饱和潜水应急供气和二氧化碳去除要求

CCS江苏分社 黄巧莺

饱和潜水作为海洋工程中重要的水下作业方式，已被广泛应用于海底管道安装、检测和常规海洋工程中。但饱和潜水存在风险，任何意想不到的或不可预知的事件都会威胁到饱和潜水的安全性。为确保潜水员生命安全，潜水员生命支持系统除配置正常的供气系统、环境控制系统外，还应有应急供气和环境控制的要求。

1、标准要求

CCS《潜水系统和潜水器入级规范》规定，应急生命支持系统应独立于任何水面支持系统，且应独立于正常的生命支持系统。在撬装式的饱和潜水系统中，生命支持系统一般集成在一个生命支持集装箱内。如图1所示为饱和潜水系统总体布置图，主要由甲板减压舱、潜水钟、吊放系统、机电房、潜水钟控制室、高压逃生舱、生命支持集装箱等组成。

为使应急生命支持系统独立于水面支持系统，在潜水员作业期间，应急生命支持供气一般通过潜水钟外部携带的应急气瓶提供；为了保证潜水员呼吸气体的安全性，潜水钟还应配备有二氧化碳控制系统。应急生命支持既要提供足够的应急呼吸气体，又要有有效的二氧化碳去除能力。

潜水钟外部应急气瓶，数量通常在7-10只。划分为：潜水钟应急气瓶组，装载呼吸气体混合气，供潜水员应急呼吸和潜水钟应急加压；钟人呼吸气瓶组，装载氦氧混合气，供钟人潜水呼吸；氧气瓶，装载纯氧，供潜水钟补氧，气瓶按标准要求涂以规定的颜色，氧气瓶为白色，氦氧混合气瓶为棕和白，如图2所示为潜水钟气瓶布置图。

潜水钟携带的气瓶一般分开放置，各气源通过独立的管路供气，如图3所示为潜水钟钟外供气原理图。当水面供气中断或发生其他事故时，在作业的潜水员会利用回家气瓶回到钟内。回家气瓶的最低储备按潜水员脐带长度每10m满足工作深度1min的潜水呼吸用气的需要计算，回家气瓶不属于钟外携带的应急气瓶。

考虑到海上救援过程中可能出现某种特殊的情况，CCS《潜水系统和潜水器入级规范》条款规定，潜水钟应急支持时间不少于24小时。

2、钟外应急氧气瓶配置

潜水员回到钟内后，潜水员开始呼吸钟内的气体，潜水员在正常新陈代谢过程中会消耗氧气。氧气的消耗除潜水员正常新陈代谢过程的消耗外，还应适当考虑潜水钟泄露等维持潜水钟内氧分压的补氧量。

由于潜水员在水下活动，涉及水环境和高气压环境对耗氧量的影响。不同个体的耗氧量差别也较大。计算时选择潜水业界普遍接受的标准IMCA中规定的值，即每名潜水员耗氧量按0.5L/min计，该值与潜水深度无关。再结合CCS《潜水系统和潜水器入级规范》规定的应急支持时间不少于24h的要求，可以计算出氧气瓶的消耗量。

需要说明的是应急计算时为保证足够的安全裕度，计算过程中一般不考虑二氧化碳与吸收剂化学反应产生的氧气。

3、钟外应急氦氧混合气瓶配置

虽然潜水员正常代谢消耗的是氧气，但是呼吸气体却是以氦氧混合气的形式存在的。饱和潜水配置的应急气体除氧气外，还会有氦氧混合气。饱和潜水应急情况下所需的氦氧混合气应至少包括，潜水钟应急加压到居住深度压力所需气体、维持氦氧饱和居住环境所需氦氧混合气量以及应急时间内潜水员工作深度呼吸的混合气量。

图1 饱和潜水系统总体布置图

图2 潜水钟气瓶布置图

4、钟内二氧化碳吸附剂配置

在饱和潜水中，呼吸代谢是二氧化碳产生的重要原因，潜水员在消耗氧的同时产生二氧化碳。如果呼吸气体中二氧化碳过多，会导致二氧化碳中毒。应急生命支持系统应有足够的二氧化碳去除能力，保证在应急情况下舱室的二氧化碳分压不超过限定值。

目前饱和潜水作业中，大部分潜水钟内二氧化碳吸收系统由钠石灰装载罐和电动风机组成。正常的风机动力采取脐带提供的电力，应急时使用潜水钟应急电池提供的电力。从而将环境中的二氧化碳控制在合理范围内的，如图4所示为某一典型的二氧化碳吸附罐示意图。

图3 潜水钟钟外供气原理图

图4 二氧化碳吸附罐

根据IMCA标准要求，每位潜水员氧气消耗量按0.5L/min计算，产生的二氧化碳量与潜水员消耗的氧气量有关，产生的二氧化碳和消耗的氧之比称为呼吸商。研究表明，呼吸商的值一般在0.7～1.1之间不等，影响呼吸商的主要因素是潜水员摄入能量的化学构成和潜水员的劳动强度。人体静止时一般呼吸商选择0.85，按此要求，每位潜水员呼吸产生的二氧化碳为0.425L/min。计算中假定系统故障前舱室的二氧化碳分压在合理范围内，所以应急生命支持系统的二氧化碳去除能力应不低于一个大气压下每个潜水员0.425L/min。

根据CCS《潜水系统和潜水器入级规范》条款要求，应急支持时间为24h。则二氧化碳吸收剂的配置至少能满足24小时的吸收量。钠石灰吸收率受温湿度影响，再考虑吸收装置的吸收效率，计算时一般按常温时理论吸收率的80%计算。

当然除考虑吸附剂的质量外，还应注意二氧化碳吸收装置的流通速率，因为为保持二氧化碳分压在正常限定值以下，必须考虑空气流通的速度。