飽和潛水高壓撤離技術(shù)及法規(guī)應(yīng)用與趨勢研究*

薛利群 張國光

(上海交大海洋水下工程科學(xué)研究院有限公司 上海 200231)

飽和潛水高壓撤離是指處于深水作業(yè)或壓力艙內(nèi)減壓的潛水員，在遭遇突發(fā)的緊急情況下，通過能夠保持相應(yīng)壓力的耐壓容器，維持潛水員所處的壓力狀態(tài)，撤離危險環(huán)境并到達(dá)新的安全減壓設(shè)施的整個過程。實(shí)際中海上油氣設(shè)施的飽和潛水應(yīng)急撤離是非常罕見的事件，但飽和潛水系統(tǒng)必須配置高壓撤離系統(tǒng)(HES)已成為潛水業(yè)界的共識。國際海事組織(IMO)[1]、國際海事承包商協(xié)會(IMCA)[2]、國際潛水承包商協(xié)會(ADCI)[3]、國際石油和天然氣生產(chǎn)商協(xié)會(OGP)[4]等國際組織，以及挪威、美國等知名船級社[5-6]，相繼發(fā)布有關(guān)潛水員高壓撤離的法規(guī)性指導(dǎo)文件，以最大限度避免或減少飽和潛水員的海上作業(yè)風(fēng)險。

近年來我國飽和潛水的實(shí)驗(yàn)研究和工程應(yīng)用不斷取得新的成就[7-8]，為確保參與海上深水作業(yè)飽和潛水員的人身安全，飽和狀態(tài)潛水員壓力下的安全撤離問題已受到關(guān)注[9]。筆者結(jié)合高壓撤離技術(shù)裝備研究和國家標(biāo)準(zhǔn)《高壓狀態(tài)下潛水員緊急轉(zhuǎn)移要求》項(xiàng)目預(yù)研，探討高壓狀態(tài)下潛水員應(yīng)急撤離技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)及其應(yīng)用趨勢。希望能對我國海上飽和潛水高壓撤離技術(shù)裝備的研發(fā)及國家標(biāo)準(zhǔn)的制定有所裨益。

1 飽和潛水高壓撤離技術(shù)發(fā)展背景

回顧飽和潛水高壓撤離技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，以下幾方面的因素是需要考慮的。

1) 北海油田開發(fā)。與世界其他海域(如墨西哥灣)油氣開發(fā)不同，北海油田水域除自然環(huán)境條件惡劣外，水深大也是其一大特點(diǎn)。潛水條件的苛刻和危險也是當(dāng)時其他海域工程潛水從未有的。

2) 飽和潛水應(yīng)用。北海水域各種水下作業(yè)任務(wù)中飽和潛水占60%。潛水員需要在更大的海底深度執(zhí)行繁重的水下建設(shè)任務(wù)，飽和潛水技術(shù)裝備的研發(fā)與應(yīng)用恰逢其時。

3) 意外傷害事故。作為當(dāng)年公認(rèn)潛水條件最為惡劣和最危險的水域，北海油田除大深度水下作業(yè)的風(fēng)險外，對于身處壓力環(huán)境下的飽和潛水員，無論是在飽和狀態(tài)，還是在減壓狀態(tài)，海上鉆井設(shè)施失事威脅均遠(yuǎn)大于其他人員。

4) 安全法規(guī)建立。面對連續(xù)多年觸目驚心的潛水事故和高死亡率，英國、挪威相繼規(guī)定了壓力下的轉(zhuǎn)移設(shè)備和技術(shù)要求。所有潛水支持船、鋪管和起重駁，以及可能用于空氣及飽和潛水作業(yè)的船舶，都必須考慮壓力下潛水員的撤離問題。

2 壓力下撤離的主要方法及裝備

潛水員應(yīng)急高壓撤離過程，一般分為3個階段：①潛水員轉(zhuǎn)移到高壓救生裝置，吊離或下水；②高壓救生裝置(水中或船舶)運(yùn)送，回收；③高壓救生裝置對接到接收設(shè)施，實(shí)施潛水減壓。

2.1 壓力下應(yīng)急撤離方法

海上油氣生產(chǎn)商在選擇雇傭潛水承包商時，通?？紤]潛水承包商是否具備：

1) 自航式高壓救生艇(SPHL)。

2) 可牽引高壓撤離裝置((T)HEU)。

3) 高壓救生艙(HRCs)，適合輔助船/近海設(shè)施吊裝或回收(可牽引或不可牽引)。

4) 潛水鐘，轉(zhuǎn)移到另一船舶∕近海設(shè)施的潛水系統(tǒng)中。

5) 在水下和壓力下，潛水員從一潛水鐘轉(zhuǎn)移到另一潛水鐘。

6) 負(fù)浮力艙室單元，具有內(nèi)在儲備浮力、穩(wěn)定性和生命支持，能夠用于水下作業(yè)并返回水面等待獨(dú)立回收。

2.2 現(xiàn)代壓力下撤離裝備

潛水員壓力下應(yīng)急撤離設(shè)備，大致上可分為專用型和兼用型2類。

1) 專用壓力下應(yīng)急撤離設(shè)備。是指設(shè)計(jì)建造用途僅為潛水員壓力下應(yīng)急撤離的高壓救生艙(HRC)和高壓救生艇(SPHL)。以高壓救生艇(SPHL)為例，吊艇架，液壓鉗和馬達(dá)，充氣和連接面板，救生艇飽和控制，逃生通道等，都是其必要組成部分。

2) 兼用壓力下應(yīng)急撤離設(shè)備。是指除專用撤離設(shè)備之外，那些能在緊急情況下借助于其所具有的耐壓特征，因地制宜用于潛水員壓力下應(yīng)急撤離作業(yè)的設(shè)備或裝置。如，潛水鐘、載人潛水器，或潛水系統(tǒng)中其他可拆卸的壓力艙室。

國際上法定可供潛水員從飽和潛水系統(tǒng)中緊急撤離的裝備，主要有高壓救生艙(HRC)或高壓救生艇(SPHL)。兩者統(tǒng)稱高壓撤離單元(HEU)?？紤]到海上撤離過程中可能出現(xiàn)某種延誤救援的情況，高壓撤離單元(HEU)應(yīng)能夠維持整個潛水團(tuán)隊(duì)至少72 h的生命支持時間。高壓撤離單元(HEU)啟動下水之后，其中的潛水員通常立即開始實(shí)施潛水減壓程序。

3 現(xiàn)行高壓撤離技術(shù)法規(guī)狀況

3.1 權(quán)威機(jī)構(gòu)

目前，涉及飽和潛水高壓撤離技術(shù)法規(guī)的國際性權(quán)威機(jī)構(gòu)有：

1) 國際海事組織(IMO)。成立于1959年，是聯(lián)合國負(fù)責(zé)促進(jìn)全球海上航行安全，防止海洋污染及海事技術(shù)合作的專門機(jī)構(gòu)。

2) 國際石油和天然氣生產(chǎn)商協(xié)會(OGP)。成立于1974年，是代表各國油氣公司、服務(wù)公司、國際和地區(qū)性協(xié)會的國際組織。

3) 國際海事承包商協(xié)會(IMCA)。前身為1972年成立的近海工程潛水承包商協(xié)會(AODC)，是潛水及海洋水下工程界最有影響的國際性組織。

4) 國際潛水承包商協(xié)會(ADCI)。是創(chuàng)建于 1968年的一個推廣商業(yè)潛水科學(xué)和技術(shù)的非營利機(jī)構(gòu)。其《商業(yè)潛水和水下作業(yè)國際公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)》在世界范圍得到廣泛認(rèn)可和遵守。

5) 國際知名船級社。如全球船級社“三巨頭”，美國船級社(ABS)，挪威船級社(DNV)和英國勞氏船級社(LR)，作為世界知名全球領(lǐng)先的國際權(quán)威船級認(rèn)證服務(wù)機(jī)構(gòu)，具有顯著的影響力。

3.2 發(fā)展?fàn)顩r

最早提出有關(guān)潛水撤離論述的是國際海事組織(IMO)在20世紀(jì)80年代初制訂的A.536(13)，1983 《潛水系統(tǒng)安全規(guī)則》，其明確指出“提供的撤離系統(tǒng)應(yīng)該具有足夠的能力在壓力下撤離所有的潛水員?！辈⒂?985年通過第A.583(14)號決議和1995年通過第A.831(19)號決議對其進(jìn)行補(bǔ)充。之后，頒布A.692(17)，1991和MGN 83(M)，1998，即《高壓撤離系統(tǒng)指南與規(guī)范》，為飽和潛水員的高壓下撤離提供技術(shù)指南和規(guī)范。按照國際海事組織(IMO)的規(guī)定：飽和潛水系統(tǒng)必須配備可在緊急情況下用于從海洋平臺或工作船上的深潛系統(tǒng)中安全撤離潛水員的高壓撤離系統(tǒng)(HES)。

21世紀(jì)以來，隨著飽和潛水技術(shù)在海洋開發(fā)中的廣泛應(yīng)用，潛水員高壓狀態(tài)下的應(yīng)急轉(zhuǎn)移已成為飽和潛水系統(tǒng)的重要組成部分。國際石油和天然氣生產(chǎn)商協(xié)會(OGP)2014年頒布了《飽和潛水緊急高壓撤離和恢復(fù)的執(zhí)行》(OGP Rep 478)。該標(biāo)準(zhǔn)為幫助潛水公司管理現(xiàn)場的高壓撤離提供了基本框架，并指導(dǎo)高壓撤離預(yù)案的制訂，明確操作人員的角色和責(zé)任。

為規(guī)范潛水員在壓力下的安全撤離，減少和避免作業(yè)風(fēng)險，國際海事承包商協(xié)會(IMCA)頒布的IMCA D 025，2001《潛水員從設(shè)施撤離》明確規(guī)定，從近海設(shè)施(如固定或移動平臺，浮式生產(chǎn)(PSOs)等)潛水時，應(yīng)該考慮安排潛水員的撤離。近年來，又制定了IMCA D 052，2013 《高壓撤離系統(tǒng)指南》，IMCA D 051 Rev.1，2014 《高壓撤離系統(tǒng)接口推薦規(guī)范》，以及IMCA D 053，2014 《高壓接收設(shè)施(HRF)的潛水設(shè)備系統(tǒng)檢查指導(dǎo)性說明(DESIGN)》等法規(guī)性指導(dǎo)文件。

針對飽和潛水系統(tǒng)及高壓撤離設(shè)備的設(shè)計(jì)建造和入級，國際知名船檢機(jī)構(gòu)中的挪威船級社(DNV)、美國船級社(ABS)，相繼頒布了DNV-RP-E403，2010 《高壓撤離系統(tǒng)的推薦做法》，ABS，2016 《水下潛器系統(tǒng)高壓設(shè)施入級建造規(guī)范》等船級規(guī)范。根據(jù)挪威船級社《船舶入級規(guī)則》，2001年7月以后建造的潛水系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)讓的潛水系統(tǒng)，應(yīng)該具有高壓撤離的手段。

3.3 現(xiàn)行要求

目前國際上有關(guān)飽和潛水應(yīng)急高壓撤離的技術(shù)規(guī)范及主要特征見表1。

表1 國際上飽和潛水應(yīng)急高壓撤離技術(shù)規(guī)范及特征

4 高壓撤離裝備的應(yīng)用發(fā)展趨勢

世界上第一套真正意義上的壓力下應(yīng)急撤離設(shè)備，是1974年美國國際水下承包商公司(IUC)為應(yīng)對北海油田潛水作業(yè)安全開發(fā)的“直升機(jī)潛水員壓力下轉(zhuǎn)移系統(tǒng)”[10]。幾乎在同一時期，出現(xiàn)了以1970年代英國西福斯海事公司(Seaforth Maritime)、1980年代德國德爾格公司(Dr?gerwerk AG)為代表的早期高壓救生艇(HLB)。最初的做法是：將能夠容納8～16名潛水員的壓力艙安裝在常規(guī)船用救生艇的鋼制或玻璃鋼(GRP)船體內(nèi)，配備生命支持設(shè)施供艙內(nèi)潛水員使用。包括潛水監(jiān)督在內(nèi)的其他船員，設(shè)有單獨(dú)的常壓艙室。救生艇通過蓄電池或柴油發(fā)動機(jī)推進(jìn)，由所在工作母船上的吊艇架、絞車或吊車，以與普通船舶救生艇相同的方式下水、航行。

數(shù)十年來，飽和潛水員壓力下應(yīng)急撤離經(jīng)歷了從潛水承包商自發(fā)研制單人潛水艙，臨時性甲板減壓艙或潛水鐘，到應(yīng)急高壓救生艙(HRC)，自行式高壓救生艇(SPHL)的發(fā)展和實(shí)踐過程。國際海事組織(IMO)1983年修訂《海上人命安全國際公約》，將第三章“救生設(shè)備和安排”內(nèi)容作為強(qiáng)制性要求；同年修訂AS.536(13)，1983《潛水系統(tǒng)安全規(guī)則》增加了第三章“撤離系統(tǒng)”的要求。

對于國際性技術(shù)規(guī)范中推薦的高壓救生艙(HRC)或高壓救生艇(SPHL)，近年來基于兩方面因素，出現(xiàn)了自航式高壓救生艇(SPHL)逐漸取代高壓救生艙(HRC)，作為“船載-海上作業(yè)-飽和潛水系統(tǒng)”高壓撤離設(shè)備(HES)應(yīng)用的趨勢。首先，國際海事組織、國際油氣生產(chǎn)商、大型船級社已要求將高壓救生艙(HRC)或自航式高壓救生艇(SPHL)，列為海上飽和潛水作業(yè)系統(tǒng)法定配置的高壓撤離設(shè)備；同時，鑒于海上油氣開發(fā)存在大量碳?xì)浠衔镄孤?、發(fā)生火災(zāi)或爆炸事故可能的安全考慮，一些國際大油氣運(yùn)營商不再歡迎無動力推進(jìn)的高壓救生艙(HRC)作為海上油氣作業(yè)潛水系統(tǒng)的高壓撤離設(shè)備。

目前，體現(xiàn)高壓救生艇技術(shù)水平的標(biāo)志性指標(biāo)有：

1) 承載人數(shù)。潛水員12，16，18，24人等；操艇人員3或4人。

2) 續(xù)航天數(shù)(持久力)。生命支持時間72 h(海上5 d)。

3) 最大作業(yè)深度。300，350，400，450 m。

4) 飽和艙壓力。設(shè)計(jì)壓力31.4，42 bar；試驗(yàn)壓力47.1，63 bar。

5) 對接方式。底部、側(cè)面、上部。

6) 航速。不小于6 kn。

7) 總體重量。滿載16～24 t；加壓艙重量3 200～6 200 kg。

5 結(jié)語

在高氣壓狀態(tài)下潛水員的應(yīng)急撤離是飽和潛水系統(tǒng)和實(shí)施海上飽和潛水作業(yè)安全管理的重要組成部分。隨著海洋油氣開發(fā)、海上救撈及水下工程的深水化發(fā)展，我國飽和潛水技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究和工程應(yīng)用不斷取得新的成就。國家相繼頒布和實(shí)施了一系列有關(guān)飽和潛水作業(yè)安全的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T 24555-2009 《200 m氦氧飽和潛水作業(yè)要求》，GB/T 24556-2009 《200 m氦氧飽和潛水作業(yè)應(yīng)急措施》等。研究、制定一部能夠配合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并規(guī)范飽和潛水設(shè)備系統(tǒng)應(yīng)用及作業(yè)安全的“高壓狀態(tài)下潛水員緊急轉(zhuǎn)移要求”國家標(biāo)準(zhǔn)與上述現(xiàn)行國標(biāo)配套實(shí)施，對于確保推動和促進(jìn)我國海上救撈及水下工程作業(yè)的技術(shù)發(fā)展，以及飽和潛水員作業(yè)安全，其重要意義不言而喻。

[1] Guidelines and specifications for hyperbaric evacuation systems：IMO MGN A. 83 (M)[S].IMO，1998.

[2] Guidance on Hyperbaric Evacuation Systems：IMCA D 052[S].IMCA，2013.

[3] 商業(yè)潛水與水下作業(yè)國際公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)[S].6版.國際潛水承包商協(xié)會(ADCI)，2011.

[4] Performance of saturation diving emergency hyperbaric evacuation and recovery：OGP Report 478[S].OGP，2014.

[5] Recommended practice hyperbaric evacuation system：DNV-RP-E403[S].Det Norske Veritas，2010.

[6] Rules for Building and Classing Underwater Vehicles, Systems and Hyperbaric Facilities：ABS[S].American Bureau of Shipping (ABS)，2016.

[7] 方以群，趙浩泉，劉景昌，等.我國飽和潛水研究現(xiàn)狀及其發(fā)展方向[C].浙江省醫(yī)學(xué)會航海醫(yī)學(xué)分會成立大會暨首屆浙江省航海醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)年會論文集，寧波，2012.

[8] 姜大正.番禺油田配重塊修復(fù)及導(dǎo)管架檢測工程[J].航海，2012(1):53-55.

[9] 陳智，蔣如宏.海洋工程飽和潛水員高壓逃生撤離系統(tǒng)淺析[J].船舶，2015(1):31-34.

[10] GALERNE A. Rescue of diver under pressure[C]. Offshore Technology Conference, Houston:1978.