[制造行业]水煮海工——半潜式钻井海洋平台科普解读 [复制链接]

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只看楼主倒序阅读 0楼发表于: 2016-01-18

   入行数载，一直想说明白自己在做什么，却又偏偏不能识得海洋工程的庐山真面目，除了只缘身在此山中之外，还觉得总有些喜欢把简单的问题复杂化的人和一堆故作高深的理论。想想也是，而今社会，分工太细，海洋工程从大学开始就被分割成若干个专业，工作之后大多数人都站在自己的饭碗里强调自己的重要性，于是砖家越来越多，整体上统筹的越来越少。没有否定砖家和高深理论的意思，毕竟水货工程师以外总有一些值得敬重的前辈，我只想用简单直白的语言讲一些关于半潜式钻井海洋平台的事。希望大家看完能够对海工的实质有个整体性的了解。如果后面有时间和精力，我们再分别从各个层面深入下去谈。

（一）从制造业的本质看平台的物理组成
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   在海洋平台建造的过程中，有时你会被分段、托盘、房间、模块这些纷繁复杂的物理单位搞晕了头，但事实上这都是为了便于生产建造而做的物理分割，只要结合生产过程去看就不难理解了。本节我们先从整体上把握海洋平台的物理组成，从制造业的本质去看海洋平台的物理组成。
   海洋工程号称高端装备制造业，但是再高端的装备制造业，也是制造业。而所谓的制造业无非就是人用工具把原材料加工成一种新的东西，如下图所示。

这也正是第二产业（工业）与第一产业（农业畜牧业）的区别，所谓的第一产业就是把地球上能够直接长出来的东西拿着去卖，而制造业就是把地球上能够直接长出来的东西做原材料经过人的加工变成地球上长不出来的东西再去卖。不管是直接长出来的，还是间接加工出来的，只要拿去卖，就产生的价值，就有了经济的研究对象。当然，产业链过长的时候，制造业会继续分工，比如把铁矿石加工成钢铁的称为基础的钢铁工业，把钢铁加工成海洋平台的称为高端的装备制造业。
按照上述角度分析，半潜平台的制造或者说整个制造业都可以理解为一系列的金属材料和非金属材料的有机组合。海洋平台是由哪些金属材料和非金属材料组成的呢？钢板、型材（角钢、方钢、工字钢、球扁钢等等）、焊材、油漆、岩棉、天花壁板、电缆、螺栓、螺母、垫片等等，当然电缆本身也是由金属材料和非金属材料组成的。照此去想，再高端的海洋平台的建造过程也不复杂了。我敢保证，你只要弄懂了海洋平台建造有哪N种原材料，这N种原材料可以按照哪N的N次方种方式组合起来的，你绝对比现在的好多砖家手里的板砖还厚实。当然这里讲的仅仅是一种理解建造过程的思路，如果真的要把海洋平台的原材料层层分解，那又何止千种万种呢，并且你的研究范围可能不仅仅是海洋平台建造这个产业了。但从整体上看，主要就是钢板、型材、油漆、电缆、设备、绝缘材料这几个大类，然后是这些大类的附件和附属设施等。

（二）从需求理解海洋平台的系统功能
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   曾经被所谓的系统、子系统、MC（机械完工）等绕晕，后来想了想这种学习的路径事实上是本末倒置的。系统本身是为了实现功能，功能是为了满足需求，那么我们就从需求来理解海洋平台的系统功能，这里以半潜式钻井海洋平台为例，通过需求分析来了解半潜式海洋平台几个主要的系统的由来。
首先，平台要在海上，能漂浮起来，并且风浪吹着不翻船，于是就有了压载系统。压载系统的原理很简单，你就想想你们家的水瓢，水瓢空着的时候，容易翻船沉底，水瓢里盛半瓢水的时候，反而能够平稳的浮在水面上。
   第二，平台光能漂浮起来，还不行，还得能走能停。让平台走的就是推进系统，停的就是动力定位系统、锚泊系统和系泊系统。
   第三，平台光能走能停也不行啊，茫茫大海迷了路怎么办，一不小心撞到冰山上怎么办。为了满足平台在海上不迷路不撞冰山，于是就有了航行系统。如雷达、GPS导航仪等等。
   第四，平台能走能停还认路了，有时候还需要和岸上的人联系，并且平台上不同位置的人也有联系的需求，比如主甲板上的人看见冰山了要向驾驶室汇报。为了满足这些需求就有了电话、对讲机等有线或无线的通讯系统。除此之外还有灯和信号系统，警报系统等。
   第五，光平台能够在海上生存还不行，还要有人在平台上工作和生活，既然有人就得满足人的需求。人的需求主要有三大方面生命安全的需求，日常生活的需求，工作的需求。为了满足上述需求，于是就有了厨房、餐厅、厕所，医院，洗衣房，茶水室，咖啡间，健身房，娱乐厅以及饮用水系统、生活水排放系统，照明系统、采暖系统、通风空调系统等满足生活需求的系统；还有有保障安全的消防系统、救生系统，报警系统等；另外还有满足人的工作需求，也就是保障人能够到各个工作区域去正常工作的一系列的梯道、平台、通风空调和标识系统等。
   第六，平台和人都能够在海上生存了，接下来就是让平台工作的需求，钻井平台是为了在海上钻井采油，所以就有了钻井系统。所谓的钻井系统就是能够实现在地壳上打一个眼的一系列的设备构建的集合，至于钻井的方式及过程我们在后面的章节中再展开去讲，这里你只需要记住钻井平台首先要实现钻井的功能，钻井是通过钻井包这个大的设备组合实现的，好比小猫要去海里钓鱼，小猫开的船就是平台，小猫拿的鱼竿鱼食那一套就是钻井系统。
   第七，人和平台的基本需求都满足了，下面我们再来看一下设备的需求，设备要想正常工作首先得有动力，比如灯泡要亮得有电、汽车要跑得有油。满足平台上所有设备的动力需求的系统就是动力系统。整个平台的动力源头是主机，也就是柴油机，柴油机燃烧柴油产生热能，再将热能转化成机械能，发电机将机械能转化成电能，电能再经配电盘传输到各种用电设备。平台上的动力除了电动力之外，还有气体动力和液压动力，原理基本上是由设备先把电能转化成气体的内能或者液压油的内能，然后再将气体或者液体传递到气动设备或液压动力设备，进而转化成机械能或其他物质的内能。不管是电动、气动还是液压动力系统都分为动力源、动力传输和动力使用终端三部分。比如电力系统由动力源——发电机、动力传输——电缆，动力使用终端——用电设备三个部分组成的。
   第八，设备的直接需求满足了，我们再来看一下设备的间接需求，什么是设备的间接需求呢。比如设备机械运动会使构件相互摩擦，长时间的相互摩擦会损坏构件进而影响设备性能，因此要给设备构件加润滑剂，于是就有了滑油系统；比如设备运行会使设备温度升高，温度过高会影响设备性能，甚至带来安全事故，因此要使设备不发烧，就有了淡水冷却系统和海水冷却系统；比如设备运行过程中可能会产生一些油、水等，为了让这些废物不影响设备工作就有了，舱底水系统。
上面主要阐述了平台上一些主要系统的由来，这些系统并不全，系统的原理也没有展开去讲，但我们只需要记住一点，系统的功能是为了满足需求，你就想一下如果让你去海上钻井采石油，你有哪些需求，平台上与之对应的就有哪些系统。通过这种思想掌握主要的系统功能，然后再与实际的生产过程相结合去做系统的拆分。这样就会比较容易的去把握平台的整体功能。

（三）平台的物理实体和系统功能之间的联系
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   前面两个大的部分我们分别从物理实体和系统功能两个角度讲了海洋平台，那么平台的物理实体和系统功能之间是如何连接在一起的呢？通俗的将，就是组成海洋平台的这一系列的金属和非金属材料的构件是如何实现他们的功能的呢？其实答案就是四个字“油”“水”“电”“气”。
   油水电气是机械设备的粮食，只要把粮食给到设备他们就能工作，他们工作就能实现系统的功能。那怎么把这些粮食给到设备呢？
   油和水是液体，可以通过管路将油或水从存储的舱室运输到设备，当然管路上可能有一系列的泵、开关、阀门及用于指示的仪表等附件，管路本身也需要管路支撑来固定在船体上。设备需要通过设备基座固定在船体和结构上，舱室本身就是船体和结构的一部分。使用设备实现功能，存储舱室、管路、泵、开关、阀门、仪表附件、设备基座、管路支撑、船体结构等是物理实体，两者通过油和水结合在一起，组成系统。详图如下

电通过电缆从发电机或电的存储装置传输到用电设备，当然电缆的运输过程中可能还需要一系列的配电盘、变压器、接线盒、电站、开关、仪表等，另外电缆本身也需要电缆托架和电缆支撑固定在船体上。设备同样需要通过基座固定在船体和结构上。同样的道理，使用设备体现功能，发电机、储电装置、电缆、配电盘、变压器、接线盒、开关、仪表附件、设备基座、电缆支撑、电缆托架、MCT、船体结构等是物理实体，两者通过点结合在一起，组成系统。详图如下

气，跟油和水差不多，也是通过管路运输的。压力气体一般是从空压机或压力容器出发，经过压力风管传输到气动设备，中间会有一系列的开关阀门和仪表灯。常压气体一般是通风、从中央空调出发经过风管传输到需要通风的空间。风管和设备需要通过支撑或基座固定在船体和结构上。老话重提，使用设备体现功能，空压机、压力容器、风管、泵、开关、阀门、仪表附件、设备基座、风管支撑、船体结构等是物理实体，两者通过气结合在一起，组成系统。详图如下

   用一个例子来解释一下，燃油主要是给主机用的，主机要靠燃油的燃烧产生热能进而转化成动能和电能。燃油平时是存放在燃油舱里面的，主机运行的时候需要把燃油舱里面的燃油运输到主机的气缸里，燃油需要通过一系列的泵、管道、阀门、仪表附件等运输到主机。从燃油舱到主机所需要的这一系列的管、泵、开关阀门等，包括燃油舱和主机统称为燃油系统。当然如果平台上有多台主机，我们把供应每个主机的燃油系统成为燃油系统的子系统。

（四）最后的总结
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   半潜式钻井海洋平台，归根到底是为了实现钻井这一功能，但是因为在海上所以需要船舶的基础功能作为载体，而不管是钻井的功能还是船舶的基础功能，都是靠船体、结构、管路、电缆、设备及设备附件这些物理实体去实现的，而在制造业中这些物理实体被称为金属材料或非金属材料。

写在后面的话
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   “水煮海工”的名字起得有点大，与海洋工程这么严谨厚重的学科也不是很合拍，原因有二
   其一，本人不喜欢教科书式呆板的学习方式，故取“水煮”两字。希望能够把僵硬的故事和僵化的思想煮活了，借用当年明月先生的话说，其实海工也可以很有趣。
   其二，“海工”两字起得确实有点大，海洋工程主要起源于船舶工程、港口工程和石油工程这三个方向，这些工程下面本身又分了基础工程（土木或钢结构）、机电工程、工程项目管理等数门学科。叫“水煮海工”只是为了叫着顺口，文章所讲述的范围更多的应该加上半潜、钻井等范围限制。不过海洋工程的很多东西都是相似相同的，也就是说这里讲的很多东西对半潜钻井以外的海洋工程也是通用的。

P6只是个工具

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