从0到1，国产“超级能源碗”建成记
6月10日，随着最后一根系泊缆回接完成，“海葵一号”在南海“安家”，为我国首个深水油田二次开发项目年内投产奠定了基础。
听到消息，海洋石油工程（青岛）有限公司流花11-1/4-1油田二次开发项目青岛项目组（以下简称“青岛项目组”）工作人员满心欢喜。5月12日，“海葵一号”，这个我国首个自主设计建造的圆筒型FPSO（浮式生产储卸油装置），从中国海油青岛国际化高端装备制造基地启运，离开了它最初的“家”。
作为海上油气加工厂，“海葵一号”船体直径约90米，主甲板面积相当于13个标准篮球场，设计排水量10万吨，最大储油量达6万吨，日油气处理能力约为5600吨，可供90万辆小汽车同时使用，被称为“超级能源碗”。
能源安全事关经济社会发展全局，能源的饭碗必须端在自己手里。
从0到1，建成首个国产“超级能源碗”，标志着我国深水油气装备自主设计建造关键技术取得重大突破，能源资源安全保障能力稳步提升。
中国方案
自主设计建造实现多项创新
“像葵花般在深海绽放”，是“海葵一号”名字的由来，也契合了它的使命。
正式命名前，它被称为“流花11-1/4-1油田二次开发项目”。这是我国首个深水油田二次开发项目。
“设计、建造‘海葵一号’正是为了让老油田焕发‘第二春’，产更多原油。”青岛项目组经理赵山泉说，“海葵一号”由中国海洋石油集团有限公司旗下各单位设计、建造，是我国首个自主设计建造的圆筒型FPSO。
青岛项目组负责“海葵一号”的加工设计、建造工作。赵山泉的办公室贴满了“海葵一号”的各类加工设计图纸，白板上记录了从开工到完工交付一个个重要时间节点。
自主设计建造国产首个圆筒型FPSO，从0到1，并不容易。
青岛项目组设计经理陈品介绍，“海葵一号”是世界第7座圆筒型FPSO，前6座均由国外公司研发设计。10年前，中国海洋石油集团有限公司研究总院“深海一号”研发设计团队开始了相应的国产化研究，逐步突破了多项专利技术。“海葵一号”在自主设计方面有10项创新，自主施工技术方面有8项创新。
其实，船型FPSO在业内比较常见，全世界有200余座，中国南海也已成功运营多座。为何还要自主设计建造圆筒型FPSO？
青岛项目组副经理冉祥鹏告诉记者，我国南海风高浪大流急，船型FPSO易受其影响，需要靠内转塔单点系泊系统保持稳定。这一系统起到类似巨大轴承的作用，可避免船体与风浪流“硬刚”，但这一技术掌握在国外企业手中，价格贵且后期维护成本高。圆筒型FPSO不需要该系统，相比船型FPSO具有可回接管缆数量更多、更小吨位可实现作业要求等优点，可使油田开发更经济。
但圆筒型FPSO在南海环境下作业，仍面临挑战。前6座圆筒型FPSO多作业于海域波浪周期长、风速流速小的季风海域，在南海则会如“大碗”一样摇摆运动，难以安全运行。
“‘深海一号’研发设计团队设计了2.4米高的阻尼板，像裙边一样安置在‘海葵一号’底部。同时在阻尼板上加了锯齿状的突起，可进一步释放波浪能量，提升阻尼板抑制升沉运动的能力。”陈品说，团队还根据前期研究发现的机理，合理设计参数，避免“海葵一号”装载原油后重心升高，而产生剧烈的纵摇运动。
考虑到南海台风频繁的环境，“海葵一号”搭载了世界首个海洋一体化监测数据集成平台，启动“台风模式”后可实现短期无人生产。为解决南海油田伴生气含硫化氢较多的问题，还采用了国内首个海上双塔脱硫系统。
“海葵一号”这个庞然大物需要与海底锚腿相连进行系泊。研究团队以多点分布式系泊代替单点系泊系统，原本需要21根系泊缆，现在只需12根，大大节省了成本。12根系泊缆分为3组，单条锚腿系泊半径达2500米，可将FPSO拴得更稳。其中一组系泊缆实现了国产聚酯缆的规模化应用。
“海葵一号”由船体和上部功能模块两部分组成。据统计，通过技术攻关，上部功能模块700台关键设备中，有九成由我国自主设计制造，实现了关键设备自主研发应用的重要突破。
中国精度
精度达到毫米级运行15年不回坞
“海葵一号”总重近3.7万吨。这样一个庞然大物，其建造精度却控制在了毫米级，可连续在海上运行15年不回坞维修。
按照行业规范，这类建造工程要求横向的主甲板、纵向的船底到主甲板，主尺度误差均不能超过25毫米。
“‘海葵一号’”主尺度误差成功控制在了6毫米以内。上部功能模块包含多个功能模块，向船体坐落时，每个模块都有十几个‘腿’需要与船体完美对接，我们将其精度控制在了4毫米以内。”冉祥鹏说。
“要达到理想的精度控制要求，中间要有很多步骤予以保证，而且必须在建造的每一个环节提前确定好一个个精度控制点，将其控制到位。”陈品说，“海葵一号”的船体被拆解为123个分段，建造中每个分段会有误差，工作人员提前制订了方案，分析确定控制点，在必要的分段留出余量，便于以后像“拼积木”一样精准对接。
冉祥鹏办公室贴着两张图，展示了123个分段如何一步步拼出完整的船体。记者注意到，由于上面搭载了不少管线、其他结构，这些分段并不是规则的“积木”，而是各种形状都有，要严丝合缝精准拼接，难度很大。
“为实现精准控制，我们集团研究开发了一套三维模拟软件，并聘请业内知名的精度控制专家指挥操控，在实际吊装拼接前利用软件对分段进行模拟拼接，指导施工人员提前对拼接不规整处切割处理。”冉祥鹏说，这样比吊装上去再处理要精准得多。
如此庞大的工程，数据支撑尤为重要。但“海葵一号”内部空间紧凑，很多分段、模块数据无法直接测量得到。施工人员使用三维扫描仪，像拍照一样扫描得到模块、分段数据，从而进行模拟拼接。同时，还可以把拼接的状态扫描出来，预留焊道，为后续补焊控制精度打好基础。
长期海上作业，圆筒型FPSO的一些部位容易出现疲劳，建造时需对疲劳节点进行打磨，消除其疲劳应力。这对打磨的精度要求很高，必须严格满足相应的参数要求。
“阻尼板是‘海葵一号’承受风浪最多的位置，比较容易疲劳。对其打磨要特别谨慎，尤其要注意加工轻重及工艺参数的变化。”陈品说，要打磨的不仅有阻尼板外部，还有内部的狭小空间，总长约2000米。打磨内部时，工作人员只能蜷缩着身体爬进去一点点打磨，过程中要随时拿出预制的参数模型去卡打磨的部位，不能出一点差错。一个人一天只能打磨200毫米。
严格的精度控制，对现场施工人员是一大考验。“除了软件辅助，理想的精度控制也和公司的现场管理水平、工人的技能水平密切相关。比如，船用钢板一般比较薄，焊接水平不够的话容易使其变形。工人都经过系统专业的培训，这才保证了一次交验质量合格率超99.8%。”冉祥鹏说。
中国速度
全流程拼出高效率建造时间缩短约50%
6月初，海洋石油工程（青岛）有限公司每层办公楼处的倒计时牌还未撤去。
“那段时间，上楼时看到距交船时间越来越近，大家都不自觉加快了脚步。”赵山泉说。
2022年3月16日，切割下第一块钢板，“海葵一号”正式开始建造；今年4月26日装好最后一块甲板，陆地建造完工——整个过程用时25个月，相比国际上同等规模圆筒型FPSO一般需要50个月，建造周期缩短了约50%。
大幅缩短建造周期，与精度控制好、返工少有很大关系。总体看，设计、建造全流程都拼出了高效率。
陈品介绍，圆筒型FPSO本就空间紧凑，施工空间受限多，影响作业效率。加工设计要把前期设计变成可施工的图纸，而以往加工设计人员不参与前期设计，后期施工便利性很少被考虑。
“这是集团的重点项目，加工设计人员参与了前期设计，尽量保证施工便利。”陈品说，合拢周期长，是制约圆筒型FPSO建造效率的关键因素。设计人员创新采用一步合拢方法，充分考虑上部功能模块与船体分开建造的完整性，将后期要合拢对接的上部功能模块、工艺甲板和支撑立柱作为一个整体，船体与主甲板作为另一个整体，集成时要连接部位的数量因此减少了50%，一次性对接即可实现合拢。
三维模型搭建，是加工设计阶段出施工图纸的关键步骤。详细设计团队和青岛项目组分别负责上部功能模块、船体三维模型的搭建，需要紧密配合。详细设计团队就从天津赶到青岛住下，有问题随时沟通。搭建完成后，加工设计人员又把办公室搬到了“海葵一号”上，边优化设计边进行施工支持。
“具体施工中，很多工作由原来的先干一项再干一项，变成了同时干，相当于把‘串联’变‘并联’。”冉祥鹏说。比如，船体像切蛋糕一样，被分成了123个分段在外预制；建造时，把各分段后期要装的支架、底座、管线等提前安装，之后再拉回青岛拼接。
船坞作为修造船舶的重要水工设施，是造船厂最稀缺的资源。工程在船坞的时间，直接影响着建造效率。
“‘海葵一号’全部是在船坞建造的，设计方案也是以在船坞施工为前提确定的。”赵山泉说，公司船坞里原本只有一台1000吨的龙门吊，这次专门新上了一台。通过数字化系统，实现了双龙门吊快节奏有效搭配集成作业。
面对铺设电缆总长45万米、焊道40万米、管线5.5万米、近60万个零部件等如此庞大的工程任务，施工现场有几十个工种进行技术支持，工作人员达1900多人。回头再看倒计时牌，青岛项目组工作人员感慨良多，大家“倒数着日子加油干”，最终如期完工交付。
目前，“海葵一号”停泊在了南海作业区域，但青岛项目组的任务还未结束。
“陆地建造交付后，现在公司技术人员仍在‘海葵一号’上进行技术支持，待到8月30日机械完工、各项设备调试完成才离开，以实现油田年内投产。”陈品说，设计团队、施工团队最近正在对设计、建造各流程进行总结，年内还要召开多次会议讨论下一步要优化的地方，为今后打造更多这样的“大国重器”做好技术及经验储备。