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深海巨擘

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

踏上深海半潛式鉆井平臺“藍(lán)鯨1號”，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。

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

平臺配備有餐廳、宿舍、醫(yī)院、休閑娛樂等生活設(shè)施，滿足近200名作業(yè)人員的需要。他們以28天為一個周期在平臺上工作，沒有手機(jī)信號，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)于一只蚊子飛過的聲音。

平臺的最大作業(yè)水深3658米，超過泰山高度的兩倍，最大鉆井深度15240米，超過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，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)險象環(huán)生。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，半潛式鉆井平臺應(yīng)運(yùn)而生。相對于傳統(tǒng)的固定式平臺和自升式平臺，它具有能靈活移動、作業(yè)水深大、作業(yè)效率高、甲板可變載荷大等優(yōu)勢。

自1961年誕生以來，半潛式平臺經(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，自動化程度更高，抗風(fēng)浪能力也更強(qiáng)。“藍(lán)鯨1號”正是新一代半潛式平臺的代表，而西門子也在背后發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

助力中國制造

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

“中國制造2025”的行動綱領(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。

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

“在未來全球油氣開發(fā)中，增量主要來自深水，特別是水深超過3000米的超深水海域。打開這個領(lǐng)域的前提在于具有配套的開發(fā)裝備，而超深水鉆井平臺則是其中關(guān)鍵所在。”煙臺中集來福士海洋工程有限公司助理總裁閆永軍表示，“可以說‘藍(lán)鯨1號’的建成標(biāo)志著中集來福士乃至整個中國在半潛式平臺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)水深的提升和平臺噸位的增加使得平臺建造的復(fù)雜性和難度都大為提高，對關(guān)鍵部件的性能要求也可想而知。而西門子提供的動力包系統(tǒng)則為平臺的節(jié)能穩(wěn)定安全運(yùn)行作出了重要貢獻(xiàn)。

這樣一個重達(dá)約4.2萬噸的海上“巨無霸”需要大量電力。作為平臺的“心臟”，西門子*的動力包系統(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，讓平臺更穩(wěn)定、可靠、高效地長年在海上作業(yè)。

在動力包系統(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€關(guān)鍵設(shè)備。此外，8臺GM150推進(jìn)變頻器和8臺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)器提供動力。BlueDrive鉆井變頻器則對鉆井電機(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的電力系統(tǒng)運(yùn)行，幫助降低平臺能耗、節(jié)約運(yùn)營成本，并減少風(fēng)險。西門子專為海工領(lǐng)域設(shè)計的優(yōu)良產(chǎn)品也*挪威船級社對于防火、防潮、水密性等嚴(yán)格要求。

在傳統(tǒng)的鉆井平臺建造中，設(shè)備是自下而上如“搭積木”一般疊加起來。而“藍(lán)鯨1號”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”一次性完成平臺大合攏，生產(chǎn)工期大大縮短。半潛式平臺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)動這一巨型機(jī)械手的變頻器同樣來自于西門子。

“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。”煙臺中集來福士海洋工程有限公司調(diào)試部經(jīng)理候立平表示，“過去幾年間，我們和西門子有非常緊密的合作，而西門子也從來沒有讓我們失望過。”

1879年，西門子在“法拉第號”海底電纜鋪設(shè)船上安裝了一臺發(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，西門子已經(jīng)為中集來福士成功交付的6座半潛式平臺提供動力包系統(tǒng)。它們目前正分別在中國南海、挪威北海和巴西海域上作業(yè)。

“定海神針”

“藍(lán)鯨1號”平臺借助衛(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動力定位系統(tǒng)。

與傳統(tǒng)錨泊系統(tǒng)不同，動力定位系統(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)行精密計算和分析，由此控制8個推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速和方向，抵消風(fēng)、浪、流對船體的作用力，達(dá)到精確平衡定位的目的，不會“隨波逐流”。而“藍(lán)鯨1號”如果使用錨泊定位，整個錨鏈覆蓋面積會有北京六環(huán)內(nèi)區(qū)域那么大，并不經(jīng)濟(jì)可行。

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

西門子動力包系統(tǒng)為動力定位提供了電力保障，其中DP3閉環(huán)動力解決方案對于平臺的節(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)時間，并提高主機(jī)操作靈活性。經(jīng)實(shí)踐檢驗，這一技術(shù)可降低鉆井平臺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DP3閉環(huán)動力解決方案，備用發(fā)電機(jī)能在極短時間內(nèi)啟動，避免平臺因失去動力而發(fā)生較大位移，帶來安全隱患。

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

2015年11月，西門子與中集來福士共同成立了全球“DP3閉環(huán)數(shù)字實(shí)驗室”，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，推動我國海洋工程動力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的新突破。

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