揭秘“深海一号”的搭建秘密 如何能做到拥有150年使用寿命？

6月25日，“深海一号”大气田正式投产，当时有两个数据说到，“深海一号”可以在海上一次性工作30年，疲劳寿命150年，大家对这个数据讨论的比较多，如何能做到150年使用寿命？

今天咱们就来解疑。

“深海一号”能源站已在陵水17-2海域落位并完成系泊回接。它在国内首次采用30年不回坞设计，其疲劳寿命要求比半潜式钻井平台高出了一个数量级。

“深海一号”能源站如何在恶劣环境下还能做到30年不回坞？

这一回，为您带来"铮铮铁骨"铸就“深海一号”的故事。

“深海一号”的铸就之旅

世界上最大跨度

半潜平台桁架式组块

“深海一号”包括组块、凝析油、立管等在内的负载超过4万吨，对在位稳性提出了苛刻要求。总院浮体性能工程师提出逐步加大跨度的想法，直到长达合龙能接受的最大跨度——49.5米才松了口气。

负载和稳性的双重夹击，造就了“深海一号”世界最大跨度的半潜式平台桁架组块，两个方向跨距为49.5m×（21m+49.5m+21m）。这比荔湾3-1中心平台还大出整整一圈。

如何保证大跨度的组块能够承受南海恶劣环境条件，能够满足30年的连续服役疲劳？这里凝聚着组块结构工程师的智慧。

完美的45度----感受结构布局之美

在几乎没有实例可参考时，总院组块结构工程师只能在不断的尝试中寻求答案，像这样的手稿，设计人员画了无数张。

在权衡设备布置与结构匹配、主梁次梁布置匀称后，规划出了斜撑角度均为45°的近乎完美状态，勾勒出了“深海一号”能源站“六横四纵”的脊梁。

从选材到设计，精益求精

“深海一号”承载着200多套油气设备，在加大跨度后，仍要将整个组块重量控制在船体可接受的范围内。组块结构工程师从选材到设计，精益求精地践行自己深水开发责任。

为了让“深海一号”组块重量减重2%，组块结构工程师主动担负起”减负“的重担，大规模采用屈服强度达414MPa的超高强钢。节省的“2%”展现了工程师高度的责任感。

组块的身躯在工程师智慧驱动下更加“精干”，大梁高度将从2m优化为1.5m，在减重的同时，为“深海一号”能源站在位性能提供了舒适的结构解决方案。

组块结构工程师创新启用“线”的秘籍，采用隅梁支撑的方式，利用一根短短的直线钢管保证了大梁的侧向稳定性，真正做到“四两拨千斤”。

对于“点”的设计也独出心裁。放弃以往采用筋板做节点的方案，组块的主要节点全部采用扣管的方式，让节点设计更结实高效。

“深海一号”船体如何

在南海30年乐此不“疲”

船体结构是整个结构设计的“主心骨”，它对上承接整个上部组块，对下连接立管与系泊系统，同时自身还储存凝析油，直接承受波浪载荷的侵袭，是平台强健体魄的基石。

世界首创适应凝析油装载的立柱结构构造

传统的半潜式平台立柱，呈现简单的“田”字形剖面结构。“深海一号”立柱高达59米，要储存2万方凝析油，其结构设计是一条前人未走过的路。

如何在立柱中植入凝析油舱？如何确定凝析油的储存安全？总院浮体结构工程师创新性地提出了在“田”字形结构外扎起一道“泥巴墙”，在立柱的外侧相比常规增加一道隔离舱壁，内外壳体互为面板支撑，与中间的水平桁共同形成一副“护体铠甲”。立柱内部形成 “十”字形舱壁，为世界首创适应凝析油装载的半潜式平台立柱结构构造，让“深海一号”的立柱在波浪疲劳的侵袭下屹立不倒。

一肩挑起万斤重担

为使“深海一号”上部组块与船体连接更有力，采用了“大立柱嵌小立柱”的形式，在船体立柱的角点位置嵌入上部组块立柱的支撑柱，在支撑柱的内部设置“十字”交叉强框和多个水平环梁，在支撑柱顶部通过3米大的肘板，整个连接结构就像一束花，在最需要它的地方绽放，实现了板架结构与杆系结构的完美联结。使得支撑结构的疲劳寿命能够达到150年以上。

#船体组块连接结构

最强铁三角

相比支撑组块的船体结构，与浮箱连接节点技术指标需求更高，关键结构须满足300年疲劳寿命的要求，这对浮体结构工程师更加挑战。

船体结构工程师给出了双环形连接解决方案：它就像两个浮箱伸出的手指，“十指紧扣”交叉锁在一起，与立柱一起构成了船体结构里的“最强铁三角”，成果迈过了300年疲劳寿命的门槛。

#船体双环形节点的其中一环

上亿次循环荷载的考验

浮箱上悬挂的立管在整个生命周期内会产生上亿次的循环荷载，16根系泊缆都会有300吨的张紧力。立管和系泊缆的支撑结构受到了船体结构工程师的特殊关照，在普通结构的背面打上了一层厚厚的“补丁”，通过专门的强框架，把“点”荷载散出去。

#立管固定结构

超万吨级的组块船体

如何大合龙？

“深海一号”船体重3.3万吨，上部模块重1.6万吨，如何合二为一？总院团队推荐采用整装合龙方式，避免过大的连接调试工作。

“泰山”吊让组块举重若轻

国内福士船厂泰山吊吊装重量可达2万吨，其吊装能力以及船坞的配套设施基本可以满足吊装合龙要求。

将半潜式生产平台船体预先移位到坞中，在“泰山”吊的神力下，即使1.6万吨的组块，依然举重若轻，可轻松的吊起放到船体上。

吊装合龙迈不过的9米

来福士船坞内水深达不到9米。在组块完全坐落在船体上时，整船与坞底间隙较小，船体只能坐底。

为了适应“深海一号”大合龙阶段的船体座底状态，船体结构在节点区域，设置纵横交错的三道由舱壁和强框架组成的连续强支撑结构，相当于为整个平台打造了一套坚固的“靴子”，让平台能够安全可靠地站到坞底上。

独具匠心的对位捕捉装置设计

“深海一号”的整体合龙另一大技术难点在于如何实现精确的对接控制。

为了解决这一难题，技术人员定制了对位捕捉插尖结构，该捕捉装置能够实现250mm以内的偏差捕捉，结合船体的压载调控能够充分保证合龙的精准对接。

30年漂泊无休，“深海一号”如何拒“腐”生威

在海上航行的普通船舶通常2至3年就要进行一次坞修检验，而“深海一号”能源站的设计标准是“30年不回坞”，意味着这座海上巨无霸要与高温、高湿、高盐雾、超强台风等恶劣环境不间断战斗30年！

船体系统性长寿命防腐方案可靠性设计更是保障30年无休的重中之重。总院防腐团队提出了系统性防腐措施，保障“深海一号”全时在位服役。

内外兼修 双管齐下

针对频繁调载的压载舱室，在增加压载舱室内壁腐蚀裕量的基础上涂覆防腐涂层，并配套铝基牺牲阳极作为补充保护。

#海洋腐蚀环境划分示意图

全时在位 有“备”而来

在海水全浸区，船体外表面设计了满足30年运行的牺牲阳极，保障了海水中的钢结构在全寿命周期处于保护状态，这也是国际上长达45年不回坞经验的解决方案。

但总院防腐团队在此基础上给结构防腐上了双保险，考虑了牺牲阳极无法满足30年要求时，提出“牺牲阳极+备用外加电流”的阴极保护设计方案。

#船体备用阴极保护装置示意图

文章来源： 中海油研究总院