“南海挑戰(zhàn)”號塢修及主電站國產(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 項目介紹

1.1 “南海挑戰(zhàn)”號FPS概況

“南海挑戰(zhàn)”號的船體結(jié)構(gòu)形式為8樁腿穩(wěn)定浮式鉆井生產(chǎn)支持平臺，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，船級社為ABS。建造完工時間為1975年11月，加拿大制造，屬SEDCO 700系列鉆井平臺。升級改造完成時間為1995年5月，由新加坡升級改造成FPS。投入使用時間為1995年7月，在流花油田投入使用。原設(shè)計使用年限為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)”號三維立體示意

1.2 南海挑戰(zhàn)號FPS主電站擴容背景和意義

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，為了滿足油田長遠發(fā)展，深圳分公司決定對流花11-1挑戰(zhàn)號FPS平臺現(xiàn)有電站進行擴容。方案是流花FPS原4臺單機功率3 300 kW的舊發(fā)電機組中拆除一臺，加裝兩臺單機功率為5 500 kW的新發(fā)電機組，從而增加總發(fā)電量7 700 kW。

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

2 項目難點及實施過程中的創(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，如此規(guī)模的工程量一般需耗時3個多月，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)驗豐富的腳手架監(jiān)督員，24 h指導現(xiàn)場施工；在腳手架網(wǎng)片工作面上面鋪設(shè)一層陶瓷棉+木板形成保護臺面，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，及時修復使用過程中變形的腳手架；腳手架拆除時通過搭設(shè)下放滑道，大大加快了架子材料的拆除運輸速度。

2.2 樁腿腐蝕修復

平臺進塢后，現(xiàn)場勘驗發(fā)現(xiàn)平臺全部8個立柱在飛濺區(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，此舉將導致整個塢修工期大幅推遲。

經(jīng)項目組專業(yè)工程師與船級社現(xiàn)場驗船師反復溝通商討，按照區(qū)域量體裁衣地制定出有針對性的方案，對腐蝕嚴重的部位進行換板處理，對腐蝕較輕的部位進行點焊修復處理，全部立柱補焊面積累計超過1 000 m2，采用補焊工藝大大縮短了工期，節(jié)省了換板的費用。

2.3 塢修駐塢技術(shù)

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

為此，項目組和船廠在平臺進塢后就立即著手組織技術(shù)人員制定了平臺駐塢技術(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行。

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

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

2.4 塢修傾斜試驗技術(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)塢修詳細設(shè)計提供的重控報告及船級社規(guī)范要求，需要重新進行傾斜試驗以確定改造后的平臺重量及重心。按照常規(guī)做法，傾斜試驗在出塢在港池或錨地進行，而此舉將至少影響項目工期1周。

考慮到碼頭作傾斜試驗因受天氣、潮汐影響及碼頭水深不足的因素制約，風險大、時間長、費用高，對平臺出塢后的工作尤其對電站調(diào)試工作影響較大，進而嚴重影響到平臺出廠時間。項目組決定打破常規(guī)，出塢前夕，在塢內(nèi)連夜加班完成傾斜試驗。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。不僅為FPS的按時出廠贏得寶貴的時間，而且降低了試驗風險、節(jié)省了試驗費用。

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

船級社對浮式生產(chǎn)平臺的要求是，主機的設(shè)計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)船用機組設(shè)計要求(目前固定式平臺和油船)是橫傾15°，縱傾5°；橫搖22.5°，縱搖7.5°。相對于常規(guī)船用機組，本次流花電站的兩臺機組設(shè)計難度增加，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行重新設(shè)計，而底座設(shè)計的正常周期是6個月，不能滿足工期要求。由于流花平臺是海油系統(tǒng)惟一的一座浮式生產(chǎn)平臺，項目各方經(jīng)驗不足，沒有技術(shù)儲備，項目進度因此一度受阻。

突破機組傾斜角難題關(guān)鍵是機組在任意方向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)不會出現(xiàn)抽空現(xiàn)象；②公共底座能夠承受1 150 kN機體的剪切力。為此，需對潤滑系統(tǒng)重新設(shè)計，對原有公共底座進行結(jié)構(gòu)加強。將原有公共底座的標準設(shè)計改為非標設(shè)計，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；對公共底座進行結(jié)構(gòu)加強和強度校核，重量由原來的11 t增至13 t。

2.6 符合機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，新建船用主機需執(zhí)行新的氮氧化物排放標準，并已納入船級社強制執(zhí)行的規(guī)范之中。須對原有機組的控制和燃油系統(tǒng)進行升級，實現(xiàn)油耗和排放最優(yōu)組合，才能達到此要求。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，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，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，NOx不超過3.4 g/(kW·h)。

排放達標的關(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)速變化信號進行補加空氣量控制)。

3)采用可變?nèi)加投〞r(VIT：根據(jù)負荷變化信號進行噴油提前角調(diào)節(jié))。

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

5)采用安全控制系統(tǒng)(SaCoSone：設(shè)有136個報警點，每個報警點裝有雙探頭；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可達到遠程控制，無人機艙的要求)。

2.7 機組在平臺受限空間的布置方法

1)發(fā)電機撬塊的布置。主機房左邊為重油處理間，右邊為生活區(qū)，中間長度為11 700 mm,而機組撬塊的標準尺寸為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，需對機組標準尺寸進行壓縮。可是，要把成熟的標準設(shè)計產(chǎn)品在有限的時間內(nèi)改成非標設(shè)計相當困難。

高彈聯(lián)軸節(jié)的標準設(shè)計改為非標設(shè)計，長度由470 mm縮減至348 mm。發(fā)電機的滑動軸承改為滾動軸承并優(yōu)化設(shè)計，發(fā)電機長度由3 760 mm縮減至3 630 mm。把柴油機滑油系統(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，同時把高低溫水泵由機外泵改為機帶泵，節(jié)省了機房安裝空間。

通過上述一系列定制，機組尺寸最終縮減至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2個滑油撬塊的布置。2個滑油撬塊原來是單獨設(shè)計，每個撬塊的標準設(shè)計尺寸是2.0 m×1.1 m×2.5 m；因受空間限制，需將2個撬塊合并成1個，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。由于增加了兩臺主機，需拆除原有的6個中壓進線柜，調(diào)換成6個新的中壓進線柜，原來柜子寬度為600 mm，預留空間為3 960 mm，因國外廠家不提供非標尺寸的柜體，通過采用柜子內(nèi)部的部件(真空短路器)進口，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)主要實現(xiàn)了兩個功能：(1)電源管理的功能，通過PMS與各機組PLC的通訊，采集數(shù)據(jù)，綜合計算，按照機組出力比率進行平衡；(2)優(yōu)先脫扣功能，在部分機組跳閘后，按照預先設(shè)定的順序關(guān)停負載，確保在大負荷變化時電網(wǎng)不會崩潰。

本次在PMS程序編寫完成后，在工廠內(nèi)先進行手動輸入信號的模擬測試，在平臺解脫前就對舊機組特性參數(shù)進行采集，又利用工廠臺架試驗時間窗對新機組特性參數(shù)進行采集，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)對PMS程序進行了多次優(yōu)化，由于準備工作非常充分，在機組聯(lián)調(diào)時，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FPS塢修工程是國內(nèi)近年來進行的海洋浮式平臺大型維修改造工程，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。平臺主電站國產(chǎn)化項目也是在國內(nèi)海洋石油系統(tǒng)第一次成功的嘗試，項目突破了常規(guī)船用機組的技術(shù)要求，通過技術(shù)攻關(guān)，滿足了平臺規(guī)范對機組的特殊要求，并成功實現(xiàn)了新機組的并網(wǎng)發(fā)電。

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

[1] 海洋石油工程設(shè)計指南編委會.海洋石油工程設(shè)計指南：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.