JYM-J200/54型自升式海上鉆井平臺升降系統(tǒng)研制

張靜波

（廣東精銦海洋工程股份有限公司，佛山 528231）

1 前言

安裝有國內(nèi)首制并擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)升降系統(tǒng)JYM-J200/54的“DSJ300-3”平臺2014年3月在大連重工下水站樁（圖1），“CP300-3”平臺2014年7月4日在渤海裝備遼河重工下水（圖2）。這兩座平臺應(yīng)用的JYM-J200/54型升降系統(tǒng)均由廣東精銦海洋工程股份有限公司自主研發(fā)，設(shè)備整體制造及試驗(yàn)過程由中國船級社（CCS）專家組全程監(jiān)控，并取得CCS產(chǎn)品證書。同時，JYM-J200/54型升降系統(tǒng)整體設(shè)計通過了美國船級社（ABS）總部審核；控制系統(tǒng)可靠性通過挪威船級社（DNV）驗(yàn)證。自此一舉打破了國外廠家長期對此海工關(guān)鍵配套設(shè)備的壟斷，成功實(shí)現(xiàn)了該類型設(shè)備國產(chǎn)化替代。

圖1 DSJ300-3自升式海洋石油鉆井平臺全程升降試驗(yàn)（大連）

圖2 CP300-3自升式海洋石油鉆井平臺預(yù)壓載負(fù)荷升降試驗(yàn)（盤錦）

廣東精銦海洋工程股份有限公司是2007年在廣東南海注冊成立的民營科技企業(yè)。公司主要從事海洋工程高端重型設(shè)備關(guān)鍵配套設(shè)備的研發(fā)、設(shè)計制造及技術(shù)服務(wù)，產(chǎn)品主要應(yīng)用在各類型海洋石油平臺、海上風(fēng)電安裝船、海洋工程輔助裝備等。JYM-J200/54型升降系統(tǒng)按照91.44 m（300 ft）自升式鉆井平臺參數(shù)要求設(shè)計，包括54套電動升降單元，通過電機(jī)帶動減速機(jī)驅(qū)動爬升齒輪。設(shè)備單套齒輪箱額定升降載荷為210 t，預(yù)壓載載荷為258 t，爬升速度為0.46 m/min，額定升降載荷下設(shè)計壽命大于220 h，預(yù)壓載升降載荷下設(shè)計壽命大于30 h，能滿足平臺在海洋潮濕、鹽霧等環(huán)境下長期全天候工作要求。

2 自升式海上鉆井平臺升降系統(tǒng)

2.1 升降系統(tǒng)簡介

升降系統(tǒng)是安裝在平臺主體和樁腿交接處的升降單元及其控制系統(tǒng)，它能使樁腿和平臺主體實(shí)現(xiàn)上下相對運(yùn)動，或把平臺主體固定于樁腿的某一位置。借助升降系統(tǒng)，自升式平臺方可實(shí)現(xiàn)在海上插樁、升降和站立，繼而開展海洋油氣鉆探、開采工作。升降系統(tǒng)不僅提供平臺的升降驅(qū)動力，還能提供更大的靜態(tài)風(fēng)暴保持力，從而使平臺能夠在惡劣的海洋環(huán)境下保持站立。由于升降系統(tǒng)設(shè)計制造的優(yōu)劣關(guān)系到平臺的安全性、可操作性和營運(yùn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，所以升降系統(tǒng)是海上鉆井平臺最關(guān)鍵的配套設(shè)備之一。

整個平臺的升降系統(tǒng)通常由多個齒輪升降單元組成，其數(shù)量及承載能力由該平臺的升降能力需求確定。升降系統(tǒng)不僅適用于自升式鉆井平臺，還可廣泛應(yīng)用于起重船、水工工作船等多種水上工作船舶。

2.2 國內(nèi)外升降系統(tǒng)設(shè)備的情況

（1）全球市場情況

目前升降系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計、制造仍由歐美公司主導(dǎo)，其全球市場占有率達(dá)90%以上。由于歐美發(fā)達(dá)國家在工業(yè)基礎(chǔ)方面的傳統(tǒng)優(yōu)勢以及海洋工程領(lǐng)域的先發(fā)優(yōu)勢，導(dǎo)致海洋工程設(shè)備的研發(fā)設(shè)計以及高端配套設(shè)備供給都掌控在國外集成商那里。

自升式平臺的升降系統(tǒng)作為平臺的核心設(shè)備之一，通常在平臺進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計時就根據(jù)平臺的作業(yè)水深、船體重量、工作環(huán)境、平臺入級規(guī)則等參數(shù)要求，完成設(shè)計和選型，最終集成到平臺的整體詳細(xì)設(shè)計中。因此，升降系統(tǒng)設(shè)備的市場占有率與采用該升降系統(tǒng)的平臺設(shè)計的市場占有率息息相關(guān)。

面對國外廠家對平臺升降系統(tǒng)的壟斷，國家對自升式平臺的升降系統(tǒng)的自主研發(fā)和制造非常重視。2012年2月我國工信部在制定《海洋工程裝備制造業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》時，把自升式平臺升降系統(tǒng)列為入需要自主配套的關(guān)鍵系統(tǒng)和設(shè)備。

（2）國內(nèi)研發(fā)情況

近幾年，國內(nèi)從事海洋工程的各大公司和科研院所為了打破國外公司對升降系統(tǒng)的壟斷，紛紛將自升式平臺的升降系統(tǒng)作為重點(diǎn)開發(fā)研究對象。但到目前為止，國內(nèi)自主研發(fā)的升降系統(tǒng)，除精銦公司的設(shè)備外，均未曾整體應(yīng)用到鉆井平臺上。

安裝精銦公司JYM-J200/54型升降系統(tǒng)（圖3）的“DSJ300”、“CP300”系列自升式海洋石油鉆井平臺，分別由大連船舶重工集團(tuán)有限公司與渤海裝備遼河重工有限公司及其配套設(shè)計公司自主研發(fā)設(shè)計、制造，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，具有多項(xiàng)國際先進(jìn)、國內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)。

圖3 安裝在平臺上的JYM-J200/54升降系統(tǒng)

在此之前，國內(nèi)自主設(shè)計的平臺均需采購國外升降系統(tǒng)設(shè)備，不僅生產(chǎn)周期長，設(shè)備價格高，后續(xù)的維護(hù)費(fèi)用也很高。中國人擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的自升式海上鉆井平臺升降系統(tǒng)誕生，實(shí)現(xiàn)了自升式平臺升降系統(tǒng)國產(chǎn)化替代零的突破，解決了該設(shè)備長期依賴進(jìn)口的制約瓶頸，在發(fā)展我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的海洋工程配套裝備工業(yè)中，逐步奪回話語權(quán)并取得競爭優(yōu)勢。

精銦公司的升降系統(tǒng)在力學(xué)計算、試驗(yàn)?zāi)M、材料加工、海工工況分析等方面具有獨(dú)到之處。與國外同類產(chǎn)品相比，精銦公司研發(fā)的海工裝備配套設(shè)備具有設(shè)計理念先進(jìn)、制造周期較短、維修保養(yǎng)方便、配件齊全、價格合理等特點(diǎn)，更具競爭優(yōu)勢。作為目前國內(nèi)唯一的制造商，公司擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的樁腿鎖緊系統(tǒng)占有100%的國內(nèi)市場，懸臂梁移動裝置則占有90%以上的國內(nèi)市場。精銦公司自主研發(fā)升降系統(tǒng)的成功，大大提高了改善我國海上鉆井平臺的國產(chǎn)化配套率。

3 JYM-J200/54型升降系統(tǒng)的研發(fā)與制造

廣東精銦海洋工程股份有限公司2008年就開始承接多型海洋平臺升降系統(tǒng)的維修及系統(tǒng)升級等技術(shù)工作，從中積累了電動齒輪齒條升降系統(tǒng)維修和設(shè)計制造的豐富經(jīng)驗(yàn)。在自升式鉆井平臺升降系統(tǒng)項(xiàng)目正式啟動之前，精銦公司已經(jīng)完成自升式平臺上分擔(dān)升降系統(tǒng)受力的另一關(guān)鍵設(shè)備——樁腿齒條鎖緊系統(tǒng)的研發(fā)與國產(chǎn)化替代，產(chǎn)品取得CCS與ABS的產(chǎn)品證書，至今已成功在中海油服、中石油建造的HYSY931、HYSY921-924、DSJ300系列、CP300系列等13座平臺上成功應(yīng)用，綜合技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

2010年，精銦公司的JYM-J200/54型自升式鉆井平臺升降系統(tǒng)的研發(fā)項(xiàng)目正式啟動，按照DSJ300系列300英尺自升式平臺參數(shù)要求進(jìn)行研發(fā)，并逐步完成了初步設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計等工作。自主研發(fā)的齒輪齒條式升降系統(tǒng)廣泛適用于200 ft、300 ft、350 ft及400 ft各型自升式海洋平臺。

2011年，精銦公司與客戶簽署技術(shù)協(xié)議，落實(shí)了產(chǎn)品設(shè)計的細(xì)節(jié)。2012年1月，精銦公司開始原型機(jī)制造，過程中解決了大量技術(shù)難題，結(jié)構(gòu)和工藝得到全面完善，6月初正式開始原型機(jī)型式試驗(yàn)。原型機(jī)制造和試驗(yàn)的整個過程中，中國船級社（CCS）按照事先擬定的試驗(yàn)大綱所規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行了嚴(yán)格的全程監(jiān)控。6月上旬，JYM-J200/54型升降系統(tǒng)的升降單元在精銦公司JY-JS450升降單元試驗(yàn)機(jī)中順利完成負(fù)荷試驗(yàn)與全壽命試驗(yàn)，圓滿地的完成了規(guī)定的檢驗(yàn)內(nèi)容，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計的要求（圖4）。

2012年9月底，平臺客戶與精銦公司簽署了三方合同，采購2套升降系統(tǒng)設(shè)備。2013年3月，精銦公司順利完成了第一套升降系統(tǒng)的升降單元原型機(jī)試驗(yàn)，隨后進(jìn)行54套升降單元的出廠試驗(yàn)，7月開始陸續(xù)發(fā)貨，10月完成設(shè)備安裝。

2013年12月初，精銦公司在大連、盤錦建造地完成升降系統(tǒng)的全船系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)、安保試驗(yàn)以及預(yù)壓載負(fù)荷升降試驗(yàn)，兩座平臺順利下水站樁。2014年3月，DSJ300-3號平臺在大連順利完成全程升降聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，JYM-J200/54獲得了CCS頒發(fā)的產(chǎn)品證書。

圖4 精銦公司第一代升降單元原型機(jī)及試驗(yàn)機(jī)

最近，某400 ft平臺升降系統(tǒng)爬升齒輪出現(xiàn)故障，受客戶委托，精銦公司開始了400 ft平臺爬升齒輪的緊急新制工作，并相應(yīng)研發(fā)試驗(yàn)機(jī)，在沒有齒輪箱的情況下依靠液壓系統(tǒng)帶動，模擬爬升齒輪的受力情況，試驗(yàn)方案及新制爬升齒輪均獲得了CCS與ABS的認(rèn)證。2014年1月6日，該平臺完成升降系統(tǒng)修理，成功升船。這項(xiàng)工作的完成，拉開了精銦公司研制400 ft升降系統(tǒng)的序幕。

4 結(jié)束語

目前我國海洋工程裝備關(guān)鍵配套本土化率很低，在我國海上鉆井平臺建造合同中，鉆井模塊和升降模塊這類設(shè)備技術(shù)復(fù)雜、附加值高的部分基本上被歐美公司壟斷，如果不解決配套問題，“船殼工業(yè)”現(xiàn)象將在海洋工程裝備制造領(lǐng)域重演。因此，精銦公司抓住機(jī)會，產(chǎn)品定位于海洋工程高端重型設(shè)備的研發(fā)、設(shè)計制造及技術(shù)服務(wù)，同時兼顧特殊用途設(shè)備定制、設(shè)備仿真實(shí)驗(yàn)等，根據(jù)自身特點(diǎn)研發(fā)合適的主打產(chǎn)品，填補(bǔ)國內(nèi)高端制造業(yè)空白。

升降系統(tǒng)是自升式海洋鉆井平臺的關(guān)鍵設(shè)備，隨著精銦機(jī)械自主研發(fā)制造的JYM-J200/54型升降系統(tǒng)的成功應(yīng)用，使得我國在此設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了零的突破，打破國外廠家對海工領(lǐng)域長期壟斷的局面。在未來的發(fā)展道路上，精銦機(jī)械將繼續(xù)堅(jiān)持以高科技、國際化為引領(lǐng)，大力推進(jìn)海洋工程裝備的國產(chǎn)化與自主化，全面提升研發(fā)創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)中華民族自己的海工夢。