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深海巨擘

—— 西門子動(dòng)力包系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)深海半潛式鉆井平臺(tái)“藍(lán)鯨1號(hào)”探索海洋寶藏

踏上深海半潛式鉆井平臺(tái)“藍(lán)鯨1號(hào)”，仿佛置身一座微型的海上孤島。藍(lán)天白云下，海風(fēng)迎面，甲板起伏之微小讓人難以相信是身處洶涌的波濤之上。平臺(tái)上配備有鉆井架、直升機(jī)起降坪以及各類機(jī)械吊臂，宛如屹立海面的鋼鐵巨人，為了人類的能源事業(yè)奮勇向前。

這是中集來(lái)福士打造的目前*的超深水、雙鉆井半潛式鉆井平臺(tái)。它堪稱海工裝備里的“航空母艦”，平臺(tái)長(zhǎng)117米，寬92.7米，甲板面積是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)的1.5倍，從船體到鉆井架頂端高118米，相當(dāng)于37層樓高，造價(jià)相當(dāng)于兩架空客A380飛機(jī)。

平臺(tái)配備有餐廳、宿舍、醫(yī)院、休閑娛樂(lè)等生活設(shè)施，滿足近200名作業(yè)人員的需要。他們以28天為一個(gè)周期在平臺(tái)上工作，沒(méi)有手機(jī)信號(hào)，只能與大海作伴。工程作業(yè)區(qū)機(jī)械轟鳴，但生活區(qū)噪音低于45分貝，相當(dāng)于一只蚊子飛過(guò)的聲音。

平臺(tái)的最大作業(yè)水深3658米，超過(guò)泰山高度的兩倍，最大鉆井深度15240米，超過(guò)馬里亞納海溝的深度，是全球目前作業(yè)水深最深、鉆井深度最深的半潛式鉆井平臺(tái)，可作業(yè)于全球99%的海域。

目前深海已成為全球能源開發(fā)的寶藏，尤其是3000米以上超深水海域蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源。然而隨著水深的增加，油氣勘探開發(fā)的技術(shù)難度和所需的投入呈幾何倍數(shù)上升。除了海浪、潮汐、颶風(fēng)等惡劣海況外，深海海底地形的變化也讓開采作業(yè)險(xiǎn)象環(huán)生。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，半潛式鉆井平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。相對(duì)于傳統(tǒng)的固定式平臺(tái)和自升式平臺(tái)，它具有能靈活移動(dòng)、作業(yè)水深大、作業(yè)效率高、甲板可變載荷大等優(yōu)勢(shì)。

自1961年誕生以來(lái)，半潛式平臺(tái)經(jīng)歷飛速發(fā)展，現(xiàn)在能適用于更深的水深，具有更大作業(yè)能力，自動(dòng)化程度更高，抗風(fēng)浪能力也更強(qiáng)。“藍(lán)鯨1號(hào)”正是新一代半潛式平臺(tái)的代表，而西門子也在背后發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

助力中國(guó)制造

海洋工程裝備被稱為“流動(dòng)的國(guó)土”，是發(fā)展海洋石油工業(yè)的戰(zhàn)略利器。

“中國(guó)制造2025”的行動(dòng)綱領(lǐng)也將海工裝備產(chǎn)業(yè)列為重點(diǎn)支持的10大領(lǐng)域之一，以實(shí)現(xiàn)我國(guó)船舶工業(yè)由大到強(qiáng)的質(zhì)的飛躍。而較為復(fù)雜、科技含量最高的半潛式鉆井平臺(tái)則是海工裝備產(chǎn)業(yè)“皇冠上的明珠”，是人類開發(fā)深海能源的希望所在。

目前中國(guó)正努力打破韓國(guó)、新加坡等海洋工程強(qiáng)國(guó)的壟斷，而中集來(lái)福士正是突出重圍的排頭兵。它是國(guó)際*的海工裝備企業(yè)，也是國(guó)內(nèi)目前具有深水半潛式鉆井平臺(tái)批量化建造能力的企業(yè)。

“在未來(lái)全球油氣開發(fā)中，增量主要來(lái)自深水，特別是水深超過(guò)3000米的超深水海域。打開這個(gè)領(lǐng)域的前提在于具有配套的開發(fā)裝備，而超深水鉆井平臺(tái)則是其中關(guān)鍵所在。”煙臺(tái)中集來(lái)福士海洋工程有限公司助理總裁閆永軍表示，“可以說(shuō)‘藍(lán)鯨1號(hào)’的建成標(biāo)志著中集來(lái)福士乃至整個(gè)中國(guó)在半潛式平臺(tái)建造能力上有了顯著提升，也是我們進(jìn)軍超深水裝備領(lǐng)域的重要里程碑。”

海上戰(zhàn)士的“心臟”

作業(yè)水深的提升和平臺(tái)噸位的增加使得平臺(tái)建造的復(fù)雜性和難度都大為提高，對(duì)關(guān)鍵部件的性能要求也可想而知。而西門子提供的動(dòng)力包系統(tǒng)則為平臺(tái)的節(jié)能穩(wěn)定安全運(yùn)行作出了重要貢獻(xiàn)。

這樣一個(gè)重達(dá)約4.2萬(wàn)噸的海上“巨無(wú)霸”需要大量電力。作為平臺(tái)的“心臟”，西門子*的動(dòng)力包系統(tǒng)是涵蓋從變壓器、配電板到變頻器、電機(jī)等設(shè)備的“一站式”解決方案，讓平臺(tái)更穩(wěn)定、可靠、高效地長(zhǎng)年在海上作業(yè)。

在動(dòng)力包系統(tǒng)中，變壓器將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)化至可供驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和日常生活使用的電壓。NXPlus C中壓配電板和SIVACON 8PT低壓配電板則有效地把電力分配和傳輸?shù)礁鱾€(gè)關(guān)鍵設(shè)備。此外，8臺(tái)GM150推進(jìn)變頻器和8臺(tái)H-compact PLUS推進(jìn)電機(jī)則*協(xié)同，源源不斷地為360度全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器提供動(dòng)力。BlueDrive鉆井變頻器則對(duì)鉆井電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。

這樣的全集成解決方案能全局把握平臺(tái)的電力系統(tǒng)運(yùn)行，幫助降低平臺(tái)能耗、節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本，并減少風(fēng)險(xiǎn)。西門子專為海工領(lǐng)域設(shè)計(jì)的優(yōu)良產(chǎn)品也*挪威船級(jí)社對(duì)于防火、防潮、水密性等嚴(yán)格要求。

在傳統(tǒng)的鉆井平臺(tái)建造中，設(shè)備是自下而上如“搭積木”一般疊加起來(lái)。而“藍(lán)鯨1號(hào)”的上下船體則是并行建造，然后使用全球起重能力最大的橋式起重機(jī)“泰山吊”一次性完成平臺(tái)大合攏，生產(chǎn)工期大大縮短。半潛式平臺(tái)每遲一天投入石油鉆探，能源公司將蒙受巨大損失。

憑借20160噸的設(shè)計(jì)提升重量，“泰山吊”榮獲吉尼斯世界紀(jì)錄，也成就了當(dāng)今世界安全、較快捷的大合攏方式。而驅(qū)動(dòng)這一巨型機(jī)械手的變頻器同樣來(lái)自于西門子。

“我們選擇和西門子合作是看重了其強(qiáng)大的技術(shù)創(chuàng)新能力以及在全球廣泛的成功經(jīng)驗(yàn)。”煙臺(tái)中集來(lái)福士海洋工程有限公司調(diào)試部經(jīng)理候立平表示，“過(guò)去幾年間，我們和西門子有非常緊密的合作，而西門子也從來(lái)沒(méi)有讓我們失望過(guò)。”

1879年，西門子在“法拉第號(hào)”海底電纜鋪設(shè)船上安裝了一臺(tái)發(fā)電機(jī)和弧光燈，使其成為世界安裝有電氣系統(tǒng)的船只，由此開啟西門子在海洋工程領(lǐng)域的百年歷史。1886年，西門子建造了世界上首只采用電力推進(jìn)器的船舶。自2005年雙方首次合作以來(lái)，西門子已經(jīng)為中集來(lái)福士成功交付的6座半潛式平臺(tái)提供動(dòng)力包系統(tǒng)。它們目前正分別在中國(guó)南海、挪威北海和巴西海域上作業(yè)。

“定海神針”

“藍(lán)鯨1號(hào)”平臺(tái)借助衛(wèi)星定位和高精度聲吶準(zhǔn)確地找到井口位置。即使面對(duì)颶風(fēng)和洋流，它也能保持穩(wěn)定，成為驚濤駭浪中的“定海神針”，依靠的是*的DP3動(dòng)力定位系統(tǒng)。

與傳統(tǒng)錨泊系統(tǒng)不同，動(dòng)力定位系統(tǒng)基于采集到的推進(jìn)器當(dāng)前轉(zhuǎn)速、方向，以及風(fēng)、浪、流等環(huán)境參數(shù)，進(jìn)行精密計(jì)算和分析，由此控制8個(gè)推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速和方向，抵消風(fēng)、浪、流對(duì)船體的作用力，達(dá)到精確平衡定位的目的，不會(huì)“隨波逐流”。而“藍(lán)鯨1號(hào)”如果使用錨泊定位，整個(gè)錨鏈覆蓋面積會(huì)有北京六環(huán)內(nèi)區(qū)域那么大，并不經(jīng)濟(jì)可行。

DP3是國(guó)際海事組織的最高動(dòng)力定位級(jí)別，精準(zhǔn)度最高，抗風(fēng)險(xiǎn)能力也，即使一個(gè)艙室發(fā)生火災(zāi)或進(jìn)水，仍不影響平臺(tái)的位置和艏向。正是有了它的保駕護(hù)航，動(dòng)力定位師通過(guò)操作中控室里的一排排按鈕，就讓平臺(tái)面對(duì)25米高的海浪及12級(jí)颶風(fēng)仍可巋然不動(dòng)。

西門子動(dòng)力包系統(tǒng)為動(dòng)力定位提供了電力保障，其中DP3閉環(huán)動(dòng)力解決方案對(duì)于平臺(tái)的節(jié)能環(huán)保、穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。它能優(yōu)化發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)，可有效減少主機(jī)運(yùn)行和維護(hù)時(shí)間，并提高主機(jī)操作靈活性。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，這一技術(shù)可降低鉆井平臺(tái)11%的油耗，減少35%的氮氧化物和20%的二氧化碳排放，并將主機(jī)維修費(fèi)用降低50%。主機(jī)檢修期間，可實(shí)現(xiàn)主機(jī)間*。

此外，當(dāng)發(fā)電機(jī)突然出現(xiàn)故障，通過(guò)DP3閉環(huán)動(dòng)力解決方案，備用發(fā)電機(jī)能在極短時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)，避免平臺(tái)因失去動(dòng)力而發(fā)生較大位移，帶來(lái)安全隱患。

這也是DP3閉環(huán)動(dòng)力解決方案在中國(guó)的首次應(yīng)用。西門子于2010年研發(fā)推出這一解決方案，是全球目前一個(gè)將其投入實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用并獲得船級(jí)社認(rèn)證的公司。

2015年11月，西門子與中集來(lái)福士共同成立了全球“DP3閉環(huán)數(shù)字實(shí)驗(yàn)室”，重點(diǎn)在于數(shù)字技術(shù)的研發(fā)，以提高閉環(huán)配電系統(tǒng)在深水裝備的應(yīng)用，推動(dòng)我國(guó)海洋工程動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的新突破。

“未來(lái)我們將進(jìn)一步加強(qiáng)和西門子的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，尤其是通過(guò)數(shù)字制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)未來(lái)海工裝備的定制化批量高效生產(chǎn)。” 閆永軍說(shuō)道。