船舶內置式飽和潛水系統設計

張志遙

隨著人類科技的不斷進步，人類探索、開發深海資源的步伐不斷加快，各種適用于深海的水下技術和設施被開發、運用，飽和潛水系統就是近年來在國際上迅速發展、運用的人工深水作業系統，廣泛應用于深水下救撈、海底施工作業、水下資源勘探和海洋科學考察等領域，受到世界各海洋國家的重視。

船舶內置式飽和潛水系統組成復雜，技術要求高、建造精度高，是一項綜合性的復雜工程。目前世界上主要飽和潛水設備制造商有DIVEX公司、Hydra Marine公司、LEXMAR公司和FLASH TEKK公司等。國內也有一些公司在飽和潛水技術研發方面達到了較高水平，如中船重工七一九所、上海交大水下工程研究所等，但都沒有將其轉化為生產力，目前總體來說，國內的飽和潛水系統方面的生產制造能力與國外相比還有一定差距，需加大在此方面的研發投入。

一、內置式飽和潛水系統簡介

“飽和潛水”指的是創造出一種高壓環境和條件，使潛水員體內各組織體液中所溶解的氦氣等惰性氣體達到完全飽和狀態。保持壓力不變的情況下，潛水員體內溶解的氣體不會再隨著時間的增加而增加。呼入的氣體與呼出的氣體數量也是相等的，從而讓人體與外部的環境壓力形成一種平衡。通過這種方式，使得潛水員能夠在一定深度水下長時間、高效率作業。

內置式飽和潛水不同于以往的外置式模塊化飽和潛水，其是在一種潛水工作母船艙內專門劃分了潛水區域、艙室，用于布置所有飽和潛水系統的設施，包含潛水鐘月池、潛水控制室、飽和控制室、氣瓶儲藏室、潛水空壓機室、潛水鐘收放艙室、潛水甲板減壓艙室以及高壓救生艇等，船上還為飽和潛水配備了獨立的水、氣、電供應系統以及獨立的潛水通信和監控系統。用于下潛的潛水鐘不再通過吊機從露天甲板吊放至水下，而是運用潛水鐘收放絞車通過月池從船艙內下放到水下一定深度，如圖1所示。

潛水區域分為外潛水區域和內潛水區域。外潛水區域是專門用于布置潛水設施的區域；內潛水區域是潛水員生活、工作的環境區域，即高壓區域，包含甲板減壓艙內部、潛水鐘內部和高壓救生艇內部等區域。潛水區域須在船舶設計之初嚴格劃分好，后期的潛水設備布置以及電纜、管路路徑都要在此區域內。

圖1 內置式飽和潛水鐘在船艙內的布置

二、內置式飽和潛水系統組成

內置式飽和潛水系統組成主要包括以下幾個：

（1）配電系統：為整個飽和潛水的正常運轉提供電力需求，其配電需獨立于船舶上與飽和潛水非相關的負載配電網絡，包括獨立的潛水應急發電機、潛水450 V和230 V配電板、潛水電力分電箱、潛水UPS等。

（2）通信、監視和控制系統：用于外部控制臺與甲板減壓艙內的潛水員間的通信，高壓環境內的視頻監控及高壓氣體濃度監測、溫度、濕度控制和報警系統，包括飽和控制臺、潛水控制臺、通信機柜、潛水員監視（FATHOM）、氦氣無干擾通信、聲力電話、CCTV、深度監測、氧氣檢測以及氣體分析儀等。

（3）供水系統：分為淡水系統和海水系統。淡水主要用于系統冷卻、潛水員飲用及沖洗；海水主要用于系統冷卻、加熱，包括高壓環境再生單元、制冷控制單元、飲用水單元、潛水員加熱單元及高壓環境調節單元等。

（4）氣源系統：為高壓環境加減壓和潛水員呼吸提供相應的氣體以及高壓罐艙和潛水員的廢氣回收系統，包括儲氣瓶、氣體輸送空壓機、氣體分配器、廢氣回收系統及空壓機等。

（5）潛水收放系統：用于潛水鐘下放和回收，包括潛水鐘絞車、導向繩絞車、臍帶纜絞車、絞車馬達控制中心、液壓單元、潛水控制臺及滑軌等。

（6）潛水員撤離系統：特殊情況下，供潛水員在高壓狀態下逃生，包括高壓救生艇、應急生命支持模塊及臍帶纜等。

（7）消防系統：分高壓環境內和外火災探測消防系統，消防系統采用高壓淡水噴淋式，由高壓罐消防單元及其輔件組成。

（8）衛生系統：用于在高壓環境下潛水員生活污水排放及處理，包括潛水污水儲存罐及其輔件組成。

每個系統及輔件都是整個飽和潛水系統不可或缺的組成部分，其穩定、可靠的持續運行是潛水員生命安全的重要保障。

三、內置式飽和潛水系統設計

內置式飽和潛水系統組成復雜，設備繁多，安裝精度高，結構強度大，故在其整個設計中有許多重點和難點要注意，現以完工且獲DNVGL認可的18人300米飽和潛水支持船“LICHTENSTEIN”為例講解飽和潛水系統設計注意事項。

1.冗余配置

為滿足IMCA、DNVGL和FMEA規范要求，時刻保證潛水員的生命安全，飽和潛水系統需冗余配置，包括設備配套冗余、配電冗余、供水冗余、供氣冗余和通信監視系統冗余等。已交付的飽和潛水支持船“LICHTENSTEIN”分左右冗余布置，互為備用，如3人潛水鐘、潛水配電板、分電箱、通信機柜、潛水絞車、臍帶纜絞車、絞車馬達控制中心、潛水控制臺、高壓救生艇及其管線等為左右舷各1套，且DNVGL特別要求互為冗余的潛水配電板、分電箱和通信機柜及其電纜在布置上因A-60防火隔離，以防火災或浸水等特殊情況。在正常飽和潛水作業時僅一套設備運行，另一套設備處于時刻待命狀態，以確保在任何情況下有一套設備能完好運行，提供潛水員在特殊情況下的安全需要。

2.獨立性

整個飽和潛水系統的配套設施及艙室要獨立于船舶上其他系統，如配電、通信、供水、供氣等系統，為此船舶上配有獨立的潛水應急發電機、潛水配電板、潛水分電箱、潛水通信機柜、潛水海水泵、潛水淡水泵、潛水排污泵、潛水空壓機、潛水氣源等。DNVGL規范要求所有飽和潛水設施包括管線應布置在船舶上劃定的潛水區域內，而船舶上其他無關設備則不應布置在此區域。

3.結構強度

內置式飽和潛水系統其各種設施都固定安裝于船艙內，如甲板減壓艙、潛水鐘、潛水鐘絞車、潛水鐘滑軌、潛水鐘月池和高壓救生艇等對船體結構要求高，需要進行結構強度分析，分析報告還要提交DNVGL審核。

4.建造精度

內置式飽和潛水系統的安裝精度要求高，主要體現在潛水鐘吊運滑軌、月池內軌道以及甲板減壓艙與高壓救生艇和潛水鐘的通道對接。在船舶分段建造、吊裝及焊接過程中都應嚴格監控，注意誤差精度要求。

5.潛水員逃生風險分析

根據《海上人命安全公約》（SOLAS）要求，DNVGL要求船廠必須提供一份飽和潛水員逃生風險分析報告以審核，該報告主要分析船舶如發生破艙或火災時潛水員可能遇到的風險及應對措施。內置式飽和潛水系統與其支持母船的工作狀況密切相關，其任何狀況都將影響飽和潛水系統工作和潛水員的生命安全，故船舶上要定期進行潛水安全培訓、巡查和應急演練。

6.故障模式和影響分析

支持母船上的各個設計系統要進行故障模式和影響分析（FMEA）并試驗，而飽和潛水系統也要請第三方進行獨立的故障模式和影響分析（FMEA）并試驗，單獨分析飽和潛水各系統設計可能出現的故障及導致的結果，并將分析報告提交DNVGL審核通過。此分析報告一般由飽和潛水系統供應商負責完成。

7.飽和潛水系統試驗

整個系統設計、安裝、調試完工之后，必須進行實效試驗，以檢驗整個系統是否完好運行。已交付的飽和潛水支持船“LICHTENSTEIN”為完成300米飽和潛水試驗特意將船舶駛向500米水深海域進行真人飽和潛水試驗，最終圓滿完成了各項潛水任務。

四、結語

飽和潛水技術與太空宇航技術有相似之處，其意義都是在于拓展人類的生存空間。宇航員是在低壓真空中生存，潛水員是在高壓負重中作業。飽和潛水是目前人類走向深海、探索海洋的唯一手段，為我國實現向深海發展的戰略目標提供堅實基礎。我國應加大對飽和潛水技術及配套設施的研發力度，爭取早日實現飽和潛水技術的完全國產化。