內置式飽和潛水系統裝船生產設計

周于凱 肖祖光 伍常斌 馬可

摘? ? 要：本文借助一套300米水深、24人內置式飽和潛水系統的實際裝船實踐，闡述船廠生產設計過程中遇到和應該注意的一些問題，為建造相似船型和系統提供建造經驗和解決方案。重點介紹飽和潛水系統與船舶界面的設計、飽和潛水系統主要設備的布置安裝，以及氣體管路的布置設計等。

關鍵詞：飽和潛水;潛水鐘;裝船;生產設計

中圖分類號：U674.23? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： Based on the actual building experience of a 24-man built-in 300msw saturation diving system， this paper mainly describes some problems encountered in the production design for the shipyard and some key points that should be paid attention to， so as to provide experience and solutions for the construction of similar ships. It includes the design of the interface between the saturation diving system and the ship， the arrangement and installation of the main equipment of the saturation diving system， and the arrangement design of gas pipeline.

Key words： Saturation diving; Diving bell; Shipbuilding; Production design

1? ? ?前言

飽和潛水系統是一套專門為潛水員進行長時間的深水水下作業、考查、救撈服務的系統。它是通過創造一個對應潛水作業深度的壓力環境，讓潛水員生活在這種壓力環境下使體內各組織體液中所溶解的惰性氣體（氦氣）達到完全飽和，從而可以使潛水員直接暴露在深水壓力環境下開展長時間水下作業的潛水方式;它能夠防止氮麻醉，防止減壓病，并且只需在作業完成后通過一次減壓過程即可恢復到正常生活環境，提高水下作業效率。本文借助一套300 m水深、24人內置式飽和潛水系統的裝船實踐，講述船廠生產設計過程中遇到和應該注意的一些問題，為建造相似船型和系統提供建造經驗和解決方案。

2? ? ?內置式飽和潛水系統簡介

本套內置式飽和潛水系統的設計潛水深度為300 m，由雙潛水鐘通過左/右兩個潛水月池作業，四個甲板生活艙能同時容納24名潛水員，配備2艘24人的高壓逃生艇、60個2 887 L的儲存氣瓶，具備潛水員氣體回收功能。

該套潛水系統主要有兩個核心配置：一是潛水鐘;二是甲板生活艙。其他設備的配置，均是服務于這兩個核心設施的功能能夠更加安全方便的實現。

該飽和潛水支持船和主要潛水設備的參數：

3? ? 飽和潛水系統裝船生產設計

3.1? ?飽和潛水系統與船舶界面設計

飽和潛水系統進行裝船生產設計時，潛水作業支持船應提供飽和潛水系統所需要的水、氣、電，并且配置好潛水系統所在區域的通風空調、照明、消防、氣體探測等潛水外部區域的環境條件。

3.1.1 船舶界面的供水設計

主要包括：潛水系統需要的冷卻淡水、甲板減壓艙需要的衛生水、沖洗水和消防水，以及水下作業潛水員保溫所需的熱水。上述供水系統，需要根據飽和潛水系統需要的供水壓力、流量等設計相應的船舶供水參數;另外，潛水系統主要的供水系統需要冗余設計，船舶界面的供水也需要相應的冗余設計。

3.1.2 船舶界面的供氣設計

除了飽和潛水系統自己獨立的氣體系統外，船舶界面還需要給飽和潛水系統提供普通的壓縮空氣。主要包括：月池的曝氣;其它一些需要壓縮空氣作為動力的輔助設備。

3.1.3? 飽和潛水區域消防系統設計

根據DNV規范關于飽和潛水支持船消防系統的要求，船上布置有加壓減壓生活艙、潛水鐘、氣瓶、空壓機和控制站的區域需設置固定式滅火系統。該系統可以是適用于A類機械處所的水噴淋系統，也可以是與其等效的對人無害的固定式氣體滅火系統。

根據不同的區域，可以選擇幾種滅火系統配合，既能滿足規范要求，又能防止消防系統啟動時損壞設備。例如：在潛水控制室、中央控制室采用FM200氣體滅火系統，避免水噴淋的滅火形式損壞電氣設備;在其他潛水區域采用高壓水霧系統和水噴淋系統的組合;整個潛水區域采用全浸沒式的淡水高壓水霧系統進行覆蓋，針對壓力容器再采用單獨的水噴淋系統覆蓋，這樣可以在滿足規范的條件下降低高壓水霧系統的流量，保護哪些不宜大量浸水的設備。

3.1.4? 飽和潛水圍蔽區域的通風設計

根據DNV規范要求需設置獨立的機械通風;另外，如果潛水鐘是通過月池下水，則應該充分考慮惡劣海況條件下，月池內的液面對飽和潛水區域氣壓的影響，設置足夠的百葉窗;針對空氣潛水需要的新鮮空氣，應考慮能從左右兩個不受污染的新風入口同時供風，根據環境條件溫度還需對新風進行加熱;潛水區域的空調系統應單獨設計，充分考慮各設備使用的溫度環境條件，特別是甲板生活艙所在的區域;由于加減壓艙對環境的要求比較嚴格，因此對加減壓艙所在區域的環境要求也比較嚴格。

3.2.5? 潛水區域氧氣探測系統的設計

根據規范需在潛水系統的氣體儲存區域設置氧氣溶度探測報警，這些區域包括儲存氧氣溶度低于20%的氣體的處所和儲存氧氣的圍蔽處所，設置聲光的氧氣溶度低或高的報警;這些氣體管路經過的區域，也要相應設置氧氣溶度報警，預防氣體泄漏引起的圍蔽處所氧氣溶度過低或過高。

3.2? ?飽和潛水系統主要設備的布置安裝

本套飽和潛水系統設備布置安裝的關鍵，是甲板壓力生活艙系統和潛水鐘收放系統的布置安裝。下面針對這兩個關鍵點進行介紹。

3.2.1 甲板壓力生活艙系統的布置安裝

本船甲板生活艙室，包括4個6人雙室甲板減壓艙（DDC）和2個高壓轉移艙（TUP），布置在主甲板設置的潛水減壓艙間，如圖1所示。

（1）因甲板生活艙的尺寸和重量大，單個減壓艙重量一般在25 t左右，艙室連接后跨度超過20 m，且甲板生活艙的安裝底座精度需滿足1 mm水平度要求;同時需考慮在船舶變形、生活艙高壓環境下如何合理設置安裝節點形式，以確保生活艙的連接具有適當補償量來保證氣密性。因此，如何保證甲板生活艙安裝底座的水平度，以及如何讓甲板生活艙能有適當的移動補償量，是甲板生活艙布置設計的重點;

（2）一般的設計理念為采用機加工基座以保證平面度要求、加鋼墊片以及止推塊確保生活艙有一定的水平度調整量;但本船基座范圍區域太大，長寬跨度超過20 m，機加工基座的成本高及安裝周期長，且采用鋼墊塊調整水平度存在較大的焊接困難，無法滿足實際需求。經過研究分析，選擇采取環氧樹脂與鋼墊片的組合形式作為甲板加壓艙的安裝節點（如圖2所示），既發揮了環氧墊塊易于施工、可控性好的特點，又避免了減壓艙的浮動對環氧墊塊的損壞;

（3）該浮動式安裝形式既滿足了安裝后甲板生活艙能在限定范圍內有一定的移動位移的要求，又解決了安裝基座的水平度難以控制的問題，易于在現場定位調整;止推塊能限制減壓艙在水平方向的位移，卡碼能限制減壓艙在豎直方向和水平方向的位移，同時設計時允許減壓艙在卡碼方向有一定的移動距離。通過實船檢測，此種安裝方法可完全滿足相關技術要求，又大大縮短了建造周期及人力成本。

1.止推塊，2.卡碼，3.環氧樹脂，4.鋼墊板

3.2.2? 潛水鐘收放系統的布置安裝

本船的潛水鐘收放系統，布置在甲板生活艙上的兩層甲板內。包括潛水鐘行車、潛水鐘主纜絞車、潛水鐘導引纜絞車、臍帶纜絞車、配重塊、被動波浪補償裝置、滑輪組等裝置。

（1）潛水鐘能通過行車來實現從與TUP對接位置到月池之間來回移動。行車的布置應能覆蓋從TUP對接位置到月池;導引纜絞車用來從月池收放配重塊，在施放潛水鐘之前需先將配重塊放到指定的深度，然后再沿著導引纜來施放潛水鐘，保證潛水鐘的收放更加平順;潛水鐘通過主絞車從月池收放到指定的深度，臍帶纜絞車與主絞車同步收放臍帶纜;潛水鐘收放系統的布置，需根據潛水鐘行車的位置來確定幾個絞車的位置，并布置相應的被動波浪補償裝置和滑輪組以及其他輔助設備;絞車布置時，應注意鋼絲繩的走向，鋼絲繩的走向不應妨礙通道以及操作。本船潛水鐘收放系統的布置，如圖3所示。

（2）整套潛水鐘收放系統在安裝時，應重點關注安裝精度的控制：以一個月池中心為基準劃線建立統一的坐標參考，特別是對月池里導軌的安裝控制，需保證導軌的平行度能達到要求;

（3）要解決潛水中存放固定的問題。在進行飽和潛水作業時，潛水鐘需要與高壓轉移艙通過大通徑法蘭面對接，同時依靠液壓鉗進行鎖緊密封;船舶運行過程中，潛水鐘與高壓轉移艙對接的密封面以及鎖緊的液壓鉗容易損壞，所以潛水鐘在與高壓轉移艙對接狀態下不能長時間存放。針對此項要求，設計一個專用的存放裝置，以滿足潛水鐘的長期存放要求，如圖4所示。當需要在潛水鐘的對接位置同時存放潛水鐘時，潛水鐘的對接和存放需要進行升降，設計的基座高度通過翻轉可以調節，實現潛水鐘的存放底座不會干擾潛水鐘的對接。

1.焊接底座，2.翻轉體，3.鉸鏈，4.鎖緊螺栓

3.3? ? 氣體管路的布置設計

3.3.1? 氣體路徑的布置

（1）本套飽和潛水系統的裝船生產設計，以呼吸氣體管路系統的布置設計為重點。其管路系統復雜，數量多、走向密集，數量達686路、總長度9625 m;另外，DNV規范對潛水系統氣體管路的布置有著嚴格的區域劃分要求，所有呼吸氣體管路需與潛水設備處于同一A60區域，如穿過其他區域應設置A60的防火分隔。因此，在設計管路走向時對呼吸系統系統管路進行了優化布置設計，在保證滿足規范要求的情況下，盡量路徑最短，同時便于安裝及維護，盡量減小A60管路通道的范圍，以利于現場施工和節省管路材料;

（2）為確保氣體管路布置的正確和完整，可以進行管路的三維建模，可以提前發現問題對管路的路徑進行優化，并能夠準確預估出管路系統所需的材料;

（3）為了便于施工管理，繪制了詳細的呼吸管路布置圖（見圖5）。圖中詳細指明了管路走向、名稱以及管路支架的位置，保證了管路整齊美觀，并極大方便了現場的施工和管理;

（4）本船潛水氣體間與潛水設備間位于不同區域，連接這兩個區域的氣體管路需要設計一個A60分隔的管路通道，通道里需要穿過31條管路;管路通道的設計需盡量最短，既能縮短氣體管路的長度，又易于管路安裝和維護。結合艙室布局，在泵艙頂部設置長寬各約1 m的A60通道，可大大縮短呼吸氣體管路長度，同時兼顧管路的安裝及維護，圖6為潛水氣體間和潛水設備間的位置示意圖以及A60管路通道的解決方案。

（5）對于氣體管路的路徑，船東和船檢都會提出所有氣體管路和接頭應滿足檢查和維護的要求。為此，管路的布置應盡量避免經過有封板艙室的區域，如無法避免應在管路接頭的地方留出檢修門;對于O2管路的路徑，除了要滿足能夠維護外，還要求滅火系統能夠覆蓋O2管路，因此盡量避免走封板艙室。如無法實現則O2管路可以走在地板下面，地板采用帶孔的地板，使滅火系統能夠穿過地板覆蓋到O2管路。

3.3.2 管路支架以及通艙件形式的設計

管路布置過程中需考慮兩個問題：一是管路支架的設計;二是通艙件的設計。氣體管路的通徑較小，施工過程中通常采用現場打樣的方式，效率和材料利用率更高;由于氣體管路的布置比較密集，管路支架可以采用軌道式或者多孔角鋼的形式，以方便現場微調管路的位置;通艙件可以采用填料式套筒的形式，穿A60艙壁的可采用A60防火套管填充，這種通艙形式對于管路的布置和現場施工都比較方便。

4? ? 結語

飽和潛水系統的裝船是一項綜合性的復雜工程，在進行裝船生產設計時，需要結合具體的飽和潛水系統和船型，首先解決關鍵設備的布置安裝問題，如減壓艙的安裝、潛水中收放系統的安裝;再根據潛水設備的使用特點和船東的使用習慣，確定各設備艙室的布置;對于氣體管路的安裝布置應該足夠的重視，它影響到管路后期的清潔取證工作;整套系統的合理安裝，對系統的調試、最終的入級取證都有很大影響，是影響船舶建造周期的一個關鍵因素。

參考文獻

[1] 王澤浩，梁武.勝利作業五號平臺海水提升裝置的研制[J].建設機械技術與管理，2010.