饱和潜水系统的集成

摘  要：目前在饱和潜水支持船的建造中，“300米饱和潜水系统”均由国外公司集成，如英国JFD-DIVEX、意大利DRASS、新加坡JFD-LEXMAR等。國外厂家利用技术垄断，饱和潜水系统集成时在设备提供、系统设计和系统调试方面赚取天价利润，而造船厂作为船舶承建方，经济效益微薄。本文详细剖析了“300米饱和潜水系统”的设备组成、系统功能以及设计原则，为中国制造自主创新集成饱和潜水系统提供理论知识和实际经验。

关键词：饱和潜水  压力舱  生命支持系统  收放系统  逃生系统

中图分类号：U667                              文献标识码：A                   文章编号：1674-098X（2020）10（a）-0055-04

Abstract： At present， "300m saturation diving system" is integrated by foreign companies， such as JFD-DIVEX in UK， Drass in Italy， JFD-LEXMAR in Singapore， etc.  Foreign Manufacturers make use of technology monopoly to make huge profits in equipment supply， system design and system commissioning when saturation diving system is integrated， while shipyards， as ship contractors， have little economic benefit. In this paper， the equipment composition， system function and design principle of "300-meter saturation diving system" are analyzed in detail， which can provide theoretical knowledge and practical experience for chinese-made innovative integrated saturation diving system.

Key Words： Saturation diving; Pressure cabin; Life support system; Extension and retraction system;Escape system

招商局重工（深圳）有限公司共承建了四艘“300米深饱和潜水支持船”，对单钟/双钟18人/24人“300米饱和潜水系统”的设计、安装、调试及海试都积累丰富经验。

饱和潜水系统主要由压力舱、生命支持系统、潜水钟收放系统及应急高压逃生系统四大系统组成。

1  压力舱

压力舱由转移舱、进入舱、生活舱组成，见图1。压力舱直径一般2.4m，内外舱壁涂阻燃涂料，舱外包绝缘材料，并外覆不锈钢薄钢板。各压力舱内相互间设舱口，并设有双面能开闭的舱门。舱内均设有高压LED灯、闭路监控系统、火灾探测系统、高压灭火系统、固定呼吸系统、空调装置、含6kg 碱石灰吸附筒的应急CO2气体清洗装置、通讯及应急通讯系统。

1.1 转移舱

转移舱俗称湿区，内设有洗漱、淋浴及马桶设施，并存放所有潜水作业所需设备及工具。转移舱设有舱口与潜水钟匹配，对接成功后潜水员穿着潜水服进入潜水钟内。设舱口与进入舱连接，提供进入生活区的通道。设舱口与船舶左右舷高压救生艇通道相连接，给潜水员提供救生通道。另外还设安全联锁的医疗及食物传递通道，用于给潜水员提供食物或医疗用品， 转移舱一般容积25m3。

1.2 进入舱

进入舱是潜水员进入生活舱的过度舱。舱内设有带安全连锁装置的不锈钢马桶、接冷热水的洗脸盆、观察窗。进入舱一般容积为7.4m3。

1.3 生活舱

生活舱是潜水员休息的舱室。舱内设有不锈钢床、不锈钢桌、储物架、应急气动气体洗涤装置、循环风扇。通常6人的生活舱容积为26.8m3，3人的生活舱容积为21.4m3，潜水系统集成时根据所载潜水员数量进行生活舱的排列组合。如24人潜水系统可选4个6人压力舱，而18人潜水系统可选2个6人舱，2个3人舱。所配置的生活舱中至少有一个舱设计有用于医疗的应急供气及供电的穿舱接口。

2  生命支持系统

生命支持系统提供潜水员足够的呼吸气体、温湿度合适的环境、生活用水、控制及通讯等。

2.1 供气系统

300m饱和潜水员呼吸氦氧混合气体，氦气通过316L不锈钢管输送，纯氧气通过硅黄铜管输送。高压氮气瓶组、气源板、控制台以及气体压缩机等组成为潜水呼吸系统，实现潜水呼吸气体输送、回收、调拨等功能。

2.1.1 高压气瓶组

根据潜水员数量及设计最大潜水作业自持力按国家标准《GB18985-2003 潜水员供气量》配置氦气高压气瓶组。

2.1.2 潜水呼吸气源板

气源板用于气体压力显示以及管路快速连接，方便集中管理，见表1。

2.1.3 潜水呼吸气体控制台

设饱和舱控制台一台，用于往压力舱输送呼吸气体以及监测各压力舱参数，同时提供通讯及控制系统。

设潜水员控制台二只（单钟系统只设一只），用于给潜水钟输送潜水呼吸气体、管理回收氦气、监测潜水员及潜水钟下潜深度，同时提供通讯及控制系统。

2.1.4 气体压缩机

设高压气体输送压缩机二台，一用一备，用于各高压气瓶组间的氦气输送，知名品牌有美国GARDNER DENVER，活塞式、工作压力200bar，流量110m3/h。

潜水呼吸氦气比较昂贵，多余的氦气都要回收利用。设气袋一只，24m3， 塑料柔性制品，用于收集压力舱多余的氦气。设压力舱气体回收机组一台，包含高压气体压缩机，气体净化器、气体过滤器，来自压力舱的氦气经气体净化器后进入气袋，气袋收集到额定容积后通过高压气体压缩机经气体过滤器回收到高压气瓶组中。

按潜水钟数量设潜水员呼吸气体回收装置及回收罐，用于收集潜水员呼吸后多余的氦气。呼吸气体回收装置包含气体处理装置及气体压缩机。潜水员头盔中多余的呼吸气体先经过滤、除水及混合氧气后，再经气体压缩机加压后进入呼吸气体回收罐中，由潜水控制台控制提供给潜水员循环使用。

2.2 环境控制系统

压力舱内为密闭高压环境，环境控制系统保障压力舱内温湿度适合，气体质量合格。

2.2.1 外部再生系统

外部再生机组通过闭式循环系统处理压力舱内的气体，设计压力35bar，单台最大适应6个潜水员的舱室使用。机组数量按一台/生活舱，一台/转移舱配置。另外每3台再生机组设一台备用机组。整个再生系统处理过程分3个步骤进行。

清洗：通过储存8.8kg 碱石灰的洗涤罐来除去压力舱中的CO2。一个标准洗涤罐满足3个潜水员的压力舱8h使用。

除湿：设立式高效除湿热交换器一台，变速风机一台。变速风机安装在热交换器上，抽吸压力舱内气体，经清洗后进入除湿热交换器，来自空调冷热水机组的6℃～12℃冷媒水冷却气体到露点下，使气体中的水分析出，再经过加热处理后回到压力舱。

加热：设立式高效加热热交换器一台，来自空调冷热水机组的70℃热水加热气体到设定的温度后再回到压力舱内。

2.2.2 空调冷热水机组

空调冷热水机组用于处理压力舱内气体的温度，以及给外部再生机组提供冷热媒水。空调冷热水机组数量按一台/外部再生机组配置。空调冷热水机组包含3个部分。

制冷系统：制冷量9.5kW， 冷媒水出机温度为6℃～12℃。包含压缩机、冷凝器、蒸发器、储液管以及控制系统一套。

加热系统：加热量9kW，热媒水出机温度为70℃。包含热水柜，电加热器及控制系统一套。

循环系统：冷热媒水采用70%乙二醇与30%水的混合液体，冷熱媒水循环系统各自独立，共包含冷热媒水循环水泵二台，流量30～35L/min，扬程5bar，给压力舱提供冷热媒水，通过压力舱内的空调盘管调节舱内温度，同时给外部再生机组提供冷热媒水，用于压力舱内气体除湿及加热到设定温度。

2.3 供水系统

2.3.1 生活水供水装置

生活水供水装置为提供潜水员饮用及卫生用水。供水装置包括冷热水容积式供应泵各一台，流量7.5L/min，最大扬程68bar。电热水柜一台，容积60L，加热功率9kW，加热温度30℃～70℃可调，生活水供水装置排出压力值可根据压力舱压力整定。一台生活水供水装置最大可供18个潜水员使用，另设一台备用。。

2.3.2 热水单元

饱和潜水员深潜水下时，加热后的海水由热水单元通过脐带供应到潜水服，流经潜水员体表后从湿式潜水服脚底开口排出。潜水员热水单元包含两个10微米滤器、压力调节阀、电加热柜、电动柱塞加压泵以及控制系统。热水单元按潜水钟数量配置，另设一台备用。

2.3.3 生活污水收集柜

设高压生活污水排放柜，容积30L，设计压力30bar，数量按一台/卫生马桶配置。卫生马桶盖与马桶排空阀机械连锁，避免两阀同时打开。马桶冲洗时，靠压力舱内的压力将生活污水排至生活污水排放柜中。

设常压生活污水收集柜一只，容积250L，设计压力3bar，设有透气管通往大气。

2.3.4 消防供水系统

压力舱内设固定式喷淋系统，用于扑灭压力舱内的火灾。设消防供水单元一套，包含高压氦气瓶组，消防淡水瓶组，压力舱内喷淋管及喷头，以及控制阀门一套。

2.4 通讯系统

潜水系统有两套独立的内部通讯系统。一套为英国FATHOM公司提供的通讯系统，一套为直通式声力电话。FATHOM系统在压力舱及潜水钟内设床头通讯箱、通讯分站。压力舱外设2个19寸通讯机柜，饱和控制台及潜水控制台设通讯操作控制面板，上设耳机，麦克风及顶式杨声器。声力电话系统在每个压力舱内部、饱和控制台及潜水控制台都设有直通式声力电话。

3  潜水钟收放系统

潜水钟收放系统知名配套厂家为英国PARKBURN公司。每个潜水收放系统包含潜水钟、脐带绞车、主绞车、导向钢丝绳绞车、带波浪补偿的主绞车滑轮组、滑车行走机构、配重块、液压系统及控制操作各一套。脐带绞车通过脐带给潜水员提供呼吸气体、保温热水、电源及控制信号、通讯信号。主绞车通过滑车行走机构将潜水钟在潜水月池和转移舱接口往返移动，收放潜水钟。导向钢丝绳绞车通过配重块将导向钢丝绳布置至潜水作业深度，为潜水钟收放起导向作业，同时导向钢丝绳绞车也可以应急回收潜水钟，提高系统的安全可靠性。

4  应急逃生系统

应急逃生系统包含逃生通道、高压救生艇、救生艇吊、液压控制及操作装置。逃生通道与转移舱连接，通往左右舷高压救生艇。与常规救生艇相比，一个有足够座位的压力舱安装在救生艇上，舱内压力与潜水系统压力舱压力相等。另外高压救生艇上还配有能供潜水员72h呼吸的氦氧气瓶组、蓄电池以及与潜水系统逃生通道对接的舱口等。

5  结语

随着海工走向深蓝，越来越多海工工程超过300m水深，为应对新的需求，500～700m饱和潜水正处于研发试验阶段。相比300m饱和潜水系统，500～700m饱和潜水系统最大的技术难点就是潜水员的呼吸气体配比方案，到目前为止潜水医疗界还没有找到成熟的呼吸气体方案。

参考文献

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