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“梦想”如何在南沙炼成?
2024-11-18 22:35:49
广州日报新花城

11月17日,由中国船舶集团自主设计建造的我国首艘大洋钻探船“梦想”号在广州南沙正式建成入列。

该船是国家“十四五”重大科技创新工程,最大钻深11000米,是全球钻探能力最强、科学实验功能最全、智能化水平最高、综合运维成本最低的钻探船。

该船可执行大洋科学钻探、深海油气勘探和天然气水合物勘查试采等国家战略任务,有望率先实现人类“打穿地壳、进入上地幔”和“开发地球深部资源”的梦想,大幅提升我国“深海进入、深海探测、深海开发”能力,将为我国加快海洋强国建设、提高能源自主保障能力提供强大装备保障。

“梦想”号

“梦想”号由国家自然资源部、发展改革委负责建设,中国地质调查局具体组织实施,中国船舶黄埔文冲总成建造、第七〇八研究所研发设计。

该船总长179.8米、宽32.8米,总吨33000,续航力15000海里,配备基于蓄能闭环电网的DP—3动力定位系统,可在6级海况下正常作业、16级超强台风下安全生存,具备全球海域无限航区作业能力。

“梦想”号诞生记之钻井篇

《山海经》中的怪诞神话,《西游记》里的龙宫、幽冥……千百年来,人类把最美的想象给了不能到达的远方。随着各种卫星、飞船的不断发射,宇宙的面貌已变得清晰。然而,地球的内部,却仍是未知的秘境。

科学家告诉我们,地球从内至外由地核、地幔、地壳组成,如果拿苹果来比较的话,地核是苹果核,地幔是果肉,地壳只是薄薄的苹果皮。长期以来,科学家就梦想打一口超深的井,钻穿地壳,揭开地球内部的神秘面纱。

但钻井越深,岩石越硬、温度越高、压力越大,人类在陆地上钻穿地壳的努力一再失败。经过艰难的探索,科学家发现,地壳的厚度,在陆地上约30—40公里,在大洋之下最薄只有约6—7公里。

因此,建造一艘大洋钻探船,就成为人类探索地球深部的希望所在。

“梦想”号,就是这样一艘有望率先实现“打穿地壳进入上地幔”和“探索开发地球深部资源”的国之重器。该项目由党中央部署,经过10多年的调研,于2017年正式立项,2021年11月开始连续建造,2024年11月完工交船。

相比国际同类型船,其建造周期缩短了一年多,主要性能指标全面领先,充分展现了中国创造、中国速度的强大实力。

“梦想”号是我国首次自主研发设计、功能最多、能力最强的大洋钻探船。她配备了最先进的液压提升式钻井系统,最大钻深达到创纪录的11000米,首次集成了4种作业模式和3种取心方式,是作业模式最多、取心方式最全的船舶。

如此强大、复杂的钻井系统,由50多个复杂的子系统组成,综合集成关键设备500多台套,其设计难度之大,集成难度之高,前所未有。在没有可参考经验的情况下,承担这一任务的黄埔文冲建造者们开展了艰难的摸索。

在项目启动之初,船厂在组建 “梦想”号常规项目组之外,还针对该船钻井系统组建项目组,由国务院特殊津贴获得者、中国船舶集团高级专家、船厂副总工程师樊斌领衔,并抽调设计、建造骨干精英100多名加入项目组。这也是船厂首次对单船采取双项目管理模式。

梦想号副总建造师伍常斌与团队在工作中

初见“梦想”号,第一眼就会被她的井架吸引。这是全球最大的船用井架,也是最大的钻井井架之一,长宽各15.4米,高52.5米,重量超过400吨,由7000多个零部件、12000多个螺栓连接而成。

井架的4个脚分别安装在边长1米的方形基座上,地脚由96个Φ80螺丝连接,螺丝孔累计误差不能超过4个毫米,精度控制难度非常大。

按照原设计方案,采用卧式组装,周期需要6个月以上。为了缩短井架组装时间,钻井系统项目组决定将供应商建议的“卧式总组”施工方案调整为“分段、立式总组”。建造团队经过仔细论证、推演,确认这是唯一可行的方案。

创造新纪录

建造团队将井架切分成3个总段,将下部2个总段立体合拢成1个大总段,两段吊装上船的建造方案。2022年9月5日,井架材料到齐,各个零件塞满了整整28个大卡车。施工人员经过58天连续奋战,于2023年10月25日成功完成井架组装。

这是国内首次实现了轻型非负重井架一次安装到位,也创造了行业内螺栓连接式井架组装速度的新纪录。其间,施工人员没有使用一个调节垫片,质量和精度控制达到一流水平。

“梦想”号诞生记之船舶平台篇

国之重器“梦想”号定位是全球钻探能力最强、科研功能最全、智能化水平最高、运维成本最低的钻探船。她涉及2330台套设备、48696根管系、1200公里电缆,是一个极其复杂的巨系统,工程量是同尺度船舶的数十倍。

作为全国首艘、世界领先,太多的首次首创,导致“梦想”号性能技术状态确定晚、采购订货节点滞后,再加上国外技术封锁、疫情、供应链堵塞的交叉影响,导致“梦想”号无法采用传统的造船方法。

在资源场地有限的情况下,船厂决定采用分场地、分区域、分阶段的建造方案。

简单来说,就是将全船划分为艏部、舯部、艉部、上建四个区域,分别在水平船台、室内船台、船坞同步建造,最终通过搭积木的方式进行合拢。

这一方案通过打破船舶建造的逻辑顺序,以空间换时间,以牺牲阶段完整性换时间,从而将设计、采购对生产的影响降到最低。

2022年11月20日,重达7000吨的“梦想”号艏部巨型总段通过移船小车和模块车转运到浮船坞,然后再从浮船坞转运到室内船台与艉半船对接,完成主船体大合拢,这是船厂首次应用该建造方法。

为此,船厂创造了一套基于数字孪生测控网的异地半船建造精度控制方法。在数字孪生测控网中,不同总段的建造处于同一坐标系,船体各个结构的定位基准线都保持了一致,保证合拢端面相互匹配。

通过严格的过程控制,合拢中半船对接焊缝间隙、全船基线挠度、中心线偏移均能满足质量要求,合拢一次性成功。

要实现“梦想”号的各种先进功能,离不开强大的能源供应。

梦想号采用新型蓄能闭环电网技术,电站容量达到30兆瓦,相当于一个25万人口县城的用电规模。其电网由六台电压6600V功率5000kW的柴油发电机组、1100kWh三元锂电池组和电池管理系统组成。

在闭环模式下,全船的电力供应就可以实现共享,最少仅需2台主发电机同时在网,即可满足作业要求,避免了能源浪费;当一个分区发生短路后,其他分区也不会受到影响,不会发生像百姓家庭一处短路、全家断电的情况。

为了验证该电网的安全性、可靠性,2024年10月5日,船厂在“梦想”号试航中进行了电网短路试验,验证电网自身保护动作的快速性、准确性以及系统的故障穿越能力。

该实验风险极大,瞬间最大短路电流可达30000A,是普通家庭电线所能承载最大电流20A的1500倍。一旦试验失控,国家财产将遭受重大损失!

船厂事先充分准备短路试验方案和试验工装、开展了模拟故障摸底,反复斟酌和严格把控每一个细节,一次性成功完成试验。

从电站出发,船上7台推进器以及各种用电设备通过长达1200公里的电缆连接在一起,相当于北京到上海的距离,是相同尺度集装箱/散货船的十多倍。该船电缆施工的物量和难度都是空前的。

智增辉(电缆施工负责人):

艏部是全船电缆布置最密集的部分,我们最多采用了11层电缆托架。因为部分设备到货不及时,电缆铺设无法一次性完成。

在电缆托架本来就小的情况下,还必须为后续进电缆预留空间。在最忙的时候,我们的一线员工一个人要承担的工作量,是在普通船上的三四倍,每天只睡四五个小时是常态。

普通船舶在海上,受到风、浪、流、涌等外界影响,想保持正常航向都存在困难,而“梦想”号的设计要求是在6级海况下可以正常作业,长达数千米、甚至万米的钻杆必须像“定海神针”那样稳稳地钻入海床中,到底“梦想”号是如何做到的呢?

答案在“梦想”号的强大动力系统中,她配备了3台4000kW全回转主推和3台3500kW全回转伸缩推以及1台1500kW侧推,动力定位能力达到国际最高的DP—3级。

在浪奔浪涌中,她可以通过卫星定位、声呐定位、罗经、运动参考系统(MRU)等传感器计算外界环境力,再自动向推进器发出逆向推进指令,实现在海中“不动如山”。

其中,3台全回转伸缩推是船厂迄今总成过的最大伸缩推,首次采用焊接密封,首次使用3D全站仪进行精度控制,并且建造中伸缩推需要进行全程升降试验,升降高度差达4.3米。

为了完成试验,船厂将带有伸缩推的总段在5米高的支撑上搭载,不带伸缩推的总段在传统坞墩上搭载。在试验结束后,再将高处的总段起吊下降至传统坞墩高度进行合拢。

由于此时高处的总段重量超过了1000吨,超过了船厂龙门吊最高900吨的起重能力。该船工艺负责人冯仕清提出采用龙门吊和履带吊联合吊装的方法。他提前分析两台大型吊机吊装重量分布和抬吊操作同步性难题,制定严格的吊装工艺,最终保证了伸缩推的成功安装。

然而,成功安装还只是开始,调试试验更是巨大挑战。因为每个推进器都涉及多个厂家,前期技术协议不明确,造成设备与系统的通讯接口问题多,调试过程中出现多次修改,工作量是DP—2功能船舶的5倍以上。

“梦想”号于2023年9月22日开始主推调试,船厂成立主动力调试小组,与供应商、服务商以船舱为家,做到设计问题不过夜、追溯必有反馈。历时两个月,调试小组完成全船主动力系统调试,完成了常人眼中不可能完成的“奇迹”。

“梦想”号的背后,是一位位默默奉献的参建者,一段段可歌可叹的故事,一个个动人心弦的时刻。建造者们响应时代号召,追逐中华民族伟大复兴光辉梦想,共同奔赴建设海洋强国的征程,用心血与汗水谱写向海图强的壮阔华章。

文字:罗瑞娴

通讯员:夏小健

图片:罗仲贤、通讯员供图

编辑:林春萍

校对:张子笛

二审:梁思静

终审:李夏同

签发:李立志

出品:南沙区融媒体中心

投稿邮箱:nanshanet@126.com

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