論飽和潛水技術(shù)在海洋工程船的應(yīng)用

張祚良

（海裝裝備招標(biāo)中心，北京100070）

1 飽和潛水的發(fā)展歷史

飽和潛水是人類(lèi)對(duì)于潛水技術(shù)的一個(gè)突破。50多年前，美國(guó)的一位鄉(xiāng)村醫(yī)生經(jīng)過(guò)和同事們反復(fù)試驗(yàn)，獲得了一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)：人如果在高壓下逗留達(dá)到一定時(shí)間，其血液組織里滲入的氣體就會(huì)達(dá)到飽和程度。從這一程度起，只要壓力不變，即使再增加停留的時(shí)間，血液和組織里的氣體含量也不會(huì)改變。這就像一只盛滿(mǎn)了水的杯子，它的容量達(dá)到了極限，再加一滴水也是不行的，無(wú)論把水龍頭再開(kāi)多長(zhǎng)時(shí)間，效果總是一樣的。當(dāng)潛水員在某一壓力下連續(xù)停留24 h后，身體組織中溶解的稀有氣體量也就達(dá)到了最大限度。嚴(yán)格地說(shuō)，這時(shí)吸入的稀有氣體與呼出的量相等，處于動(dòng)態(tài)平衡。機(jī)體被稀有氣體飽和得愈多，其安全減壓時(shí)間也愈長(zhǎng)。如果溶解量達(dá)到一定極限，不再增加，其減壓時(shí)間也可始終保持不變。

根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，潛水員在海洋的某個(gè)深度工作一段時(shí)間后，不必匆忙回到海面上來(lái)減壓，他可以繼續(xù)在海中呆下去，直到工作完成后再返回海面，進(jìn)行一次減壓就行了。這種潛水方法就叫做“飽和潛水”。在發(fā)現(xiàn)飽和潛水之前，人們雖然掌握了足夠的潛水技術(shù)，卻仍然只是海底的匆匆過(guò)客。每個(gè)潛水員進(jìn)行一次潛水后，要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行減壓，這大大影響了工作效率。

1962年，美軍組織了第一次飽和潛水實(shí)驗(yàn)，至此飽和潛水成為唯一一種可使?jié)撍畣T直接暴露于高壓環(huán)境開(kāi)展水下作業(yè)的潛水方式。經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，飽和潛水目前廣泛應(yīng)用于失事潛艇救援、海底施工作業(yè)、水下資源勘探、海洋科學(xué)考察等軍事和民用領(lǐng)域。世界各國(guó)都十分重視飽和潛水技術(shù)研究，據(jù)了解，英、美、瑞士、挪威、法、德、日本、俄羅斯等國(guó)已先后突破400 m深度，海上實(shí)際深潛實(shí)驗(yàn)極限已達(dá)到710 m。

2 飽和潛水系統(tǒng)組成

飽和潛水系統(tǒng)主要包括一個(gè)潛水鐘、甲板加減艙系統(tǒng)、生命支持系統(tǒng)、潛水鐘釋放回收液壓系統(tǒng)、兩個(gè)高壓救生艇、氦氣回收凈化系統(tǒng)、HRC生命支持集裝箱。

空氣潛水系統(tǒng)主要包含空氣潛水員加減壓艙系統(tǒng)、空氣潛水下放和回收系統(tǒng)及生命支持系統(tǒng)。

2.1 甲板加減艙系統(tǒng)

主要由三個(gè)潛水員生活居住艙、一個(gè)轉(zhuǎn)換艙、兩個(gè)逃生通道以及兩個(gè)供潛水員逃生的高壓救生艇、居住艙與外界轉(zhuǎn)送食物等生活必需品的空間、居住艙之間連接的空間組成。

2.2 生命支持系統(tǒng)

主要由艙室加減壓系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、氣體分析系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、衛(wèi)生系統(tǒng)、水加熱系統(tǒng)、潛水鐘呼吸系統(tǒng)、居住艙呼吸系統(tǒng)、潛水鐘應(yīng)急呼吸系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)、通信娛樂(lè)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、配氣/儲(chǔ)存氣體、消防系統(tǒng)FI-FI、氦氣回收處理系統(tǒng)、氦氧再造系統(tǒng)組成。

（1）潛水員工作以及居住的艙室有六個(gè)區(qū)域（三個(gè)居住艙、一個(gè)緩沖艙、兩個(gè)高壓救助艇），每個(gè)區(qū)域配備一臺(tái)冷熱水單元，備用一臺(tái)。通過(guò)環(huán)境控制單元控制加減壓艙、緩沖艙、潛水鐘、高壓救生艇艙室內(nèi)部的環(huán)境溫度，每一臺(tái)也可通過(guò)軟管互為備用。

（2）通過(guò)生活水供給單元供給居住艙內(nèi)部的生活用水。

（3）通過(guò)SAT間控制面板的氣體控制閥維持潛水員的氧氣消耗。

（4）通過(guò)MIX MARKER可以將2%的氦氧轉(zhuǎn)化為不同濃度的氦氧。

（5）高壓氣體壓縮機(jī)可以將空氣和釋放到氣包中的氦氣混合后輸送到氣瓶中儲(chǔ)存，也可以把潛水系統(tǒng)中的氦氧回收到高壓氣瓶中。

（6）配備三臺(tái)熱水單元為潛水員水下作業(yè)時(shí)提供身體溫度保障，通過(guò)生命支持間內(nèi)部的控制面板實(shí)現(xiàn)互為備用。

（7）通過(guò)低壓氣體空壓機(jī)保證潛水員水下作業(yè)時(shí)的氦氧流通問(wèn)題。

（8）潛水系統(tǒng)內(nèi)部的CCTV監(jiān)控潛水員生活、關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行情況以及水下作業(yè)情況。通過(guò)外部CCTV系統(tǒng)可以監(jiān)控潛水鐘升降情況以及潛水系統(tǒng)涉及的區(qū)域。

（9）通過(guò)居住艙內(nèi)部水霧消防系統(tǒng)，保證潛水員在居住艙內(nèi)部的安全。外部噴淋消防系統(tǒng)保證潛水系統(tǒng)區(qū)域設(shè)備的安全。

（10）空氣潛水高壓空壓機(jī)可以壓縮空氣到空氣潛水氣瓶中。利用低壓空壓機(jī)壓縮空氣給潛水員水下作業(yè)提供呼吸的空氣。

（11）由于部分潛水區(qū)域有純氧以及稀有高壓氣體的管路，為解決管路泄漏等安全問(wèn)題，增加了O2氣體探測(cè)，O2濃度過(guò)高、過(guò)低的時(shí)候都會(huì)有報(bào)警。

2.3 潛水鐘釋放回收系統(tǒng)

主要由液壓?jiǎn)卧撍娭鹘g車(chē)、配重塊絞車(chē)、臍帶絞車(chē)、液壓滑車(chē)以及固定插銷(xiāo)、臍帶下導(dǎo)架、潛水鐘保護(hù)罩液壓插銷(xiāo)、應(yīng)急提升裝置組成。

潛水鐘釋放回收流程：潛水員進(jìn)入潛水鐘中關(guān)閉潛水鐘與緩沖艙的門(mén)；潛水鐘與緩沖艙的抱箍打開(kāi)；打開(kāi)月池蓋的門(mén)；釋放配重塊到水下工作位置；打開(kāi)滑車(chē)鎖緊插銷(xiāo)，移動(dòng)液壓滑車(chē)，關(guān)閉潛水鐘連接緩沖艙外部的門(mén)；移動(dòng)滑車(chē)到月池正上方，注意移動(dòng)滑車(chē)過(guò)程中調(diào)整主絞車(chē)鋼纜以及臍帶的長(zhǎng)度，鎖緊滑車(chē)固定插銷(xiāo)；收回臍帶下導(dǎo)架，連接潛水鐘防晃裝置小臂，拔出潛水鐘水下平臺(tái)連接插銷(xiāo)，提升潛水鐘；當(dāng)潛水鐘水下平臺(tái)全部釋放出后，插入平臺(tái)連接插銷(xiāo)；繼續(xù)提升潛水鐘至指定位置（與導(dǎo)向保護(hù)罩相接觸），拔出導(dǎo)向保護(hù)罩插銷(xiāo)；拔出滑車(chē)固定插銷(xiāo)，移回并固定在指定位置；固定潛水鐘兩端導(dǎo)向滑道，下放潛水鐘至合適位置，拆除防撞裝置小臂；下放潛水鐘入水，導(dǎo)向保護(hù)罩下降至下導(dǎo)軌底部時(shí)停止，潛水鐘離開(kāi)船體，靠重力下潛至工作位置。

潛水鐘下放過(guò)程中主絞車(chē)和臍帶絞車(chē)可以同步工作，主絞車(chē)升降潛水鐘的時(shí)候臍帶絞車(chē)需要以自動(dòng)模式收放臍帶。通過(guò)配重絞車(chē)鋼纜的指引，潛水鐘在十幾分鐘內(nèi)就可以到達(dá)300 m的水下，一次輸送三名潛水員。潛水員通過(guò)臍帶與潛水鐘與臍帶管路相連，臍帶輸送熱水以及氦氧混合氣、電力、通信等給潛水員，提供其在水下生存的必要條件。工作一定時(shí)間后，潛水員再通過(guò)潛水鐘返回船上，通過(guò)液壓滑車(chē)運(yùn)輸潛水鐘與WETPOT連接，潛水員回到居住艙休息。通過(guò)同樣的方式再輸送一批潛水員下潛工作，周而復(fù)返，直到水下作業(yè)結(jié)束。

3 飽和潛水在海洋工程船的應(yīng)用

前不久，馬尾造船股份有限公司成功交付了一艘飽和潛水支持船，該類(lèi)型船舶在海洋工程船領(lǐng)域是明星代表產(chǎn)品，它具有高附加值、高技術(shù)性能、高難度的特點(diǎn)。該船采用不減壓巡回潛水的飽和潛水方式，大大提高了潛水作業(yè)效率，具有很高的實(shí)用價(jià)值。本船可和ROV、鋪管設(shè)備、深海吊車(chē)等設(shè)備同步作業(yè)。

該船設(shè)置有三個(gè)機(jī)艙、三個(gè)配電板間、兩個(gè)舵槳間、兩個(gè)艏側(cè)推間、一個(gè)伸縮推間、兩個(gè)應(yīng)急發(fā)電機(jī)間、一個(gè)駕駛室及一個(gè)應(yīng)急駕駛室、兩個(gè)HIPAP間。動(dòng)力方面由四臺(tái)主發(fā)電機(jī)組和一臺(tái)輔助發(fā)電機(jī)為全船提供電力保障；由兩臺(tái)平旋推進(jìn)器、兩臺(tái)超靜音的艏側(cè)推、一臺(tái)伸縮式全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器為全船提供推進(jìn)和定位動(dòng)力，動(dòng)力定位能力為DP3級(jí)，同時(shí)配置一臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)及一臺(tái)潛水設(shè)備專(zhuān)用應(yīng)急發(fā)電機(jī)。

該船最核心的系統(tǒng)是配備了可在300 m水深的區(qū)域工作的飽和潛水系統(tǒng)和兩套深水工作的空氣潛水系統(tǒng)。同時(shí)還配套了兩個(gè)深水遙控潛水器和一臺(tái)150 t的深水主動(dòng)補(bǔ)償甲板吊，可支持水下3 000 m水深作業(yè)；兩個(gè)月池，船舶艏部上方裝有鋁制直升機(jī)平臺(tái)。

4 飽和潛水系統(tǒng)的生產(chǎn)重點(diǎn)和難點(diǎn)

飽和潛水系統(tǒng)主要涉及潛水鐘升降區(qū)域（月池區(qū)域）、加減壓艙區(qū)域、SAT間、潛水控制間、氣包間、氣瓶間、生命支持間，左右兩個(gè)高壓救助艇（SPHL）區(qū)域、空氣潛水系統(tǒng)包括LARS釋放架區(qū)域，空氣潛水居住艙、兩個(gè)空氣潛水液壓間以及上述區(qū)域周邊需要設(shè)置的其他艙室等區(qū)域。

飽和潛水系統(tǒng)在海洋工程船的施工安裝過(guò)程中，有以下幾方面需要重點(diǎn)關(guān)注：

（1）潛水系統(tǒng)區(qū)域具有區(qū)域多、范圍廣的特點(diǎn)，加減壓艙、SAT間處于本船的中心位置，船用設(shè)備的很多管路、電纜都需要經(jīng)過(guò)該區(qū)域，怎樣保證按合同的時(shí)間節(jié)點(diǎn)交付廠家是施工中一個(gè)很大的問(wèn)題。

（2）主甲板潛水轉(zhuǎn)換艙WETPOT、加減壓艙、逃生通道以及高壓救生艇SPHL的安裝如圖1所示。

圖1 潛水包居住艙剖面圖

（3）潛水鐘釋放回收設(shè)備的安裝：潛水鐘回收釋放系統(tǒng)的主要設(shè)備包括潛水鐘上下導(dǎo)軌、配重絞車(chē)、臍帶絞車(chē)、主絞車(chē)、滑輪和上下臍帶導(dǎo)向架，分別分布在船舶的月池區(qū)域、主甲板區(qū)域、01甲板區(qū)域、02甲板區(qū)域以及03甲板區(qū)域，并且是一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系。以月池的十字中心線(xiàn)作為平面坐標(biāo)系，并以平面坐標(biāo)系零點(diǎn)向上下垂直延伸線(xiàn)作為另一坐標(biāo)線(xiàn)，結(jié)合平面坐標(biāo)系建立一個(gè)三維坐標(biāo)系，該三維坐標(biāo)系是整個(gè)潛水鐘回收釋放區(qū)域的定位基準(zhǔn)。根據(jù)每一個(gè)設(shè)備的定位坐標(biāo)，將其分別定位完成。各自定位完成后，再進(jìn)行每一個(gè)設(shè)備關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的測(cè)量，如距離、角度、高度等。通過(guò)反復(fù)的測(cè)量調(diào)整將所有設(shè)備定位完成，然后通過(guò)螺栓固定或焊接的方式將所有設(shè)備安裝到位。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略需求和走向海洋深藍(lán)步伐的加速推進(jìn)，飽和潛水的應(yīng)用將更加廣泛；同時(shí)，該技術(shù)的發(fā)展對(duì)于我國(guó)提高應(yīng)急救援保障能力，在深海打撈勘探領(lǐng)域提升在國(guó)際上的發(fā)言權(quán)也具有十分重要的意義。

[1]宋海鷹.飽和潛水專(zhuān)家系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[D].大連：大連海事大學(xué)，2015.

[2]中國(guó)船級(jí)社.潛水系統(tǒng)和潛水器入級(jí)規(guī)范[Z]，2013.

[3]ABSrulesforbuildingandclassing——UNDERWATER VEHICLES，SYSTEMS AND HYPERBARIC FACILITIES[S]，2015.