2002年7月7日，隨著“南海奮進”號FPSO成功地用于南海珠江口西部海域的文昌油田，中國海洋石油總公司宣布，文昌油田正式投入商業生產。作為海上發開項目的關鍵設施，“南海奮進”號采用了世界上最先進的船舶深海停泊技術，即使在強臺風等惡劣環境中也能保持巋然不動、安全作業。她的成功建造，無論對我國海洋石油工業，還是造船業，都是一座里程碑。
作為我國FPSO發展歷程的見證人，我國FPSO的主要開拓者趙耕賢研究員，向記者講述了我國第一艘新穎的抗臺風型“南海奮進”號FPSO研制中的故事。
南海油田的呼喚
自1978年改革開放以來，我國建成了一系列用于海洋油氣開發的鉆采平臺和17座FPSO，先后在渤海、北部灣、東海以及南海的油田投產，年產油氣量超過3千萬噸，其中FPSO支持我國海上石油70%的產能。
1997年下半年，中國海洋石油總公司副總工程師曾恒一院士向中國船舶工業集團第七O八研究所提出，請趙耕賢研究員對即將報廢的“南海希望”號FPSO進行現有強度評估，同時就能否用于南海文昌13-1/13-2油田，或用于渤海秦皇島32-6油田的改裝可能性進行評估。隨后，曾院士邀請高等院校、研究所的數名專家在上海召開專題討論會。
文昌13-1/13-2油田位于我國南海海域，時常受到強熱帶風暴、強冷空氣大風和強對流災害性天氣的侵襲。惡劣的環境對常年處于惡劣環境中工作的海洋工程裝置和設備的強度要求特別高。
經過與會專家的詳細論證，專家組表示，從經濟性角度來看“南海希望”號FPSO已經不適宜再次進行改裝用于兩個新油田開發了。隨后，七○八研究所又根據當時的船舶市場，為業主提交了其它舊船改裝與新建FPSO的分析報告。于是，業主決定重新建造兩艘FPSO，分別用于南海文昌油田和渤海秦皇島油田。
“南海奮進”號從1999年7月設計開始，至2002年7月正式投產，歷經概念設計、基本設計、詳細設計、生產設計、施工建造、設備調試、海上定位安裝、海上聯調、試投產等等，歷時3年。她的總長為262.2米，型寬46米，型深24.6米，設計吃水16.5米，結構吃水17.5，載重量15萬噸。作為油田的控制中心，她采用了當今世界上最先進的船舶深海停泊技術，永久系泊在油田上作業。不僅可以在浪高20米、風速50米/秒強臺風環境中保持巋然不動。同時，還配有公共系統、安全控制系統、二套三級處理的原油生產加工系統等數十個系統，以及90人的生活基地。
技術上“零”的突破
機遇與挑戰并存。強臺風中不解脫FPSO的新設計，在我國是第一次，沒有經驗，世界上更無樣本可借鑒。據趙研究員回憶，他同時參與兩艘FPSO的設計，概念設計的后期，他選擇了更加富有挑戰性的“南海奮進”號FPSO出任副總設計師。
FPSO與艦船相比，有特殊要求與極高的海洋工程標準，何況又要抗強臺風。據文獻記載，1980年3月27日挪威的一座半潛式平臺“亞歷山大·基爾蘭德“號(Alexander L.Kielland)由于一根撐桿疲勞損壞，導致其它幾根撐桿連同一根主要立柱受破壞，整個平臺在15分鐘之內傾翻，造成123人死亡和失蹤的重大事故。所以，處于臺風的惡劣海況中的FPSO，其船體的可靠性更是設計工作的關鍵問題的所在。為了將核心技術最終掌控在自己手里，項目組摸著石子過河，迎著新的挑戰，冒了極大風險，攻克難題。
“南海奮進”號究竟如何才能經受得住“百年一遇”的強臺風考驗呢？也就是說，如何合理地考慮船體整體強度的載荷值，成為設計的第一道難題。當時，這項技術參數在國內外完全處于空白狀態，試圖采用專用的分析軟件也是不現實的。在這種情況下，趙耕賢研究員并沒有被嚇退，而是努力進行探索。他運用自己回歸相似尺寸船型的參數，以及FPSO布置與臺風的因數，預先設定載荷參數，指導設計。后來，這與半年后國外專家陸續提供的參數基本吻合。2000年5月在業主總項目經理吳植融先生主持的專題討論會上，得到了國內外同行專家充分肯定，并接受趙研究員預設的參數。趙研究員告訴記者，現在他早已經養成了一個習慣，十分關注他所主持設計項目的應用情況。所以，每當有強臺風經過南海海域時，他特別關注中央電視臺的天氣預報。因為，他是“南海奮進”號的副總設計師兼船體結構的專業主任設計師，船體結構設計的關鍵技術參數是由他定的。如果該船的船體結構出現任何閃失，他是直接責任人。值得他驕傲的是，現在事實已經證明，該船已經受住了“黑格比”、“杜鵑”、“云娜”、“派比安”等幾次強臺風與超強臺風的襲擊，船體安全無恙。
FPSO之所以能頂住“百年一遇”的臺風，牢牢地將FPSO系固在海上，靠的是特殊的系泊系統。據了解，“南海奮進”號之所以能在強臺風中不解脫，永久系泊在油田，是采用了一種特殊的系泊系統——內轉塔。這是挪威APL單點公司的專利技術，首次在國內應用。2000年2月，趙研究員代表業主審閱內轉塔圖紙時，發現5米高的內轉塔過小，與24米高的龐大船體極不匹配，極難系住FPSO，逐提出了改用高為8～10米的建議，并迅速得到外國專家認可，他們也修改了設計。2000年4月，在業主總項目經理吳植融先生帶領下，趙研究員與其他設計人員一同前往挪威，進一步與單點公司技術協調，避免了在強臺風中可能產生事故的潛在危險。
不同油田，有不同特性，就會采取不同的生產流程。為了適應南海的環境條件，FPSO的形狀與布置和渤海的FPSO有所不同。FPSO除了具有油船的全部特征外，還有遍及甲板上的特殊油氣處理設備和管路、特殊的系泊系統、特殊的外輸油系統、高聳克令與火炬塔等復雜的設備。為優化設計，七○八研究所的設計師進行了新的研究，并經國外船模試驗驗證，形成了南海海域FPSO的典型布置格局。
FPSO作為采油平臺與穿梭油船之間關鍵的連接裝備，還發揮著“承上啟下”的重要作用。隨之突顯的關鍵技術就是大型模塊與船體之間的連接方式。究竟采用怎樣的方法才能夠使上百米長、數千噸重的生產流程模塊不受船體變形的影響？2000年9月，趙研究員考察“南海勝利”號FPSO過程中，受到啟迪。從而分析了臺風襲擊情況下船體梁變形情況以及大型模塊受力特點等，應用“簡支梁”的原理，創造性地提出了模塊支墩的新理念。為我國設計與建造更高要求的FPSO奠定了技術基礎，增強了進一步開拓海洋工程領域的競爭能力。
“南海奮進”號的研制成功，不僅對我國FPSO是一個重大突破，同時對世界FPSO技術也作出了重要貢獻。“南海奮進”號自2007年7月投產至今，已為我國經濟發展提供了成千上萬噸的石油能源，創造近數億美元的經濟效益。是我國海洋石油工業進軍深海、進軍惡劣海域，造船業發展的重要里程碑。2003年“南海奮進”號還獲得了遼寧省科技進步一等獎。
遭遇環保“劫”
近10年來，人們在開發海洋石油的同時，又將目光聚焦在了FPSO上熊熊燃燒的“火炬”所排放出的滾滾濃煙。這些煙霧產生出大量的溫室氣體，特別是二氧化碳。
據了解，油田開采過程中，油層間夾雜的“氣體”會伴隨石油液體釋放出來。FPSO對產出原油直接在海上處理時，生產流程系統中也會泄漏出“油氣”，以及貨油艙透氣管釋放出 “油氣”，這就是人們常說的“伴生氣”。其主要成分是甲烷，通常含有大量的乙烷和碳氫重組分，而LPG回收處理就是指將乙烷等和重組分從氣體中分離出來，它們可以被進一步加工，作為純組分或天然氣混合液(NGL)或LPG，是可利用能源。如果這些“伴生氣”不作及時處理，會對FPSO構成嚴重的威脅。如果不能回收的話，一般選擇直接燒掉。有人曾經做過這樣的計算，這支燃燒的“火炬”每天燒掉的伴生氣和凝析油，折合油價相當于一輛“法拉利”豪華小轎車的價格。
也許有人會問，難道就不能將這些“伴生氣”回收嗎？由于受到技術手段的制約，加上油田開采過程中“伴生氣”相對難以控制，長期以來除了少量足以作為設備的燃料利用外，極大一部分“伴生氣”被放空燃燒掉。
海上“伴生氣”的回收一直是擺在國際石油業面前的一項艱巨的任務。隨著人們對環境保護及節能降耗的意識的加深，“伴生氣”的再利用已成為我國海洋石油工業刻不容緩的一項重要議題。
撲滅熊熊“火炬”
2003年11月，中國海洋油石油總公司湛江分公司生產部俞進總經理提出了《回收“伴生氣”，提取LPG產品》的LPG回收工程改造，并首先應用于位于南海文昌油田。當時國際油價一路飄升、文昌油田時值高峰期。為此，俞進總經理提出：“油田不停產情況下，就地實施改造”。并立即找趙耕賢研究員，一起參與立項的出謀劃策。油田不停產意味著FPSO流程也不能停，加裝任何設施下船體的內部，不能作任何形式的加強。這已超越工作的常理，人們一般是難接受的事實，而趙研究員面對這一新的挑戰，毫不猶豫地答應了。
對LPG回收工程來說，原本這項技術在國內就是第一次，而就地改造更是國外沒有過的事，一家外國公司的代理甚至說：“這是十分瘋狂的”。的確，今天趙研究員頗有感觸地說，“‘南海奮進’號LPG回收改造的難度遠超過了設計之初”。如何在管路錯綜復雜的有限空間里，對改裝設施進行有效的合理布局，成為擺在設計師面前的最大難題。
根據計算，改造工程需要在船上安裝總重為3800噸的設施。這些設施不僅尺寸大、重量重，而且都是安裝在主甲板約4米左右的專用平臺上。新增的這些設施，使“南海奮進”號FPSO的重量、受風面積將明顯增加，船體重心會有改變，這對她的穩性與強度，特別是破艙穩性，將會產生很大的影響。究竟需要采取哪些措施加以完善呢？趙研究員多次來到海上，與業主項目組人員，進行實地考察、勘定位置。經過仔細計算與推敲，提出有效的措施報告。
這項世界首例的油田不停產LPG回收改造工程，沒有任何經驗可借鑒，工程中所涉及的一些技術標準、配套兼容、設施接口等，也沒有明確的規范。棘手問題考驗著設計師的能力，經過反復論證，項目組最終成功地對船體進行了改造。
安全是FPSO的中心議題。FPSO本身是危險程度極高的、特殊的海洋工程裝備，而管道中的LPG又易燃、易爆的危險貨品，進一步對FPSO造成新的威脅，而且這些管道還穿越船上的生活區，一旦發生意外，后果將不堪設想。于是，在原設計方案基礎上，增加一臺壓縮機，即在每次外輸作業完成以后，把外輸管道里的剩余LPG抽回來，保證在日常狀態下外輸管道里沒有LPG。
經過業主項目組、設計師和工人們的不懈努力，“南海奮進”號FPSO的LPG回收獲得了成功。該項目投產后，每年從海上可回收約10萬立方米液化氣。盡管這個數字不算驚人，但這一技術為我國能源的可持續利用，開創了新思路。是我國FPSO技術的重大突破，為世界海洋工程史所罕見。同時，也充分說明，我國已經完全具備從事高難度、高技術、高風險等大型海上作業的能力。
趙耕賢研究員說過這樣一句話：“勇于挑戰，要用新的理念，并要有新的技術去適應，成功就在前面”。誠哉斯言。今天，有了一代又一代工程技術人員，秉承這種不畏艱難、鍥而不舍的進取精神，遨游在我國海洋工程領域，書寫了自主創新的輝煌篇章。
來源：中國船檢
