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“最复杂”“最严格”之“大国重器”是怎样建成的?
——大船集团A5000-1半潜式钻井平台建造纪实
发布时间:2018-09-03 15:59:15 | 来源:中国船舶新闻网 | 作者:陈璐
    今年3月,由大连船舶重工集团有限公司建造的A5000-1钻井平台顺利交付,标志着我国高端深海装备制造能力得到进一步提升,为我国建设海洋强国作出了贡献。而这件“大国重器”的问世离不开该公司项目团队的辛勤付出,他们用顽强拼搏、用实际行动践行着自己的造船梦、中国梦。

    近日,目前世界最先进第六代深水半潜式钻井平台——A5000-1钻井平台(见图)获得了其首份租船合同,将于2019年在新西兰开始钻井工作。今年3月,由大连船舶重工集团有限公司建造的A5000-1钻井平台顺利交付,标志着我国高端深海装备制造能力得到进一步提升,为我国建设海洋强国作出了贡献。平台交付当天,大船集团A5000-1钻井平台项目副总经理徐振良心潮澎湃。对他而言,该钻井平台从建造到交付的过程犹如孕育一个新的生命,一幕幕回忆在他脑海里不断浮现。“通过4年的刻苦钻研、坚持不懈,我们团队历经风雨,终于向世界交上了一份满意的答卷,让A5000-1钻井平台昂首走出了中国,走向了世界。”徐振良激动地说。

“最复杂”更显来之不易

梦想照进深蓝

    A5000-1钻井平台拥有闭环设计完整的自主知识产权,是国内首个获得DNV GL DP3闭环操作认证的平台。
    A5000-1钻井平台被认为是目前海洋装备钻井平台领域“最复杂”的一个产品。
    “从接单到最终交付,我们经历了一个极具挑战但又十分充实的过程。我们一点一点地攻克难关,一步一步接近我们的造船梦、中国梦。”徐振良表示,自签订项目合同后,大船集团迅速调遣精兵强将,组建了44人的设计团队以及56人的建造管理团队,深入参考国内外同行业相关技术资料,积极开展深水半潜平台自主研发工作。
    A5000-1钻井平台总长104.5米,型宽70.5米,型高105.8米,最大作业水深1500米,最大钻井深度9144米,甲板可变载荷5000吨,定员180人;配备了世界最先进DP3动力定位系统,最大可抗16级台风,入级DNV GL和中国船级社(CCS),是国内首个获得DNV GL DP3闭环操作认证的平台。“最先进”“国内首个”这些字眼的背后是大船集团A5000-1项目团队的艰苦付出,其中涉及的多项难点及风险点,就算对于拥有百年船舶建造经验的大船集团来说,也尚属首次。
    一场硬战,由此拉开。
    “全球领先的DP3闭环供电技术试验成功以及短路电流试验一次性成功是该平台的最大突破,也是其区别于其他同类平台的最大亮点。”徐振良介绍说,A5000-1钻井平台采用DP3级别闭环高级发电机智能管理解决方案和动力配电系统进行操作,是世界上首座在DP3闭环模式下2台发电机能够同时运行的钻井平台,也是国内首个采用同一配电盘上2台发电机分别配置各自独立控制站的闭环设计项目。在高级发电机管理功能调试过程中,A5000-1钻井平台首次引入了测试矩阵表,使AGS功能在动力闭环模式下的各种负荷工况针对发电机不同故障或隐藏故障实施电网保护的时效性得以验证。“这一系列的成功让大船集团的梦想照进了现实。”他感慨道。
    半潜式钻井平台DP3级别闭环动力控制系统是当前海洋工程领域最先进的动力系统控制技术,国内多家船厂都曾试水,却鲜有成功先例。“其实,‘闭环试验’对于国内船厂来说并不陌生,很多企业都开展过相关研究。”大船集团一位不愿具名的一线施工人员自豪地说:“最终,只有我们大船集团先行获得了DNV GL的闭环认证。”
    闭环是指主配电盘首尾相连、形成封闭环型并有发电机保护系统的供电方式,核心是发电机保护系统和配电盘的全船短路能力。A5000-1钻井平台配有3组、6台发电机,3个发电机舱和3个电盘。3个机舱在开关闭合的情况下,将3组发电机连在一起形成一个闭环。在A5000-1钻井平台正式开工前,大船集团协同西门子、康士伯、瓦锡兰、DNV GL等单位,为实现这一技术的成功应用进行了多次技术研讨。
    “为了验证闭环模式运行时的安全性,需要进行一系列高难度的测试,其中,短路测试因风险性极高,涉及设备和系统众多,在整个测试过程中非常关键。”上述一线施工人员说,短路试验很特殊,情况极其复杂。因为不同发电机组在一起运行,当电网发生单点失效故障时,如果电力管理和保护系统不能及时、准确、有效隔离故障点就会导致整个电网失效,因此,船级社对闭环电力管理和保护系统要求极高。为此,大船集团进行了长达2个月的高、低负荷系统运行实验,通过不断验证软件的逻辑控制和通讯畅通以保证系统的正常运行。最终,A5000-1钻井平台DP3级别闭环动力控制系统能够在发生恶劣的短路故障时迅速切断并隔离故障点,非故障部分的运行设备在此期间能够保证正常运行,降低了对系统的冲击。
    A5000-1钻井平台DP3级别闭环动力控制系统可根据平台的工作负荷,自动调整平衡发电机的功率,使发电机功率达到最优,能在海上系泊时减少开机数量和发电机运行时间。徐振良介绍说:“与一般的供电模式相比,闭环供电更加节能环保。”据测算,在闭环模式下,该系统可降低油耗达10%以上,在节能降耗的同时有效降低氮氧化物排放达30%以上、二氧化碳排放达15%以上;可减少发电机的运行时间和发电机的在线台数,发电机组平均运行时间可减少25%以上,大大减少发电机运行维护的时间和成本,延长设备使用寿命;便于维修,可空出1个机舱或某台发电机进行维修。“总的来说,该系统提高了供电的安全性、可靠性和稳定性,提高了平台的定位性能、作业保障能力和安全性能。” 徐振良表示。
    正如前文所述,将DP3级别闭环动力控制系统应用到平台是大船集团面临的最大挑战。对于拥有“零”经验的大船集团而言,完全是摸着石头过河。“这是我们首次接触世界最高级别的闭环供电系统——DNV GL DP3闭环动力控制系统,对设计和建造都是极大的挑战,充分考验了船厂整体的管控、协调能力。”大船集团有关负责人认为,对于大船集团而言,最大的困难主要来自三方面:一是主观认知不足,对于该系统的安装、调试难度了解不够深入;二是闭环技术难度较高,在设计上几乎没有可以借鉴的经验,一切都需要从头摸索;三是需要与系统供应商们不断协调,如康士伯、西门子、瓦锡兰等供应商都是国外企业,沟通协调成本较高。2018年1月,大船集团A5000-1项目组专门为DP-3闭环系统开展第二次航行试验,并与船东、船检、设备厂商等各方进行了会议研讨。“那个时候,正值隆冬时节。由于时差,我们每天开完会都已是晚上九十点,可以说相当不容易。”该负责人补充道,“但是,从结果来看,我们的梦想成真了——大船集团成为了国内第一家完成试验并取得DNV GL认证的船厂,一切付出都是值得的。”

“最严格”更要面面俱到

鱼和熊掌要兼得

    A5000-1钻井平台在减重近千吨的同时,增加了可变载荷,提升了结构强度、增强了抗疲劳性,满足DNV GL OTG13/14要求。
    A5000-1钻井平台还被认为是目前海洋装备钻井平台领域“最严格”的一个产品。
    所谓的“最严格”其实是来自船东的严要求。“船东要求A5000-1钻井平台既拥有较高的可变载荷,又拥有较强的抗疲劳度和结构强度。可谓是既要鲜鱼又要熊掌。”徐振良感慨地说。
    钻井平台的可变载荷与船体重量息息相关。当钻井平台漂浮在海面上时,需要保证平台有足够的浮力和稳定性;当平台定位后,需要保证各条立柱受力均匀,且能够支持平台钻井作业时的设计甲板载荷和钻井载荷。这一连串的“确保”都离不开钻井平台的空船重量和重心控制。
    船体减重如同人们当下提倡的健康减肥,并非一瘦如柴就算成功。船东出于自身考虑提出了钢板减薄处理,船厂的难处在于如何使得区域减薄的施工和预想一致。要知道,在某些地方减薄,就需要在其他地方增厚,从而保证整个平台总体布局的平衡。不仅如此,哪些位置可以增减,哪些位置不可以变动也是难题。减薄增厚并不具有随意性,它需要经过精确计算后确定具体位置。
    为达到船东提出的高要求目标,在设计建造之初,大船集团便以“经济性”“人性化”为设计思路,按照国际最高标准建造平台。期间,该公司不断对平台结构、舾装件选材和管系及电缆路径进行细致优化,使得A5000-1钻井平台的空船重量由最初的2.6万吨减少至2.5万吨以下,并对部分区域的板厚进行减薄处理,从而在重量控制方面取得了很大突破,极大增加了平台自身的可变载荷,大大加强了平台基础性能,有效提高了平台在日后运营中的竞争实力,得到了船东的好评。
    然而,挑战并没有结束。
    船体重量的减小能带来可变载荷的增加,但如果盲目地减轻船体重量也并非好事,反而会因小失大。减轻空船重量也会带来风险,板厚变薄将影响平台的强度,对于长期在海中进行劳曲运动的平台来说,强度不够的地方容易出现裂纹,造成局部缺损,从而造成整个平台出现安全问题。徐振良解释说,半潜平台在海上工作受风浪流、台风等恶劣环境影响时会不停地做劳曲运动,产生各个方向的弯曲、伸缩及变形。结构强度、抗疲劳度不强的平台就如一根不断扭转的铁丝,越过临界点后就会断裂,而这个临界点就是我们所说的钻井平台的疲劳承受点,需要船厂不断地进行模拟分析和计算。
    为此,大船集团选择在平台柱上开孔,一方面能让开孔的柱子通过管子、电缆,或者是形成风道,另一方面对开孔后的结构进行适度的加强,既满足强度要求,又能符合抗疲劳性。但这些工作并非想象的那样简单。和钢板增厚减薄情况一样,开孔的位置和数量也将影响这个平台强度和抗疲劳性。就好比一张白纸上钻开一个小孔,对纸张可能不会产生较大影响;如果钻入了许多小孔,这张白纸将很容易被捅破,这意味着其强度降低了。钻井平台的强度变化也是这个道理。
    大船集团通过自身的研发设计能力,在平台整体结构控制和把握方面做到充分分析,保障平台设计总体控制和平衡,设计总体管理核心要求是控制其他舾装等部门工作满足疲劳和强度的要求,最终使得平台疲劳和强度达到计算所需要的要求。“其他钻井平台的开孔管理没有A5000-1的要求这样高。”大船集团有关负责人信心满满地说,“大船集团做到了这点,反映了整个船厂的实力,既提供了鲜鱼又给出了熊掌。”
    在徐振良眼中,A5000-1钻井平台的成功交付是大船集团在党的十九大以来取得的最辉煌的成绩之一。他认为,虽然国内很多船厂都在建造钻井平台,但获得的钻机设备、能力都是供应商批量生产的“标配”,无法形成差异化的优势和竞争力。在这个时候,更能体现船厂综合实力的便是对那些辅助系统及能力开展深入研究和开发工作,而每家船厂建造平台的供电能力、空船重量、可变载荷、抗疲劳度都不一样,这意味着平台为船东带来的经济性不同。“大船集团在这些方面率先实现了突破,并拥有闭环设计完整的自主知识产权,这就是新时代最核心的竞争力。”
    一件“大国重器”问世离不开团队的辛勤付出。徐振良说:“直至A5000-1钻井平台最终交付,‘ 一个都没有少’的56人建造团队是‘不忘初心,牢记使命’的最佳印证。”他平时最爱哼唱《我的好兄弟》,其中一句歌词“朋友的情谊呀比天还高比地还辽阔,那些岁月我们一定会记得,朋友的情谊呀我们今生最大的难得,像一杯酒像一首老歌”恰恰是这个项目团队的真实写照。4年时间里,无论是大船集团的高层领导,还是项目组的一线施工人员,都为A5000-1钻井平台倾尽了自己的全部心血。他们不言苦、不怕累,相互学习、共克难关,最终走向了成功。
    “我们用自己的顽强拼搏、用实际行动践行着自己的造船梦、中国梦。”徐振良说。

 

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