模擬480 m氦氧飽和潛水實驗用氣量的估算

陳海庭，方以群，陳銳勇，顧靖華，楊 濤，付國舉，劉平小，馮 磊

·短篇論著·

模擬480 m氦氧飽和潛水實驗用氣量的估算

陳海庭，方以群，陳銳勇，顧靖華，楊 濤，付國舉，劉平小，馮 磊

飽和潛水;巡回潛水;用氣量估算;配氣方法

潛水作業(yè)是援潛救生、海洋開發(fā)工作不可缺少的水下技術(shù)，隨著潛水深度的加深，水下作業(yè)時間的延長，水中作業(yè)效率在不斷降低，為了提高潛水作業(yè)效率，完成水下復(fù)雜的作業(yè)任務(wù)，通常采取飽和潛水技術(shù)［1-2］，在進行飽和潛水實驗前，除要求飽和潛水設(shè)備處于完全備便狀態(tài)和具有嚴(yán)格可靠的醫(yī)學(xué)保障技術(shù)外，各種氣體的準(zhǔn)備對于完成該次飽和潛水實驗也至關(guān)重要。

海軍某研究所在舉行480 m氦氧飽和潛水中，試驗用氣的準(zhǔn)備由氣體保障小組負(fù)責(zé)完成。為了保證飽和潛水順利進行，氣體保障小組根據(jù)醫(yī)學(xué)保障組所提供的生理學(xué)要求，并結(jié)合設(shè)備容積等參數(shù)對所需氣體量進行估算，然后按照計算結(jié)果進行精心細(xì)致的配置，完成飽和潛水氣體準(zhǔn)備。

設(shè)備參數(shù):模擬飽和潛水實驗所用設(shè)備是海軍某研究所現(xiàn)有的500m飽和潛水系統(tǒng)，該飽和潛水系統(tǒng)包括居住艙、過渡艙、巡回潛水艙和完善的生活設(shè)施。其中居住艙容積為20 m3，過渡艙容積為8 m3，巡潛水艙容積為21.2 m3，生活用水排污罐0.65m3，居住艙上配置的遞物艙容積為0.0245m3。

實驗過程:本次模擬480 m飽和潛水實驗分如下幾個步驟:飽和潛水系統(tǒng)加壓階段、穩(wěn)壓停留階段、再加壓至巡回潛水階段、潛水員巡潛、減壓至飽和停留階段、巡潛4 h后開始按照減壓方案減壓至常壓，總減壓時間302.4 h。

1 估算本次飽和潛水實驗用氣量

大深度飽和潛水所需氣體包括:建立艙室氧分壓(俗稱加壓打底氣)、以純氦在打底氣的基礎(chǔ)上繼續(xù)加壓至預(yù)定飽和深度所需加壓氣、加壓至飽和潛水深度期間艙內(nèi)人員氧氣消耗、系統(tǒng)泄漏及排污、開啟遞物筒所需氦氣量和氧氣量，從飽和深度加壓至巡回潛水深度所需氦氣量、巡回潛水期間潛水員呼吸所需氧氣量以及各安全范圍內(nèi)的應(yīng)急氣體。

1.1 飽和系統(tǒng)加壓用氣量的估算

根據(jù)模擬飽和艙系統(tǒng)設(shè)備情況，本次模擬480 m氦氧飽和潛水實驗加壓容積包括居住艙容積20 m3，過渡艙容積8 m3，巡潛水艙容積21.2 m3，生活用水排污罐0.65 m3，居住艙上配置的遞物艙容積0.0245 m3。其中巡潛水艙加壓前注水深度為艙體直徑的4/5處，在巡潛水艙上部留1/5的氣墊層，各艙室容積總和約32 m3。

1.1.1 飽和潛水系統(tǒng)加壓至10 m所需21%氦氧混合氣量

式中，Q為用氣量;V為各加壓艙室容積;Ph為終壓;P0為常壓系數(shù)(取0.1)。

打底加至10 m，相當(dāng)于10 m水深，轉(zhuǎn)化為壓力為0.1 MPa，則

1.1.2 從10 m加壓至480 m所需氦氣量

1.2 維持氦氧飽和環(huán)境所需要氦氣量QHe的估算

在實驗期間，為了保持飽和實驗艙系統(tǒng)內(nèi)的壓力保持恒定，通常采用補充氦氣的方法來維持系統(tǒng)壓力。

1.2.1 對于系統(tǒng)泄漏引起的艙壓降，穩(wěn)定補氣公式如下。

式中，QHe2為維持系統(tǒng)泄漏壓力所需補充氦氣的量; @為泄漏率(該500 m飽和系統(tǒng)泄漏率為每24 h 1.6%); T為飽和潛水高壓暴露時間(本次試驗高壓暴露時間約為434 h)。

1.2.2 對于遞物筒開啟導(dǎo)致的系統(tǒng)壓降所需補充氦氣量

式中，QHe3為遞物筒開啟導(dǎo)致的系統(tǒng)壓降所需補充氦氣量;V遞物筒為遞物筒容積;Ph為終壓;N1為開遞物筒的次數(shù)(每天限定30次，高壓暴露434 h約為18 d)。

1.2.3 排污罐開啟導(dǎo)致的壓降所需補壓需要的補充氦氣量

式中，QHe4為排污罐開啟導(dǎo)致的壓降所需補壓需要的補充氦氣量;V排污罐為排污罐容積;N1為開排污罐的次數(shù)(每天限定1次)。

高壓暴露434 h約為18 d，則18×15.6=280.8 m3

1.3 巡潛水艙壓力加到巡潛深度所需的氦氣量QHe5的計算由于加壓方案采用的是居住艙、過渡艙、巡潛水艙同步加壓的方案，故巡潛水艙加壓用氣只需計算480 m加壓到493 m時水艙及過渡艙所需的氦氣量即可。

式中，QHe5為巡潛水艙加壓到巡潛深度所需氦氣量;V水艙為水艙氣墊容積(4 m3);n為潛水員巡潛次數(shù)(4人次)。

1.4 巡潛潛水員所需氦氧混合氣的估算

根據(jù)飽和實驗的目的，模擬氦氧飽和480 m潛水實驗項目組擬給參試潛水員進行中度體力勞動強度的勞動量，根據(jù)所選用裝具KM-18b裝具，通氣量為R=40 L/min［3］，巡潛潛水員所需氦氧混合氣量

式中，QHe-O2為巡回潛水艙加壓到巡潛深度所需的氦氣量;t0為巡潛時間;n為巡潛次數(shù)。

1.5 氧氣消耗量的估算

飽和潛水系統(tǒng)由于泄漏，遞物艙的開關(guān)、排污、飽和潛水減壓過程、以及艙內(nèi)參試潛水員的呼吸消耗，都存在氧氣量的消耗，氧氣的儲備也至關(guān)重要。

1.5.1 潛水員消耗用氧量 由于飽和潛水期間，除了必要的指標(biāo)測試外，大多數(shù)時間潛水員在居住艙都是以靜息狀態(tài)為主，按照潛水員靜息狀態(tài)下的耗氧量0.33 L/min計算［4］。

式中，R為常數(shù)，靜息狀態(tài)下耗氧量0.33 L/min;T為飽和停留時間;n為潛水員人數(shù)。

1.5.2 系統(tǒng)泄漏率補氧

式中，P O2為氧分壓;@為泄漏率。

1.5.3 減壓時維持艙內(nèi)氧分壓用氧量的估算

式中，p1為飽和潛水深度;p2為12 m(12 m后艙內(nèi)氧濃度控制在23%以內(nèi))。

1.6 備用治療用氦氧混合氣的估算

在飽和潛水實驗的減壓過程中，若出現(xiàn)減壓病癥狀可通過居住艙內(nèi)的供氧裝置，用吸氧面罩吸入供氣室供入的治療用混合氣體，進行減壓病治療。

從巡潛深度493 m至20 m均有發(fā)生減壓病的可能，所準(zhǔn)備的治療混合氣應(yīng)包括減壓全過程，治療混合氣的氧分壓控制在150～250 kPa之間，至少保證滿足1個人100 min使用(通氣量取20 L/min)。

式中，Re為通氣量(取平均通氣量20 L/min);t0為治療時間(治療時間暫定100 min)。

在估算時，應(yīng)盡量考慮到發(fā)生減壓病是在飽和深度減壓的全程，所以選擇濃度時氧分壓應(yīng)盡量包括全程，分不同梯次，在有減壓病發(fā)生時，以備急需。

通過計算，需要治療混合氣詳見表1。

表1 治療混合氣組成

2 本次飽和潛水實驗實際使用量

在實際試驗時，加壓初始階段只對居住艙加壓，所消耗的21%氦氧混合氣比估算的要少。加壓用氦氣估算和實際所用基本一致。在實驗過程中，嚴(yán)格控制遞物筒的開啟次數(shù)，減少艙內(nèi)氦氣的排放，降低了補壓用的氦氣量，實際使用比估算要少。在巡潛過程中，1號潛水員在水下停留了9 min，2號潛水員在水下工作6 min，3號潛水員在水下工作4 min 30 s，4號潛水員通風(fēng)2 min，工作5 min，在水下工作勞動強度與理論勞動強度值有差異，消耗呼吸混合氣的量有明顯差異，估算時是按照每一位潛水員水下工作15 min計算。

對照本次實驗的用氣量結(jié)果見表2，提示該用氣估算方法基本可行，可滿足大深度飽和潛水試驗用氣。

表2 模擬480 m氦氧飽和493 m巡潛用氣量和用氣量估算對比(m3)

［1］ 龔錦涵.潛水醫(yī)學(xué)［M］.北京:人民衛(wèi)生出版社，1985:582-583.

［2］ 郭杰，金偉，鮑德勝，等.番禺工程飽和潛水作業(yè)醫(yī)學(xué)保障［J］.中華航海醫(yī)學(xué)與高壓氧醫(yī)學(xué)雜志，2009，16(2):128.

［3］ 余海泉.飽和潛水現(xiàn)場氦氧用氣量的估算新方法［J］.中華航海醫(yī)學(xué)雜志，1998，5(4):253.

［4］ 劉富友.飽和潛水技術(shù)［M］.北京:海軍出版社，2004:180-183.

R841.9

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10.3969/j.issn.1009－0754.2014.06.031

2014－08－29)

(本文編輯:彭潤松)

200433 上海，海軍醫(yī)學(xué)研究所