論飽和潛水技術在海洋工程船的應用

張祚良

（海裝裝備招標中心，北京100070）

1 飽和潛水的發展歷史

飽和潛水是人類對于潛水技術的一個突破。50多年前，美國的一位鄉村醫生經過和同事們反復試驗，獲得了一個驚人的發現：人如果在高壓下逗留達到一定時間，其血液組織里滲入的氣體就會達到飽和程度。從這一程度起，只要壓力不變，即使再增加停留的時間，血液和組織里的氣體含量也不會改變。這就像一只盛滿了水的杯子，它的容量達到了極限，再加一滴水也是不行的，無論把水龍頭再開多長時間，效果總是一樣的。當潛水員在某一壓力下連續停留24 h后，身體組織中溶解的稀有氣體量也就達到了最大限度。嚴格地說，這時吸入的稀有氣體與呼出的量相等，處于動態平衡。機體被稀有氣體飽和得愈多，其安全減壓時間也愈長。如果溶解量達到一定極限，不再增加，其減壓時間也可始終保持不變。

根據這一發現，潛水員在海洋的某個深度工作一段時間后，不必匆忙回到海面上來減壓，他可以繼續在海中呆下去，直到工作完成后再返回海面，進行一次減壓就行了。這種潛水方法就叫做“飽和潛水”。在發現飽和潛水之前，人們雖然掌握了足夠的潛水技術，卻仍然只是海底的匆匆過客。每個潛水員進行一次潛水后，要花費大量的時間進行減壓，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驗，至此飽和潛水成為唯一一種可使潛水員直接暴露于高壓環境開展水下作業的潛水方式。經過50多年的發展，飽和潛水目前廣泛應用于失事潛艇救援、海底施工作業、水下資源勘探、海洋科學考察等軍事和民用領域。世界各國都十分重視飽和潛水技術研究，據了解，英、美、瑞士、挪威、法、德、日本、俄羅斯等國已先后突破400 m深度，海上實際深潛實驗極限已達到710 m。

2 飽和潛水系統組成

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

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

2.1 甲板加減艙系統

主要由三個潛水員生活居住艙、一個轉換艙、兩個逃生通道以及兩個供潛水員逃生的高壓救生艇、居住艙與外界轉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

主要由艙室加減壓系統、環境控制系統、氣體分析系統、供氧系統、衛生系統、水加熱系統、潛水鐘呼吸系統、居住艙呼吸系統、潛水鐘應急呼吸系統、電視監控系統、通信娛樂系統、供電系統、配氣/儲存氣體、消防系統FI-FI、氦氣回收處理系統、氦氧再造系統組成。

（1）潛水員工作以及居住的艙室有六個區域（三個居住艙、一個緩沖艙、兩個高壓救助艇），每個區域配備一臺冷熱水單元，備用一臺。通過環境控制單元控制加減壓艙、緩沖艙、潛水鐘、高壓救生艇艙室內部的環境溫度，每一臺也可通過軟管互為備用。

（2）通過生活水供給單元供給居住艙內部的生活用水。

（3）通過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MIX MARKER可以將2%的氦氧轉化為不同濃度的氦氧。

（5）高壓氣體壓縮機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存，也可以把潛水系統中的氦氧回收到高壓氣瓶中。

（6）配備三臺熱水單元為潛水員水下作業時提供身體溫度保障，通過生命支持間內部的控制面板實現互為備用。

（7）通過低壓氣體空壓機保證潛水員水下作業時的氦氧流通問題。

（8）潛水系統內部的CCTV監控潛水員生活、關鍵設備運行情況以及水下作業情況。通過外部CCTV系統可以監控潛水鐘升降情況以及潛水系統涉及的區域。

（9）通過居住艙內部水霧消防系統，保證潛水員在居住艙內部的安全。外部噴淋消防系統保證潛水系統區域設備的安全。

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

（11）由于部分潛水區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題，增加了O2氣體探測，O2濃度過高、過低的時候都會有報警。

2.3 潛水鐘釋放回收系統

主要由液壓單元、潛水鐘主絞車、配重塊絞車、臍帶絞車、液壓滑車以及固定插銷、臍帶下導架、潛水鐘保護罩液壓插銷、應急提升裝置組成。

潛水鐘釋放回收流程：潛水員進入潛水鐘中關閉潛水鐘與緩沖艙的門；潛水鐘與緩沖艙的抱箍打開；打開月池蓋的門；釋放配重塊到水下工作位置；打開滑車鎖緊插銷，移動液壓滑車，關閉潛水鐘連接緩沖艙外部的門；移動滑車到月池正上方，注意移動滑車過程中調整主絞車鋼纜以及臍帶的長度，鎖緊滑車固定插銷；收回臍帶下導架，連接潛水鐘防晃裝置小臂，拔出潛水鐘水下平臺連接插銷，提升潛水鐘；當潛水鐘水下平臺全部釋放出后，插入平臺連接插銷；繼續提升潛水鐘至指定位置（與導向保護罩相接觸），拔出導向保護罩插銷；拔出滑車固定插銷，移回并固定在指定位置；固定潛水鐘兩端導向滑道，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，導向保護罩下降至下導軌底部時停止，潛水鐘離開船體，靠重力下潛至工作位置。

潛水鐘下放過程中主絞車和臍帶絞車可以同步工作，主絞車升降潛水鐘的時候臍帶絞車需要以自動模式收放臍帶。通過配重絞車鋼纜的指引，潛水鐘在十幾分鐘內就可以到達300 m的水下，一次輸送三名潛水員。潛水員通過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。工作一定時間后，潛水員再通過潛水鐘返回船上，通過液壓滑車運輸潛水鐘與WETPOT連接，潛水員回到居住艙休息。通過同樣的方式再輸送一批潛水員下潛工作，周而復返，直到水下作業結束。

3 飽和潛水在海洋工程船的應用

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，該類型船舶在海洋工程船領域是明星代表產品，它具有高附加值、高技術性能、高難度的特點。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效率，具有很高的實用價值。本船可和ROV、鋪管設備、深海吊車等設備同步作業。

該船設置有三個機艙、三個配電板間、兩個舵槳間、兩個艏側推間、一個伸縮推間、兩個應急發電機間、一個駕駛室及一個應急駕駛室、兩個HIPAP間。動力方面由四臺主發電機組和一臺輔助發電機為全船提供電力保障；由兩臺平旋推進器、兩臺超靜音的艏側推、一臺伸縮式全回轉推進器為全船提供推進和定位動力，動力定位能力為DP3級，同時配置一臺應急發電機及一臺潛水設備專用應急發電機。

該船最核心的系統是配備了可在300 m水深的區域工作的飽和潛水系統和兩套深水工作的空氣潛水系統。同時還配套了兩個深水遙控潛水器和一臺150 t的深水主動補償甲板吊，可支持水下3 000 m水深作業；兩個月池，船舶艏部上方裝有鋁制直升機平臺。

4 飽和潛水系統的生產重點和難點

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

飽和潛水系統在海洋工程船的施工安裝過程中，有以下幾方面需要重點關注：

（1）潛水系統區域具有區域多、范圍廣的特點，加減壓艙、SAT間處于本船的中心位置，船用設備的很多管路、電纜都需要經過該區域，怎樣保證按合同的時間節點交付廠家是施工中一個很大的問題。

（2）主甲板潛水轉換艙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）潛水鐘釋放回收設備的安裝：潛水鐘回收釋放系統的主要設備包括潛水鐘上下導軌、配重絞車、臍帶絞車、主絞車、滑輪和上下臍帶導向架，分別分布在船舶的月池區域、主甲板區域、01甲板區域、02甲板區域以及03甲板區域，并且是一個相互關聯的關系。以月池的十字中心線作為平面坐標系，并以平面坐標系零點向上下垂直延伸線作為另一坐標線，結合平面坐標系建立一個三維坐標系，該三維坐標系是整個潛水鐘回收釋放區域的定位基準。根據每一個設備的定位坐標，將其分別定位完成。各自定位完成后，再進行每一個設備關聯數據的測量，如距離、角度、高度等。通過反復的測量調整將所有設備定位完成，然后通過螺栓固定或焊接的方式將所有設備安裝到位。

5 結語

隨著我國建設海洋強國的戰略需求和走向海洋深藍步伐的加速推進，飽和潛水的應用將更加廣泛；同時，該技術的發展對于我國提高應急救援保障能力，在深海打撈勘探領域提升在國際上的發言權也具有十分重要的意義。

[1]宋海鷹.飽和潛水專家系統的研究與開發[D].大連：大連海事大學，2015.

[2]中國船級社.潛水系統和潛水器入級規范[Z]，2013.

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