海洋工程装备配套设备研发与关键技术研究

海洋工程装备配套设备研发与关键技术研究 焦侬唐石青余德全王硕丰 (704研究所) 当陆上油气资源经过长期、大规模的开发之后，海洋成为了一个有待开发的巨大的资源宝库， 世界范围内的油气勘探与开发已转向了广阔的海洋领域，并逐渐形成了投资高、风险大、高新技术 密集的能源工业新领域。与此同时，由于近期全球石油燃气需求变化迅速、储量以及热钱投机等多 方面原因，导致了石油燃气价格的变化难测，给国家经济发展带来不良影响；长远来看，作为一个 人均贫油气国家，为了摆脱我国在石油燃气领域受制于人、以及陆上和浅海石油燃气资本性支出偏 高的约束，我们有必要将越来越多的目光向深海聚焦，努力加快海洋工程配套设备的国产化进程。 1世界海洋工程装备配套设备与技术发展现状和趋势 近年来，世界各国对海洋资源的争夺愈发激烈，伴随大量资金和技术涌人，在海洋工程装备得 到了飞速发展的同时，也为配套设备带来了全新的发展空间。目前世界海洋工程装备配套领域发展 迅猛。每年各类海洋油气钻采平台需要更新配套设备的超过50座；油气探测设备和存储配套设施正 向超大型化和深水化发展；相对于常规船舶配套业因国际经济形势急剧转变迫使未来市场预计逐年 萎缩10％的窘境，海洋工程装备配套设备需求量仍将以超过10％以上的速度增长。但是，海洋工程 装备配套相对于船舶工程配套，其科技含量高、附加值高、模块化程度高等特点更加明显。按照国 外的发展经验，海洋工程配套设备的毛利率目前可达30％，而同期船舶配套设备的平均毛利率不过 18％～19％。这不仅体现在海洋工程装备本身包含大量的高科技、高附加值、高模块一体化的配套设 备，还 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现在海洋工程装备产品研发、制造、验收等一系列总分承包的模式体系上。为适应全球海 洋工程装备发展需求，当前国际海洋工程装备配套设备发展正呈现六大趋势： · 配套设备大型化、多功能化。 · 配套设备性能提升快速，效率显著提高。 · 配套设备研发设计方法不断进步。 · 配套设备制造技术不断创新发展。 · 配套设备应用环境更加深水化。 用于海洋工程装备的配套设备在其安全性、可靠性、可操作性、可维护性以及适应恶劣气候和 海况的能力上都有比较高的要求。因此在设备的选用上是严格的甚至是苛刻的，要求有关产品必须 符合国际标准规范，符合海洋石油的行业标准。’ 本文第一作者系上海市造船工程学会理事，该所副所长兼总工程师、研究员；第二作者系上海市造船工程学会理事、 116 船舶电气专业学术委员会主任，该所副总工程师、研究员。 2国内海洋工程配套设备和技术的发展现状与差距 相对于我国海洋工程总装制造业的健康发展，我国海洋工程装备配套行业发展严重滞后。其具 体表现为： · 整体技术水平与国外先进水平差距明显，本土化配套率低 与造船工业正在快车道上飞奔相比较，作为船舶工业重要支撑的海洋工程装备配套业一直在走 下坡路，国产设备的实际使用水平持续下降，海洋工程设备配套对进口的依赖程度越来越大。例如， 在供电电力系统、自动化设备及遥感和吊车等方面设备全部依赖进口。技术含量越高的海洋工程装 备国产设备配套的使用率越低。配套产品的落后，不仅将使国内企业在参与国际竞争和承接任务订 单时受制于人，同时大大降低了我国船舶工业的附加值水平，并且将对我国争创世界第一船舶工业 大国的进程造成严重制约。 · 海洋工程装备配套原创性成果不多，优势产品生产能力严重不足，关键设备及部件受制于 人，设备采购长期依赖进口 我国船舶工业配套企业已达到2000余家，每年配套设备采购额达200多亿元人民币。由于我 国海洋工程配套产业技术水平和生产能力难以与市场需求发展相适应，关键配套设备只能依靠大量 进口国外产品。目前，我国海洋工程领域每年有70％的配套设备需要从国外引进。大量采购国外配 套产品对我国相对低成本优势是一种消解。与世界海洋工程强国相比，国内工艺、装备水平较差， 往往无法按照先进技术的标准建造出合格的产品，不能满足近年来海洋工程规模扩大的需要。 · 国内海洋工程配套业科研条件落后，基础研究薄弱，没有话语权 随着海洋工程发展，越来越多的企业会进入市场，同时海洋工程装备对配套业的技术要求也越 来越高，导致行业在竞争激烈情况下产品价格逐渐下降，并且只有掌握技术核心的企业能继续维持 高利润市场局面。在利润下降的期间内，没有掌握核。1、5'技术的大部分是国内企业，其利润空间越来 越小，最终会被挤出市场，使海洋工程与海洋工程装备配套业脱节。 · 经验、人力和技术方面储备不足 丰富的经验、人力和技术方面足够的储备一直是海洋工程领域最为重视的因素，而中国海洋工 程配套业尽管拥有巨大的成本优势，但相关建造经验、人才和技术的缺乏十分明显。 现阶段我国海洋工程装备配套业不仅未能为海洋工程装备迅速发展提供强大的支撑，反而成为 我国海洋工程设备整体水平提高的瓶颈。然而海洋工程装备配套虽然技术难度大、科研周期长，但 取得技术突破后，其广阔的市场前景以及极高市场利润率必将进一步推动我国的科研和经济实力向 更高层次发展。 3总体思路 “十五”期问，随着我国海洋石油平台建设的发展，国内开始重视海洋工程装备配套领域的开 发。但是，关键技术没有被完全掌握、生产能力相对落后、服务体系不完善等因素对未来海洋工程 装备配套发展影响巨大。因此，未来海洋工程配套设备研发必须贯彻以下思路： · 在国内深入开展厂所联合、强强联合，形成优势互补，打造模块化配套体系，形成完善的 117 集团海洋工程模块化配套能力。 · 积极出击，主动与订购方(用户)建立良好合作关系， 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 技术需求和现有技术能力，结 合船舶配套设备与经验，创造条件打造一批拳头产品率先应用于海洋工程领域，创立品牌。积蓄能 量，为后续全方位、全模块化运作孕育土壤。 · 深入开展智力引进工作，全方位开展国际交流合作，通过学习国外先进技术，快速提高海 洋工程配套技术水平。 · 注重知识产权，坚持标准先行。 4研究内容 在海洋工程装备中，除了制造和总装之外，需要大量的配套设备作为其发展的支撑。海洋工程 的配套设备种类繁多，主要包括动力模块、特殊甲板机械模块和生活模块。 动力模块主要研究中压发电机组、中压配变输电装置、电力监控系统、动力定位和推进装置、 泵、阀设备等。 特殊甲板机械模块主演研究平台吊机、平台电梯、锚定位系统、多功能海洋平台专用机械设备 等。 生活模块主要研究热工空调、污水处理装置、海水淡化装置、空气净化装置、热交换装置等。 5近期研发目标 ． 掌握先进的深水定位系泊系统的关键技术，实现针对1000m水深、系统额定负载1000kN的深 水系泊系统国产化，产品能够占有较大的国内外市场份额。 掌握大型海洋平台电站集成及关键设备研制技术，具备总容量32MW、频率50Hz大型海洋平 台电站系统集成技术；4MW级大功率中压发电机技术；额定容量2000kVA、额定变比!looo／400平 台用变压器技术；中压配电板技术和能量管理系统技术。产品能够满足国．内外大型海洋平台的需求。 6重点领域和创新项目 根据海洋工程配套产品国内外市场需求，结合现阶段我国在该领域的技术发展能力，近期应重 点开展“大型海洋工程装备深水定位系泊系统研制”和“大型海洋平台电站集成技术研究及关键设 备研制”两个重点课题项目。 海洋工程用深海系泊定位系统国际上已达到6．5代水平；我国目前技术水平仅为2—3代水平。 国外厂商垄断国内外市场形势凸显。同时，国内对领海油气资源的开发主要集中在200米以内的海 域，深海平台技术和深水定位系?白技术的研究尚处于起步阶段，与国际先进水平之间的差距巨大。 大型海洋平台电站作为海洋移动钻井平台、浮式生产储存系统、海洋工程作业和辅助船舶等配 套设备，已成为制约我国海洋开发装置发展的瓶颈，其国产化能力将成为海洋工程开发装置的重要 一环。目前，国内大型平台电站的集成技术与关键设备制造技术均由欧美发达国家所掌握。技术上 的严格封锁，严重制约了国家海洋工程产业的发展与壮大。 然而，若国内能够对海洋工程深水系泊系统和大型海洋平台电站实现国产化突破，完成具有自 118 主知识产权的全套大型海洋工程装备系统的研制，可以打破国外在技术领域的垄断地位，对提升国 内海洋配套设备技术有重大意义，对我国新能源深海开发战略的实施、满足国家自主化能源安全的 需求起到积极作用。 7关键技术 7．1“大型海洋工程装备深水定位系泊系统研制”项目十大关键技术 目前国内尚没有深水定位系泊系统的研制经验和工程开发经验，在系统集成技术、控制技术和 关键设备的研制上，大部分领域还是空白。由于大型海洋平台系泊定位系统的研制是深海技术的研 究，涉及的领域广，投入强度大，风险高，这给系泊系统的集成设计以及关键设备的研制提出了很 大的挑战。结合目前国内大型海洋平台系泊设备的发展水平，欲实现大型海洋平台深水定位系泊系 统的国产化研制，有以下十大关键技术必须得到突破： (1)环境载荷非线性动力响应模型 风、浪、流等外界环境载荷计算是一个非常复杂的非线性动力学问题，通过建立动力响应模型， 可以掌握系泊索松弛一张紧状态的响应机理，预测突变张力的变化规律。 (2)系泊系统与深水移动式平台运动的耦合分析技术 国内在系泊系统与移动式平台的相互运动关系及相互影响研究领域尚属空白。面向系泊系统与 平台系统之间的耦合作用、耦合运动分析十分必要。 (3)平台定位 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 总体论证技术 通过开展深水移动式平台不同定位模式及方案研究，可以确定适合我国海洋平台的系泊系统配 置方案；研究系泊系统中存在的运动不稳定性、运动响应跳跃、分岔和混沌等复杂动力特性出现的 条件，为系泊系统的设计、运动控制及安全评估提供理论依据。 (4)系泊索与海底接触的有限元分析技术 与海底接触的系泊索受到流的作用、材料特征以及不同海底土壤状况的影响，形成了复杂的接 触非线性问题。通过建立系泊索与海底接触的有限元模型，可以求解非线性方程得到水中系泊索的 空间形态和应力分布数值。 (5)系?白索强度校核技术 通过完成系泊索强度研究，确定系泊悬链线曲线的空间位置和系泊索张力分布情况，完成系泊 索强度选型，完成水底锚体需要承受的拉力计算。 (6)大型超大扭矩锚机、卧式绞机设计技术 通过解决超大扭矩传动装置技术难题，对驱动装置的多个动力源进行控制优化。 (7)锚链／钢丝绳、合成纤维索优化组合技术 研究不同材料和不同系缆结构的动力学参数，包括尼龙缆、链一缆—链系泊结构等，确定其横 向和纵向的阻尼特性；研究动刚度特性的确定方法和随振动周期的变化规律。 (8)海况监测与数据处理技术 通过位置测量装置检测出海洋平台本身位置的变化，采用环境补偿和自适应控制等方法，对各 个系泊调节系统的拉力进行分配。 (9)应急释放与保护技术 119 通过安全性设计和设计冗余方法，完成系泊调节功能，结合平台位置的变化，通过 数学 数学高考答题卡模板高考数学答题卡模板三年级数学混合运算测试卷数学作业设计案例新人教版八年级上数学教学计划 模型计 算，可以实现钢索拉力的平衡。 (10)深水系泊系统试验模型制作与物理属性试验模拟技术 通过对系统单元多种材料、多物理属性的精确模拟以及构件的设计与物理特性模拟；掌握深水 系泊系统关键技术。 7．2“大型海洋平台电站集成技术研究及关键设备研制”项目十大关键技术 目前国内尚没有相应的工程开发经验，在电站的集成技术和关键没备的研制上，完全受制于国 外几家主流厂商。由于大型海洋平台的用电设备种类繁多、用电容量大、电制多样(涵盖中低压、 交直流)以及大部分的负载特性呈现非线性等特征，这给大型海洋平台电站的集成设计以及关键设 备的研制提出很大的挑战。结合目前国内大型海洋平台电站的发展水平，欲实现大型海洋平台电站 的国产化研制，有以下十大关键技术必须得到突破： (1)供电网络结构分析技术 大容量供电系统负载性能多样，运行功能复杂，供电系统的网络结构优化设计将直接影响这个 平台电站的运行性能。 (2)大容量中压供电系统保护技术 大型海洋平台电站采用区域配电模式进行供电，系统涵盖中低压、交直流，系统的保护及其协 调技术难度非常大，传统的保护策略无法达到系统全面保护的目的。国内急需开展相关方面的深入 研究。 (3)谐波分析与抑制技术 大型海洋平台动力定位系统以及大量的钻采设备均为变频调速电机负载，负载特性呈现大容量 非线性，对供电网络的电能品质造成很大的谐波污染。国内开展谐波分析与抑制技术研究是非常关 键的。 (4)大型供电网络稳定性分析 大型海洋平台电站作为一个孤岛系统，单个用电负载(如动力定位用推进电机)的容量可以与 发电机容量相比拟，系统的稳定性环境将比大电网要来的严酷得多。有必要专门针对该类型的大型 供电网络稳定性问题展开研究。 (5)供电系统仿真试验验证 仿真是当前国际上针对平台电站设计、分析与验证的一种重要手段，由于进行系统级的分析， 需要针对平台电站组成设备进行逐个数学建模及相互之间的接口功能分析，具备相当大的技术难度 和挑战。 (6)大功率中压发电机设计与制造技术 平台电站发电容量为4Mw、电压等级为111'37，这种大容量中高压发电机技术实现完全国产化研 制尚有一定的技术难度。 (7)中压大功率发电机组成套技术 掌握包括系统中负载部分以及控制部分之间存在着重要的功能和接口匹配问题，发电机与柴油 原动机之间的匹配性以及发电机组与系统的匹配性等问题。 (8)平台日用变压器设计与制造技术 120 为降低海上石油平台受海洋环境气候的影响，以及变压器的维护及检修次数，有必要针对平台 使用环境，开展日用变压器的专门研究。 (9)中压配电板设计与制造技术 中压配电板是平台电站配电的重要组成部分，由于国内在断路器、柜体结构设计以及综合保护 装置方面技术的落后，使得其供货渠道完全取决于国外，严重的影响了平台电站国产化研制的进程。 (10)能量管理系统设计技术 目前国内自主研发的能量管理系统大部分用于普通船舶之上，由于平台电站比一般的船舶电站 结构复杂、功能多样，其能量管理的架构设计、功能划分以及实际实现将是平台电站关键设备研制 的重要一环。 8实施途径与措施建议 8,1实施途径 针对海洋工程配套业存在的加工工艺与设备装备水平低等主要问题。国内应着力联合相关协作 单位，进行关键工艺与技术研究，通过产、学、研、用综合提供加工工艺、实验条件、分析计算、 样机验证等科研、制造、试验工作支撑。 针对“大型海洋工程装备深水定位系泊系统研制”项目‘，国内需要在科研全过程中将研发与试 验验证相结合，通过性能试验、系统试验、模拟试验，全面保证科研进度和科研质量，将科研风险 降低到最小。 针对“大型海洋平台电站集成技术研究及关键设备研制”项目，需要国内具有技术优势的高校 及科研院所开展合作公关，具备大型平台电站设计集成技术的自主开发能力。对于大型平台电站关 键组成设备，通过与国内外优势企业进行技术交流与合作，采用学习国外先进技术，并进行消化、 吸收的途径，开展国产化研制工作，全面扭转我国在该技术领域的被动局面。 8．2措施建议 (1)加强对海洋工程装备配套业发展的组织领导和工作指导。 (2)确定海洋工程装备配套的产业地位，加大财政金融支持力度。 (3)建立健全的技术、管理、人才支撑体系。 (4)树立品牌形象、提升品牌价值，大力开拓国内外市场。 (5)加强统筹规划、强化专业协调管理。 (6)加强生态环境和海洋环境的保护。 121 海洋工程装备配套设备研发与关键技术研究 作者： 焦侬， 唐石青， 余德全， 王硕丰 作者单位： 704研究所 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7179828.aspx