“深海一號”能源站已在陵水17-2海域落位并完成系泊回接。它在國內(nèi)首次采用30年不回塢設(shè)計，其疲勞壽命要求比半潛式鉆井平臺高出了一個數(shù)量級。

“深海一號”能源站如何在惡劣環(huán)境下還能做到30年不回塢？

這一回，為您帶來“錚錚鐵骨”鑄就“深海一號”的故事。

“深海一號”的鑄就之旅

世界上最大跨度

半潛平臺桁架式組塊

      “深海一號”包括組塊、凝析油、立管等在內(nèi)的負(fù)載超過4萬噸，對在位穩(wěn)性提出了苛刻要求?？傇焊◇w性能工程師提出逐步加大跨度的想法，直到長達(dá)合龍能接受的最大跨度——49.5米才松了口氣。

      負(fù)載和穩(wěn)性的雙重夾擊，造就了“深海一號”世界最大跨度的半潛式平臺桁架組塊，兩個方向跨距為49.5m×（21m+49.5m+21m）。這比荔灣3-1中心平臺還大出整整一圈。

     如何保證大跨度的組塊能夠承受南海惡劣環(huán)境條件，能夠滿足30年的連續(xù)服役疲勞？這里凝聚著組塊結(jié)構(gòu)工程師的智慧。

完美的45度----感受結(jié)構(gòu)布局之美

      在幾乎沒有實例可參考時，總院組塊結(jié)構(gòu)工程師只能在不斷的嘗試中尋求答案，像這樣的手稿，設(shè)計人員畫了無數(shù)張。

      在權(quán)衡設(shè)備布置與結(jié)構(gòu)匹配、主梁次梁布置勻稱后，規(guī)劃出了斜撐角度均為45°的近乎完美狀態(tài)，勾勒出了“深海一號”能源站“六橫四縱”的脊梁。

從選材到設(shè)計，精益求精

     “深海一號”承載著200多套油氣設(shè)備，在加大跨度后，仍要將整個組塊重量控制在船體可接受的范圍內(nèi)。組塊結(jié)構(gòu)工程師從選材到設(shè)計，精益求精地踐行自己深水開發(fā)責(zé)任。

    為了讓“深海一號”組塊重量減重2%，組塊結(jié)構(gòu)工程師主動擔(dān)負(fù)起“減負(fù)”的重?fù)?dān)，大規(guī)模采用屈服強(qiáng)度達(dá)414MPa的超高強(qiáng)鋼。節(jié)省的“2%”展現(xiàn)了工程師高度的責(zé)任感。

      組塊的身軀在工程師智慧驅(qū)動下更加“精干”，大梁高度將從2m優(yōu)化為1.5m，在減重的同時，為“深海一號”能源站在位性能提供了舒適的結(jié)構(gòu)解決方案。

      組塊結(jié)構(gòu)工程師創(chuàng)新啟用“線”的秘籍，采用隅梁支撐的方式，利用一根短短的直線鋼管保證了大梁的側(cè)向穩(wěn)定性，真正做到“四兩撥千斤”。

     對于“點”的設(shè)計也獨出心裁。放棄以往采用筋板做節(jié)點的方案，組塊的主要節(jié)點全部采用扣管的方式，讓節(jié)點設(shè)計更結(jié)實高效。

“深海一號”船體如何

在南海30年樂此不“疲”

     船體結(jié)構(gòu)是整個結(jié)構(gòu)設(shè)計的“主心骨”，它對上承接整個上部組塊，對下連接立管與系泊系統(tǒng)，同時自身還儲存凝析油，直接承受波浪載荷的侵襲，是平臺強(qiáng)健體魄的基石。

世界首創(chuàng)適應(yīng)凝析油裝載的立柱結(jié)構(gòu)構(gòu)造

     傳統(tǒng)的半潛式平臺立柱，呈現(xiàn)簡單的“田”字形剖面結(jié)構(gòu)。“深海一號”立柱高達(dá)59米，要儲存2萬方凝析油，其結(jié)構(gòu)設(shè)計是一條前人未走過的路。

     如何在立柱中植入凝析油艙？如何確定凝析油的儲存安全？總院浮體結(jié)構(gòu)工程師創(chuàng)新性地提出了在“田”字形結(jié)構(gòu)外扎起一道“泥巴墻”，在立柱的外側(cè)相比常規(guī)增加一道隔離艙壁，內(nèi)外殼體互為面板支撐，與中間的水平桁共同形成一副“護(hù)體鎧甲”。立柱內(nèi)部形成 “十”字形艙壁，為世界首創(chuàng)適應(yīng)凝析油裝載的半潛式平臺立柱結(jié)構(gòu)構(gòu)造，讓“深海一號”的立柱在波浪疲勞的侵襲下屹立不倒。

一肩挑起萬斤重?fù)?dān)

     為使“深海一號”上部組塊與船體連接更有力，采用了“大立柱嵌小立柱”的形式，在船體立柱的角點位置嵌入上部組塊立柱的支撐柱，在支撐柱的內(nèi)部設(shè)置“十字”交叉強(qiáng)框和多個水平環(huán)梁，在支撐柱頂部通過3米大的肘板，整個連接結(jié)構(gòu)就像一束花，在最需要它的地方綻放，實現(xiàn)了板架結(jié)構(gòu)與桿系結(jié)構(gòu)的完美聯(lián)結(jié)。使得支撐結(jié)構(gòu)的疲勞壽命能夠達(dá)到150年以上。

#船體組塊連接結(jié)構(gòu)

最強(qiáng)鐵三角

      相比支撐組塊的船體結(jié)構(gòu)，與浮箱連接節(jié)點技術(shù)指標(biāo)需求更高，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)須滿足300年疲勞壽命的要求，這對浮體結(jié)構(gòu)工程師更加挑戰(zhàn)。

     船體結(jié)構(gòu)工程師給出了雙環(huán)形連接解決方案：它就像兩個浮箱伸出的手指，“十指緊扣”交叉鎖在一起，與立柱一起構(gòu)成了船體結(jié)構(gòu)里的“最強(qiáng)鐵三角”，成果邁過了300年疲勞壽命的門檻。

#船體雙環(huán)形節(jié)點的其中一環(huán)

上億次循環(huán)荷載的考驗

    浮箱上懸掛的立管在整個生命周期內(nèi)會產(chǎn)生上億次的循環(huán)荷載，16根系泊纜都會有300噸的張緊力。立管和系泊纜的支撐結(jié)構(gòu)受到了船體結(jié)構(gòu)工程師的特殊關(guān)照，在普通結(jié)構(gòu)的背面打上了一層厚厚的“補(bǔ)丁”，通過專門的強(qiáng)框架，把“點”荷載散出去。

#立管固定結(jié)構(gòu)

超萬噸級的組塊船體

如何大合龍？

      “深海一號”船體重3.3萬噸，上部模塊重1.6萬噸，如何合二為一？總院團(tuán)隊推薦采用整裝合龍方式，避免過大的連接調(diào)試工作。

“泰山”吊讓組塊舉重若輕

      國內(nèi)福士船廠泰山吊吊裝重量可達(dá)2萬噸，其吊裝能力以及船塢的配套設(shè)施基本可以滿足吊裝合龍要求。

     將半潛式生產(chǎn)平臺船體預(yù)先移位到塢中，在“泰山”吊的神力下，即使1.6萬噸的組塊，依然舉重若輕，可輕松的吊起放到船體上。

吊裝合龍邁不過的9米

     來福士船塢內(nèi)水深達(dá)不到9米。在組塊完全坐落在船體上時，整船與塢底間隙較小，船體只能坐底。

    為了適應(yīng)“深海一號”大合龍階段的船體座底狀態(tài)，船體結(jié)構(gòu)在節(jié)點區(qū)域，設(shè)置縱橫交錯的三道由艙壁和強(qiáng)框架組成的連續(xù)強(qiáng)支撐結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于為整個平臺打造了一套堅固的“靴子”，讓平臺能夠安全可靠地站到塢底上。

獨具匠心的對位捕捉裝置設(shè)計

       “深海一號”的整體合龍另一大技術(shù)難點在于如何實現(xiàn)精確的對接控制。

     為了解決這一難題，技術(shù)人員定制了對位捕捉插尖結(jié)構(gòu)，該捕捉裝置能夠?qū)崿F(xiàn)250mm以內(nèi)的偏差捕捉，結(jié)合船體的壓載調(diào)控能夠充分保證合龍的精準(zhǔn)對接。

30年漂泊無休，“深海一號”如何拒“腐”生威

      在海上航行的普通船舶通常2至3年就要進(jìn)行一次塢修檢驗，而“深海一號”能源站的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是“30年不回塢”，意味著這座海上巨無霸要與高溫、高濕、高鹽霧、超強(qiáng)臺風(fēng)等惡劣環(huán)境不間斷戰(zhàn)斗30年！

     船體系長統(tǒng)性壽命防腐方案可靠性設(shè)計是保障30年無休的重中之重。防腐專家團(tuán)隊提出了系統(tǒng)性防腐措施，保障“深海一號”全時在位服役。

內(nèi)外兼修 雙管齊下

       針對頻繁調(diào)載的壓載艙室，在增加壓載艙室內(nèi)壁腐蝕裕量的基礎(chǔ)上涂覆防腐涂層，并配套鋁基犧牲陽極作為補(bǔ)充保護(hù)。

#海洋腐蝕環(huán)境劃分示意圖

全時在位 有“備”而來

     在海水全浸區(qū)，船體外表面設(shè)計了滿足30年運(yùn)行的犧牲陽極，保障了海水中的鋼結(jié)構(gòu)在全壽命周期處于保護(hù)狀態(tài)，這也是國際上長達(dá)45年不回塢經(jīng)驗的解決方案。

     但防腐專家團(tuán)隊在此基礎(chǔ)上給結(jié)構(gòu)防腐上了雙保險，考慮了犧牲陽極無法滿足30年要求時，提出“犧牲陽極+備用外加電流”的陰極保護(hù)設(shè)計方案。

#船體備用陰極保護(hù)裝置示意圖