從0到1，國產“超級能源碗”建成記

　　大眾日報記者 趙豐 王紅軍 肖芳

　　6月10日，隨著最后一根系泊纜回接完成，“海葵一號”在南海“安家”，為我國首個深水油田二次開發項目年內投產奠定了基礎。

　　聽到消息，海洋石油工程（青島）有限公司流花11-1/4-1油田二次開發項目青島項目組（以下簡稱“青島項目組”）工作人員滿心歡喜。5月12日，“海葵一號”，這個我國首個自主設計建造的圓筒型FPSO（浮式生產儲卸油裝置），從中國海油青島國際化高端裝備制造基地啟運，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，主甲板面積相當于13個標準籃球場，設計排水量10萬噸，最大儲油量達6萬噸，日油氣處理能力約為5600噸，可供90萬輛小汽車同時使用，被稱為“超級能源碗”。

　　能源安全事關經濟社會發展全局，能源的飯碗必須端在自己手里。

　　從0到1，建成首個國產“超級能源碗”，標志著我國深水油氣裝備自主設計建造關鍵技術取得重大突破，能源資源安全保障能力穩步提升。

　　中國方案

　　自主設計建造實現多項創新

　　“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油田二次開發項目”。這是我國首個深水油田二次開發項目。

　　“設計、建造‘海葵一號’正是為了讓老油田煥發‘第二春’，產更多原油。”青島項目組經理趙山泉說，“海葵一號”由中國海洋石油集團有限公司旗下各單位設計、建造，是我國首個自主設計建造的圓筒型FPSO。

　　青島項目組負責“海葵一號”的加工設計、建造工作。趙山泉的辦公室貼滿了“海葵一號”的各類加工設計圖紙，白板上記錄了從開工到完工交付一個個重要時間節點。

　　自主設計建造國產首個圓筒型FPSO，從0到1，并不容易。

　　青島項目組設計經理陳品介紹，“海葵一號”是世界第7座圓筒型FPSO，前6座均由國外公司研發設計。10年前，中國海洋石油集團有限公司研究總院“深海一號”研發設計團隊開始了相應的國產化研究，逐步突破了多項專利技術。“海葵一號”在自主設計方面有10項創新，自主施工技術方面有8項創新。

　　其實，船型FPSO在業內比較常見，全世界有200余座，中國南海也已成功運營多座。為何還要自主設計建造圓筒型FPSO？

　　青島項目組副經理冉祥鵬告訴記者，我國南海風高浪大流急，船型FPSO易受其影響，需要靠內轉塔單點系泊系統保持穩定。這一系統起到類似巨大軸承的作用，可避免船體與風浪流“硬剛”，但這一技術掌握在國外企業手中，價格貴且后期維護成本高。圓筒型FPSO不需要該系統，相比船型FPSO具有可回接管纜數量更多、更小噸位可實現作業要求等優點，可使油田開發更經濟。

　　但圓筒型FPSO在南海環境下作業，仍面臨挑戰。前6座圓筒型FPSO多作業于海域波浪周期長、風速流速小的季風海域，在南海則會如“大碗”一樣搖擺運動，難以安全運行。

　　“‘深海一號’研發設計團隊設計了2.4米高的阻尼板，像裙邊一樣安置在‘海葵一號’底部。同時在阻尼板上加了鋸齒狀的突起，可進一步釋放波浪能量，提升阻尼板抑制升沉運動的能力。”陳品說，團隊還根據前期研究發現的機理，合理設計參數，避免“海葵一號”裝載原油后重心升高，而產生劇烈的縱搖運動。

　　考慮到南海臺風頻繁的環境，“海葵一號”搭載了世界首個海洋一體化監測數據集成平臺，啟動“臺風模式”后可實現短期無人生產。為解決南海油田伴生氣含硫化氫較多的問題，還采用了國內首個海上雙塔脫硫系統。

　　“海葵一號”這個龐然大物需要與海底錨腿相連進行系泊。研究團隊以多點分布式系泊代替單點系泊系統，原本需要21根系泊纜，現在只需12根，大大節省了成本。12根系泊纜分為3組，單條錨腿系泊半徑達2500米，可將FPSO拴得更穩。其中一組系泊纜實現了國產聚酯纜的規模化應用。

　　“海葵一號”由船體和上部功能模塊兩部分組成。據統計，通過技術攻關，上部功能模塊700臺關鍵設備中，有九成由我國自主設計制造，實現了關鍵設備自主研發應用的重要突破。

　　中國精度

　　精度達到毫米級運行15年不回塢

　　“海葵一號”總重近3.7萬噸。這樣一個龐然大物，其建造精度卻控制在了毫米級，可連續在海上運行15年不回塢維修。

　　按照行業規范，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。

　　“‘海葵一號’”主尺度誤差成功控制在了6毫米以內。上部功能模塊包含多個功能模塊，向船體坐落時，每個模塊都有十幾個‘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。”冉祥鵬說。

　　“要達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環節提前確定好一個個精度控制點，將其控制到位。”陳品說，“海葵一號”的船體被拆解為123個分段，建造中每個分段會有誤差，工作人員提前制訂了方案，分析確定控制點，在必要的分段留出余量，便于以后像“拼積木”一樣精準對接。

　　冉祥鵬辦公室貼著兩張圖，展示了123個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、其他結構，這些分段并不是規則的“積木”，而是各種形狀都有，要嚴絲合縫精準拼接，難度很大。

　　“為實現精準控制，我們集團研究開發了一套三維模擬軟件，并聘請業內知名的精度控制專家指揮操控，在實際吊裝拼接前利用軟件對分段進行模擬拼接，指導施工人員提前對拼接不規整處切割處理。”冉祥鵬說，這樣比吊裝上去再處理要精準得多。

　　如此龐大的工程，數據支撐尤為重要。但“海葵一號”內部空間緊湊，很多分段、模塊數據無法直接測量得到。施工人員使用三維掃描儀，像拍照一樣掃描得到模塊、分段數據，從而進行模擬拼接。同時，還可以把拼接的狀態掃描出來，預留焊道，為后續補焊控制精度打好基礎。

　　長期海上作業，圓筒型FPSO的一些部位容易出現疲勞，建造時需對疲勞節點進行打磨，消除其疲勞應力。這對打磨的精度要求很高，必須嚴格滿足相應的參數要求。

　　“阻尼板是‘海葵一號’承受風浪最多的位置，比較容易疲勞。對其打磨要特別謹慎，尤其要注意加工輕重及工藝參數的變化。”陳品說，要打磨的不僅有阻尼板外部，還有內部的狹小空間，總長約2000米。打磨內部時，工作人員只能蜷縮著身體爬進去一點點打磨，過程中要隨時拿出預制的參數模型去卡打磨的部位，不能出一點差錯。一個人一天只能打磨200毫米。

　　嚴格的精度控制，對現場施工人員是一大考驗。“除了軟件輔助，理想的精度控制也和公司的現場管理水平、工人的技能水平密切相關。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。工人都經過系統專業的培訓，這才保證了一次交驗質量合格率超99.8%。”冉祥鵬說。

　　中國速度

　　全流程拼出高效率建造時間縮短約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時牌還未撤去。

　　“那段時間，上樓時看到距交船時間越來越近，大家都不自覺加快了腳步。”趙山泉說。

　　2022年3月16日，切割下第一塊鋼板，“海葵一號”正式開始建造；今年4月26日裝好最后一塊甲板，陸地建造完工——整個過程用時25個月，相比國際上同等規模圓筒型FPSO一般需要50個月，建造周期縮短了約50%。

　　大幅縮短建造周期，與精度控制好、返工少有很大關系。總體看，設計、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，影響作業效率。加工設計要把前期設計變成可施工的圖紙，而以往加工設計人員不參與前期設計，后期施工便利性很少被考慮。

　　“這是集團的重點項目，加工設計人員參與了前期設計，盡量保證施工便利。”陳品說，合攏周期長，是制約圓筒型FPSO建造效率的關鍵因素。設計人員創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整體，船體與主甲板作為另一個整體，集成時要連接部位的數量因此減少了50%，一次性對接即可實現合攏。

　　三維模型搭建，是加工設計階段出施工圖紙的關鍵步驟。詳細設計團隊和青島項目組分別負責上部功能模塊、船體三維模型的搭建，需要緊密配合。詳細設計團隊就從天津趕到青島住下，有問題隨時溝通。搭建完成后，加工設計人員又把辦公室搬到了“海葵一號”上，邊優化設計邊進行施工支持。

　　“具體施工中，很多工作由原來的先干一項再干一項，變成了同時干，相當于把‘串聯’變‘并聯’。”冉祥鵬說。比如，船體像切蛋糕一樣，被分成了123個分段在外預制；建造時，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施，是造船廠最稀缺的資源。工程在船塢的時間，直接影響著建造效率。

　　“‘海葵一號’全部是在船塢建造的，設計方案也是以在船塢施工為前提確定的。”趙山泉說，公司船塢里原本只有一臺1000噸的龍門吊，這次專門新上了一臺。通過數字化系統，實現了雙龍門吊快節奏有效搭配集成作業。

　　面對鋪設電纜總長45萬米、焊道40萬米、管線5.5萬米、近60萬個零部件等如此龐大的工程任務，施工現場有幾十個工種進行技術支持，工作人員達1900多人。回頭再看倒計時牌，青島項目組工作人員感慨良多，大家“倒數著日子加油干”，最終如期完工交付。

　　目前，“海葵一號”停泊在了南海作業區域，但青島項目組的任務還未結束。

　　“陸地建造交付后，現在公司技術人員仍在‘海葵一號’上進行技術支持，待到8月30日機械完工、各項設備調試完成才離開，以實現油田年內投產。”陳品說，設計團隊、施工團隊最近正在對設計、建造各流程進行總結，年內還要召開多次會議討論下一步要優化的地方，為今后打造更多這樣的“大國重器”做好技術及經驗儲備。