船舶内置式饱和潜水系统设计

张志遥

随着人类科技的不断进步，人类探索、开发深海资源的步伐不断加快，各种适用于深海的水下技术和设施被开发、运用，饱和潜水系统就是近年来在国际上迅速发展、运用的人工深水作业系统，广泛应用于深水下救捞、海底施工作业、水下资源勘探和海洋科学考察等领域，受到世界各海洋国家的重视。

船舶内置式饱和潜水系统组成复杂，技术要求高、建造精度高，是一项综合性的复杂工程。目前世界上主要饱和潜水设备制造商有DIVEX公司、Hydra Marine公司、LEXMAR公司和FLASH TEKK公司等。国内也有一些公司在饱和潜水技术研发方面达到了较高水平，如中船重工七一九所、上海交大水下工程研究所等，但都没有将其转化为生产力，目前总体来说，国内的饱和潜水系统方面的生产制造能力与国外相比还有一定差距，需加大在此方面的研发投入。

一、内置式饱和潜水系统简介

“饱和潜水”指的是创造出一种高压环境和条件，使潜水员体内各组织体液中所溶解的氦气等惰性气体达到完全饱和状态。保持压力不变的情况下，潜水员体内溶解的气体不会再随着时间的增加而增加。呼入的气体与呼出的气体数量也是相等的，从而让人体与外部的环境压力形成一种平衡。通过这种方式，使得潜水员能够在一定深度水下长时间、高效率作业。

内置式饱和潜水不同于以往的外置式模块化饱和潜水，其是在一种潜水工作母船舱内专门划分了潜水区域、舱室，用于布置所有饱和潜水系统的设施，包含潜水钟月池、潜水控制室、饱和控制室、气瓶储藏室、潜水空压机室、潜水钟收放舱室、潜水甲板减压舱室以及高压救生艇等，船上还为饱和潜水配备了独立的水、气、电供应系统以及独立的潜水通信和监控系统。用于下潜的潜水钟不再通过吊机从露天甲板吊放至水下，而是运用潜水钟收放绞车通过月池从船舱内下放到水下一定深度，如图1所示。

潜水区域分为外潜水区域和内潜水区域。外潜水区域是专门用于布置潜水设施的区域；内潜水区域是潜水员生活、工作的环境区域，即高压区域，包含甲板减压舱内部、潜水钟内部和高压救生艇内部等区域。潜水区域须在船舶设计之初严格划分好，后期的潜水设备布置以及电缆、管路路径都要在此区域内。

图1 内置式饱和潜水钟在船舱内的布置

二、内置式饱和潜水系统组成

内置式饱和潜水系统组成主要包括以下几个：

（1）配电系统：为整个饱和潜水的正常运转提供电力需求，其配电需独立于船舶上与饱和潜水非相关的负载配电网络，包括独立的潜水应急发电机、潜水450 V和230 V配电板、潜水电力分电箱、潜水UPS等。

（2）通信、监视和控制系统：用于外部控制台与甲板减压舱内的潜水员间的通信，高压环境内的视频监控及高压气体浓度监测、温度、湿度控制和报警系统，包括饱和控制台、潜水控制台、通信机柜、潜水员监视（FATHOM）、氦气无干扰通信、声力电话、CCTV、深度监测、氧气检测以及气体分析仪等。

（3）供水系统：分为淡水系统和海水系统。淡水主要用于系统冷却、潜水员饮用及冲洗；海水主要用于系统冷却、加热，包括高压环境再生单元、制冷控制单元、饮用水单元、潜水员加热单元及高压环境调节单元等。

（4）气源系统：为高压环境加减压和潜水员呼吸提供相应的气体以及高压罐舱和潜水员的废气回收系统，包括储气瓶、气体输送空压机、气体分配器、废气回收系统及空压机等。

（5）潜水收放系统：用于潜水钟下放和回收，包括潜水钟绞车、导向绳绞车、脐带缆绞车、绞车马达控制中心、液压单元、潜水控制台及滑轨等。

（6）潜水员撤离系统：特殊情况下，供潜水员在高压状态下逃生，包括高压救生艇、应急生命支持模块及脐带缆等。

（7）消防系统：分高压环境内和外火灾探测消防系统，消防系统采用高压淡水喷淋式，由高压罐消防单元及其辅件组成。

（8）卫生系统：用于在高压环境下潜水员生活污水排放及处理，包括潜水污水储存罐及其辅件组成。

每个系统及辅件都是整个饱和潜水系统不可或缺的组成部分，其稳定、可靠的持续运行是潜水员生命安全的重要保障。

三、内置式饱和潜水系统设计

内置式饱和潜水系统组成复杂，设备繁多，安装精度高，结构强度大，故在其整个设计中有许多重点和难点要注意，现以完工且获DNVGL认可的18人300米饱和潜水支持船“LICHTENSTEIN”为例讲解饱和潜水系统设计注意事项。

1.冗余配置

为满足IMCA、DNVGL和FMEA规范要求，时刻保证潜水员的生命安全，饱和潜水系统需冗余配置，包括设备配套冗余、配电冗余、供水冗余、供气冗余和通信监视系统冗余等。已交付的饱和潜水支持船“LICHTENSTEIN”分左右冗余布置，互为备用，如3人潜水钟、潜水配电板、分电箱、通信机柜、潜水绞车、脐带缆绞车、绞车马达控制中心、潜水控制台、高压救生艇及其管线等为左右舷各1套，且DNVGL特别要求互为冗余的潜水配电板、分电箱和通信机柜及其电缆在布置上因A-60防火隔离，以防火灾或浸水等特殊情况。在正常饱和潜水作业时仅一套设备运行，另一套设备处于时刻待命状态，以确保在任何情况下有一套设备能完好运行，提供潜水员在特殊情况下的安全需要。

2.独立性

整个饱和潜水系统的配套设施及舱室要独立于船舶上其他系统，如配电、通信、供水、供气等系统，为此船舶上配有独立的潜水应急发电机、潜水配电板、潜水分电箱、潜水通信机柜、潜水海水泵、潜水淡水泵、潜水排污泵、潜水空压机、潜水气源等。DNVGL规范要求所有饱和潜水设施包括管线应布置在船舶上划定的潜水区域内，而船舶上其他无关设备则不应布置在此区域。

3.结构强度

内置式饱和潜水系统其各种设施都固定安装于船舱内，如甲板减压舱、潜水钟、潜水钟绞车、潜水钟滑轨、潜水钟月池和高压救生艇等对船体结构要求高，需要进行结构强度分析，分析报告还要提交DNVGL审核。

4.建造精度

内置式饱和潜水系统的安装精度要求高，主要体现在潜水钟吊运滑轨、月池内轨道以及甲板减压舱与高压救生艇和潜水钟的通道对接。在船舶分段建造、吊装及焊接过程中都应严格监控，注意误差精度要求。

5.潜水员逃生风险分析

根据《海上人命安全公约》（SOLAS）要求，DNVGL要求船厂必须提供一份饱和潜水员逃生风险分析报告以审核，该报告主要分析船舶如发生破舱或火灾时潜水员可能遇到的风险及应对措施。内置式饱和潜水系统与其支持母船的工作状况密切相关，其任何状况都将影响饱和潜水系统工作和潜水员的生命安全，故船舶上要定期进行潜水安全培训、巡查和应急演练。

6.故障模式和影响分析

支持母船上的各个设计系统要进行故障模式和影响分析（FMEA）并试验，而饱和潜水系统也要请第三方进行独立的故障模式和影响分析（FMEA）并试验，单独分析饱和潜水各系统设计可能出现的故障及导致的结果，并将分析报告提交DNVGL审核通过。此分析报告一般由饱和潜水系统供应商负责完成。

7.饱和潜水系统试验

整个系统设计、安装、调试完工之后，必须进行实效试验，以检验整个系统是否完好运行。已交付的饱和潜水支持船“LICHTENSTEIN”为完成300米饱和潜水试验特意将船舶驶向500米水深海域进行真人饱和潜水试验，最终圆满完成了各项潜水任务。

四、结语

饱和潜水技术与太空宇航技术有相似之处，其意义都是在于拓展人类的生存空间。宇航员是在低压真空中生存，潜水员是在高压负重中作业。饱和潜水是目前人类走向深海、探索海洋的唯一手段，为我国实现向深海发展的战略目标提供坚实基础。我国应加大对饱和潜水技术及配套设施的研发力度，争取早日实现饱和潜水技术的完全国产化。