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中集海工:为了深蓝之梦,前进!
发布时间:2014-11-27 22:06:36 | 来源: | 作者:

    中集海工:一条充满艰辛与挑战的路

    2005年是中国海工的一个历史节点。当时海工装备制造强国新加坡的半潜式平台订单已满,从产业发展的角度来说,海工装备的总装建造开始出现从新加坡、韩国往劳动力成本更低的国家转移的历史机遇。
    但是,当时国内没有一家船厂交付过深水半潜式钻井平台,更不用说交付能够满足国际海工最高标准挪威北海规范的半潜式钻井平台,而且没有上游产业的牵引,也没有能够生产符合国际海工标准要求的配套设备企业。
    这是机遇更是挑战!
    机遇永远青睐有准备的人,可是在那个时候,中国海工并没有做好准备,迎接挑战还是临阵退缩,没有一个两全的选择。在这样的历史节点,烟台来福士海洋工程有限公司(烟台中集来福士海洋工程有限公司前身)的决策者毅然拍案:向前冲!
    烟台来福士的行动是迅速的。通过从新加坡、韩国等海工企业引进专家和本土人才培养相结合的方式迅速打造了一支国际化的海工团队,力争抓住并承接产业转移的机遇;通过设计建造两万吨提升力的门式起重机“泰山吊”,创造性地提出全新的海洋平台总装建造四步法,革新了国际海工界传统的总装建造模式,能够缩短20%的项目建造工时;通过与国内船舶建造劳务公司签订长期合作协议,建立稳定的合作关系,定制化的培养海工行业技师,形成了一支初步熟悉海工建造标准与规范的建造团队。
    这种模式上的创新与中国的劳动力成本优势、制造大国优势相结合,迅速吸引了国际海工的投资商和船东的注意力吸引到烟台,2005年~2006年间,烟台来福士连续签署了6座深水半潜式钻井平台的订单,一举实现了中国高端深水半潜式平台零的突破,拉开了中国高端海工行业的序章。
    订单拿下了,现实的困难却摆在眼前。6座深水半潜式钻井平台同时在建,对于中国海工来说是史无前例的壮观景象,但是6座平台分属3个设计系列,意味着有3座首制平台,这是任何一个国际级的海工建造企业在试水海工时都不敢尝试的挑战。年轻的烟台来福士,肩上扛的不仅是一个企业的前途,也是整个中国海工的前途。
    作为新世纪中国海工的先行者,如果在中国海工第一轮高潮开始之际把项目做砸了,烟台来福士将置自身于破产的境地,同时也会彻底失去国际海工客户对中国海工原本脆弱的信心。在最困难的时候,中集集团总裁麦伯良高瞻远瞩,收购了烟台来福士的股份,为烟台来福士提供了强大的动力,也是从这一年开始,烟台来福士更名为烟台中集来福士海洋工程有限公司。
    COSLPIONEER平台是中集来福士建造并交付的第一座真正意义上的高端半潜式钻井平台,也是我国为国际客户总包建造的第一座深水半潜式钻井平台。COSLPIONEER平台的工作海域是挪威北海,这是一个令人生畏的狂暴世界,常年西风,尤其是冬天,这里更是一个充斥着狂风巨浪和冰雪,最低温度低于零下25度。以勇敢、冒险著称的海上民族维京人就是起源于挪威北海区域。COSLPIONEER通过103天的自航到达挪威后,仅用了三个月的时间就通过了挪威国家石油安全机构的审核,获得运营资格,这在自2000年以来交付北海的所有钻井平台创造了一个新的记录:中国制造的大型海工装备是靠得住的!
    自从COSLPIONEER及其两座姐妹船交付到挪威北海为挪威国家石油钻井以来,我们频频收到来自这个遥远海域的捷报:COSLPIONEER被评为“月度最佳平台”、COSLINNOVATOR被评为“月度最佳平台”、COSLPROMOTOR被评为“月度最佳平台”......三座姐妹平台多次获得 “月度最佳平台”,这个称号意味着该系列平台在挪威国家石油公司北海作业的22座钻井平台中综合性能排名第一。
    COSLPIONEER系列平台在挪威北海一炮打响,奠定了中集海工的品牌,从此,MADE IN CHINA不再是低端制造的代名词,在高端装备的市场上,COSL(中海油服)系列平台创造了MADE IN CHINA的世界名牌。
    从2005年正式签署第一份半潜式钻井平台的建造合同开始,到今天的第九座半潜式平台COSLPROSPECTOR的平台交付,中集来福士走过了一条充满挑战之路,而已交付的COSLPIONEER、COSLINNOVATOR、COSLPROMOTO、SCHAHIN AMAZONIA、FRIGSTAD D90、SSCV GROTHA等八座半潜平台就是这条路上的一座座里程碑,2014年11月19日,COSLPROSPECTOR平台的成功交付为这条路铸就了第九座里程碑。
    前面的路依然漫长而曲折,中集海工人一如既往斗志昂扬。

    正视问题:有担当才有希望

    面对成功,可能很少还有人记得COSLPIONEER系列平台差一点夭折。
    COSLPIONEER平台的原始设计存在着一个硬伤:由于该平台是首制船,其设计概念方案首次应用于实际项目,负责原始设计的国外设计方对平台的整体重量的预估存在着严重的偏差,使得平台的总体重量从概念设计定义的15,500吨飙升到交付时的23,176吨,重量预计超出7,600多吨,超重50%!半潜式平台属于小水线面船,对重量非常敏感,这么大的重量差异,几乎可以判定这个项目的死刑,我们面临着一个可怕的结果:平台一旦下水将无法正常漂浮!可我们造的是半潜平台,不是潜艇。
    雪上加霜的是,由于国际的市场变化,在COSL接手COSLPIONEER系列平台前,曾经先后在三个船东公司之间转手,不同用户在市场定位上有细微的不同,这些不同导致了平台设计规格书的一再变化,这在进一步影响了平台的总体重量的同时使设计变更趋于失控。
    是中断项目拆掉卖废铁还是担起责任尝试把它改造成一个好用的平台?这是一个问题。在关键时刻,时任中国海洋石油总公司总经理傅成玉和中集集团总裁麦伯良的两只大手握在了一起:一起做下去!
    多年以后,当麦伯良总裁在回忆这件事情的时候,轻描淡写的说:我和傅总见了面,他问我有没有信心做下去,我说有信心,就这样决定了。就是这份淡定从容和勇于担当为中国海工创造了一段新的历史。
    两位老总的决定一锤定音,为项目的发展指明了方向,但是技术上的困难也是实实在在摆在眼前。
    平台超重会引起什么问题呢,打个比喻:一个为70公斤的人量体制作的衣服在交付的时候才发现人变成了100公斤,为了让这个人能够穿下去,所需要做的工作是一个比从头再来更复杂的系统工程。我们的技术团队中100多名技术人员全体出动,一半的人员每天到已是半成品的平台上从下到上、从里到外拿着卷尺全部量了一遍,另一半人则根据实测数据立刻在计算机的三维软件中重新设计整个平台。
    半年多的时间,一座完整的虚拟平台、一个精准的重量数据库、一套全面机电系统的升级方案等就在中集来福士的技术人员与COSL的专家团队的无间合作中逐渐成型了。
    然后就是基于世界首创的两万吨提升力的门式起重机进行的一万四千吨大模块的合拢一举成功,多家国际海工专业刊物争相报道;多系统厂内联调,3万多个子系统在短短八个月内顺利完成报验;十几吨的推进器水下安装,研发人员提出了突破性的工艺流程实现两个班次(一天)安装一个推进器的世界新纪录等等。
    新的问题不断被发现、研究、解决,终于迎来了COSLPIONEER平台的试航。试航是顺利且成功的,试航归来的途中,平台试航人员刚刚有信号,电话就打到了技术中心:平台性能优越,总体性能超过原设计要求!这是一句很有分量的褒奖,但这句话并没有带来预期的欢呼与雀跃:由于在签署合同时我们的技术团队不具备基础设计能力、无法检查第三方设计公司输入设计的准确性合理性而带来的颠覆性的技术修改,差一点使平台中道夭折,同时使项目的预算被大大突破,给公司造成了巨额的损失。
    那么,下一座平台我们该怎么做?每一位研发人员都憋着一口气。

    总结提升:不在同一个地方摔倒两次

    在中集来福士总裁于亚的指示下,一个以公司副总裁王静华为组长的经验总结小组成立了,半年多的时间,从技术到采购到生产再到项目管理进行了全面的总结与梳理,这次总结与梳理为中集来福士下一步的发展路线奠定了坚实的基础。
    2009年,技术中心全面整合,在生产设计部、详细设计部的基础上正式成立基础设计部,目标就是全面掌握半潜式平台基础设计能力、拥有自主知识产权的设计,更重要的是,对于国际设计公司输入设计方案要能够在商务阶段进行准确、快速的评判。
    新成立的研发设计团队恨不得一天当两天用,一年的时间全面掌握了半潜式平台基础设计流程。2010年6月份,第一座完全由中国人设计、拥有100%自主知识产权、拥有整船发明专利的半潜式平台正式获得ABS(美国船级社)审核批准;2010年9月1日平台开工建造;2012年10月份该平台试航完毕,各项参数完美的实现了设计目标,其12节的航速较相同量级的平台提升30%,从而使平台运营费用进一步降低。2013年该平台交付巴西国家石油公司使用,标志着我国自主设计的半潜式平台开始进入国际海工高端客户市场。
    至此,中集海工的技术团队上承国际级海工研发团队、下接生产采购部门,贯穿了基础设计、详细设计和生产设计的全过程,成为中国第一支专业化的、集海工研发设计于一体的、贯穿整个设计链条的技术团队。

    事实说话:把COSLPROSPECTOR做成精品工程

    海洋平台的研发设计是一个复杂的系统工程,几千个设备、几百个系统一起配合,如何达到平台性能最优,可不是一加一等于二的事情,不能够从系统工程的角度平衡设计各个子系统,平台的综合性能将会出大问题。
    COSLPROSPECTOR平台是中集来福士建造的挪威北海系列半潜式钻井平台的第四座,也是目前中国设计制造的能够在挪威北海极圈附近作业的最先进平台。由于已经具备了自主的基础设计能力,因此我们与设计公司的合作,也开始变得对等。两个轮子一样大,路才能走得直,中集来福士走出了以往平台项目过于依赖第三方设计公司并且缺乏风险管控的窘境。
    有了之前第一座半潜式钻井平台COSLPIONEER号基础设计出现问题而发生重大修改的深刻经验教训,中集来福士的研发设计人员基于业已形成的半潜式平台基础设计能力,在建造合同投标阶段即对该平台进行了全方位的基础设计校核,特别关注了平台的运动性能、稳性、气隙、可变甲板载荷、重量估算等核心技术指标的正确性,做到能够充满信心的迎接挑战,从宏观系统到细枝末节都倾注了大量心血与智慧。
    处理好平台和波浪的关系,是一个重大挑战。
    在平台上工作的人希望平台稳定性要好,做到稳定性好就要尽量的降低平台高度,可是降低平台高度就会加剧波浪的拍击(气隙不足),这是一个两难的问题。
    研发设计人员针对半潜式平台对周期在15秒~20秒左右的波浪响应是最大的这个特点进行了大量的水动力学仿真分析与水池实验。为了对平台的波浪响应有个概念,研发人员吃住在研究所,全程参与水池实验的全过程,针对实验的每一组数据进行分解、分析,从而快速提出改善的方案。COSLPROSPECTOR平台的水动力、水静力这两个带有矛盾色彩的“双胞胎”,在这座平台上达到了融洽相处:在目标海域96.58%的时间里,COSLPROSPECTOR平台可以进行钻井作业。

    重量控制:历史不再重演

    前文曾提到COSLPIONEER超重了7600多吨,几乎使平台建造功亏一篑。那么COSLPROSPECTOR还会犯同样的错误吗?客户不答应,我们的研发设计人员也不答应。
    基于历史交付的6座半潜式平台项目,建立了当时国内最大的半潜式平台重量数据库,并进行了自主的平台重量数据库二次开发。数据库内对不同项目按照大区域、专业进行划分。总结出了各专业重量主要与关键技术指标的定量关系,完成了半经验半解析公式的探索与积累。生活区的平均密度、甲板区域的平均密度、立柱和浮筒的平均密度都形成了经验公式,用以在早期设计阶段缺乏详细的各种重量信息的情况下实现较为精确的重量估算,可以在迅速、准确预估出平台重量,这个估算重量的误差不超过5%。而最终COSLPROSPECTOR交船时的理论重量和实测重量的差异仅为50吨,误差不超过整船重量的0.2%,行业内的人都知道,这是一个完美的结果。
    为防止输入的基础设计存在误差,研发设计人员用两个月的时间完成了四个月的工作量:将COSLPROSPECTOR平台从头到尾独立的重新计算了一遍!我们评估了整船强度及寿命,指出并反馈给船东及原设计方四处关键节点设计不足并给出了解决方案。事后参加原始设计的国外专家承认:中集来福士所指出的问题事实证明都是准确的,方案都是合理有效。

    平台生活区域的噪声控制在45分贝以内,这是个细活
    COSLPROSPECTOR平台要遵从挪威的NORSOK法规,而NORSOK法规严格要求生活区域的噪声不能超过45分贝,而平台的空间很紧张,最大的挑战就是一个超过30兆瓦的发电机组离生活区不足50米。
    噪声看不见摸不着,通过钢结构、空气、管路无孔不入的传递到生活区,要想控制好噪声,就必须阻断所有的噪声传递途径,这样的路径有几十个,防不胜防。更让人的是不同频率的噪声的传递方式也不尽相同,低频噪声和高频噪声的属性差很多,但是平台本身存在多种工况,频率分布跨度很大,要想控制噪声,就得摸头它们的“脾气”:孤立量化噪声源、计算总体与局部振动频率、测量每一个路径的振动与噪声传递系数......每一组数据都是从理论到实验,再从实验到理论,研发设计人员与中国船舶科学研究中心的技术人员一起,基于之前交付历史项目所建立的振动噪声数据以及二次开发形成的半经验、半解析计算公式,最终将这如幽灵般的噪声牢牢锁定在2分贝的误差范围以内,为船员在一个嘈杂的环境中建立了一个宜居的小世界。

    节能降耗、降低温室效应,研发人员要担当
    平台都是能耗大户,COSLPROSPECTOR平台的总发电功率超过30兆瓦,满功率运行一年相当于烧掉一万多吨标准煤。
    如何通过设计的优化为环境保护做贡献?研发人员通过优化设计来“捕捉”逃跑的能量:主机缸套冷却水系统与空调系统联合设计,用多余的热量温暖房间和舱室;室内的浊气排出、外面的新风进入,先请做个热交换;电动马达改成变频驱动等等。电气原理设计工程师与西门子的专家共同研究,在COSLPROSPECTOR平台上率先采用电网闭环控制的逻辑,通过优化配电逻辑,保证每一台发电机组在工作时都稳定在最佳工作状态。
    经过测算,COSLPROSPECTOR平台实现节能5%以上,可不要小看这个5%,一年下来可以节约相当于500吨标准煤的能量。

    艺无止境:以系统化、系列化的思维设计海洋平台

    COSLPROSPECTOR已成为中集海工的一个重要的里程碑,基于对已交付平台的进一步总结和后续新建多座半潜式平台,中集来福士研发团队在更加自信的前进着,不断迈向新的征途。

    系列化设计能力开启深水半潜式平台批量化建造的新篇章
    COSLPROSPECTOR平台是中集来福士建造的挪威北海系列半潜式平台的第四座,在COSL系列四座平台的基础上研发人员进行了总结与改进,通过自主研发和对外合作的方式又推出了新的船型GM4-D。GM4-D船型一经推出就获得了国际客户的认可,目前该型平台已有三座开工在建。系列化的设计能力推动力深水半潜式平台的批量化建造模式的实现,而系列化的平台被国际客户结构才是真正标志着中集海工已经在国际海工的高端市场得到主流客户的认可。
    通过与哈尔滨工程大学、中国船舶科学研究中心合作所完成的水动力数值仿真分析、3座半潜式平台的模型实验,中集来福士的研发团队积累了较为丰富的平台总体性能优化的数据库和经验。在COSL系列半潜式钻井平台从COSLPIONEER到COSLPROSPECTOR四座平台的基础上,升级改进并研发出的同样适用挪威北海作业的GM4-D系列半潜式钻井平台,其总体运动性能进一步提高,可进行钻井作业窗口从COSLPROSPECTOR平台的96.58%进一步提高到了98%,而研发中的最新一型北海系列平台更是进一步提高到了99.33%,这意味着该平台交付后几乎可以实现在北海的全天候工作。
    基于GM4-D系列,中集来福士还探讨了一种新的技术合作模式,通过和靠近并熟悉作业海域的研发团队共同研发,提升了平台对目标海域的适用性和商业价值的同时拥有该平台的80%的知识产权,为我国在高端海工产品研发的国际合作做了一次有益的、成功的尝试。
    在研发设计的同时,设计人员与生产人员密切互动,提出了 “大模块陆地建造”、“浮船坞整体下水”、“两万吨模块合拢”、“深水码头完整预调试” 的高效半潜式平台建造四步法,并把该建造模式理念贯彻到产品设计过程中去,目前COSLPROSPECTOR平台从合同签署到交付总计35个月,这是目前该类平台建造周期的世界记录。

    形成自有规范体系,打造国际海工最高标准
    挪威北海设计标准中的NORSOK规范,代表了国际海上油气工程方面的最高标准。在第一座平台COSLPIONEER的设计建造过程中,由于对NORSOK规范缺乏了解,我们为此吃了很多苦,走过了很多曲折的道路。
    而到了COSL系列第四座平台COSLPROSPECTOR,通过对前三座平台的总结,我们已经开始对挪威北海中深水半潜式钻井平台这种船型、对挪威北海规范驾轻就熟,形成了深刻的理解,锻炼出了国内对此经验最为丰富的团队。此次满足挪威NORSOK标准的COSLPROSPECTOR平台的交付,创造了国际上同类设计建造标准下半潜式钻井平台交付周期的一个记录,领先于韩国、新加坡等海工发达国家,代表了国际上挪威北海规范标准应用于海工装备设计建造的先进水平,使得中国在深水平台总装建造方面形成了与新加坡、韩国三足鼎力的格局。
    设计中的另外一座平台是全新的第七代超深水半潜式钻井平台FRIGSTAD D90,这是全球第一座第七代半潜式钻井平台,也是全球在建的最大的半潜式钻井平台,属于半潜式平台里面的巨无霸,对研发设计团队提出了更大的挑战。第七代平台在工作海域更深、钻井能力更强的同时提出了全球适用性的要求,全球适用性的目标要求技术人员对巴西、墨西哥湾、英国北海、中国南海等多个典型海域的海况情况,以及所在国的法规及标准的适用性都做出一个系统的分析与平衡,这样才能使平台功能在各个海域都能够得到充分发挥。研发人员针对FRIGSTAD D90平台适用各个海域的、总计超过百万字的法规进行了系统梳理,从而形成了一套船厂独有的设计规范和标准,做到了该平台、乃至后续平台在适应工作海域所在国相关法规不漏、不超的设计目标。

    细处着眼、精雕细琢,设计通过优化设计细节保障产品质量
    所有的设计都是要通过生产过程转成产品,一个把问题留给生产人员的设计团队不是一个合格的团队。
    为了提高设计质量、保障生产效率,设计团队提出了110%完整度三维设计的理念,在三维环境中构建每一个零部件,同时通过三维仿真模拟建造次序,在三维环境中进行虚拟建造,保证每一个零件、每一个设备都能够在现场按照最优的次序的安装、组建、焊接。
    而上文提到的第七代FRIGSTAD D90平台由于身形庞大,国外结构专家建议采用较大面积的高强度超厚板。但是从工程意义上来说,高强超厚板在结构设计上是要尽量避免出现,因为这类钢板在具备高强度的同时必然降低了钢板的韧性,在焊接过程中极易出现微裂纹,一旦出现微裂纹就会给平台留下极大的安全隐患。听从国外专家的意见就会给生产带来极大的麻烦,中集来福士的研发人员没有盲从国外专家的建议,依靠自己的经验多次尝试,进行了平台的结构节点优化,成功的降低了关键区域的板厚,避免了大面积高强超厚板的使用。

    结束语:打造国际化的海工研发平台,圆梦中集海工

    目前中集海工已经形成系列化、批量化的建造能力,在未来的两年里,中集来福士将陆续交付3座作业于挪威北海的深水半潜式钻井平台(GM4-D系列)、2座超深水半潜式钻井平台,将使中集来福士半潜式平台的交付业绩达到14座。这种批量化的深水半潜式平台设计、建造、交付能力,将有力的支撑我国南海开发的战略需求,也将成为我国“丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”战略的重要组成部分。
    中国的海工研发设计还是刚刚起步,中国的海工产业还缺乏经验、缺乏方法、缺乏体系,这些事情仅仅靠中集来福士一个研发团队的力量是远远不够的,中集来福士研发团队已经开始与国内外高校、研究院所、船级社、关键系统供应商等海工同行建立起更广泛的合作与协同,一个国际化的海工研发合作平台正在烟台成形。
    中集海工研发之路依旧漫长,为了这一份伟大的事业,我们愿风雨兼程。


 

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