模拟480 m氦氧饱和潜水实验用气量的估算

陈海庭，方以群，陈锐勇，顾靖华，杨 涛，付国举，刘平小，冯 磊

·短篇论著·

模拟480 m氦氧饱和潜水实验用气量的估算

陈海庭，方以群，陈锐勇，顾靖华，杨 涛，付国举，刘平小，冯 磊

饱和潜水;巡回潜水;用气量估算;配气方法

潜水作业是援潜救生、海洋开发工作不可缺少的水下技术，随着潜水深度的加深，水下作业时间的延长，水中作业效率在不断降低，为了提高潜水作业效率，完成水下复杂的作业任务，通常采取饱和潜水技术［1-2］，在进行饱和潜水实验前，除要求饱和潜水设备处于完全备便状态和具有严格可靠的医学保障技术外，各种气体的准备对于完成该次饱和潜水实验也至关重要。

海军某研究所在举行480 m氦氧饱和潜水中，试验用气的准备由气体保障小组负责完成。为了保证饱和潜水顺利进行，气体保障小组根据医学保障组所提供的生理学要求，并结合设备容积等参数对所需气体量进行估算，然后按照计算结果进行精心细致的配置，完成饱和潜水气体准备。

设备参数:模拟饱和潜水实验所用设备是海军某研究所现有的500m饱和潜水系统，该饱和潜水系统包括居住舱、过渡舱、巡回潜水舱和完善的生活设施。其中居住舱容积为20 m3，过渡舱容积为8 m3，巡潜水舱容积为21.2 m3，生活用水排污罐0.65m3，居住舱上配置的递物舱容积为0.0245m3。

实验过程:本次模拟480 m饱和潜水实验分如下几个步骤:饱和潜水系统加压阶段、稳压停留阶段、再加压至巡回潜水阶段、潜水员巡潜、减压至饱和停留阶段、巡潜4 h后开始按照减压方案减压至常压，总减压时间302.4 h。

1 估算本次饱和潜水实验用气量

大深度饱和潜水所需气体包括:建立舱室氧分压(俗称加压打底气)、以纯氦在打底气的基础上继续加压至预定饱和深度所需加压气、加压至饱和潜水深度期间舱内人员氧气消耗、系统泄漏及排污、开启递物筒所需氦气量和氧气量，从饱和深度加压至巡回潜水深度所需氦气量、巡回潜水期间潜水员呼吸所需氧气量以及各安全范围内的应急气体。

1.1 饱和系统加压用气量的估算

根据模拟饱和舱系统设备情况，本次模拟480 m氦氧饱和潜水实验加压容积包括居住舱容积20 m3，过渡舱容积8 m3，巡潜水舱容积21.2 m3，生活用水排污罐0.65 m3，居住舱上配置的递物舱容积0.0245 m3。其中巡潜水舱加压前注水深度为舱体直径的4/5处，在巡潜水舱上部留1/5的气垫层，各舱室容积总和约32 m3。

1.1.1 饱和潜水系统加压至10 m所需21%氦氧混合气量

式中，Q为用气量;V为各加压舱室容积;Ph为终压;P0为常压系数(取0.1)。

打底加至10 m，相当于10 m水深，转化为压力为0.1 MPa，则

1.1.2 从10 m加压至480 m所需氦气量

1.2 维持氦氧饱和环境所需要氦气量QHe的估算

在实验期间，为了保持饱和实验舱系统内的压力保持恒定，通常采用补充氦气的方法来维持系统压力。

1.2.1 对于系统泄漏引起的舱压降，稳定补气公式如下。

式中，QHe2为维持系统泄漏压力所需补充氦气的量; @为泄漏率(该500 m饱和系统泄漏率为每24 h 1.6%); T为饱和潜水高压暴露时间(本次试验高压暴露时间约为434 h)。

1.2.2 对于递物筒开启导致的系统压降所需补充氦气量

式中，QHe3为递物筒开启导致的系统压降所需补充氦气量;V递物筒为递物筒容积;Ph为终压;N1为开递物筒的次数(每天限定30次，高压暴露434 h约为18 d)。

1.2.3 排污罐开启导致的压降所需补压需要的补充氦气量

式中，QHe4为排污罐开启导致的压降所需补压需要的补充氦气量;V排污罐为排污罐容积;N1为开排污罐的次数(每天限定1次)。

高压暴露434 h约为18 d，则18×15.6=280.8 m3

1.3 巡潜水舱压力加到巡潜深度所需的氦气量QHe5的计算由于加压方案采用的是居住舱、过渡舱、巡潜水舱同步加压的方案，故巡潜水舱加压用气只需计算480 m加压到493 m时水舱及过渡舱所需的氦气量即可。

式中，QHe5为巡潜水舱加压到巡潜深度所需氦气量;V水舱为水舱气垫容积(4 m3);n为潜水员巡潜次数(4人次)。

1.4 巡潜潜水员所需氦氧混合气的估算

根据饱和实验的目的，模拟氦氧饱和480 m潜水实验项目组拟给参试潜水员进行中度体力劳动强度的劳动量，根据所选用装具KM-18b装具，通气量为R=40 L/min［3］，巡潜潜水员所需氦氧混合气量

式中，QHe-O2为巡回潜水舱加压到巡潜深度所需的氦气量;t0为巡潜时间;n为巡潜次数。

1.5 氧气消耗量的估算

饱和潜水系统由于泄漏，递物舱的开关、排污、饱和潜水减压过程、以及舱内参试潜水员的呼吸消耗，都存在氧气量的消耗，氧气的储备也至关重要。

1.5.1 潜水员消耗用氧量 由于饱和潜水期间，除了必要的指标测试外，大多数时间潜水员在居住舱都是以静息状态为主，按照潜水员静息状态下的耗氧量0.33 L/min计算［4］。

式中，R为常数，静息状态下耗氧量0.33 L/min;T为饱和停留时间;n为潜水员人数。

1.5.2 系统泄漏率补氧

式中，P O2为氧分压;@为泄漏率。

1.5.3 减压时维持舱内氧分压用氧量的估算

式中，p1为饱和潜水深度;p2为12 m(12 m后舱内氧浓度控制在23%以内)。

1.6 备用治疗用氦氧混合气的估算

在饱和潜水实验的减压过程中，若出现减压病症状可通过居住舱内的供氧装置，用吸氧面罩吸入供气室供入的治疗用混合气体，进行减压病治疗。

从巡潜深度493 m至20 m均有发生减压病的可能，所准备的治疗混合气应包括减压全过程，治疗混合气的氧分压控制在150～250 kPa之间，至少保证满足1个人100 min使用(通气量取20 L/min)。

式中，Re为通气量(取平均通气量20 L/min);t0为治疗时间(治疗时间暂定100 min)。

在估算时，应尽量考虑到发生减压病是在饱和深度减压的全程，所以选择浓度时氧分压应尽量包括全程，分不同梯次，在有减压病发生时，以备急需。

通过计算，需要治疗混合气详见表1。

表1 治疗混合气组成

2 本次饱和潜水实验实际使用量

在实际试验时，加压初始阶段只对居住舱加压，所消耗的21%氦氧混合气比估算的要少。加压用氦气估算和实际所用基本一致。在实验过程中，严格控制递物筒的开启次数，减少舱内氦气的排放，降低了补压用的氦气量，实际使用比估算要少。在巡潜过程中，1号潜水员在水下停留了9 min，2号潜水员在水下工作6 min，3号潜水员在水下工作4 min 30 s，4号潜水员通风2 min，工作5 min，在水下工作劳动强度与理论劳动强度值有差异，消耗呼吸混合气的量有明显差异，估算时是按照每一位潜水员水下工作15 min计算。

对照本次实验的用气量结果见表2，提示该用气估算方法基本可行，可满足大深度饱和潜水试验用气。

表2 模拟480 m氦氧饱和493 m巡潜用气量和用气量估算对比(m3)

［1］ 龚锦涵.潜水医学［M］.北京:人民卫生出版社，1985:582-583.

［2］ 郭杰，金伟，鲍德胜，等.番禺工程饱和潜水作业医学保障［J］.中华航海医学与高压氧医学杂志，2009，16(2):128.

［3］ 余海泉.饱和潜水现场氦氧用气量的估算新方法［J］.中华航海医学杂志，1998，5(4):253.

［4］ 刘富友.饱和潜水技术［M］.北京:海军出版社，2004:180-183.

R841.9

B

10.3969/j.issn.1009－0754.2014.06.031

2014－08－29)

(本文编辑:彭润松)

200433 上海，海军医学研究所