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【中国建设者】史上最大最重最先进的海上巨无霸,开启未来能源路!

新春巨献

展现“中国智造”巅峰之作,

致敬追求卓越、实干兴邦的中国建设者!

世界上海拔最低的酒店、±800千伏滇西北特高压直流输电工程横贯东西、交通大动脉—沪通大桥、穿越海峡的海底隧道、未来之城之综合管廊、蓝鲸号半潜式钻井平台工程、雅砻江两河口水电站…

一个个超级工程拔地而起,背后是中国建设者们无怨无悔的默默付出。春节期间,转自:建筑结构-公众号特推出“辉煌中国”“中国建设者”“超级工程”系列报道,回顾我国建设重特大工程的不凡旅程,为您揭开工程背后的故事!

半潜式深海钻井平台——海上巨无霸“蓝鲸

这是一座钢铁岛屿,它是史上最大、最重、最先进的半潜式钻井平台。这座以海上巨兽“蓝鲸”命名的海工巨无霸可以抵达最险峻的深海,钻探海面1000米以下的可燃冰。在能源开采向深海进发的时代,蓝鲸号的建造,要突破许多海洋工程极限。

在能源开采向深海进发的时代,蓝鲸号的建造,要突破许多海洋工程极限,中国建设者们必须完成从传统制造向现代智造的跨越。

一座名为蓝鲸号的钻井平台在烟台北岛中集船厂诞生,这座承担着特殊使命的深海平台,完工后它将驶向南海寻找一种吸引着全世界目光的未来能源,可燃冰。

可燃冰,一种天然气与水,在高压下形成的深海沉积物,能量比相同体积的石油,高出十倍。中国境内已探明的可燃冰储量足够满足100年的能源使用需求。

但目前已知的可燃冰,大多埋藏在1000米以下的深海海底,只有建造出世界上最先进的钻井平台,才能抵达如此深度。

世界上最复杂、最先进的钻井平台

根据设计蓝图,蓝鲸号的最大钻井深度超过15000米,相当于钻杆可以抵达三十多座东方明珠塔深度的海底和岩层,它在整个设计复杂程度和先进度上,都超出了我们以前的想象。

把蓝图变为现实的第一步是在电脑里绘制出三维立体模型,如果把这座模型按实际比例放大到100倍,将有一个足球场大小,仅37层楼高,194座自由女神像的重量。

于长江中集来福士船厂板块研发中心 设计二部经理,“蓝鲸”号钻井平台总工程师

它在整个设计复杂程度和先进度上,都超出了我们以前的想象。以前我们做的项目,整个工程重量才2.5或2.6万吨,翻了将近1.75倍。当之无愧的海上巨无霸。

更大的挑战,还在于时间的紧迫。目前全世界对可燃冰的试菜竞争已进入白热化,美国、日本的研究已经领先,要想迎头赶上,蓝鲸号必须尽快完工。

脚手架的搭建

如果采用船舶中惯用的脚手架施工,自下而上,一层层搭建,蓝鲸号绝不可能按时交付。

整个高度为118米,如果往上搭,对工人的安全性有很大的风险,另一个方面,如果一层一层往上搭,整个建造周期也会拉长。

于长江必须突破传统的造船规则,最终方案,如同一个海工学上的立体拼图

蓝鲸118米高的身躯被一分为三,上、中、下三个部分在三个船厂同时开工,建造完毕后再拼装组合,最终完成蓝鲸庞大骨架的大合龙。

大合龙方式是上下船体合龙,这就要求我们下船体和上船体平行建造,减少建造周期。

这种上下超大船体拼接的方法,看似解决了问题,但也意味着在不久的将来,海工工程师将面临着海工建造史最重的一次起吊,不过眼下还有比大合龙更棘手的问题亟待解决。

上船体与下船体合龙,起吊

蓝鲸号的上下船体正在分别修建,经过10个月的奋战,下船体已经浮现,两只钢铁巨靴从50公里外的海阳基地缓缓地拖入烟台北岛中集船厂。

和下船体同步完工的上船体,是一座有着20层楼高的超级甲板,它包含钻塔、井架、发电机房,直升机平台和员工宿舍等重要设施,总重达到18750吨,相当于15000辆家用轿车的重量。

把那块切掉,最少的话一块800吨就可以了,接下来,上船体被整体抬高,与下船体精准对接,一场惊心动魄的大合龙,由此拉开序幕。

蓝鲸号的上下船体已经分段建造完成,现在工程师们面临海洋工程建设史上最大的一次起吊,他们要交将近一个足球场面积大小的上船体吊起,与下船体实施精准对接。

泰山吊是全世界起重能力最大的桥式起重机,坐电梯从底到顶要足足3分钟,这座近乎巴黎凯旋门高度和跨度的龙门吊,正如如它的名字“泰山”一样,一次可吊起2万吨的重物。只有他可以吊起蓝鲸号的上船体,这次合龙如果成功,将创造海洋工程建设史上的奇迹,若有任何闪失,整个工程也将毁于一旦。

当于15000台家用轿车重量的甲板,被200根钢缆捆绑住,每一根钢缆通过一个吊耳与甲板固定,焊接在上船体上的近200个吊耳是起吊的重大难点,一旦一个吊耳发生断裂,受力不均,会导致上船体钢板被撕裂,200个吊耳就会像是多米诺骨牌,变成一场灾难。

安全检测人员对近200个吊耳,做外科检查。首先是听诊,裂缝产生的杂音会通过专业的设备被放大。

接着是望诊,微小的磁粉颗粒会在磁场的作用下,自动向有裂缝的地方靠拢,形成肉眼能识别的痕迹。

李天侠有“吊王”之称,起吊“蓝鲸”总指挥。

“吊王”以往吊装的物件,无论体积和重量,在即将起重的蓝鲸超级甲板面前,都是小巫见大巫。

在起吊的时候,重量一点点地往上加,操作员在离地30层楼高的透明座舱内控制泰山吊,几百根钢缆被慢慢收紧。

吊车操作员,要让一个足球场大小的上平台,对齐安放到下平台的四根钢柱上,这就像要把一个庞大的桌面,精准对接到四个桌腿上。他的误差应该不会超过20毫米。

历经惊险漫长的16小时,18700吨重量,提升40米,并一次放置到位。工程师们创造了海工建造史的新记录。蓝鲸超级平台被稳稳当当地安放在了35米高的立柱上。

10厘米超厚钢板的研发

给平台的关键部位,寻找特种钢板,它涉及的这个工况是恶劣环境,达到16级的风暴,设计可能要比现实的情况考虑的边界条件更多一些,更困难些。

蓝鲸号的设计寿命是25年,并且能够在全球95%的海域作业。

这要求蓝鲸号的钢板,首先要够厚够强,能抵御冰冷的海水,年复一年的拍打和腐蚀。

同时还要有足够的韧性,抵挡狂风大浪的猛烈冲击。

过去,这种特殊钢材,都要从国外进口,除了支付高额的费用,经历漫长的等待,还有接受近乎苛刻的条款,我们需要从日本或德国的一些钢厂进行购买,整个周期就是非常长,不能满足我们的建造要求。

严玲辽宁鞍山特种钢研发工程师

挑战10厘米厚度的高强度钢板,这个厚度是目前国内海洋工程的最高纪录。

首次实现这种高端海工钢国产化,我们感到自豪的同时,任务也很艰巨,就是不达目的誓不罢休

实验进行了三个月,现在钢材表面的韧性,已经达到要求,但无论如何调整材料的配比,钢板芯部的韧性和强度。始终无法达到表里一致。

对于钢板来说,钢板的厚度越大,那么它芯部的强度和韧性指标会相应地降低。

超厚钢板,就形同武士的盔甲,紧紧护卫着蓝鲸号的船体,但失去了强度和韧性,钢铁巨人也只能是外强中干。

在大风大浪的猛烈冲击下,钢板就可能从芯部被撕裂。

就出生在一个钢铁世家,已经有20多年与钢铁打交道的严玲,过往的经验告诉她,“控制在28度左右,是不适合快速冷却,包括导热的超厚的钢板需要超高的温度进行轧制。一番急火猛攻后,钢材成型。

但检查结果显示,这种方式练出的钢材,表面的强度和韧性足够,但钢材中心抗冲击的韧性仍然不达标。严玲开始怀疑这种传统的高温压轧方式。

她试想反其道而行,用长时间的低温,慢慢轧制,当钢板表面温度低的时候,在轧制过程中,它变形的渗透能力,芯部的渗透能力会更强,对最终性能的均匀性,起到良好的保障。

大火猛攻变成小火慢轧。

轧制的过程,像是擀饺子皮儿,将预先炼制好的金属块在辊轮下,通过一遍遍的轧制,达到预定的厚度,超厚钢板的低温轧制,需要的是金锤百炼。严玲和他的团队,在烈火灼人的轧钢机前,一站就是3个月。然而他们的付出最终能否得到圆满的结果。

第一批样板,还要通过蓝鲸建造工程师们最严苛的技术测试,超厚钢材被从中心取样,紧急送往实验室。

这个材料还是不错的。通过各项指标的检验,严玲他们研制的10厘米钢板中心的韧度和强度完全达到要求,20.78kN,抗拉强度达到782MPa。

于长江知道这些国产特种钢材,对于中国海洋工程的分量。在外商钢材厂门口,用高价等待交货的日子将成为历史。

在D90(蓝鲸)这个项目上,我们也大量地采用国内的一些材料和一些设备,也带动了国内的一些相关的产业的发展,整个的国产化达到了60%多。

超厚钢板的焊接

这座钢铁巨无霸,也有最薄弱的环节,尤其是四根立柱与平台的接缝处。

接缝一旦有问题,海上的狂风巨浪将直接掀翻平台,这么大的一个43000吨的一个半潜平台,但是在海洋中它就相当于一叶小舟,所以我们对自然也更敬畏一些。

1980年3月27日,九级大风突袭挪威的亚历山大基兰号钻井平台,

钻井平台像圆桌一样被飓风掀翻,消失在海底,123人遇难,

而原因仅仅是立柱的钢结构上出现了一个微小的瑕疵,导致立柱承受不住巨大的应力而被撕裂,挪威北海海难,犹如泰坦尼克号一样,一直在给海工设计者们敲着警钟。

蓝鲸超大的体量和重量,使得它在上下船体接缝处,承担着巨大的应力,要想保证蓝鲸号的安全,接缝处的焊接必须万无一失。

“上下船体这些连接区域,这块应力水平比我们以前的设计的项目,要高得多”,于长江说。

但是蓝鲸号所选用的钢板厚达10厘米。

远远超过全世界所有其它的海工平台,还没有人掌握如此厚度,高强度的海工钢板的焊接工艺。

马振华,中集“蓝鲸1号”项目经理,负责超厚钢板的焊接项目。

实验已经进行了一年多,却依然没有进展。从来没有人焊接过这么厚的高强度钢板,他的难道到底在哪呢?

原来钢板越厚,焊接处的熔合性能就越差,即使用机器人焊接,微裂缝、夹渣、气孔也无法避免,而任何一点瑕疵的出现,都能导致焊接处在巨大的压力下开裂,反复地讨论,反复地论证,反复的检测。

焊接处的中心部位反复出现气孔。气孔会影响焊接好的钢板的强度和韧性,这意味着焊接仍不达标。

马振华带领团队,一个参数一个参数地调整设置,进行尝试,通过多少次摸索,最后找到了最合适的它的电压、电流、温度,还有焊接速度。

正值盛夏,每一次实验,超厚钢板都要被整体加热到400摄氏度。而且为了减缓散热速度,整个车间,必须门窗紧闭,在焊工和机器人合作下,两块10厘米厚钢板终于被毫无瑕疵的,一点点缝合起来,在焊接的火焰中,上下船体渐渐联结成一体。

试航启程

立柱底部,还设计有8台巨型全回转式推进器,为这座钢铁巨人提供超强动力。

但因为水深不够,这8个推进器无法在码头启动,蓝鲸号需要一片更广阔的海域。

2017年7月29日,五艘拖轮拖拽着蓝鲸号向大海进发,海上巨无霸即将迎接它的首次试航,三年的时间,切割7000张钢板,焊接近54万公里,安装超过300万个零件,所有的努力,终于到了检验成果的时候。

如果试航成功,意味着中国在试采可燃冰的征途上。又跨出了关键一步,而如果失败,几千名工作人员3年的所有辛苦都将随着波浪付之东流。

侯立平,中集来福士船厂蓝鲸系列试航总指挥。

海上巨无霸蓝鲸启程试航,总指挥侯立平压力巨大,有着十五年海工调试经验的侯哥,要在近20天的试航时间内完成700个项目的系统测试。

这是就是一个风险巨大挑战,就是没有一个时间的白班晚班都是应该是往前冲。就是每个人的应该是跟时间赛跑。五艘拖船加足马力,四个小时的连续航行,终于将这座海上巨无霸,拖入深水区,水深超过28米,意味着蓝鲸底部的8个推进器可以启动,蓝鲸有了自主航行的动力,不再需要拖轮的牵引。

接下来,工程师们要敲断拖轮与蓝鲸之间的牵引钢缆,这个看似简单的任务,却有着巨大风险。

“在剪之前心里一直是绷着的,所以说一直是驾驶座、左蔙、右旋不断地在跑去看,确认一个状态

蓝鲸与拖轮之间由钢缆连接,此时钢缆紧绷,如果敲击的角度和时机掌握不好,几千公斤的力量将会横扫平台。

“整个钢丝绳拉断了,直接蹦回来,那种破断力是很大的。如果人能后面直接就没有了。难度更大的是,是蓝鲸号通过两条钢缆与拖轮连接,现在这两条钢缆,需要在同一时间被敲断。

所有人员撤出三角区,所有的工程师都来到甲板,密切的观察着进度,钢炼直接放到水里然后。再往后开始退了,蓝鲸底部的推进器开始启动,巨无霸终于开始它的独立远航。

小孩学走路似的,原来船是扶着拖轮走,从这一刻开始就会走路了

蓝鲸是一座半潜式的深海钻井平台,危险性极高的钻井作业,要求整个平台在波浪中保持纹丝不动,我们是超过15000米的深海作业,在这种情况下,整个定位系统有问题的话,整个钻杆甚至会直接拉断的,一旦在海上油气管路出现断裂,那是一个灾难。

这里是世界最先进的航海控制中心,屏幕上显示的是8台推进器工作的各项指标,这8台推进器除了提供动力,还有一个重要的作用,保持稳定,他们将蓝鲸牢牢地锁定在原地。

正常的话我们可以做到的,35米每秒的风速超过12级的情况下,位移不超过1米。

这是DP(动力系统)定位的能力,8台巨型推进器,随时校准蓝鲸在汪洋大海中的位置,保证它在12级大风中位移依然不超过一米。

推进器正常运转必须有电力保障,如果电力中断,这八台推进器,就会停止工作。这对蓝鲸来说是致命的危险。一旦是说配电盘,发电机,主机,整个全船没有动力的情况下,那你就彻底失控,就像一片树叶在海上飘着一样。

整个平台及时发声的极端的故障,也能够在最短的时间内,隔离故障设备迅速恢复动力。蓝鲸号上万台设备的供电,迅速阶段。45秒内,蓝鲸号,用惊人的速度,自动恢复了全部供电,这个测试的成功预示着蓝鲸号的所有系统,都已实现自动控制。4000盏灯,照亮了这座海上城市。

向深海进军

3年的时间里,为建造这艘海上巨无霸,几千名工作人员忙碌了近1千万个工时,这座海上城市凝聚了无数海工人的心血,这些辛苦的付出,都因为一个好消息,得到了回报,2017年5月,蓝鲸一号,远赴南海,成功完成可燃冰的试采任务,开创了中国的又一项世界纪录。

这个试采成功打破了欧美垄断,打破了跟跑状态,可以说是世界第一,名列前茅。蓝鲸二号,正在全速前进,达到最高设计时速10节,也就是近20公里每小时。

现在,侯立平要让这艘巨无霸完成一个特殊的动作,4万吨重的钢铁巨人开始在海上旋转,它正在向所有赋予它生命的海工人致敬。

中国建设者们,克服重重考验,使得这座全球最大、最先进的钻井平台成为现实,现在它可以跨越大洋,为全球源源不断地提供不竭能源!

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作者: ganggouren

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