飽與潛水系統(tǒng)在海洋工程中應(yīng)用

1、飽與潛水系統(tǒng)在海洋工程中應(yīng)用摘 要較為詳細(xì)地介紹了世界上目前應(yīng)用的飽和 潛水系統(tǒng)的工作原理和組成、優(yōu)點(diǎn)及典型某系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)和 特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外目前現(xiàn)狀，簡(jiǎn)述了飽和潛水系 統(tǒng)在海洋工程中的應(yīng)用，預(yù)測(cè)了飽和潛水系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用 前景。關(guān)鍵詞飽和潛水；海洋工程中圖分類號(hào)d674. 38 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼a文章編號(hào)：1671-0037 (2014) 01-34-2. 5飽和潛水是1957年由美國(guó)生理學(xué)家bond提出，之后英、 美、法等西方國(guó)家開始進(jìn)行大量飽和潛水研究，實(shí)驗(yàn)室深度 達(dá)到701 m,飽和潛水在國(guó)外海洋石油工程和深海其他工程 中，尤其是在歐洲北海油田的開發(fā)中得到充分應(yīng)用。我國(guó)的 海洋石油

2、開采中的飽和潛水工作主要還是由海外公司承擔(dān)。 中海油“十一五”規(guī)劃中提出向深水發(fā)展戰(zhàn)略，將發(fā)展自己 的飽和潛水設(shè)備和組建自己的作業(yè)隊(duì)伍，實(shí)現(xiàn)飽和潛水作業(yè) 能力，實(shí)現(xiàn)向深水發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。飽和潛水系統(tǒng)是一項(xiàng)綜合性的復(fù)雜工程，技術(shù)密集度 高，是公認(rèn)的高科技、高附加值產(chǎn)品。世界上主要設(shè)計(jì)制造 廠商如divex公司、hydra marine公司、aqua-air工業(yè)有 限公司、lexmar engineering pte 公司、submarine 公司及 n. u.t公司。國(guó)內(nèi)飽和潛水設(shè)計(jì)科研能力基本達(dá)到了較高的 水平，國(guó)內(nèi)主要研制單位如中船重工七一九所、沈陽(yáng)自動(dòng)化 研究所、上海交通大學(xué)水下工程研究所

3、，產(chǎn)品如中科院研制 的蛟龍?zhí)?，但都沒有形成制造能力，沒有轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，總 體來說，國(guó)內(nèi)商業(yè)飽和潛水能力比較落后12。1飽和潛水系統(tǒng)1.1飽和潛水系統(tǒng)運(yùn)作原理及組成所謂“飽和潛水”是指潛水員在髙氣壓下長(zhǎng)時(shí)間暴露，使其體內(nèi)各組織體液中的惰性氣體達(dá)到完全飽和的程度，在 此基礎(chǔ)上，只要環(huán)境壓力不再改變，不論暴露時(shí)間如何延長(zhǎng), 其減壓時(shí)間是相等的，因而可大大提髙潛水作業(yè)效率。比如 在300米深度停留作業(yè)12小時(shí)，最后可以用完全相同的減 壓時(shí)間一次性安全的減壓出水。所以潛水員每次水下作業(yè)不 受時(shí)間限制，這樣可以完成大量的水下作業(yè)任務(wù)，提高潛水 作業(yè)效率。飽和潛水系統(tǒng)一般安裝在潛水作業(yè)母船上，用于實(shí)際的 海

4、上飽和潛水作業(yè)。潛水員在進(jìn)行飽和潛水作業(yè)時(shí)，必須生 活在飽和居住艙內(nèi)，使機(jī)體在相當(dāng)于海底壓力的環(huán)境下達(dá)到 完全飽和。在此基礎(chǔ)上，當(dāng)需要進(jìn)行潛水作業(yè)時(shí)，可借助于 潛水鐘把潛水員從居住艙、過渡艙內(nèi)運(yùn)送至海底潛水作業(yè)地 點(diǎn)。潛水作業(yè)完成后，仍通過潛水鐘將潛水員接回居住艙內(nèi) 休息。潛水工作母船上必須能提供潛水設(shè)備所需的各種能源 等，以確保潛水設(shè)備、生命支持系統(tǒng)和輔助設(shè)備的正常運(yùn)行。 下圖1所示為飽和潛水系統(tǒng)總體布置圖，飽和潛水系統(tǒng)主要 由甲板加壓艙（ddc）、高壓救生艙（hrc）、潛水鐘（sdc）、 潛水鐘處理系統(tǒng)（sdc handling system）、潛水裝具、高壓 救生艙釋放系統(tǒng)、氮?dú)饣厥諆艋?/p>

5、系統(tǒng)、生命支持系統(tǒng)、飽和 潛水控制箱、機(jī)械設(shè)備集裝箱、hrc生命支持系統(tǒng)集裝箱、 工具集裝箱等部件組成。1.2與常規(guī)潛水的主要區(qū)別和優(yōu)點(diǎn)空氣常規(guī)潛水技術(shù)下潛深度為60米內(nèi)淺，氮氧常規(guī)潛 水技術(shù)有效作業(yè)深度一直在120米左右，且作業(yè)時(shí)間短，后 期用于減壓上升的時(shí)間長(zhǎng)，潛水作業(yè)效益很低，隨著潛水深 度的增加和作業(yè)時(shí)間的延長(zhǎng)，這些問題更為突出，極大地阻 礙了潛水技術(shù)的發(fā)展，飽和潛水主要以增加潛水深度和延長(zhǎng) 水下作業(yè)時(shí)間為目的而產(chǎn)生的，主要大大提高潛水作業(yè)效 率，有較高的水下工作時(shí)間對(duì)減壓時(shí)間的比值。1.2. 1在高壓下長(zhǎng)期生活工作停留后，最好僅需一次飽 和減壓，減少了減壓的次數(shù)，既消除了多次減壓造成

6、的麻煩, 還可減少發(fā)生減壓病的機(jī)會(huì)，相對(duì)比較安全。1.2.2可在一定的深度-時(shí)程（或深度）范圍內(nèi)作向下 巡回潛水，且無需減壓地回到飽和潛水，延伸了飽和潛水作 業(yè)的深度。1.2.3可突破人直接進(jìn)入大深度水下環(huán)境的唯一手段。1.2.4是較淺深度、固定作業(yè)點(diǎn)和長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)的重要方法。2典型某飽和潛水的主要參數(shù)和特點(diǎn)2. 1主要結(jié)構(gòu)形式本飽和潛水系統(tǒng)為集成化可移動(dòng)式，安裝于面積合適的 工程船舶甲板面，可和rov、挖溝機(jī)、鋪管設(shè)備等同步作業(yè), 主要用于300米以淺飽和潛水作業(yè)，也可用于混合氣、空氣 邦司潛水作業(yè)和320米以淺的水下常壓觀察。整套系統(tǒng)組成 如下：潛水鐘(sdc) 1套；4人雙艙式加壓艙(dd

7、c) 1套； 4人雙艙式加壓艙(ddc) 1套；設(shè)備室集裝箱1套；(5)控 制室集裝箱1套；吊放裝置1套；10人高壓逃生艙1套；潛 水鐘導(dǎo)向壓載1套；甲板供氣系統(tǒng)1套；配置的主要系統(tǒng)： 艙加、減壓系統(tǒng)；環(huán)境控制系統(tǒng)；氣體分析系統(tǒng)；供氧系統(tǒng); 艙呼吸系統(tǒng)；衛(wèi)生系統(tǒng)；海水加熱系統(tǒng)；液壓系統(tǒng)；潛水鐘 加、減壓系統(tǒng)；潛水鐘呼吸供氣系統(tǒng)；潛水鐘應(yīng)急供氣系統(tǒng); 電視監(jiān)控、通訊及聲光信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)；供配電系統(tǒng)；配氣、 儲(chǔ)氣、系統(tǒng)另行配置4。2.2主要性能指標(biāo)甲板居住艙：主艙為4人雙艙式居住艙，輔艙定員4人 (帶潛水鐘對(duì)接通道)；4人雙艙式居住艙，定員4人；潛水 鐘：定員3人；高壓逃生艙定員10人；飽和潛水作業(yè)

8、最大 深度300 m；常壓觀察潛水最大深度320 m；加壓艙最大壓 力下持續(xù)時(shí)間30晝夜；潛水鐘應(yīng)急狀態(tài)下的自持力6小 時(shí)；系統(tǒng)可根據(jù)任務(wù)規(guī)模任意組合，既可單獨(dú)使用主艙，亦 可與輔艙合并使用，系統(tǒng)最大作業(yè)人數(shù)可達(dá)10人?？蓪?shí)現(xiàn) 海況w道格拉斯3級(jí)，有效波高w2.0米，水溫-2匸+32 °c, 海流w0. 5 m/s （1節(jié)）左右下作業(yè)；滿足imca及im0 （國(guó) 際海事組織）的相關(guān)要求。2. 3系統(tǒng)布置整套系統(tǒng)分為主艙（4人雙艙式居住艙）、輔艙（4人雙 艙式居住艙）、設(shè)備室集裝箱、控制室集裝箱、吊放裝置和 10人高壓逃生艙等結(jié)構(gòu)與甲板供氣系統(tǒng)連接成一個(gè)整體，全 部安裝于工程船甲板面（

9、不包括儲(chǔ)氣系統(tǒng)）。潛水鐘通過舷 側(cè)吊放入海。兩套居住艙垂直船中軸線并行排列；設(shè)備室和 高壓逃生艙緊靠主艙；吊放裝置布置在主艙頂部；控制室集 裝箱布置在輔艙頂部；設(shè)備室集裝箱頂部兼作潛水鐘臍帶存 放箱。潛水鐘底部可主艙之過渡艙頂部對(duì)接。逃生艙和輔艙 分別于兩側(cè)與主艙之過渡艙對(duì)接。詳細(xì)布置圖見圖2、圖3。 2.4本套飽和系統(tǒng)的主要關(guān)鍵技術(shù)2.4.1形成了全套飽和潛水系統(tǒng)設(shè)備操作使用及維護(hù) 保養(yǎng)技術(shù)：飽和潛水系統(tǒng)是由復(fù)雜的電、儀、壓力管路及壓 力容器等組成的一個(gè)有機(jī)整體。系統(tǒng)能否始終保持正常運(yùn) 轉(zhuǎn)，直接關(guān)系到飽和潛水居住艙內(nèi)或潛水鐘內(nèi)潛水員的生命 安全。因此，不但對(duì)各種設(shè)備的性能有很高的要求，而且對(duì)

10、 其操作及維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)的要求更高，可以說是牽一發(fā)而動(dòng)全 局。2.4.2飽和潛水作業(yè)技術(shù)形成了企業(yè)操作規(guī)范和管理 手冊(cè)：飽和潛水設(shè)備、技術(shù)是海工新的發(fā)展領(lǐng)域。如飽和潛 水作業(yè)前的準(zhǔn)備、對(duì)設(shè)備和潛水裝具的要求、飽和程序、巡 回潛水程序及最終減壓程序等技術(shù)，編制成了飽和潛水作業(yè) 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2. 4.3形成一套飽和潛水作業(yè)應(yīng)急處理技術(shù)：對(duì)諸如出 潛潛水員遇險(xiǎn)、潛水員或潛水鐘通訊中斷、潛水鐘供氣中斷、 潛水鐘供電中斷、潛水鐘熱水供給中斷、潛水鐘失壓、潛水 鐘和甲板居住艙不能對(duì)接、潛水鐘導(dǎo)索纏繞或斷裂、潛水鐘 臍帶斷裂、潛水鐘提升索斷裂、潛水鐘吊放系統(tǒng)故障、甲板 居住艙失壓、甲板居住艙火災(zāi)、甲板居住艙生命

11、支持系統(tǒng)失 常、動(dòng)力定位船失位、加壓過程中出現(xiàn)鼻竇及鼓膜受壓疼痛、 飽和居住艙內(nèi)二氧化碳過多、飽和居住艙內(nèi)氧氣過多、巡潛 過程中出現(xiàn)溺水或外傷、人員中途進(jìn)艙、高壓神經(jīng)綜合征或 加壓性關(guān)節(jié)痛、減壓過程中出現(xiàn)異常醫(yī)學(xué)問題、飽和減壓無 法進(jìn)行及減壓病等應(yīng)急情況，形成了一整套的完整的應(yīng)急處 理辦法。2. 4.4逐步探索飽和潛水作業(yè)醫(yī)學(xué)保障技術(shù)：該技術(shù)從 潛水員的基本條件要求、日常保障和訓(xùn)練、物質(zhì)準(zhǔn)備和要求、 潛水時(shí)的醫(yī)學(xué)保障要求、出艙后的醫(yī)學(xué)監(jiān)護(hù)及異常情況處理 等給予了嚴(yán)格的要求和界定，需要長(zhǎng)時(shí)間的觀察和驗(yàn)證，目 前還處在探索階段。2. 4.5海洋石油工程專業(yè)水下安裝作業(yè)技術(shù)：在飽和潛 水技術(shù)應(yīng)用研究

12、方面，根據(jù)目前海洋石油水下安裝工程的具 體特點(diǎn)，編制了符合工程實(shí)際應(yīng)用的單點(diǎn)系泊系統(tǒng)安裝、水 下法蘭對(duì)接、深水軟管更換、深水電纜鋪設(shè)等一整套飽和潛 水水下作業(yè)程序和技術(shù)。3飽和潛水技術(shù)在海洋工程中的應(yīng)用3. 1應(yīng)用于安裝立管卡子安裝與護(hù)管安裝目前，飽和潛水普遍應(yīng)用于平臺(tái)上的立管和護(hù)管安裝， 主要通過飽和潛水、母船和平臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)協(xié)調(diào)作業(yè)完成，主要 流程如下：潛水員從飽和潛水出來后，先清理樁腿上的海生 物，后飽和潛水母船通過船舶履帶吊放下立管卡子，潛水員 將立管卡子的大管卡和樁腿合攏，調(diào)整卡子方位，將卡子固 定住并卡緊，放下立管入水，飽和潛水將立管拖拉到立管卡 子內(nèi)，引導(dǎo)平臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)提拉下面立管和上面

13、立管法蘭對(duì)接， 對(duì)接完成后，穿入螺栓，按照墊圈，緊固法蘭，完成安裝， 同樣的情況可安裝護(hù)管。3.2應(yīng)用于海管膨脹彎對(duì)接安裝飽和潛水技術(shù)已普遍應(yīng)用于海管膨脹彎對(duì)接安裝，中海 油平湖二期八角亭工程項(xiàng)目等多個(gè)項(xiàng)目得到了應(yīng)用。主要流 程如下：通過飽和潛水中的潛水員引導(dǎo)母船履帶吊機(jī)拖拉膨 脹彎與立管法蘭對(duì)接，法蘭對(duì)接到位后，穿入螺栓，按照墊 圈，對(duì)法蘭進(jìn)行緊固，后潛水員協(xié)助進(jìn)行清管試壓工作。從 而實(shí)現(xiàn)了對(duì)接安裝。3.3應(yīng)用于fpso海上安裝主要指安裝fpso單點(diǎn)系泊系統(tǒng)、fpso單點(diǎn)系泊系統(tǒng)棄置及海底管線穿越fpso錨系作業(yè)等。主要流程如下：在連 接柔性立管過程中，潛水鐘中的潛水員主要拖拉柔性立管頓 頭

14、與基盤管匯法蘭對(duì)接，法蘭到位后，穿入螺栓，安裝墊圈, 對(duì)法蘭進(jìn)行液壓緊固，從而實(shí)現(xiàn)管匯對(duì)接。3.4應(yīng)用于海底管線、電纜鋪設(shè)在海底管線和電纜鋪設(shè)中，飽和潛水能通過潛水員實(shí)現(xiàn) 電纜和管線錨固、合攏、輔助焊接，主要工藝流程如下：潛 水員引導(dǎo)母船履帶吊機(jī)將電纜或管線拖拉到海底基盤導(dǎo)向 槽內(nèi)部，合攏槽上的卡子，將電纜或管線錨定并固定，潛水 員將平臺(tái)電纜或管線護(hù)管內(nèi)的牽引繩連接到電纜或管線端 頭上，平臺(tái)上人員通過牽引繩抽拉將電纜或管線拖拉上平 臺(tái)，然后飽和潛水潛水員將電纜或管線在護(hù)管處錨固定。3.5應(yīng)用于海管除蠟 在海管鋪設(shè)過程中，普遍采用打蠟來進(jìn)行密封，這就經(jīng)常導(dǎo)致海管被蠟塊堵塞而使得輸油不通暢，通常解

15、決方法就 是由飽和潛水潛水員從海管上的直管段法蘭處向海管內(nèi)注 入除蠟劑。期間主要工作流程如下：潛水員拆除海管上的直 管段，在海管端部安裝特制盲法蘭，將母船上放下的軟管連 接到特制盲法蘭上，由母船甲板上通過軟管向海管內(nèi)注入除 蠟劑，除蠟結(jié)束后，潛水員恢復(fù)安裝直管段。3.6應(yīng)用于海管懸跨段治理由于海洋地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，在海底，經(jīng)常出現(xiàn)高低不 平的地質(zhì)情況，從而海管穿過這種環(huán)境時(shí)就造成了懸跨，可 由潛水員先清理海管周圍的海生物，對(duì)于沙丘頂部管道著泥 段處的泥沙，可持高壓水槍沖刷或用鐵鍬等工具清除，這樣 就使得懸跨段慢慢沉降，達(dá)到縮短和消除懸跨的目的。如果 海管搭在堅(jiān)硬的巖石坡頂造成懸跨，可由潛水員在

16、巖石周圍 懸跨段上填充沙袋或者泥沙，消除懸跨狀況，避免出現(xiàn)巖石 和海管直接接觸后變形。3. 7其他應(yīng)用具有巡回潛水功能的飽和潛水系統(tǒng)提供了深水海洋工 程支持，可為深水導(dǎo)管架安裝、挖溝作業(yè)、導(dǎo)管架和單點(diǎn)水 下檢測(cè)評(píng)估、深水水下井口和管匯安裝等工程提供協(xié)助支 持，另外還可為未來深水廢棄平臺(tái)拆除提供服務(wù)。3.8具體工程項(xiàng)目應(yīng)用從世界各大油田的潛水作業(yè)情況來看：歐洲北海、墨西 哥灣以及遠(yuǎn)東等近海油氣潛水服務(wù)公司均裝備有飽和潛水 系統(tǒng)，其飽和潛水作業(yè)能力從100米至300米以上不等。國(guó) 內(nèi)工程中，南海東部、西部及東海海域的導(dǎo)管架安裝、海管 鋪設(shè)及水下檢測(cè)維修工程項(xiàng)目等大多數(shù)工程都借助飽和技 術(shù)作業(yè)，主要項(xiàng)目有八角亭海管法蘭對(duì)接項(xiàng)目、西江23-1 項(xiàng)目、文昌二期海上安裝項(xiàng)目、西江和文昌單點(diǎn)海上安裝項(xiàng) 目、樂東22-1/15-1項(xiàng)目、惠州25-3/1項(xiàng)目及番禺30-1項(xiàng) 目。4結(jié)語(yǔ)21世紀(jì)是開發(fā)海洋的世紀(jì)。隨著海洋石油的不斷開發(fā)， 國(guó)內(nèi)對(duì)飽和潛水系統(tǒng)的需求不斷增長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)海洋工程技術(shù) 裝備也提出了更新更高的要求，迫切須要開發(fā)各種類型能適 應(yīng)海洋作業(yè)要求的飽和潛水系統(tǒng)，以滿足海洋工程發(fā)展的需 要。參考文獻(xiàn)：1方以群.我國(guó)飽和潛水研究現(xiàn)狀及其發(fā)展方向j. 第三屆亞太地區(qū)潛水與水下技術(shù)論壇，2008, 5.2金曉劍.