如果地球是个苹果,“梦想号”怎么啃穿果皮吃到果肉?

《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。

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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。

到大洋上去钻开地壳!最大钻深达到创纪录的11000米

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,就成为了人类探索地球深部的希望所在。

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“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种取芯方式,是作业模式最多、取芯方式最全的船舶。

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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”号钻井系统副总建造师李云军全程参与了系统总成的攻关,因为长期待在码头和船上的施工现场,显得又黑又瘦。他说:“建造‘梦想’号是党和国家交给我们的使命重托,大家伙都是抱着‘使命光荣、使命必达’的决心投入工作,玩的就是高精尖,干的就是未知数,拼的就是坚忍不拔,没有一个人临阵退缩。”正是靠着这种“咬定青山不放松,哪管风雨是几何”精神,“梦想”号钻井系统的建造者们实现了我国大洋钻探船从无到有的跨越。

全球最大船用井架 零件塞满整整28个大卡车

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。但由于井架迟到货3个月,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”。虽然这是造船人的大忌,但建造团队经过仔细论证、推演,确认这是唯一可行的方案。

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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。期间,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。

攻关工艺文件上百份

“梦想”号不仅承载着科学家们的梦想,也承载着船舶工人为国担当、建造“重器”的梦想。为了实现梦想,该船钻井系统建造团队于2022年10月成立了钻采临时党支部,通过党建引领,大家凝心聚力、比学赶帮,创纪录地打赢了船舯总段搭载、井架安装、高压管路施工等苦战硬仗。1100多个日日夜夜,一路艰难汗水,一路成长收获,每个人都为能参与“梦想”号的建造而感到骄傲和自豪。

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2021至2023年,是“梦想”号研制最关键的三年。钻井系统项目组戴着口罩,边设计、边生产,没日没夜,困了就睡办公室,饿了就冲方便面,攻关工艺文件100多份。

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由于国外技术封锁和国际物流阻塞,船厂在采购中还发生废标后重新招标的插曲,最终整套系统的订货时间就长达16个月,是一场实实在在的拉锯战。在谈判中,面对占据垄断地位又是中国通的外商代表,公司谈判代表采用迂回战术,逐渐试探对方谈判底线,成功压减了30多个可自主进行的收费项目,为提高设计效率、减少超期风险、降低服务费用创造了前提。为了实现关键技术的突破,船厂联合船东、设计所、供应商推动国产替代,成功实现井架系统、高低压泥浆系统、隔水管系统等关键子系统的自主研制。

2022年9月中旬,船厂采购人员无畏疫情,在封控中几经周折赶往欧洲,当面与供货商落实钻井系统交货计划,使梦想号在2022年底的下水节点得以成功实现。

突破高压管路施工难关

“梦想”号钻井系统配备了世界上先进的液压提升系统,举力达到907吨,因此液压管的施工、测试和串洗清洁成为建造中不得不攻克的难关。

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这些液压管直径达270多毫米,清洁度需在NA6级以上,比常规液压油高两个等级,比食用油还干净两三倍;最高压力为350公斤/平方厘米,是家庭高压锅耐压的175倍。在面积100平方米左右的泵站,要在不足半人高的狭小通道里安装8000多米长的高压管路,难度可想而知。施工人中只能爬着进去、蹲着施工、歪着头焊接。因为这些管路厚度大、空间狭小、数量多,如果采用常规的X射线检测,不仅检测工作效率低,辐射也会影响施工进度。船厂创新采用了超声波相控阵检测技术(PAUT),将效率提高了3倍以上,最终使得梦想号管焊缝检测周期缩减了3个月。

在开展液压管的耐压气密性试验时,常规的做法是用水做试验介质,然后用瓶装氮气来吹干。但由于“梦想”号液压系统管路长、弯道多、分支多,很难将管路中残留的水分吹干净,这会造成系统油品乳化的严重后果。为了解决了水分吹除难题,船厂巧妙利用了船用工程空气来代替瓶装氮气,同时大胆采用系统工作油代替串洗油,首次采用多泵联合串油技术,有效地缩短了串洗周期,仅用60多天就完成了5个大系统、50多个工作包、8000多米管的清洁和安装工作,实现了“用一流技术、一流效率,建造一流船舶”的目标。

文、图/广州日报新花城记者:耿旭静、董业衡 通讯员:夏小健
广州日报新花城编辑:时秀芙