飽和潛水應急供氣和二氧化碳去除要求

CCS江蘇分社 黃巧鶯

飽和潛水作為海洋工程中重要的水下作業方式，已被廣泛應用于海底管道安裝、檢測和常規海洋工程中。但飽和潛水存在風險，任何意想不到的或不可預知的事件都會威脅到飽和潛水的安全性。為確保潛水員生命安全，潛水員生命支持系統除配置正常的供氣系統、環境控制系統外，還應有應急供氣和環境控制的要求。

1、標準要求

CCS《潛水系統和潛水器入級規范》規定，應急生命支持系統應獨立于任何水面支持系統，且應獨立于正常的生命支持系統。在撬裝式的飽和潛水系統中，生命支持系統一般集成在一個生命支持集裝箱內。如圖1所示為飽和潛水系統總體布置圖，主要由甲板減壓艙、潛水鐘、吊放系統、機電房、潛水鐘控制室、高壓逃生艙、生命支持集裝箱等組成。

為使應急生命支持系統獨立于水面支持系統，在潛水員作業期間，應急生命支持供氣一般通過潛水鐘外部攜帶的應急氣瓶提供；為了保證潛水員呼吸氣體的安全性，潛水鐘還應配備有二氧化碳控制系統。應急生命支持既要提供足夠的應急呼吸氣體，又要有有效的二氧化碳去除能力。

潛水鐘外部應急氣瓶，數量通常在7-10只。劃分為：潛水鐘應急氣瓶組，裝載呼吸氣體混合氣，供潛水員應急呼吸和潛水鐘應急加壓；鐘人呼吸氣瓶組，裝載氦氧混合氣，供鐘人潛水呼吸；氧氣瓶，裝載純氧，供潛水鐘補氧，氣瓶按標準要求涂以規定的顏色，氧氣瓶為白色，氦氧混合氣瓶為棕和白，如圖2所示為潛水鐘氣瓶布置圖。

潛水鐘攜帶的氣瓶一般分開放置，各氣源通過獨立的管路供氣，如圖3所示為潛水鐘鐘外供氣原理圖。當水面供氣中斷或發生其他事故時，在作業的潛水員會利用回家氣瓶回到鐘內。回家氣瓶的最低儲備按潛水員臍帶長度每10m滿足工作深度1min的潛水呼吸用氣的需要計算，回家氣瓶不屬于鐘外攜帶的應急氣瓶。

考慮到海上救援過程中可能出現某種特殊的情況，CCS《潛水系統和潛水器入級規范》條款規定，潛水鐘應急支持時間不少于24小時。

2、鐘外應急氧氣瓶配置

潛水員回到鐘內后，潛水員開始呼吸鐘內的氣體，潛水員在正常新陳代謝過程中會消耗氧氣。氧氣的消耗除潛水員正常新陳代謝過程的消耗外，還應適當考慮潛水鐘泄露等維持潛水鐘內氧分壓的補氧量。

由于潛水員在水下活動，涉及水環境和高氣壓環境對耗氧量的影響。不同個體的耗氧量差別也較大。計算時選擇潛水業界普遍接受的標準IMCA中規定的值，即每名潛水員耗氧量按0.5L/min計，該值與潛水深度無關。再結合CCS《潛水系統和潛水器入級規范》規定的應急支持時間不少于24h的要求，可以計算出氧氣瓶的消耗量。

需要說明的是應急計算時為保證足夠的安全裕度，計算過程中一般不考慮二氧化碳與吸收劑化學反應產生的氧氣。

3、鐘外應急氦氧混合氣瓶配置

雖然潛水員正常代謝消耗的是氧氣，但是呼吸氣體卻是以氦氧混合氣的形式存在的。飽和潛水配置的應急氣體除氧氣外，還會有氦氧混合氣。飽和潛水應急情況下所需的氦氧混合氣應至少包括，潛水鐘應急加壓到居住深度壓力所需氣體、維持氦氧飽和居住環境所需氦氧混合氣量以及應急時間內潛水員工作深度呼吸的混合氣量。

圖1 飽和潛水系統總體布置圖

圖2 潛水鐘氣瓶布置圖

4、鐘內二氧化碳吸附劑配置

在飽和潛水中，呼吸代謝是二氧化碳產生的重要原因，潛水員在消耗氧的同時產生二氧化碳。如果呼吸氣體中二氧化碳過多，會導致二氧化碳中毒。應急生命支持系統應有足夠的二氧化碳去除能力，保證在應急情況下艙室的二氧化碳分壓不超過限定值。

目前飽和潛水作業中，大部分潛水鐘內二氧化碳吸收系統由鈉石灰裝載罐和電動風機組成。正常的風機動力采取臍帶提供的電力，應急時使用潛水鐘應急電池提供的電力。從而將環境中的二氧化碳控制在合理范圍內的，如圖4所示為某一典型的二氧化碳吸附罐示意圖。

圖3 潛水鐘鐘外供氣原理圖

圖4 二氧化碳吸附罐

根據IMCA標準要求，每位潛水員氧氣消耗量按0.5L/min計算，產生的二氧化碳量與潛水員消耗的氧氣量有關，產生的二氧化碳和消耗的氧之比稱為呼吸商。研究表明，呼吸商的值一般在0.7～1.1之間不等，影響呼吸商的主要因素是潛水員攝入能量的化學構成和潛水員的勞動強度。人體靜止時一般呼吸商選擇0.85，按此要求，每位潛水員呼吸產生的二氧化碳為0.425L/min。計算中假定系統故障前艙室的二氧化碳分壓在合理范圍內，所以應急生命支持系統的二氧化碳去除能力應不低于一個大氣壓下每個潛水員0.425L/min。

根據CCS《潛水系統和潛水器入級規范》條款要求，應急支持時間為24h。則二氧化碳吸收劑的配置至少能滿足24小時的吸收量。鈉石灰吸收率受溫濕度影響，再考慮吸收裝置的吸收效率，計算時一般按常溫時理論吸收率的80%計算。

當然除考慮吸附劑的質量外，還應注意二氧化碳吸收裝置的流通速率，因為為保持二氧化碳分壓在正常限定值以下，必須考慮空氣流通的速度。