海洋论坛▏论饱和潜水技术在海洋工程船的应用
一、饱和潜水的发展历史
饱和潜水是人类对于潜水技术的一个突破。50多年前，美国的一位乡村医生经过和同事们反复试验，获得了一个惊人的发现：人如果在高压下逗留达到一定时间，其血液组织里渗入的气体就会达到饱和程度。从这一程度起，只要压力不变，即使再增加停留的时间，血液和组织里的气体含量也不会改变。这就像一只盛满了水的杯子，它的容量达到了极限，再加一滴水也是不行的，无论把水龙头再开多长时间，效果总是一样的。当潜水员在某一压力下连续停留24h后，身体组织中溶解的稀有气体量也就达到了最大限度。严格地说，这时吸入的稀有气体与呼出的量相等，处于动态平衡。机体被稀有气体饱和得愈多，其安全减压时间也愈长。如果溶解量达到一定极限，不再增加，其减压时间也可始终保持不变。
根据这一发现，潜水员在海洋的某个深度工作一段时间后，不必匆忙回到海面上来减压，他可以继续在海中呆下去，直到工作完成后再返回海面，进行一次减压就行了。这种潜水方法就叫做“饱和潜水”。在发现饱和潜水之前，人们虽然掌握了足够的潜水技术，却仍然只是海底的匆匆过客。每个潜水员进行一次潜水后，要花费大量的时间进行减压，这大大影响了工作效率。
1962年，美军组织了第一次饱和潜水实验，至此饱和潜水成为唯一一种可使潜水员直接暴露于高压环境开展水下作业的潜水方式。经过50多年的发展，饱和潜水目前广泛应用于失事潜艇救援、海底施工作业、水下资源勘探、海洋科学考察等军事和民用领域。世界各国都十分重视饱和潜水技术研究，据了解，英、美、瑞士、挪威、法、德、日本、俄罗斯等国已先后突破400m深度，海上实际深潜实验极限已达到710m。
二、饱和潜水系统组成
饱和潜水系统主要包括一个潜水钟、甲板加减舱系统、生命支持系统、潜水钟释放回收液压系统、两个高压救生艇、氦气回收净化系统、HRC生命支持集装箱。空气潜水系统主要包含空气潜水员加减压舱系统、空气潜水下放和回收系统及生命支持系统。
⒈甲板加减舱系统
主要由三个潜水员生活居住舱、一个转换舱、两个逃生通道以及两个供潜水员逃生的高压救生艇、居住舱与外界转送食物等生活必需品的空间、居住舱之间连接的空间组成。
⒉生命支持系统
主要由舱室加减压系统、环境控制系统、气体分析系统、供氧系统、卫生系统、水加热系统、潜水钟呼吸系统、居住舱呼吸系统、潜水钟应急呼吸系统、电视监控系统、通信娱乐系统、供电系统、配气/储存气体、消防系统FI-FI、氦气回收处理系统、氦氧再造系统组成。
⑴潜水员工作以及居住的舱室有六个区域（三个居住舱、一个缓冲舱、两个高压救助艇），每个区域配备一台冷热水单元，备用一台。通过环境控制单元控制加减压舱、缓冲舱、潜水钟、高压救生艇舱室内部的环境温度，每一台也可通过软管互为备用。
⑵通过生活水供给单元供给居住舱内部的生活用水。
⑶通过SAT间控制面板的气体控制阀维持潜水员的氧气消耗。
⑷通过MIX MARKER可以将2%的氦氧转化为不同浓度的氦氧。
⑸高压气体压缩机可以将空气和释放到气包中的氦气混合后输送到气瓶中储存，也可以把潜水系统中的氦氧回收到高压气瓶中。
⑹配备三台热水单元为潜水员水下作业时提供身体温度保障，通过生命支持间内部的控制面板实现互为备用。
⑺通过低压气体空压机保证潜水员水下作业时的氦氧流通问题。
⑻潜水系统内部的CCTV监控潜水员生活、关键设备运行情况以及水下作业情况。通过外部CCTV系统可以监控潜水钟升降情况以及潜水系统涉及的区域。
⑼通过居住舱内部水雾消防系统，保证潜水员在居住舱内部的安全。外部喷淋消防系统保证潜水系统区域设备的安全。
⑽空气潜水高压空压机可以压缩空气到空气潜水气瓶中。利用低压空压机压缩空气给潜水员水下作业提供呼吸的空气。
⑾由于部分潜水区域有纯氧以及稀有高压气体的管路，为解决管路泄漏等安全问题，增加了O2气体探测，O2浓度过高、过低的时候都会有报警。
⒊潜水钟释放回收系统
主要由液压单元、潜水钟主绞车、配重块绞车、脐带绞车、液压滑车以及固定插销、脐带下导架、潜水钟保护罩液压插销、应急提升装置组成。
潜水钟释放回收流程：潜水员进入潜水钟中关闭潜水钟与缓冲舱的门；潜水钟与缓冲舱的抱箍打开；打开月池盖的门；释放配重块到水下工作位置；打开滑车锁紧插销，移动液压滑车，关闭潜水钟连接缓冲舱外部的门；移动滑车到月池正上方，注意移动滑车过程中调整主绞车钢缆以及脐带的长度，锁紧滑车固定插销；收回脐带下导架，连接潜水钟防晃装置小臂，拔出潜水钟水下平台连接插销，提升潜水钟；当潜水钟水下平台全部释放出后，插入平台连接插销；继续提升潜水钟至指定位置（与导向保护罩相接触），拔出导向保护罩插销；拔出滑车固定插销，移回并固定在指定位置；固定潜水钟两端导向滑道，下放潜水钟至合适位置，拆除防撞装置小臂；下放潜水钟入水，导向保护罩下降至下导轨底部时停止，潜水钟离开船体，靠重力下潜至工作位置。
潜水钟下放过程中主绞车和脐带绞车可以同步工作，主绞车升降潜水钟的时候脐带绞车需要以自动模式收放脐带。通过配重绞车钢缆的指引，潜水钟在十几分钟内就可以到达300 m的水下，一次输送三名潜水员。潜水员通过脐带与潜水钟与脐带管路相连，脐带输送热水以及氦氧混合气、电力、通信等给潜水员，提供其在水下生存的必要条件。工作一定时间后，潜水员再通过潜水钟返回船上，通过液压滑车运输潜水钟与WETPOT连接，潜水员回到居住舱休息。通过同样的方式再输送一批潜水员下潜工作，周而复返，直到水下作业结束。
三、饱和潜水在海洋工程船的应用
前不久，马尾造船股份有限公司成功交付了一艘饱和潜水支持船，该类型船舶在海洋工程船领域是明星代表产品，它具有高附加值、高技术性能、高难度的特点。该船采用不减压巡回潜水的饱和潜水方式，大大提高了潜水作业效率，具有很高的实用价值。本船可和ROV、铺管设备、深海吊车等设备同步作业。
该船设置有三个机舱、三个配电板间、两个舵桨间、两个艏侧推间、一个伸缩推间、两个应急发电机间、一个驾驶室及一个应急驾驶室、两个HIPAP间。动力方面由四台主发电机组和一台辅助发电机为全船提供电力保障；由两台平旋推进器、两台超静音的艏侧推、一台伸缩式全回转推进器为全船提供推进和定位动力，动力定位能力为DP3级，同时配置一台应急发电机及一台潜水设备专用应急发电机。
该船最核心的系统是配备了可在300m水深的区域工作的饱和潜水系统和两套深水工作的空气潜水系统。同时还配套了两个深水遥控潜水器和一台150t的深水主动补偿甲板吊，可支持水下3000m水深作业；两个月池，船舶艏部上方装有铝制直升机平台。
四、饱和潜水系统的生产重点和难点
饱和潜水系统主要涉及潜水钟升降区域（月池区域）、加减压舱区域、SAT间、潜水控制间、气包间、气瓶间、生命支持间，左右两个高压救助艇（SPHL）区域、空气潜水系统包括LARS释放架区域，空气潜水居住舱、两个空气潜水液压间以及上述区域周边需要设置的其他舱室等区域。饱和潜水系统在海洋工程船的施工安装过程中，有以下几方面需要重点关注：
⑴潜水系统区域具有区域多、范围广的特点，加减压舱、SAT间处于本船的中心位置，船用设备的很多管路、电缆都需要经过该区域，怎样保证按合同的时间节点交付厂家是施工中一个很大的问题。
⑵主甲板潜水转换舱WETPOT、加减压舱、逃生通道以及高压救生艇SPHL的安装如图1所示。
⑶潜水钟释放回收设备的安装：潜水钟回收释放系统的主要设备包括潜水钟上下导轨、配重绞车、脐带绞车、主绞车、滑轮和上下脐带导向架，分别分布在船舶的月池区域、主甲板区域、01甲板区域、02甲板区域以及03甲板区域，并且是一个相互关联的关系。以月池的十字中心线作为平面坐标系，并以平面坐标系零点向上下垂直延伸线作为另一坐标线，结合平面坐标系建立一个三维坐标系，该三维坐标系是整个潜水钟回收释放区域的定位基准。根据每一个设备的定位坐标，将其分别定位完成。各自定位完成后，再进行每一个设备关联数据的测量，如距离、角度、高度等。通过反复的测量调整将所有设备定位完成，然后通过螺栓固定或焊接的方式将所有设备安装到位。
五、结语
随着我国建设海洋强国的战略需求和走向海洋深蓝步伐的加速推进，饱和潜水的应用将更加广泛；同时，该技术的发展对于我国提高应急救援保障能力，在深海打捞勘探领域提升在国际上的发言权也具有十分重要的意义。
【作者简介】文/张祚良，1984年出生，男，吉林柳河人，海装装备招标中心，工程师，主要从事船舶工程工作；本文来自《机电信息》（2018年9期），参考文献略，用于学习与交流，版权归作者及出版社共同拥有。
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