2000T自升式風電安裝平臺關鍵工藝質量技術研究

◆ 吳正峰 沈鵬鵬 季秋兵 / 文

目前全球大力發展綠色可再生能源，在應對全球氣候變化等方面已達成共識。2015年，《巴黎協定》獲得通過，我國承諾2030年二氧化碳排放達到峰值，單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降60%～65%，非化石能源占一次能源消費比重達到20%左右[1]。發展可再生能源已上升為國家戰略。

海上風電是目前世界上最具潛力的可再生能源，在發展可再生能源中具有舉足輕重的地位。我國近?？砷_發和利用的風能儲量有7.5億千瓦，其中5米到50米水深、70米高度風電可裝機容量約為5億千瓦。“十三五”規劃建設海上風電1000萬千瓦，建成僅150萬千瓦，海上風電開發極具潛力。

上海振華重工集團南通振華重型裝備制造有限公司牢牢把握這一機遇，順應市場需求，勇于創新，突破性地研發了適用于未來8MW～10MW風機安裝的龍源振華2000噸自升式風電安裝平臺[2]。該平臺擁有世界最大起重量、最高起升高度，有力促進了海洋資源的大規模開發。項目的成功研發填補了我國在大型自升式風電安裝平臺領域的空白，打破了國外公司長期在該領域的壟斷局面，為我國海上風電開發提供了性能優良、功能特殊的海洋核心配套重型裝備。

1 項目概述

2000T自升式風電安裝平臺是一艘具有2000噸起重能力的自升式風電安裝平臺，用于8MW海上風電機組吊裝，并兼顧8MW基礎樁安裝。該平臺能涵蓋國內“雙十”標準（離岸10公里、水深超過10米）的海上風電場風電機組設備施工；起重機最大吊重能力為2000T，主甲板以上吊高120m，工作時水面以上總吊高最大可達160m；平臺站立作業時可變載荷可達1萬噸，可用甲板面積為3000平方米，能滿足3套8MW風機的運輸。在項目實施過程中，對滿足海上風電安裝平臺的關鍵核心部件，如起重機結構、抱樁機、平臺升降系統[3]、電控系統等關鍵技術開展研究，形成自主知識產權。該項目具有以下特點：

圖1 2000T自升式風電安裝平臺

1）集海上打樁、吊重運輸、工程安裝和風電場維護多功能于一體，提高工作效率，節約成本。

2）超大的起重能力（達2000噸）和超大的起升高度（達12 0米），可以滿足未來10年內中國海上風電施工作業的需求。

3）起重機臂架采用包容式節點，降低疲勞應力 2/3，高可靠，可大大減少疲勞應力約30%，提高了桁架的整體可靠性。

4）采用冷軋薄壁重載滑輪，繩槽經淬火硬度可達HRC50左右，抗磨損，可終身不更換。滑輪腔采用密閉裝置，3年不加油。采用上述技術措施，可大大減少對滑輪的維護，方便用戶使用，節約維護成本。

5）有足夠大的居住面積（定員108人）和超大的甲板面積（容物面積達3000 平方米），讓船員在平臺上住得舒心、用得順心。

6）起重機端部采用可張開滑輪組，張角大不磨損滑輪槽，適合平吊長大件，可直接翻樁，保證翻樁作業的順利實施。

7）抬升機構的齒輪經過淬火，其表面硬度達HRC48以上，抗戶外惡劣環境的磨損。采取上述技術措施，齒輪與齒條的使用壽命有效延長到與平臺同等的使用壽命。

8）船艏艉設有動力定位系統，便于迅速定位。在施工作業時，可實現短距離的移船，不再需要使用拖輪來移船，可提高工作效率、節約生產成本。

9）采用了直徑12米的超大回轉軸承，可承載4000噸，為世界首創。國內首次生產這么大的回轉軸承，此次成功應用，提升了我國在該領域的設計與制造水平。

10）齒條抬升機構設置扭矩傳感器，可精確顯示實時載荷。

2 質量技術研究內容

自升式風電安裝平臺屬于定制產品。新產品研發往往需要相對應的工藝研發，并為新產品生產開發配套的生產技術。由于龍源振華2000T自升式風電安裝平臺集眾多科技創新、先進技術于一體，諸多建造難點帶來了巨大的壓力和挑戰，因此急需一套工藝技術研發方法以達成技術創新目標，實現重大工程交付，進而提高企業效益和社會效益。

通過精心策劃，該項目將工藝研發過程分為組織、實施、評價、驗證四個階段，從前端策劃布局、解決風險矛盾沖突、評審程序控制、實施改進過程導入多種質量技術工具，以與工藝實施過程相結合的方式，建立了全方位保障式工藝實施體系。

2.1 前端策劃組織

圖2 全方面保障體系

采用IPD矩陣式方法，跨部門建立項目工藝研發組織架構。基于TRIZ理論將重型絞吸挖泥船核心部位逐一分解為三級子系統，再用將大系統分解為子系統的方式分析問題。同時，以客戶滿意為目標導向，詳細策劃分析各項質量需求。

2.2 技術創新開發

大型自升式風電安裝平臺在國內尚屬首創，無任何可參考經驗，項目結合FMEA分析，基于QFD質量功能展開及TRIZ發明理論，對設計及工藝中技術特征、質量特征、客戶需求特征進行深層次研究，分析生產制造能力明確存在的實際問題，建立物-場模型，運用三維設計系統建立模型，進行受力計算，形成了標準解決技術沖突的路線，輸出關鍵工藝方案28項。

2.3 方案評審

以內部、外部、專家級逐級多層次評審，全方位利用國家標準、行業規范、國內外經驗教訓數據庫，通過采用SWOT分析法評價工藝方案的適用性、經濟性、先進性、可操作性，對工藝實施所需的人員資質、工裝設備、材料性能、施工方法、環境資源、檢測檢驗、應急預防等環節進行全過程合理分析，建立了關鍵工藝評審體系，有效降低了工藝實施過程中的風險，確保產品施工過程中的質量，保障施工現場的順利推進。

2.4 驗證優化

以SMART目標管理法，將施工工藝進行分解，提前策劃生產準備、人力保障、資源計劃，對工序策劃、計劃管理進行精準把控，縱向延伸到設計、物資、制造、加工、安裝、檢驗全過程各個環節，橫向拓展到各部門、各崗位，通過細化、分解落實各層級、各單元職責，施工前再次組織質量工藝交底，推演每個活動步驟，使操作流程、控制要點深入貫徹每位參與人員心中。通過檢驗人員的現場監督，嚴格把關，有效保障了項目抬升結構的制作及加工、樁腿吊裝合攏、高強度鋼焊接與殘余應力降低等全部關鍵質量技術的具體實施，高質量、高標準完成了高難度項目的建造。

通過運用上述質量技術，完成了2000T自升式風電安裝平臺抬升系統，起重機、抱樁器等關鍵結構的工藝開發和建造以及關鍵焊接質量控制，成功填補了國內大型自升式風電安裝平臺建造質量技術的空白。

3 創新亮點

本平臺的創新亮點主要包括：

圖3 工藝實施體系

1）基于多種質量管理方法及工具，構建了自升式風電安裝平臺項目全方位工藝保障體系，形成專項工藝文件28篇。

2）基于FMEA理論分析了抬升系統的風險點，運用TRIZ和SWOT的質量技術管理系統理論，保質保量完成了建造。

3）利用TRIZ和SMART管理技術工具完成了抬升框架結構制作與加工的工藝、樁腿結構建造及合攏工藝。

4）使用SMART方法，對目標分解、過程控制、過程檢測、工序策劃與計劃管理進行合理的把控。

4 結束語

2000T自升式風電安裝平臺關鍵工藝的質量技術研究，其最大的難點不在于上述某一項技術發明或創新，而是整個平臺在實際建造過程中關鍵工藝的研究。振華重工利用自身在海工領域的科技研發和制造經驗優勢，創新建立了全方位保障式工藝實施體系。其研制對促進我國風電建設、振興我國海洋工程裝備設計建造具有重大意義。