張志遙

隨著人類科技的不斷進(jìn)步，人類探索、開發(fā)深海資源的步伐不斷加快，各種適用于深海的水下技術(shù)和設(shè)施被開發(fā)、運(yùn)用，飽和潛水系統(tǒng)就是近年來(lái)在國(guó)際上迅速發(fā)展、運(yùn)用的人工深水作業(yè)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于深水下救撈、海底施工作業(yè)、水下資源勘探和海洋科學(xué)考察等領(lǐng)域，受到世界各海洋國(guó)家的重視。

船舶內(nèi)置式飽和潛水系統(tǒng)組成復(fù)雜，技術(shù)要求高、建造精度高，是一項(xiàng)綜合性的復(fù)雜工程。目前世界上主要飽和潛水設(shè)備制造商有DIVEX公司、Hydra Marine公司、LEXMAR公司和FLASH TEKK公司等。國(guó)內(nèi)也有一些公司在飽和潛水技術(shù)研發(fā)方面達(dá)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(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，目前總體來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的飽和潛水系統(tǒng)方面的生產(chǎn)制造能力與國(guó)外相比還有一定差距，需加大在此方面的研發(fā)投入。

一、內(nèi)置式飽和潛水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

“飽和潛水”指的是創(chuàng)造出一種高壓環(huán)境和條件，使?jié)撍畣T體內(nèi)各組織體液中所溶解的氦氣等惰性氣體達(dá)到完全飽和狀態(tài)。保持壓力不變的情況下，潛水員體內(nèi)溶解的氣體不會(huì)再隨著時(shí)間的增加而增加。呼入的氣體與呼出的氣體數(shù)量也是相等的，從而讓人體與外部的環(huán)境壓力形成一種平衡。通過(guò)這種方式，使得潛水員能夠在一定深度水下長(zhǎng)時(shí)間、高效率作業(yè)。

內(nèi)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(nèi)專門劃分了潛水區(qū)域、艙室，用于布置所有飽和潛水系統(tǒng)的設(shè)施，包含潛水鐘月池、潛水控制室、飽和控制室、氣瓶?jī)?chǔ)藏室、潛水空壓機(jī)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(dú)立的水、氣、電供應(yīng)系統(tǒng)以及獨(dú)立的潛水通信和監(jiān)控系統(tǒng)。用于下潛的潛水鐘不再通過(guò)吊機(jī)從露天甲板吊放至水下，而是運(yùn)用潛水鐘收放絞車通過(guò)月池從船艙內(nèi)下放到水下一定深度，如圖1所示。

潛水區(qū)域分為外潛水區(qū)域和內(nèi)潛水區(qū)域。外潛水區(qū)域是專門用于布置潛水設(shè)施的區(qū)域；內(nèi)潛水區(qū)域是潛水員生活、工作的環(huán)境區(qū)域，即高壓區(qū)域，包含甲板減壓艙內(nèi)部、潛水鐘內(nèi)部和高壓救生艇內(nèi)部等區(qū)域。潛水區(qū)域須在船舶設(shè)計(jì)之初嚴(yán)格劃分好，后期的潛水設(shè)備布置以及電纜、管路路徑都要在此區(qū)域內(nèi)。

圖1 內(nèi)置式飽和潛水鐘在船艙內(nèi)的布置

二、內(nèi)置式飽和潛水系統(tǒng)組成

內(nèi)置式飽和潛水系統(tǒng)組成主要包括以下幾個(gè)：

（1）配電系統(tǒng)：為整個(gè)飽和潛水的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供電力需求，其配電需獨(dú)立于船舶上與飽和潛水非相關(guān)的負(fù)載配電網(wǎng)絡(luò)，包括獨(dú)立的潛水應(yīng)急發(fā)電機(jī)、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(jiān)視和控制系統(tǒng)：用于外部控制臺(tái)與甲板減壓艙內(nèi)的潛水員間的通信，高壓環(huán)境內(nèi)的視頻監(jiān)控及高壓氣體濃度監(jiān)測(cè)、溫度、濕度控制和報(bào)警系統(tǒng)，包括飽和控制臺(tái)、潛水控制臺(tái)、通信機(jī)柜、潛水員監(jiān)視（FATHOM）、氦氣無(wú)干擾通信、聲力電話、CCTV、深度監(jiān)測(cè)、氧氣檢測(cè)以及氣體分析儀等。

（3）供水系統(tǒng)：分為淡水系統(tǒng)和海水系統(tǒng)。淡水主要用于系統(tǒng)冷卻、潛水員飲用及沖洗；海水主要用于系統(tǒng)冷卻、加熱，包括高壓環(huán)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(huán)境調(diào)節(jié)單元等。

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

（5）潛水收放系統(tǒng)：用于潛水鐘下放和回收，包括潛水鐘絞車、導(dǎo)向繩絞車、臍帶纜絞車、絞車馬達(dá)控制中心、液壓?jiǎn)卧?、潛水控制臺(tái)及滑軌等。

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

（7）消防系統(tǒng)：分高壓環(huán)境內(nèi)和外火災(zāi)探測(cè)消防系統(tǒng)，消防系統(tǒng)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(wèi)生系統(tǒng)：用于在高壓環(huán)境下潛水員生活污水排放及處理，包括潛水污水儲(chǔ)存罐及其輔件組成。

每個(gè)系統(tǒng)及輔件都是整個(gè)飽和潛水系統(tǒng)不可或缺的組成部分，其穩(wěn)定、可靠的持續(xù)運(yùn)行是潛水員生命安全的重要保障。

三、內(nèi)置式飽和潛水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

內(nèi)置式飽和潛水系統(tǒng)組成復(fù)雜，設(shè)備繁多，安裝精度高，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，故在其整個(gè)設(shè)計(jì)中有許多重點(diǎn)和難點(diǎn)要注意，現(xiàn)以完工且獲DNVGL認(rèn)可的18人300米飽和潛水支持船“LICHTENSTEIN”為例講解飽和潛水系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

1.冗余配置

為滿足IMCA、DNVGL和FMEA規(guī)范要求，時(shí)刻保證潛水員的生命安全，飽和潛水系統(tǒng)需冗余配置，包括設(shè)備配套冗余、配電冗余、供水冗余、供氣冗余和通信監(jiān)視系統(tǒng)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(jī)柜、潛水絞車、臍帶纜絞車、絞車馬達(dá)控制中心、潛水控制臺(tái)、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(jī)柜及其電纜在布置上因A-60防火隔離，以防火災(zāi)或浸水等特殊情況。在正常飽和潛水作業(yè)時(shí)僅一套設(shè)備運(yùn)行，另一套設(shè)備處于時(shí)刻待命狀態(tài)，以確保在任何情況下有一套設(shè)備能完好運(yùn)行，提供潛水員在特殊情況下的安全需要。

2.獨(dú)立性

整個(gè)飽和潛水系統(tǒng)的配套設(shè)施及艙室要獨(dú)立于船舶上其他系統(tǒng)，如配電、通信、供水、供氣等系統(tǒng)，為此船舶上配有獨(dú)立的潛水應(yīng)急發(fā)電機(jī)、潛水配電板、潛水分電箱、潛水通信機(jī)柜、潛水海水泵、潛水淡水泵、潛水排污泵、潛水空壓機(jī)、潛水氣源等。DNVGL規(guī)范要求所有飽和潛水設(shè)施包括管線應(yīng)布置在船舶上劃定的潛水區(qū)域內(nèi)，而船舶上其他無(wú)關(guān)設(shè)備則不應(yīng)布置在此區(qū)域。

3.結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

內(nèi)置式飽和潛水系統(tǒng)其各種設(shè)施都固定安裝于船艙內(nèi)，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(duì)船體結(jié)構(gòu)要求高，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，分析報(bào)告還要提交DNVGL審核。

4.建造精度

內(nèi)置式飽和潛水系統(tǒng)的安裝精度要求高，主要體現(xiàn)在潛水鐘吊運(yùn)滑軌、月池內(nèi)軌道以及甲板減壓艙與高壓救生艇和潛水鐘的通道對(duì)接。在船舶分段建造、吊裝及焊接過(guò)程中都應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控，注意誤差精度要求。

5.潛水員逃生風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)《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(fēng)險(xiǎn)分析報(bào)告以審核，該報(bào)告主要分析船舶如發(fā)生破艙或火災(zāi)時(shí)潛水員可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施。內(nèi)置式飽和潛水系統(tǒng)與其支持母船的工作狀況密切相關(guān)，其任何狀況都將影響飽和潛水系統(tǒng)工作和潛水員的生命安全，故船舶上要定期進(jìn)行潛水安全培訓(xùn)、巡查和應(yīng)急演練。

6.故障模式和影響分析

支持母船上的各個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)要進(jìn)行故障模式和影響分析（FMEA）并試驗(yàn)，而飽和潛水系統(tǒng)也要請(qǐng)第三方進(jìn)行獨(dú)立的故障模式和影響分析（FMEA）并試驗(yàn)，單獨(dú)分析飽和潛水各系統(tǒng)設(shè)計(jì)可能出現(xiàn)的故障及導(dǎo)致的結(jié)果，并將分析報(bào)告提交DNVGL審核通過(guò)。此分析報(bào)告一般由飽和潛水系統(tǒng)供應(yīng)商負(fù)責(zé)完成。

7.飽和潛水系統(tǒng)試驗(yàn)

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試完工之后，必須進(jìn)行實(shí)效試驗(yàn)，以檢驗(yàn)整個(gè)系統(tǒng)是否完好運(yùn)行。已交付的飽和潛水支持船“LICHTENSTEIN”為完成300米飽和潛水試驗(yàn)特意將船舶駛向500米水深海域進(jìn)行真人飽和潛水試驗(yàn)，最終圓滿完成了各項(xiàng)潛水任務(wù)。

四、結(jié)語(yǔ)

飽和潛水技術(shù)與太空宇航技術(shù)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(fù)重中作業(yè)。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(guó)實(shí)現(xiàn)向深海發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。我國(guó)應(yīng)加大對(duì)飽和潛水技術(shù)及配套設(shè)施的研發(fā)力度，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)飽和潛水技術(shù)的完全國(guó)產(chǎn)化。