内置式饱和潜水系统装船生产设计

周于凯 肖祖光 伍常斌 马可

摘    要：本文借助一套300米水深、24人内置式饱和潜水系统的实际装船实践，阐述船厂生产设计过程中遇到和应该注意的一些问题，为建造相似船型和系统提供建造经验和解决方案。重点介绍饱和潜水系统与船舶界面的设计、饱和潜水系统主要设备的布置安装，以及气体管路的布置设计等。

关键词：饱和潜水;潜水钟;装船;生产设计

中图分类号：U674.23                              文献标识码：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

饱和潜水系统是一套专门为潜水员进行长时间的深水水下作业、考查、救捞服务的系统。它是通过创造一个对应潜水作业深度的压力环境，让潜水员生活在这种压力环境下使体内各组织体液中所溶解的惰性气体（氦气）达到完全饱和，从而可以使潜水员直接暴露在深水压力环境下开展长时间水下作业的潜水方式;它能够防止氮麻醉，防止减压病，并且只需在作业完成后通过一次减压过程即可恢复到正常生活环境，提高水下作业效率。本文借助一套300 m水深、24人内置式饱和潜水系统的装船实践，讲述船厂生产设计过程中遇到和应该注意的一些问题，为建造相似船型和系统提供建造经验和解决方案。

2     内置式饱和潜水系统简介

本套内置式饱和潜水系统的设计潜水深度为300 m，由双潜水钟通过左/右两个潜水月池作业，四个甲板生活舱能同时容纳24名潜水员，配备2艘24人的高压逃生艇、60个2 887 L的储存气瓶，具备潜水员气体回收功能。

该套潜水系统主要有两个核心配置：一是潜水钟;二是甲板生活舱。其他设备的配置，均是服务于这两个核心设施的功能能够更加安全方便的实现。

该饱和潜水支持船和主要潜水设备的参数：

3    饱和潜水系统装船生产设计

3.1   饱和潜水系统与船舶界面设计

饱和潜水系统进行装船生产设计时，潜水作业支持船应提供饱和潜水系统所需要的水、气、电，并且配置好潜水系统所在区域的通风空调、照明、消防、气体探测等潜水外部区域的环境条件。

3.1.1 船舶界面的供水设计

主要包括：潜水系统需要的冷却淡水、甲板减压舱需要的卫生水、冲洗水和消防水，以及水下作业潜水员保温所需的热水。上述供水系统，需要根据饱和潜水系统需要的供水压力、流量等设计相应的船舶供水参数;另外，潜水系统主要的供水系统需要冗余设计，船舶界面的供水也需要相应的冗余设计。

3.1.2 船舶界面的供气设计

除了饱和潜水系统自己独立的气体系统外，船舶界面还需要给饱和潜水系统提供普通的压缩空气。主要包括：月池的曝气;其它一些需要压缩空气作为动力的辅助设备。

3.1.3  饱和潜水区域消防系统设计

根据DNV规范关于饱和潜水支持船消防系统的要求，船上布置有加压减压生活舱、潜水钟、气瓶、空压机和控制站的区域需设置固定式灭火系统。该系统可以是适用于A类机械处所的水喷淋系统，也可以是与其等效的对人无害的固定式气体灭火系统。

根据不同的区域，可以选择几种灭火系统配合，既能满足规范要求，又能防止消防系统启动时损坏设备。例如：在潜水控制室、中央控制室采用FM200气体灭火系统，避免水喷淋的灭火形式损坏电气设备;在其他潜水区域采用高压水雾系统和水喷淋系统的组合;整个潜水区域采用全浸没式的淡水高压水雾系统进行覆盖，针对压力容器再采用单独的水喷淋系统覆盖，这样可以在满足规范的条件下降低高压水雾系统的流量，保护哪些不宜大量浸水的设备。

3.1.4  飽和潜水围蔽区域的通风设计

根据DNV规范要求需设置独立的机械通风;另外，如果潜水钟是通过月池下水，则应该充分考虑恶劣海况条件下，月池内的液面对饱和潜水区域气压的影响，设置足够的百叶窗;针对空气潜水需要的新鲜空气，应考虑能从左右两个不受污染的新风入口同时供风，根据环境条件温度还需对新风进行加热;潜水区域的空调系统应单独设计，充分考虑各设备使用的温度环境条件，特别是甲板生活舱所在的区域;由于加减压舱对环境的要求比较严格，因此对加减压舱所在区域的环境要求也比较严格。

3.2.5  潜水区域氧气探测系统的设计

根据规范需在潜水系统的气体储存区域设置氧气溶度探测报警，这些区域包括储存氧气溶度低于20%的气体的处所和储存氧气的围蔽处所，设置声光的氧气溶度低或高的报警;这些气体管路经过的区域，也要相应设置氧气溶度报警，预防气体泄漏引起的围蔽处所氧气溶度过低或过高。

3.2   饱和潜水系统主要设备的布置安装

本套飽和潜水系统设备布置安装的关键，是甲板压力生活舱系统和潜水钟收放系统的布置安装。下面针对这两个关键点进行介绍。

3.2.1 甲板压力生活舱系统的布置安装

本船甲板生活舱室，包括4个6人双室甲板减压舱（DDC）和2个高压转移舱（TUP），布置在主甲板设置的潜水减压舱间，如图1所示。

（1）因甲板生活舱的尺寸和重量大，单个减压舱重量一般在25 t左右，舱室连接后跨度超过20 m，且甲板生活舱的安装底座精度需满足1 mm水平度要求;同时需考虑在船舶变形、生活舱高压环境下如何合理设置安装节点形式，以确保生活舱的连接具有适当补偿量来保证气密性。因此，如何保证甲板生活舱安装底座的水平度，以及如何让甲板生活舱能有适当的移动补偿量，是甲板生活舱布置设计的重点;

（2）一般的设计理念为采用机加工基座以保证平面度要求、加钢垫片以及止推块确保生活舱有一定的水平度调整量;但本船基座范围区域太大，长宽跨度超过20 m，机加工基座的成本高及安装周期长，且采用钢垫块调整水平度存在较大的焊接困难，无法满足实际需求。经过研究分析，选择采取环氧树脂与钢垫片的组合形式作为甲板加压舱的安装节点（如图2所示），既发挥了环氧垫块易于施工、可控性好的特点，又避免了减压舱的浮动对环氧垫块的损坏;

（3）该浮动式安装形式既满足了安装后甲板生活舱能在限定范围内有一定的移动位移的要求，又解决了安装基座的水平度难以控制的问题，易于在现场定位调整;止推块能限制减压舱在水平方向的位移，卡码能限制减压舱在竖直方向和水平方向的位移，同时设计时允许减压舱在卡码方向有一定的移动距离。通过实船检测，此种安装方法可完全满足相关技术要求，又大大缩短了建造周期及人力成本。

1.止推块，2.卡码，3.环氧树脂，4.钢垫板

3.2.2  潜水钟收放系统的布置安装

本船的潜水钟收放系统，布置在甲板生活舱上的两层甲板内。包括潜水钟行车、潜水钟主缆绞车、潜水钟导引缆绞车、脐带缆绞车、配重块、被动波浪补偿装置、滑轮组等装置。

（1）潜水钟能通过行车来实现从与TUP对接位置到月池之间来回移动。行车的布置应能覆盖从TUP对接位置到月池;导引缆绞车用来从月池收放配重块，在施放潜水钟之前需先将配重块放到指定的深度，然后再沿着导引缆来施放潜水钟，保证潜水钟的收放更加平顺;潜水钟通过主绞车从月池收放到指定的深度，脐带缆绞车与主绞车同步收放脐带缆;潜水钟收放系统的布置，需根据潜水钟行车的位置来确定几个绞车的位置，并布置相应的被动波浪补偿装置和滑轮组以及其他辅助设备;绞车布置时，应注意钢丝绳的走向，钢丝绳的走向不应妨碍通道以及操作。本船潜水钟收放系统的布置，如图3所示。

（2）整套潜水钟收放系统在安装时，应重点关注安装精度的控制：以一个月池中心为基准划线建立统一的坐标参考，特别是对月池里导轨的安装控制，需保证导轨的平行度能达到要求;

（3）要解决潜水中存放固定的问题。在进行饱和潜水作业时，潜水钟需要与高压转移舱通过大通径法兰面对接，同时依靠液压钳进行锁紧密封;船舶运行过程中，潜水钟与高压转移舱对接的密封面以及锁紧的液压钳容易损坏，所以潜水钟在与高压转移舱对接状态下不能长时间存放。针对此项要求，设计一个专用的存放装置，以满足潜水钟的长期存放要求，如图4所示。当需要在潜水钟的对接位置同时存放潜水钟时，潜水钟的对接和存放需要进行升降，设计的基座高度通过翻转可以调节，实现潜水钟的存放底座不会干扰潜水钟的对接。

1.焊接底座，2.翻转体，3.铰链，4.锁紧螺栓

3.3    气体管路的布置设计

3.3.1  气体路径的布置

（1）本套饱和潜水系统的装船生产设计，以呼吸气体管路系统的布置设计为重点。其管路系统复杂，数量多、走向密集，数量达686路、总长度9625 m;另外，DNV规范对潜水系统气体管路的布置有着严格的区域划分要求，所有呼吸气体管路需与潜水设备处于同一A60区域，如穿过其他区域应设置A60的防火分隔。因此，在设计管路走向时对呼吸系统系统管路进行了优化布置设计，在保证满足规范要求的情况下，尽量路径最短，同时便于安装及维护，尽量减小A60管路通道的范围，以利于现场施工和节省管路材料;

（2）为确保气体管路布置的正确和完整，可以进行管路的三维建模，可以提前发现问题对管路的路径进行优化，并能够准确预估出管路系统所需的材料;

（3）为了便于施工管理，绘制了详细的呼吸管路布置图（见图5）。图中详细指明了管路走向、名称以及管路支架的位置，保证了管路整齐美观，并极大方便了现场的施工和管理;

（4）本船潜水气体间与潜水设备间位于不同区域，连接这两个区域的气体管路需要设计一个A60分隔的管路通道，通道里需要穿过31条管路;管路通道的设计需尽量最短，既能缩短气体管路的长度，又易于管路安装和维护。结合舱室布局，在泵舱顶部设置长宽各约1 m的A60通道，可大大缩短呼吸气体管路长度，同时兼顾管路的安装及维护，图6为潜水气体间和潜水设备间的位置示意图以及A60管路通道的解决方案。

（5）对于气体管路的路径，船东和船检都会提出所有气体管路和接头应满足检查和维护的要求。为此，管路的布置应尽量避免经过有封板舱室的区域，如无法避免应在管路接头的地方留出检修门;对于O2管路的路径，除了要满足能够维护外，还要求灭火系统能够覆盖O2管路，因此尽量避免走封板舱室。如无法实现则O2管路可以走在地板下面，地板采用带孔的地板，使灭火系统能够穿过地板覆盖到O2管路。

3.3.2 管路支架以及通舱件形式的设计

管路布置过程中需考虑两个问题：一是管路支架的设计;二是通舱件的设计。气体管路的通径较小，施工过程中通常采用现场打样的方式，效率和材料利用率更高;由于气体管路的布置比较密集，管路支架可以采用轨道式或者多孔角钢的形式，以方便现场微调管路的位置;通舱件可以采用填料式套筒的形式，穿A60舱壁的可采用A60防火套管填充，这种通舱形式对于管路的布置和现场施工都比较方便。

4    结语

饱和潜水系统的装船是一项综合性的复杂工程，在进行装船生产设计时，需要结合具体的饱和潜水系统和船型，首先解决关键设备的布置安装问题，如减压舱的安装、潜水中收放系统的安装;再根据潜水设备的使用特点和船东的使用习惯，确定各设备舱室的布置;对于气体管路的安装布置应该足够的重视，它影响到管路后期的清洁取证工作;整套系统的合理安装，对系统的调试、最终的入级取证都有很大影响，是影响船舶建造周期的一个关键因素。

参考文献

[1] 王泽浩，梁武.胜利作业五号平台海水提升装置的研制[J].建设机械技术与管理，2010.