內(nèi)置式飽和潛水系統(tǒng)裝船生產(chǎn)設(shè)計(jì)

周于凱 肖祖光 伍常斌 馬可

摘? ? 要：本文借助一套300米水深、24人內(nèi)置式飽和潛水系統(tǒng)的實(shí)際裝船實(shí)踐，闡述船廠生產(chǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到和應(yīng)該注意的一些問(wèn)題，為建造相似船型和系統(tǒng)提供建造經(jīng)驗(yàn)和解決方案。重點(diǎn)介紹飽和潛水系統(tǒng)與船舶界面的設(shè)計(jì)、飽和潛水系統(tǒng)主要設(shè)備的布置安裝，以及氣體管路的布置設(shè)計(jì)等。

關(guān)鍵詞：飽和潛水;潛水鐘;裝船;生產(chǎn)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U674.23? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：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

飽和潛水系統(tǒng)是一套專門為潛水員進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的深水水下作業(yè)、考查、救撈服務(wù)的系統(tǒng)。它是通過(guò)創(chuàng)造一個(gè)對(duì)應(yīng)潛水作業(yè)深度的壓力環(huán)境，讓潛水員生活在這種壓力環(huán)境下使體內(nèi)各組織體液中所溶解的惰性氣體（氦氣）達(dá)到完全飽和，從而可以使?jié)撍畣T直接暴露在深水壓力環(huán)境下開展長(zhǎng)時(shí)間水下作業(yè)的潛水方式;它能夠防止氮麻醉，防止減壓病，并且只需在作業(yè)完成后通過(guò)一次減壓過(guò)程即可恢復(fù)到正常生活環(huán)境，提高水下作業(yè)效率。本文借助一套300 m水深、24人內(nèi)置式飽和潛水系統(tǒng)的裝船實(shí)踐，講述船廠生產(chǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到和應(yīng)該注意的一些問(wèn)題，為建造相似船型和系統(tǒng)提供建造經(jīng)驗(yàn)和解決方案。

2? ? ?內(nèi)置式飽和潛水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本套內(nèi)置式飽和潛水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)潛水深度為300 m，由雙潛水鐘通過(guò)左/右兩個(gè)潛水月池作業(yè)，四個(gè)甲板生活艙能同時(shí)容納24名潛水員，配備2艘24人的高壓逃生艇、60個(gè)2 887 L的儲(chǔ)存氣瓶，具備潛水員氣體回收功能。

該套潛水系統(tǒng)主要有兩個(gè)核心配置：一是潛水鐘;二是甲板生活艙。其他設(shè)備的配置，均是服務(wù)于這兩個(gè)核心設(shè)施的功能能夠更加安全方便的實(shí)現(xiàn)。

該飽和潛水支持船和主要潛水設(shè)備的參數(shù)：

3? ? 飽和潛水系統(tǒng)裝船生產(chǎn)設(shè)計(jì)

3.1? ?飽和潛水系統(tǒng)與船舶界面設(shè)計(jì)

飽和潛水系統(tǒng)進(jìn)行裝船生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，潛水作業(yè)支持船應(yīng)提供飽和潛水系統(tǒng)所需要的水、氣、電，并且配置好潛水系統(tǒng)所在區(qū)域的通風(fēng)空調(diào)、照明、消防、氣體探測(cè)等潛水外部區(qū)域的環(huán)境條件。

3.1.1 船舶界面的供水設(shè)計(jì)

主要包括：潛水系統(tǒng)需要的冷卻淡水、甲板減壓艙需要的衛(wèi)生水、沖洗水和消防水，以及水下作業(yè)潛水員保溫所需的熱水。上述供水系統(tǒng)，需要根據(jù)飽和潛水系統(tǒng)需要的供水壓力、流量等設(shè)計(jì)相應(yīng)的船舶供水參數(shù);另外，潛水系統(tǒng)主要的供水系統(tǒng)需要冗余設(shè)計(jì)，船舶界面的供水也需要相應(yīng)的冗余設(shè)計(jì)。

3.1.2 船舶界面的供氣設(shè)計(jì)

除了飽和潛水系統(tǒng)自己獨(dú)立的氣體系統(tǒng)外，船舶界面還需要給飽和潛水系統(tǒng)提供普通的壓縮空氣。主要包括：月池的曝氣;其它一些需要壓縮空氣作為動(dòng)力的輔助設(shè)備。

3.1.3? 飽和潛水區(qū)域消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)DNV規(guī)范關(guān)于飽和潛水支持船消防系統(tǒng)的要求，船上布置有加壓減壓生活艙、潛水鐘、氣瓶、空壓機(jī)和控制站的區(qū)域需設(shè)置固定式滅火系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以是適用于A類機(jī)械處所的水噴淋系統(tǒng)，也可以是與其等效的對(duì)人無(wú)害的固定式氣體滅火系統(tǒng)。

根據(jù)不同的區(qū)域，可以選擇幾種滅火系統(tǒng)配合，既能滿足規(guī)范要求，又能防止消防系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)損壞設(shè)備。例如：在潛水控制室、中央控制室采用FM200氣體滅火系統(tǒng)，避免水噴淋的滅火形式損壞電氣設(shè)備;在其他潛水區(qū)域采用高壓水霧系統(tǒng)和水噴淋系統(tǒng)的組合;整個(gè)潛水區(qū)域采用全浸沒式的淡水高壓水霧系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋，針對(duì)壓力容器再采用單獨(dú)的水噴淋系統(tǒng)覆蓋，這樣可以在滿足規(guī)范的條件下降低高壓水霧系統(tǒng)的流量，保護(hù)哪些不宜大量浸水的設(shè)備。

3.1.4? 飽和潛水圍蔽區(qū)域的通風(fēng)設(shè)計(jì)

根據(jù)DNV規(guī)范要求需設(shè)置獨(dú)立的機(jī)械通風(fēng);另外，如果潛水鐘是通過(guò)月池下水，則應(yīng)該充分考慮惡劣海況條件下，月池內(nèi)的液面對(duì)飽和潛水區(qū)域氣壓的影響，設(shè)置足夠的百葉窗;針對(duì)空氣潛水需要的新鮮空氣，應(yīng)考慮能從左右兩個(gè)不受污染的新風(fēng)入口同時(shí)供風(fēng)，根據(jù)環(huán)境條件溫度還需對(duì)新風(fēng)進(jìn)行加熱;潛水區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)單獨(dú)設(shè)計(jì)，充分考慮各設(shè)備使用的溫度環(huán)境條件，特別是甲板生活艙所在的區(qū)域;由于加減壓艙對(duì)環(huán)境的要求比較嚴(yán)格，因此對(duì)加減壓艙所在區(qū)域的環(huán)境要求也比較嚴(yán)格。

3.2.5? 潛水區(qū)域氧氣探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)規(guī)范需在潛水系統(tǒng)的氣體儲(chǔ)存區(qū)域設(shè)置氧氣溶度探測(cè)報(bào)警，這些區(qū)域包括儲(chǔ)存氧氣溶度低于20%的氣體的處所和儲(chǔ)存氧氣的圍蔽處所，設(shè)置聲光的氧氣溶度低或高的報(bào)警;這些氣體管路經(jīng)過(guò)的區(qū)域，也要相應(yīng)設(shè)置氧氣溶度報(bào)警，預(yù)防氣體泄漏引起的圍蔽處所氧氣溶度過(guò)低或過(guò)高。

3.2? ?飽和潛水系統(tǒng)主要設(shè)備的布置安裝

本套飽和潛水系統(tǒng)設(shè)備布置安裝的關(guān)鍵，是甲板壓力生活艙系統(tǒng)和潛水鐘收放系統(tǒng)的布置安裝。下面針對(duì)這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行介紹。

3.2.1 甲板壓力生活艙系統(tǒng)的布置安裝

本船甲板生活艙室，包括4個(gè)6人雙室甲板減壓艙（DDC）和2個(gè)高壓轉(zhuǎn)移艙（TUP），布置在主甲板設(shè)置的潛水減壓艙間，如圖1所示。

（1）因甲板生活艙的尺寸和重量大，單個(gè)減壓艙重量一般在25 t左右，艙室連接后跨度超過(guò)20 m，且甲板生活艙的安裝底座精度需滿足1 mm水平度要求;同時(shí)需考慮在船舶變形、生活艙高壓環(huán)境下如何合理設(shè)置安裝節(jié)點(diǎn)形式，以確保生活艙的連接具有適當(dāng)補(bǔ)償量來(lái)保證氣密性。因此，如何保證甲板生活艙安裝底座的水平度，以及如何讓甲板生活艙能有適當(dāng)?shù)囊苿?dòng)補(bǔ)償量，是甲板生活艙布置設(shè)計(jì)的重點(diǎn);

（2）一般的設(shè)計(jì)理念為采用機(jī)加工基座以保證平面度要求、加鋼墊片以及止推塊確保生活艙有一定的水平度調(diào)整量;但本船基座范圍區(qū)域太大，長(zhǎng)寬跨度超過(guò)20 m，機(jī)加工基座的成本高及安裝周期長(zhǎng)，且采用鋼墊塊調(diào)整水平度存在較大的焊接困難，無(wú)法滿足實(shí)際需求。經(jīng)過(guò)研究分析，選擇采取環(huán)氧樹脂與鋼墊片的組合形式作為甲板加壓艙的安裝節(jié)點(diǎn)（如圖2所示），既發(fā)揮了環(huán)氧墊塊易于施工、可控性好的特點(diǎn)，又避免了減壓艙的浮動(dòng)對(duì)環(huán)氧墊塊的損壞;

（3）該浮動(dòng)式安裝形式既滿足了安裝后甲板生活艙能在限定范圍內(nèi)有一定的移動(dòng)位移的要求，又解決了安裝基座的水平度難以控制的問(wèn)題，易于在現(xiàn)場(chǎng)定位調(diào)整;止推塊能限制減壓艙在水平方向的位移，卡碼能限制減壓艙在豎直方向和水平方向的位移，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)允許減壓艙在卡碼方向有一定的移動(dòng)距離。通過(guò)實(shí)船檢測(cè)，此種安裝方法可完全滿足相關(guān)技術(shù)要求，又大大縮短了建造周期及人力成本。

1.止推塊，2.卡碼，3.環(huán)氧樹脂，4.鋼墊板

3.2.2? 潛水鐘收放系統(tǒng)的布置安裝

本船的潛水鐘收放系統(tǒng)，布置在甲板生活艙上的兩層甲板內(nèi)。包括潛水鐘行車、潛水鐘主纜絞車、潛水鐘導(dǎo)引纜絞車、臍帶纜絞車、配重塊、被動(dòng)波浪補(bǔ)償裝置、滑輪組等裝置。

（1）潛水鐘能通過(guò)行車來(lái)實(shí)現(xiàn)從與TUP對(duì)接位置到月池之間來(lái)回移動(dòng)。行車的布置應(yīng)能覆蓋從TUP對(duì)接位置到月池;導(dǎo)引纜絞車用來(lái)從月池收放配重塊，在施放潛水鐘之前需先將配重塊放到指定的深度，然后再沿著導(dǎo)引纜來(lái)施放潛水鐘，保證潛水鐘的收放更加平順;潛水鐘通過(guò)主絞車從月池收放到指定的深度，臍帶纜絞車與主絞車同步收放臍帶纜;潛水鐘收放系統(tǒng)的布置，需根據(jù)潛水鐘行車的位置來(lái)確定幾個(gè)絞車的位置，并布置相應(yīng)的被動(dòng)波浪補(bǔ)償裝置和滑輪組以及其他輔助設(shè)備;絞車布置時(shí)，應(yīng)注意鋼絲繩的走向，鋼絲繩的走向不應(yīng)妨礙通道以及操作。本船潛水鐘收放系統(tǒng)的布置，如圖3所示。

（2）整套潛水鐘收放系統(tǒng)在安裝時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注安裝精度的控制：以一個(gè)月池中心為基準(zhǔn)劃線建立統(tǒng)一的坐標(biāo)參考，特別是對(duì)月池里導(dǎo)軌的安裝控制，需保證導(dǎo)軌的平行度能達(dá)到要求;

（3）要解決潛水中存放固定的問(wèn)題。在進(jìn)行飽和潛水作業(yè)時(shí)，潛水鐘需要與高壓轉(zhuǎn)移艙通過(guò)大通徑法蘭面對(duì)接，同時(shí)依靠液壓鉗進(jìn)行鎖緊密封;船舶運(yùn)行過(guò)程中，潛水鐘與高壓轉(zhuǎn)移艙對(duì)接的密封面以及鎖緊的液壓鉗容易損壞，所以潛水鐘在與高壓轉(zhuǎn)移艙對(duì)接狀態(tài)下不能長(zhǎng)時(shí)間存放。針對(duì)此項(xiàng)要求，設(shè)計(jì)一個(gè)專用的存放裝置，以滿足潛水鐘的長(zhǎng)期存放要求，如圖4所示。當(dāng)需要在潛水鐘的對(duì)接位置同時(shí)存放潛水鐘時(shí)，潛水鐘的對(duì)接和存放需要進(jìn)行升降，設(shè)計(jì)的基座高度通過(guò)翻轉(zhuǎn)可以調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)潛水鐘的存放底座不會(huì)干擾潛水鐘的對(duì)接。

1.焊接底座，2.翻轉(zhuǎn)體，3.鉸鏈，4.鎖緊螺栓

3.3? ? 氣體管路的布置設(shè)計(jì)

3.3.1? 氣體路徑的布置

（1）本套飽和潛水系統(tǒng)的裝船生產(chǎn)設(shè)計(jì)，以呼吸氣體管路系統(tǒng)的布置設(shè)計(jì)為重點(diǎn)。其管路系統(tǒng)復(fù)雜，數(shù)量多、走向密集，數(shù)量達(dá)686路、總長(zhǎng)度9625 m;另外，DNV規(guī)范對(duì)潛水系統(tǒng)氣體管路的布置有著嚴(yán)格的區(qū)域劃分要求，所有呼吸氣體管路需與潛水設(shè)備處于同一A60區(qū)域，如穿過(guò)其他區(qū)域應(yīng)設(shè)置A60的防火分隔。因此，在設(shè)計(jì)管路走向時(shí)對(duì)呼吸系統(tǒng)系統(tǒng)管路進(jìn)行了優(yōu)化布置設(shè)計(jì)，在保證滿足規(guī)范要求的情況下，盡量路徑最短，同時(shí)便于安裝及維護(hù)，盡量減小A60管路通道的范圍，以利于現(xiàn)場(chǎng)施工和節(jié)省管路材料;

（2）為確保氣體管路布置的正確和完整，可以進(jìn)行管路的三維建模，可以提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題對(duì)管路的路徑進(jìn)行優(yōu)化，并能夠準(zhǔn)確預(yù)估出管路系統(tǒng)所需的材料;

（3）為了便于施工管理，繪制了詳細(xì)的呼吸管路布置圖（見圖5）。圖中詳細(xì)指明了管路走向、名稱以及管路支架的位置，保證了管路整齊美觀，并極大方便了現(xiàn)場(chǎng)的施工和管理;

（4）本船潛水氣體間與潛水設(shè)備間位于不同區(qū)域，連接這兩個(gè)區(qū)域的氣體管路需要設(shè)計(jì)一個(gè)A60分隔的管路通道，通道里需要穿過(guò)31條管路;管路通道的設(shè)計(jì)需盡量最短，既能縮短氣體管路的長(zhǎng)度，又易于管路安裝和維護(hù)。結(jié)合艙室布局，在泵艙頂部設(shè)置長(zhǎng)寬各約1 m的A60通道，可大大縮短呼吸氣體管路長(zhǎng)度，同時(shí)兼顧管路的安裝及維護(hù)，圖6為潛水氣體間和潛水設(shè)備間的位置示意圖以及A60管路通道的解決方案。

（5）對(duì)于氣體管路的路徑，船東和船檢都會(huì)提出所有氣體管路和接頭應(yīng)滿足檢查和維護(hù)的要求。為此，管路的布置應(yīng)盡量避免經(jīng)過(guò)有封板艙室的區(qū)域，如無(wú)法避免應(yīng)在管路接頭的地方留出檢修門;對(duì)于O2管路的路徑，除了要滿足能夠維護(hù)外，還要求滅火系統(tǒng)能夠覆蓋O2管路，因此盡量避免走封板艙室。如無(wú)法實(shí)現(xiàn)則O2管路可以走在地板下面，地板采用帶孔的地板，使滅火系統(tǒng)能夠穿過(guò)地板覆蓋到O2管路。

3.3.2 管路支架以及通艙件形式的設(shè)計(jì)

管路布置過(guò)程中需考慮兩個(gè)問(wèn)題：一是管路支架的設(shè)計(jì);二是通艙件的設(shè)計(jì)。氣體管路的通徑較小，施工過(guò)程中通常采用現(xiàn)場(chǎng)打樣的方式，效率和材料利用率更高;由于氣體管路的布置比較密集，管路支架可以采用軌道式或者多孔角鋼的形式，以方便現(xiàn)場(chǎng)微調(diào)管路的位置;通艙件可以采用填料式套筒的形式，穿A60艙壁的可采用A60防火套管填充，這種通艙形式對(duì)于管路的布置和現(xiàn)場(chǎng)施工都比較方便。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

飽和潛水系統(tǒng)的裝船是一項(xiàng)綜合性的復(fù)雜工程，在進(jìn)行裝船生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合具體的飽和潛水系統(tǒng)和船型，首先解決關(guān)鍵設(shè)備的布置安裝問(wèn)題，如減壓艙的安裝、潛水中收放系統(tǒng)的安裝;再根據(jù)潛水設(shè)備的使用特點(diǎn)和船東的使用習(xí)慣，確定各設(shè)備艙室的布置;對(duì)于氣體管路的安裝布置應(yīng)該足夠的重視，它影響到管路后期的清潔取證工作;整套系統(tǒng)的合理安裝，對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試、最終的入級(jí)取證都有很大影響，是影響船舶建造周期的一個(gè)關(guān)鍵因素。

參考文獻(xiàn)

[1] 王澤浩，梁武.勝利作業(yè)五號(hào)平臺(tái)海水提升裝置的研制[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2010.