飽和潛水應(yīng)急供氣和二氧化碳去除要求

CCS江蘇分社 黃巧鶯

飽和潛水作為海洋工程中重要的水下作業(yè)方式，已被廣泛應(yīng)用于海底管道安裝、檢測(cè)和常規(guī)海洋工程中。但飽和潛水存在風(fēng)險(xiǎn)，任何意想不到的或不可預(yù)知的事件都會(huì)威脅到飽和潛水的安全性。為確保潛水員生命安全，潛水員生命支持系統(tǒng)除配置正常的供氣系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)外，還應(yīng)有應(yīng)急供氣和環(huán)境控制的要求。

1、標(biāo)準(zhǔn)要求

CCS《潛水系統(tǒng)和潛水器入級(jí)規(guī)范》規(guī)定，應(yīng)急生命支持系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立于任何水面支持系統(tǒng)，且應(yīng)獨(dú)立于正常的生命支持系統(tǒng)。在撬裝式的飽和潛水系統(tǒng)中，生命支持系統(tǒng)一般集成在一個(gè)生命支持集裝箱內(nèi)。如圖1所示為飽和潛水系統(tǒng)總體布置圖，主要由甲板減壓艙、潛水鐘、吊放系統(tǒng)、機(jī)電房、潛水鐘控制室、高壓逃生艙、生命支持集裝箱等組成。

為使應(yīng)急生命支持系統(tǒng)獨(dú)立于水面支持系統(tǒng)，在潛水員作業(yè)期間，應(yīng)急生命支持供氣一般通過潛水鐘外部攜帶的應(yīng)急氣瓶提供；為了保證潛水員呼吸氣體的安全性，潛水鐘還應(yīng)配備有二氧化碳控制系統(tǒng)。應(yīng)急生命支持既要提供足夠的應(yīng)急呼吸氣體，又要有有效的二氧化碳去除能力。

潛水鐘外部應(yīng)急氣瓶，數(shù)量通常在7-10只。劃分為：潛水鐘應(yīng)急氣瓶組，裝載呼吸氣體混合氣，供潛水員應(yīng)急呼吸和潛水鐘應(yīng)急加壓；鐘人呼吸氣瓶組，裝載氦氧混合氣，供鐘人潛水呼吸；氧氣瓶，裝載純氧，供潛水鐘補(bǔ)氧，氣瓶按標(biāo)準(zhǔn)要求涂以規(guī)定的顏色，氧氣瓶為白色，氦氧混合氣瓶為棕和白，如圖2所示為潛水鐘氣瓶布置圖。

潛水鐘攜帶的氣瓶一般分開放置，各氣源通過獨(dú)立的管路供氣，如圖3所示為潛水鐘鐘外供氣原理圖。當(dāng)水面供氣中斷或發(fā)生其他事故時(shí)，在作業(yè)的潛水員會(huì)利用回家氣瓶回到鐘內(nèi)?；丶覛馄康淖畹蛢?chǔ)備按潛水員臍帶長度每10m滿足工作深度1min的潛水呼吸用氣的需要計(jì)算，回家氣瓶不屬于鐘外攜帶的應(yīng)急氣瓶。

考慮到海上救援過程中可能出現(xiàn)某種特殊的情況，CCS《潛水系統(tǒng)和潛水器入級(jí)規(guī)范》條款規(guī)定，潛水鐘應(yīng)急支持時(shí)間不少于24小時(shí)。

2、鐘外應(yīng)急氧氣瓶配置

潛水員回到鐘內(nèi)后，潛水員開始呼吸鐘內(nèi)的氣體，潛水員在正常新陳代謝過程中會(huì)消耗氧氣。氧氣的消耗除潛水員正常新陳代謝過程的消耗外，還應(yīng)適當(dāng)考慮潛水鐘泄露等維持潛水鐘內(nèi)氧分壓的補(bǔ)氧量。

由于潛水員在水下活動(dòng)，涉及水環(huán)境和高氣壓環(huán)境對(duì)耗氧量的影響。不同個(gè)體的耗氧量差別也較大。計(jì)算時(shí)選擇潛水業(yè)界普遍接受的標(biāo)準(zhǔn)IMCA中規(guī)定的值，即每名潛水員耗氧量按0.5L/min計(jì)，該值與潛水深度無關(guān)。再結(jié)合CCS《潛水系統(tǒng)和潛水器入級(jí)規(guī)范》規(guī)定的應(yīng)急支持時(shí)間不少于24h的要求，可以計(jì)算出氧氣瓶的消耗量。

需要說明的是應(yīng)急計(jì)算時(shí)為保證足夠的安全裕度，計(jì)算過程中一般不考慮二氧化碳與吸收劑化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣。

3、鐘外應(yīng)急氦氧混合氣瓶配置

雖然潛水員正常代謝消耗的是氧氣，但是呼吸氣體卻是以氦氧混合氣的形式存在的。飽和潛水配置的應(yīng)急氣體除氧氣外，還會(huì)有氦氧混合氣。飽和潛水應(yīng)急情況下所需的氦氧混合氣應(yīng)至少包括，潛水鐘應(yīng)急加壓到居住深度壓力所需氣體、維持氦氧飽和居住環(huán)境所需氦氧混合氣量以及應(yīng)急時(shí)間內(nèi)潛水員工作深度呼吸的混合氣量。

圖1 飽和潛水系統(tǒng)總體布置圖

圖2 潛水鐘氣瓶布置圖

4、鐘內(nèi)二氧化碳吸附劑配置

在飽和潛水中，呼吸代謝是二氧化碳產(chǎn)生的重要原因，潛水員在消耗氧的同時(shí)產(chǎn)生二氧化碳。如果呼吸氣體中二氧化碳過多，會(huì)導(dǎo)致二氧化碳中毒。應(yīng)急生命支持系統(tǒng)應(yīng)有足夠的二氧化碳去除能力，保證在應(yīng)急情況下艙室的二氧化碳分壓不超過限定值。

目前飽和潛水作業(yè)中，大部分潛水鐘內(nèi)二氧化碳吸收系統(tǒng)由鈉石灰裝載罐和電動(dòng)風(fēng)機(jī)組成。正常的風(fēng)機(jī)動(dòng)力采取臍帶提供的電力，應(yīng)急時(shí)使用潛水鐘應(yīng)急電池提供的電力。從而將環(huán)境中的二氧化碳控制在合理范圍內(nèi)的，如圖4所示為某一典型的二氧化碳吸附罐示意圖。

圖3 潛水鐘鐘外供氣原理圖

圖4 二氧化碳吸附罐

根據(jù)IMCA標(biāo)準(zhǔn)要求，每位潛水員氧氣消耗量按0.5L/min計(jì)算，產(chǎn)生的二氧化碳量與潛水員消耗的氧氣量有關(guān)，產(chǎn)生的二氧化碳和消耗的氧之比稱為呼吸商。研究表明，呼吸商的值一般在0.7～1.1之間不等，影響呼吸商的主要因素是潛水員攝入能量的化學(xué)構(gòu)成和潛水員的勞動(dòng)強(qiáng)度。人體靜止時(shí)一般呼吸商選擇0.85，按此要求，每位潛水員呼吸產(chǎn)生的二氧化碳為0.425L/min。計(jì)算中假定系統(tǒng)故障前艙室的二氧化碳分壓在合理范圍內(nèi)，所以應(yīng)急生命支持系統(tǒng)的二氧化碳去除能力應(yīng)不低于一個(gè)大氣壓下每個(gè)潛水員0.425L/min。

根據(jù)CCS《潛水系統(tǒng)和潛水器入級(jí)規(guī)范》條款要求，應(yīng)急支持時(shí)間為24h。則二氧化碳吸收劑的配置至少能滿足24小時(shí)的吸收量。鈉石灰吸收率受溫濕度影響，再考慮吸收裝置的吸收效率，計(jì)算時(shí)一般按常溫時(shí)理論吸收率的80%計(jì)算。

當(dāng)然除考慮吸附劑的質(zhì)量外，還應(yīng)注意二氧化碳吸收裝置的流通速率，因?yàn)闉楸３侄趸挤謮涸谡Ｏ薅ㄖ狄韵?，必須考慮空氣流通的速度。