“南海挑戰(zhàn)”號(hào)塢修及主電站國產(chǎn)化方案的技術(shù)創(chuàng)新

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(中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518067)

1 項(xiàng)目介紹

1.1 “南海挑戰(zhàn)”號(hào)FPS概況

“南海挑戰(zhàn)”號(hào)的船體結(jié)構(gòu)形式為8樁腿穩(wěn)定浮式鉆井生產(chǎn)支持平臺(tái)，其主尺度:長89.9 m，寬74.6 m,高39.6 m(含井架100.5 m)。輕船重16 735 t，船籍利比里亞，船級(jí)社為ABS。建造完工時(shí)間為1975年11月，加拿大制造，屬SEDCO 700系列鉆井平臺(tái)。升級(jí)改造完成時(shí)間為1995年5月，由新加坡升級(jí)改造成FPS。投入使用時(shí)間為1995年7月，在流花油田投入使用。原設(shè)計(jì)使用年限為10年；主要功能為水下系統(tǒng)安裝、維修、日常操作(兩臺(tái)固定ROV)；鉆井、完井、修井；水下井口供電、控制等。見圖1。

圖1 “南海挑戰(zhàn)”號(hào)三維立體示意

1.2 南海挑戰(zhàn)號(hào)FPS主電站擴(kuò)容背景和意義

隨著流花4-1以及未來周邊小區(qū)塊依托流花11-1開發(fā)，流花FPS將出現(xiàn)電力不足，為了滿足油田長遠(yuǎn)發(fā)展，深圳分公司決定對流花11-1挑戰(zhàn)號(hào)FPS平臺(tái)現(xiàn)有電站進(jìn)行擴(kuò)容。方案是流花FPS原4臺(tái)單機(jī)功率3 300 kW的舊發(fā)電機(jī)組中拆除一臺(tái)，加裝兩臺(tái)單機(jī)功率為5 500 kW的新發(fā)電機(jī)組，從而增加總發(fā)電量7 700 kW。

計(jì)劃通過主電站國產(chǎn)化，打破國外機(jī)組的長期壟斷狀況，縮短電站設(shè)備采辦周期，降低電站設(shè)備生命周期費(fèi)用[1-2]。

2 項(xiàng)目難點(diǎn)及實(shí)施過程中的創(chuàng)新

2.1 滿堂承重腳手架搭設(shè)及拆除

對于47萬m3滿堂鋼管腳手架的搭設(shè)和拆除，塢修船廠無任何此類腳手架的搭建經(jīng)驗(yàn)，如此規(guī)模的工程量一般需耗時(shí)3個(gè)多月，而本次工期要求僅為45 d。采取的創(chuàng)新措施有：把船廠原計(jì)劃不能承重的梅花架方案改為滿堂承重的鋼管腳手架，確保了本質(zhì)安全；聘請了兩位經(jīng)驗(yàn)豐富的腳手架監(jiān)督員，24 h指導(dǎo)現(xiàn)場施工；在腳手架網(wǎng)片工作面上面鋪設(shè)一層陶瓷棉+木板形成保護(hù)臺(tái)面，保證了塢修立體交叉作業(yè)施工的安全；現(xiàn)場不間斷巡查，及時(shí)修復(fù)使用過程中變形的腳手架；腳手架拆除時(shí)通過搭設(shè)下放滑道，大大加快了架子材料的拆除運(yùn)輸速度。

2.2 樁腿腐蝕修復(fù)

平臺(tái)進(jìn)塢后，現(xiàn)場勘驗(yàn)發(fā)現(xiàn)平臺(tái)全部8個(gè)立柱在飛濺區(qū)的外板存在大量不同程度的腐蝕，按常規(guī)需對腐蝕部位全部換板，此舉將導(dǎo)致整個(gè)塢修工期大幅推遲。

經(jīng)項(xiàng)目組專業(yè)工程師與船級(jí)社現(xiàn)場驗(yàn)船師反復(fù)溝通商討，按照區(qū)域量體裁衣地制定出有針對性的方案，對腐蝕嚴(yán)重的部位進(jìn)行換板處理，對腐蝕較輕的部位進(jìn)行點(diǎn)焊修復(fù)處理，全部立柱補(bǔ)焊面積累計(jì)超過1 000 m2，采用補(bǔ)焊工藝大大縮短了工期，節(jié)省了換板的費(fèi)用。

2.3 塢修駐塢技術(shù)

根據(jù)FPS塢修項(xiàng)目的總體進(jìn)度計(jì)劃及塢修船廠的塢期計(jì)劃，在LH11-1FPS的塢修過程中與FPS同時(shí)進(jìn)塢的兩艘新造船舶需出塢。如果停工，將對塢修進(jìn)度造成了重大影響。

為此，項(xiàng)目組和船廠在平臺(tái)進(jìn)塢后就立即著手組織技術(shù)人員制定了平臺(tái)駐塢技術(shù)方案，在保證塢修作業(yè)安全的前提下，減少了對工期的影響。2012年1月8日，兩艘新造船舶按計(jì)劃順利出塢，LH11-1FPS塢修除35 ft以下樁腿及浮箱的大修作業(yè)暫停3天以外，35 ft以上樁腿及主甲板上下的塢修工作照常進(jìn)行。

為了實(shí)現(xiàn)進(jìn)水駐塢，根據(jù)駐塢計(jì)劃及駐塢時(shí)的工程量，進(jìn)行FPS重量重心的估算和修正；根據(jù)駐塢時(shí)工程實(shí)際及潮汐狀況(最大潮位及最小潮位)，估算駐塢的浮力及浮心位置，據(jù)此制定艙室進(jìn)水計(jì)劃(左右泵艙、35 ft以下樁腿內(nèi)因電氣設(shè)備眾多，駐塢時(shí)不能進(jìn)水)；根據(jù)駐塢時(shí)的平臺(tái)重心，艙室進(jìn)水布置及潮汐狀況對平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，據(jù)此制定系泊方案以確保平臺(tái)駐塢期間的安全。

根據(jù)駐塢計(jì)劃及工程實(shí)際，編制平臺(tái)駐塢準(zhǔn)備工作計(jì)劃特別是進(jìn)水艙室的封艙計(jì)劃、腳手架的固定方案； 根據(jù)駐塢期間的潮汐狀況，編制平臺(tái)駐塢實(shí)施方案及要求；制定平臺(tái)駐塢后的檢查方案，包括進(jìn)水艙室的清潔，不進(jìn)水艙室的檢查及腳手架受損情況等。

2.4 塢修傾斜試驗(yàn)技術(shù)

本次FPS塢修的重量變化(包括新增、減少兩部分)較大，根據(jù)塢修詳細(xì)設(shè)計(jì)提供的重控報(bào)告及船級(jí)社規(guī)范要求，需要重新進(jìn)行傾斜試驗(yàn)以確定改造后的平臺(tái)重量及重心。按照常規(guī)做法，傾斜試驗(yàn)在出塢在港池或錨地進(jìn)行，而此舉將至少影響項(xiàng)目工期1周。

考慮到碼頭作傾斜試驗(yàn)因受天氣、潮汐影響及碼頭水深不足的因素制約，風(fēng)險(xiǎn)大、時(shí)間長、費(fèi)用高，對平臺(tái)出塢后的工作尤其對電站調(diào)試工作影響較大，進(jìn)而嚴(yán)重影響到平臺(tái)出廠時(shí)間。項(xiàng)目組決定打破常規(guī)，出塢前夕，在塢內(nèi)連夜加班完成傾斜試驗(yàn)。克服了出塢前工作繁雜、人力不足等困難，在塢內(nèi)僅用6 h完成了傾斜試驗(yàn)。不僅為FPS的按時(shí)出廠贏得寶貴的時(shí)間，而且降低了試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)省了試驗(yàn)費(fèi)用。

2.5 適應(yīng)新增機(jī)組傾斜角要求的技術(shù)創(chuàng)新

船級(jí)社對浮式生產(chǎn)平臺(tái)的要求是，主機(jī)的設(shè)計(jì)必需滿足在任意方向傾斜15°，在任意方向搖擺22.5°的情況下能正常工作，而常規(guī)船用機(jī)組設(shè)計(jì)要求(目前固定式平臺(tái)和油船)是橫傾15°，縱傾5°；橫搖22.5°，縱搖7.5°。相對于常規(guī)船用機(jī)組，本次流花電站的兩臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)難度增加，縱傾增加10°，縱搖增加15°。這就意味著須對現(xiàn)有成熟的公共底座進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，而底座設(shè)計(jì)的正常周期是6個(gè)月，不能滿足工期要求。由于流花平臺(tái)是海油系統(tǒng)惟一的一座浮式生產(chǎn)平臺(tái)，項(xiàng)目各方經(jīng)驗(yàn)不足，沒有技術(shù)儲(chǔ)備，項(xiàng)目進(jìn)度因此一度受阻。

突破機(jī)組傾斜角難題關(guān)鍵是機(jī)組在任意方向15°傾斜角、任意方向22.5°搖擺的極端工況下，確保①潤滑系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)抽空現(xiàn)象；②公共底座能夠承受1 150 kN機(jī)體的剪切力。為此，需對潤滑系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)，對原有公共底座進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。將原有公共底座的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)改為非標(biāo)設(shè)計(jì)，最終解決了傾斜角的難題。將原有公共底座的高度從原來的1 265 mm增加至1 565 mm；將曲軸箱內(nèi)吸油盤距油池底部的距離從原來的208 mm減少到80 mm；對公共底座進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)和強(qiáng)度校核，重量由原來的11 t增至13 t。

2.6 符合機(jī)組排放新要求的技術(shù)創(chuàng)新

根據(jù)國際海事組織的要求，從2011年1月1日起，新建船用主機(jī)需執(zhí)行新的氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)，并已納入船級(jí)社強(qiáng)制執(zhí)行的規(guī)范之中。須對原有機(jī)組的控制和燃油系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，實(shí)現(xiàn)油耗和排放最優(yōu)組合，才能達(dá)到此要求。具體要求為TIER 1:2000年1月1日～2011年1月1日建造裝船的柴油機(jī)，NOx不超過17 g/(kW·h)。TIER 2:2011年1月1日～2016年1月1日建造裝船的柴油機(jī)，NOx不超過14.4 g/(kW·h)。TIER 3:2016年1月1日以后建造裝船的柴油機(jī)，NOx不超過3.4 g/(kW·h)。

排放達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵是燃油的充分燃燒，這就需要燃油和空氣的精密配比，為此需要精確地控制系統(tǒng)支持，而這一切均需相應(yīng)的硬件和軟件支持。主要采取的舉措如下。

1)重新匹配增壓器(增大空氣壓縮比)。

2)增加空氣助推功能(根據(jù)轉(zhuǎn)速變化信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)加空氣量控制)。

3)采用可變?nèi)加投〞r(shí)(VIT：根據(jù)負(fù)荷變化信號(hào)進(jìn)行噴油提前角調(diào)節(jié))。

4)采用EM300調(diào)速器(電子調(diào)速器，響應(yīng)速度遠(yuǎn)快于機(jī)械調(diào)速器)。

5)采用安全控制系統(tǒng)(SaCoSone：設(shè)有136個(gè)報(bào)警點(diǎn)，每個(gè)報(bào)警點(diǎn)裝有雙探頭；內(nèi)部有兩大模塊，即安全模塊和控制模塊，互為備份；而每個(gè)模塊內(nèi)部的功能由雙探頭輸入，也是互為備份；通過SACOSONE可達(dá)到遠(yuǎn)程控制，無人機(jī)艙的要求)。

2.7 機(jī)組在平臺(tái)受限空間的布置方法

1)發(fā)電機(jī)撬塊的布置。主機(jī)房左邊為重油處理間，右邊為生活區(qū)，中間長度為11 700 mm,而機(jī)組撬塊的標(biāo)準(zhǔn)尺寸為10 969 mm×3 872 mm×4 897 mm；兩邊的維修空間僅為365 mm,不能滿足日常維修的需要，為此，需對機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行壓縮。可是，要把成熟的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品在有限的時(shí)間內(nèi)改成非標(biāo)設(shè)計(jì)相當(dāng)困難。

高彈聯(lián)軸節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)改為非標(biāo)設(shè)計(jì)，長度由470 mm縮減至348 mm。發(fā)電機(jī)的滑動(dòng)軸承改為滾動(dòng)軸承并優(yōu)化設(shè)計(jì)，發(fā)電機(jī)長度由3 760 mm縮減至3 630 mm。把柴油機(jī)滑油系統(tǒng)(滑油冷卻器和滑油過濾器)、冷卻水系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)集成到FAB模塊中，同時(shí)把高低溫水泵由機(jī)外泵改為機(jī)帶泵，節(jié)省了機(jī)房安裝空間。

通過上述一系列定制，機(jī)組尺寸最終縮減至10 726 mm×3 872 mm×5 190 mm，長度減少243 mm，滿足了維修空間的需求。

2)新主機(jī)2個(gè)滑油撬塊的布置。2個(gè)滑油撬塊原來是單獨(dú)設(shè)計(jì)，每個(gè)撬塊的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)尺寸是2.0 m×1.1 m×2.5 m；因受空間限制，需將2個(gè)撬塊合并成1個(gè)，即4.0 m×1.1 m×2.5 m，在此基礎(chǔ)上又多次修改成撬方案，最終把尺寸優(yōu)化成3.1 m×1.1 m×2.5 m，解決了空間不夠的問題。

3)中壓配電柜的布置。由于增加了兩臺(tái)主機(jī)，需拆除原有的6個(gè)中壓進(jìn)線柜，調(diào)換成6個(gè)新的中壓進(jìn)線柜，原來柜子寬度為600 mm，預(yù)留空間為3 960 mm，因國外廠家不提供非標(biāo)尺寸的柜體，通過采用柜子內(nèi)部的部件(真空短路器)進(jìn)口，柜體本身采用國產(chǎn)訂做的方案，從而將控制新柜子的寬度在700 mm內(nèi)，解決了這一技術(shù)難題。

2.8 國產(chǎn)化電站并網(wǎng)技術(shù)

通過成功開發(fā)和應(yīng)用一套電力管理系統(tǒng)(PMS)解決了并網(wǎng)難題。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)功能：(1)電源管理的功能，通過PMS與各機(jī)組PLC的通訊，采集數(shù)據(jù)，綜合計(jì)算，按照機(jī)組出力比率進(jìn)行平衡；(2)優(yōu)先脫扣功能，在部分機(jī)組跳閘后，按照預(yù)先設(shè)定的順序關(guān)停負(fù)載，確保在大負(fù)荷變化時(shí)電網(wǎng)不會(huì)崩潰。

本次在PMS程序編寫完成后，在工廠內(nèi)先進(jìn)行手動(dòng)輸入信號(hào)的模擬測試，在平臺(tái)解脫前就對舊機(jī)組特性參數(shù)進(jìn)行采集，又利用工廠臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)間窗對新機(jī)組特性參數(shù)進(jìn)行采集，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)對PMS程序進(jìn)行了多次優(yōu)化，由于準(zhǔn)備工作非常充分，在機(jī)組聯(lián)調(diào)時(shí)，PMS調(diào)試一次成功。PMS系統(tǒng)單元架構(gòu)見圖2。

圖2 PMS系統(tǒng)架構(gòu)

3 結(jié)束語

“南海挑戰(zhàn)”號(hào)FPS塢修工程是國內(nèi)近年來進(jìn)行的海洋浮式平臺(tái)大型維修改造工程，塢修過程中遭遇了一些技術(shù)和管理上的瓶頸，特別是項(xiàng)目面對巨大的工程量和緊張的工期要求，通過一些技術(shù)和管理上的創(chuàng)新措施，解決了難題。平臺(tái)主電站國產(chǎn)化項(xiàng)目也是在國內(nèi)海洋石油系統(tǒng)第一次成功的嘗試，項(xiàng)目突破了常規(guī)船用機(jī)組的技術(shù)要求，通過技術(shù)攻關(guān)，滿足了平臺(tái)規(guī)范對機(jī)組的特殊要求，并成功實(shí)現(xiàn)了新機(jī)組的并網(wǎng)發(fā)電。

本項(xiàng)目所采取的管理方法和技術(shù)措施，對于海洋平臺(tái)FPS、FPSO的改造和塢修工程、電力擴(kuò)容工程具有一定的借鑒意義。

[1] 海洋石油工程設(shè)計(jì)指南編委會(huì).海洋石油工程設(shè)計(jì)指南：海洋石油工程深水油氣田開發(fā)技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2011.

[2] 王春升.流花4-1油田開發(fā)可行性研究[R].北京：中國石油研究總院，2009.