海洋工程飽和潛水員高壓逃生撤離系統(tǒng)淺析

陳 智 蔣如宏

（1.上海交通大學 船舶海洋與建筑工程學院 上海200230；2.DNV GL集團（中國）上海200240）

引 言

高壓逃生撤離系統(tǒng)是一種被安裝在潛水維護支持船舶上，滿足具有可被轉(zhuǎn)移功能的潛水系統(tǒng)或壓力艙。其設(shè)計取決于多種因素，如服務(wù)的海區(qū)海況，岸基或離岸生命支持系統(tǒng)以及配員情況等。當潛水員處于壓力下，無論是在飽和狀態(tài)還是減壓狀態(tài)，都是處于危險之中。若出現(xiàn)任何一種危及支援維護船舶安全的災(zāi)難性情況時，迫使需要執(zhí)行棄船或撤離程序，在執(zhí)行這些程序的過程中，保證處于壓力狀態(tài)下潛水員的安全極其重要。在此情形下，讓潛水員進入并暫留在一個受嚴格控制和保持壓力的環(huán)境中，是相當關(guān)鍵的，這就要求潛水員應(yīng)該在一個以適當壓力為環(huán)境的艙室內(nèi)撤離危險區(qū)域［2］。迄今為止，挪威、荷蘭、英國、美國等發(fā)達國家在遠洋、深海作業(yè)，飽和潛水員高壓逃生撤離系統(tǒng)的研究開發(fā)方面具有世界領(lǐng)先水平，如美國在深海潛水器研究方面比我國要早半個世紀，1960年1月23日美國的“里雅斯特”號載人下潛深度就已達10 916 m。然而我國的潛水系統(tǒng)大多從國外引進，因此和發(fā)達國家相比，我國飽和潛水員高壓逃生撤離系統(tǒng)的研究開發(fā)還處于初級階段。為了發(fā)展我國海工事業(yè)，研發(fā)飽和潛水員高壓逃生撤離系統(tǒng)勢在必行。

1 高壓逃生撤離系統(tǒng)存在的背景及相關(guān)規(guī)范要求

1.1 高壓逃生撤離系統(tǒng)存在的背景

從20世紀后半期開始，世界人口和經(jīng)濟迅速膨脹，對能源的需求量也急劇增加，隨著開采大陸架海域的石油與天然氣，以及海洋資源開發(fā)和空間利用規(guī)模不斷擴大，與之相適應(yīng)的近海工程成為近30年來發(fā)展最迅速的工程之一。其主要標志是出現(xiàn)了鉆探與開采石油氣的海上平臺，作業(yè)范圍已由水深10 m以內(nèi)的近岸水域擴展到了水深3 000 m乃至更深的大陸架水域，例如2011年交付使用的我國“海洋石油981”3 000 m超深水半潛式鉆井平臺。

“海洋工程”這一術(shù)語是20世紀60年代開始提出的，其內(nèi)容也是近二、三十年以來隨著海洋石油、天然氣等礦產(chǎn)的開采，逐步發(fā)展充實起來的。海洋工作平臺的特殊性決定了很多作業(yè)和維護需要潛水員去完成，一艘海洋工作平臺需要配備多艘支持船舶。潛水系統(tǒng)維護支持船舶是其中的一種，通常裝載著滿足法規(guī)要求的潛水系統(tǒng)，如加壓艙、減壓艙、生命維持設(shè)備、潛水鐘、釋放裝置以及各種輔助設(shè)備。隨著世界海洋工程的飛速發(fā)展，國際海事組織，船級社以及國際海洋承包商協(xié)會對飽和潛水人員的救生、逃生安全做了大量工作，提出了一些詳細的規(guī)范、規(guī)則、作業(yè)指導等技術(shù)要求。簡單說來，總體設(shè)計要求為：一個第三方認可的壓力艙，質(zhì)量設(shè)計要滿足浮力和穩(wěn)性的要求，釋放下水后可被其他船舶拖帶牽引；內(nèi)部設(shè)計要求：座位合理布置從而使在下水和回收時人員不受傷害，每個座位配有4點安全帶，在危急時提供可靠的安全保護，配備有氦氧混合氧氣供應(yīng)、空氣凈化、飲用水、溫濕度控制等生命支持設(shè)備，可供連續(xù)使用72 h的相應(yīng)能源配備；釋放裝置要求：高壓逃生撤離艙配備單點釋放鉤由專用吊機釋放，或者配備重力側(cè)滑式拋落機構(gòu)，滿足從現(xiàn)有存放高度的專用釋放平臺釋放下水，釋放機構(gòu)動力設(shè)備應(yīng)盡量使用液壓系統(tǒng)，如使用電力系統(tǒng)要求有一路應(yīng)急電路連接到維護支持船上的應(yīng)急電源［6］。

1.2 相關(guān)規(guī)范要求

國際海事組織早在1983年11月17日就批準了第A.536（13）號決議《潛水系統(tǒng)安全規(guī)范》，而后于1985年11月20日通過了修改案第A.583（14）號決議，最終被1995年11月23日通過的第A.831（19）號決議《潛水系統(tǒng)安全規(guī)范》所取代。1991年11月6日國際海事組織批準通過了第A.692（17）號決議《高壓逃生撤離系統(tǒng)指導意見及說明》。國際海事組織的規(guī)范和指導意見指出當潛水維護支持船舶執(zhí)行棄船或撤離時，需要提供能讓船上所有處于高壓或減壓狀態(tài)下的飽和潛水人員撤離船舶的高壓逃生撤離系統(tǒng)，此系統(tǒng)不僅需滿足國際海事組織的相關(guān)規(guī)范，還需同時滿足海上人命安全公約的相關(guān)要求。

除了國際海事組織的相關(guān)要求外，世界幾大船級社對高壓逃生撤離系統(tǒng)也有具體的規(guī)范要求。例如：挪威船級社海工規(guī)范DNV-OS-E402《海洋工程潛水系統(tǒng)規(guī)則》中指出載人壓力艙內(nèi)座位的角度設(shè)計要求滿足在裝置釋放時能夠保護艙內(nèi)潛水員免受撞擊，壓力艙生命支持系統(tǒng)工作持續(xù)時間至少為72 h；DNV-RP-E403《高壓逃生撤離系統(tǒng)》中指出高壓逃生撤離系統(tǒng)應(yīng)包括逃生通道、釋放裝置、生命支持系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)；美國船級社《水下傳播 系統(tǒng)和高壓設(shè)備建造入級規(guī)范》對壓力艙材質(zhì)的厚度，機械性能等提出了詳細的要求；英國勞氏船級社《半潛和水下設(shè)備系統(tǒng)建造入級規(guī)范規(guī)則》；中國船級社《潛水系統(tǒng)和潛水器入級和建造規(guī)范》中著重提出了設(shè)計、生產(chǎn)、入級檢驗、初次發(fā)證和年度檢驗等要求。

2 潛水員高壓逃生撤離系統(tǒng)的分類及特點

潛水員高壓逃生撤離系統(tǒng)分為從潛水鐘（潛水作業(yè)）中轉(zhuǎn)移潛水員的裝置和從潛水系統(tǒng)（加壓或減壓過程）中轉(zhuǎn)移潛水員的裝置。

從潛水鐘中轉(zhuǎn)移潛水員的裝置又可以分為：具有浮力的另一個潛水鐘以及一個類似深潛器的裝置，此裝置可在高壓狀態(tài)下轉(zhuǎn)移潛水員到具有穩(wěn)性、浮力以及生命支持系統(tǒng)的有下潛功能的裝置，從水下回收潛水員，并沿設(shè)定控制的路線將潛水員帶到水面。深潛救生艇實際上是一艘微型潛艇，擁有動力、觀察、通信、導航等設(shè)備。執(zhí)行救生任務(wù)時，只要由救生母船或母潛艇將其載到潛艇失事海域，便可在水下自行搜索和執(zhí)行艇員救生任務(wù)［3］。

從潛水系統(tǒng)中轉(zhuǎn)移潛水員的裝置又可分為：具有可被拖帶牽引的高壓逃生撤離艙；不具備拖帶牽引能力但可被吊裝到其他支持船舶上的高壓逃生撤離裝置；具有自帶推進動力的高壓救生艇。其中以高壓救生艇（如圖1）最為典型，被認為是保障在處于壓力狀態(tài)下潛水員安全的主要手段，是今后高壓逃生系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，其特點如下［4-5］：

（1）自帶推進動力系統(tǒng)，通常是按照救生艇的滿載重量選擇相應(yīng)的汽油發(fā)動機、柴油發(fā)動機，通過軸漿把動力輸出去，一般要求所帶燃料能夠維持72 h。這樣在無需外力的幫助下，高壓救生艇可以在最快時間內(nèi)搭載處于壓力狀態(tài)下的潛水員，并撤離危險區(qū)域。

（2）目前最多可容納24名潛水員，需要配備2名及以上的操作船員，通常是1名駕駛救生艇的船員和1到2名監(jiān)控艇內(nèi)壓力艙的船員。

（3）在外部火災(zāi)、碰撞、爆炸、井噴和海底沉降等極端環(huán)境下，救生艇內(nèi)生命維持系統(tǒng)要保持有效。

（4）釋放裝置與一般救生艇的標準救生艇架釋放機構(gòu)類似，這樣在支持供應(yīng)船舶上，更具可操作性。

3 國內(nèi)外高壓救生艇的發(fā)展和現(xiàn)狀

基于高壓救生艇的特點，目前發(fā)達國家傾向于選用高壓救生艇作為潛水支持船舶或平臺上飽和潛水員的高壓逃生撤離裝置。

1977年，英國海洋工程公司（Seaforth Maritime）為國際海洋工程公司（Oceaneering International）設(shè)計和建造了第一條這種型式的高氣壓救生艇，裝在由賽德科（Sedco）設(shè)計的Redco1鉆采平臺“Phillips”號上，該平臺是設(shè)置在北海愛科費斯克油田的第一個多用途支援設(shè)施［1］。

圖1 帶釋放裝置的高壓救生艇

1984年，喬基姆·羅德杰布工程開發(fā)部和德雷格爾公司合作研制了一種新型艇，這個高壓救生艇與瑞典康薩菲公司的鉆井平臺“ Safe Regalia ”號上的德雷格爾深潛系統(tǒng)相連接。這個方案中高壓救生艇可以在4.5 MPa的壓力下救出16名潛水員和3名船員，其中3名船員包括1名駕駛員和2名潛水系統(tǒng)的技師。艇上裝有適當?shù)臋C器設(shè)備，如1臺主機帶動的發(fā)電機，以及帶有諸如磁羅經(jīng)、甚高頻無線電設(shè)備和應(yīng)急無線電示位標等導航設(shè)備［2］。

目前世界上兩大生產(chǎn)高壓救生艇廠家以及產(chǎn)品主要參數(shù)見表1。

表1 高壓救生艇廠家以及產(chǎn)品對照表

Oceanwide safe at sea公司建立于2002年，公司總部設(shè)立在荷蘭的鹿特丹。在過去的10年里，該公司一共交付了40艘高壓救生艇，是目前高壓救生艇行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)。

Vanguard safe at sea公司總部設(shè)立在新加坡，2012年底獲得了美國船級社對高壓救生艇的形式認可證書。該公司在中國江蘇省設(shè)有一個工廠，該廠從2011年開始參與開發(fā)生產(chǎn)高壓救生艇。

今后國際海事組織和船級社對于此類高壓救援系統(tǒng)的規(guī)范要求會進一步提高，將會立法強制要求每艘潛水維護支持船舶或平臺在左右兩舷各配備一套滿足船上所有飽和潛水人員在處于壓力狀態(tài)下逃生的高壓逃生撤離系統(tǒng)［7］。由于高壓救生艇機動靈活的特點，在選擇海洋工程潛水高壓救生撤離系統(tǒng)上越來越顯現(xiàn)其優(yōu)勢。由于壓力艙在艇內(nèi)的布置不同于一般救生艇內(nèi)部載荷的分布情況，設(shè)計時要注意壓力艙艇內(nèi)支撐的局部加強問題，以避免救生艇在惡劣海況下受到外部撞擊時高壓艙設(shè)備受損。此外，因其造價高于一般高壓救生艙，而在海工支持維護船舶上，此系統(tǒng)在舷側(cè)布置與潛水鐘布置有沖突，導致舷側(cè)布置會比一般支持船舶復雜等問題，還需要專業(yè)的設(shè)計公司繼續(xù)改進設(shè)計和開發(fā)研究。

4 結(jié) 論

為了保證飽和潛水員的生命安全，新版船級社規(guī)范推薦在潛水維護支持船舶左右兩舷各配備一套飽和潛水員高壓逃生撤離系統(tǒng)。目前，發(fā)達國家已經(jīng)開發(fā)了一些高壓救援系統(tǒng)，而基于高壓救生艇具有的靈活機動、易于回收等特點，將成為該系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。我國現(xiàn)有的高壓撤離系統(tǒng)技術(shù)尚跟不上今后海洋工程發(fā)展的需要，研發(fā)能力落后于世界先進國家。我們應(yīng)在借鑒國際先進高壓撤離系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，盡快發(fā)展自己的高壓撤離系統(tǒng)，以免今后受制于人。文章介紹了世界先進的撤離系統(tǒng)的技術(shù)特點以及研發(fā)制造情況，為進一步促進我國高壓逃生撤離系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展提供參考。

［1］ 田治喜.高氣壓救生艇.The 3rd International Offshore Craft Conference［D］.1978：48-52.

［2］ 劉鴻春.供潛水員在壓力環(huán)境下用的高壓救生艇［J］.機電設(shè)備，1987（2）：41-43.

［3］ 付本國，孟慶鑫，劉漢明.深潛救生艇現(xiàn)狀及發(fā)展趨［J］.海洋工程，2007（4）：120-126.

［4］ DNV-OS-E402.Offshore Standard for Diving System［S］.Det Norske Veritas，2010.

［5］ DNV-RP-E403.Hyperbaric Evacuation System［S］.Det Norske Veritas，2010.

［6］ IMORes.A.692（17）.Guidelines and Specifications for Hyperbaric Evacuation System［S］ .International Maritime Organization，1991.

［7］ Hyperbaric Evacuation System［S］.Drass Group ADCI UI，2010.