可行性。

    与此同时,大家根据锚地的实际情况,模拟各种海况,不断优化“海葵一号”的系泊点方案。“在确保稳定和安全条件下,我们成功地将系泊缆数量降至12根。”易丛说。

    团队并没有止步于此。他们又结合海底环境特点,调整不同位置的聚酯缆参数,将西北侧的系泊缆全部换为国产的聚酯缆,为“海葵一号”系上中国“裙带”。

    “裙带”问题解决后,设计团队顺势打开全新的思路,开展锚链、监测控制设备、工艺处理设备、泵、电缆等10余件(套)国产化设备的定向攻关,将流花11-1/4-1二次开发项目的装备自主化率从80%提高到90%。

    如今,12根超过2500米长的高强度系泊缆,将“海葵一号”牢牢系住,让其稳稳矗立在台风肆虐的南海之上,可连续运行15年不回坞。

    一步合龙

    2022年3月,“海葵一号”在青岛开工建造。它由近60万个零部件构成,结构极其紧凑。从设计角度看,它已经足够精致、高效、智能。

    但设计团队还有个执念——一定要拿出适合中国海域和中国船厂的制造方案,解决工期长的难题。

    全球范围内在役的6座圆筒型FPSO,最长建造周期是5.5年。此前,我国受外方公司委托建造圆筒型FPSO“企鹅”,耗时4年多。“‘海葵一号’的建造周期至少要再缩短一半!”李达暗暗下定决心。

    面对制约建造效率的关键因素——对接合龙工作量大、周期长,结构工程师苏云龙牵头对建造合龙开展专题研究。

    他们打破以往自下而上、分块零散两步走的合龙惯例,创新性提出“分开建造—快速合龙”的解决方案,即上部组块、工艺甲板和支撑立柱作为一个整体,下部船体与主甲板作为另一个整体,这两者建造完成后再整体对接,实现一步合龙,从而大幅提升建造效率。

    还能不能更高效?“我们一个一个步骤想、一点一点细节抠。”苏云龙笑称,“发际线又上移了。”

    功夫不负有心人。团队又推敲出船体建成后快速出坞方案,极大地节省了时间和资源。最后,“海葵一号”制造过程用时仅25个月。

    “海葵一号”与深水导管架平台“海基二号”协作,成就了我国首个深水油田二次开发项目,将流花油田生产寿命延长近30年;同时,也标志着我国全面掌握了超300米深海油气工程一体化开发技术,开创出深水油田经济高效开发的全新模式。

    在今年6月召开的全国科技大会、国家科学技术奖励大会、两院院士大会上,习近平总书记强调,扎实推动科技创新和产业创新深度融合,助力发展新质生产力。

    “‘海葵一号’的全自主独立设计建造,不仅盘活了已经生产几十年的老油田,还带动了我国海洋油气开发工程装备产业链的高质量发展。”李达说,“未来,我们将勠力打造更多‘国之重器’,为发展新质生产力、保障国家能源安全作出更大贡献!”

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