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潜水安全潜水员教育 |
分类： 潜水技术论文 |
所有饱和潜水都存在着风险，任何意想不到的或不可预知的事件都会威胁到饱和潜水系统、船舶或场所的安全性。为了减少这些风险，已开发了多种撤离潜水员的方法，如潜水钟撤离、在压力系统下转移、高压逃生舱（艇）转移等，这些撤离系统我们称为高压逃生装置。如果撤离系统无法使用或使用撤离系统会带来更高风险，那么进行应急减压可能给潜水员带来更大的生存希望；同样，在高压逃生艇施放后，如果无法及早回收，也存在着高压逃生艇内应急减压的问题，这些问题都是潜水人员实际关切的问题。
针对这一问题，国际潜水医学顾问委员会召开了一次研讨会，参与者包括潜水医生、潜水监督、潜水生理学专家和潜水安全专家等20余人，讨论了应急减压程序的开发、减压速率的限制因素、可能更快减压的机会，以及对加速减压实验的评审、现存应急减压草案的评审和一些涉及到加速减压问题的评审。通过研讨，达成了一些共识。
一、以往的经历
(一) 相关案例
1. 发生在北海区域，潜水钟内有两名潜水员，在潜水钟丢失压重后，从70m水深处快速上升出水（几分钟内上升），导致一名潜水员立即死亡和另一名幸存者由于严重减压病造成永久性损伤。
2. 发生在北海区域，由于台风影响，经过31.5h完成了水深51m的加速饱和潜水减压，没有任何身体不良反应
3. 发生在印度海域，饱和潜水居住深度为42m，短暂下降到85m，随后用了3h向上巡潜到54m，再用了8h上升到34m，然后以2m/h速率减压到11m处，最后用了25min时间从11m上升到水面（从85m减压总时间为23h，从54m减压实际时间为20h）。
（二）相关试验
1. 减压试验：潜水员到达饱和深度后，按程序从200m上升，30min后呼吸高氧分压混合气，用了2h从125 m上升至104m，结果所有潜水员都发生膝关节疼痛。潜水员在27m饱和停留期间，呼吸了37min富氧氦氧混合气，氧分压为1.85ata，然后上升到9m并转换舱内气体为空气，保持压力6h，随后饱和减压到水面，没有出现任何潜水减压病症状。
2. 吸氧和预吸氧试验：给猪吸氧或预吸氧进行了系列浅深度空气饱和减压试验和潜艇脱险试验，均证实吸氧或预吸氧可预防严重减压病发生。
（三）相关资料
1. 法国科技人员Pol和Wattele使用动物进行了32.5m空气饱和试验，饱和暴露时间4h，每天两次。然后以1m/min速度减压出舱，减压总时间为30min。最后，3％的动物死亡，25％发生重型减压病。
2. 分析“应急减压”表，如美国海军、杜克大学和COMEX的应急减压程序，均表明这些程序的减压速率比常规商业潜水减压表更快，但减压表中的时间数值无法对过去发生的事故提供解释。
3. 应急程序开发中所使用的概念，通常是基于某种假设，即随着减压速率增加，减压病风险将随之上升，关节疼痛和其它症状也相应增加。
4. 以往资料记载，脱水、压力、气体污染和密闭空间等环境因素，都是影响减压的风险，维持正常体液是至关重要的。
5. 减压模型表明，在前24h内如果没有进行巡潜，如以20m/h速率加速减压，可以不出现减压病症状，但一般10m/h的减压速率就可产生少量气泡，大深度时更是如此，这样的减压速率依赖于减压期间的高氧分压的保证。
6. 有人认为，潜水员在启动应急减压前的高压暴露情况，将对应急减压的结果有重大影响。在减压期间要考虑使用适当的氧分压，比一般情况下使用更高的氧分压可能更适合加速减压。通过计算UPTD掌握高氧分压暴露对机体的影响。
二、研究的方向
1. 人们早就认识到，是否罹患减压病存在着明显的个体差异，迄今为止，其原因仍然不很明确。经常进行体育活动身体素质水平较高的，可能会起到一定的保护性作用。我们可以进一步研究运动对减压病发生的影响，以增强我们对这一领域的认知。
2. 另一种可能性，是使用其他可代替的惰性气体作为呼吸混合气以促进氦气排泄，进一步研究能够快速减压（脱饱和）的呼吸混合气。
3. 已证实在减压过程中和减压后锻炼和使用硝酸甘油能减少气泡的形成，我们可以对这些能够降低潜水员减压风险的新方法进行进一步研究。
三、讨论的结果
经过讨论，大家一致同意，加速减压程序只适用于那些潜水员必须尽快脱离饱和状态的情行，为了达到这一目的，需要进一步讨论一个明确的对策，下面是讨论后达成的共识：
1. 当潜水员仍在高压逃生装置内时，应考虑是否可以进行减压。大家共同的看法是，高压逃生装置内存在着各种复杂的环境因素（热平衡，晕船、体液平衡），这些因素增加了减压的风险，因此，在高压逃生装置回收到船上之前，应不作减压。但是还存在另外一种情况，那就是没有有效的回收计划或方法，这种情况下，在舱内进行应急减压成为更好的选择。
2. 应急减压有两种模式可供选择。一种是线性减压，另一种是先向上巡潜，随后连续减压。线性减压的优势是，它对气泡体积形成的促进作用最小，也就是在进一步上升时，它受波义耳定律影响最小。首先上升巡潜，随后连续减压的优势是，它可让潜水员更靠近水面，以防止新的突发情况需要潜水员更快出水。哪种方法最好，还没有统一的意见，但可以根据不同的环境条件，选择具备优势的方法。无论选择哪种方法，大家一致认为补充液体是极其重要的，补充液体可以口服，但通过静脉补液效果更好，大量补液可能会导致尿量增加，这是正常的。
3. 减压过程中适当地提高氧分压。氧分压的选择取决于减压时间的长短，例如：3h升到2.0ata可能较合理，6h则升到1.2ata，24h则升到1.0ata。也可以在减压前增加氧分压（当决定最终时，即使只有30min或更短时间）。值得注意的是，COMEX已经在连续5天时间内将氧分压升高到800mb。已经完成的那些加速饱和潜水减压程序已经验证了这种方法，且没有发生减压病症状。
4. 我们不可能用某件事例或某个深度模型来推断所有的事例或所有深度。如果必须加速减压，首先应考虑哪些不利因素是可以接受的，哪些是不可以接受的。例如肢体疼痛可以接受，但严重神经系统疾病可能导致长期残疾，这就需要平衡风险与加速减压之间的利弊关系。
5. 如果有一个可供选择使用的水面加压舱设施，我们是否可以考虑在加速减压后进行 “安全”的水面停留。那么，是否存在一个潜水员可以直接上升到水面的安全深度？有人认为，如果饱和潜水减压到达15m，然后使用BIBS给潜水员呼吸纯氧，通过超过30～60min时间将潜水员送至水面，不大可能出现严重的不良反应。
与会者一致认为，应急减压成功的可能性随着深度的增加而减少。
四、达成的共识
（一）高压逃生装置加速减压的问题
1） 除非减压能够提高高压逃生装置内人员的生存能力，否则不提倡在高压逃生装置上直接减压。
2）高压逃生装置内的应急包中应配有非口服止吐药，当然，通过皮肤吸收的药物可能效果要差些。
3）高压逃生装置上的气体控制阀可能在减压到较浅深度时（接近减压结束的阶段），无法有效工作。
（二）甲板减压舱加速减压的问题
1. 甲板减压舱加速减压，首先应进行风险评估，评估潜水员继续在居住深度停留与从居住深度加速减压相比哪个风险更大。
2. 应按照最慢的减压速率设计减压方案，并且要与应急方案的时间比例保持一致。在设计加速减压的过程中，选择是否用线性减压还是用先向上巡潜（1m/min）再连续减压，应结合最近潜水员巡潜的情况而定。
3. 在甲板减压舱内减压时，氧分压可提升至1.0～1.5ata，可通过BIBS提供潜水员高氧分压的呼吸混合气。假如无法减少减压总时间，在减压前呼吸高氧分压混合气对安全减压是有帮助的。
4. 尽可能利用其它潜水船的加压舱设施进行再加压处理，让潜水员抓住有利时机尽早完成减压。
5. 保证充足体液对安全减压也至关重要的。根据具体情况，经口或静脉作大量液体的补充。液体补充量按照减压时间的长短而定，减压时间较短时，口服补液量应尽可能达到1L/h，口服补液可以是水，也可以是口服生理补液，应在使用前才送入舱内。
6. 保持适宜的舱内温度。如果环境控制失效，可能会增加减压的风险。
7. 在减压过程中，应鼓励潜水员走动，但不要从事消耗体力过大的活动。
8. 未见任何实验证明药物对人类潜水减压具有协同作用，但镇痛药的作用是肯定的。硝酸甘油、抗炎药和抗凝药对预防减压病有一定的作用，且不会增加风险。
9. 应制定一个计划，用于处理减压期间和减压后的并发症，包括镇痛药和止吐药的使用、完成减压后继续水面吸氧治疗、减压病再加压治疗等。
五、存在的风险
当减压舱内潜水员处于危险状况时，如船舶或减压舱火灾、或船舶下沉、或无法维持减压舱内压力，即可考虑应急加速减压，这些危险都有导致潜水员死亡的潜在可能。导致意外死亡事故从可能发生到绝对发生之间存在很大的范围，所以是可能发生还是肯定发生很难评估，但随着时间的发展这种风险和紧急情况会逐渐明朗。
无论如何，应考虑到尽早将潜水员撤离到安全区域。潜水员撤离有两种方法可用，一是使用高压逃生舱（艇），二是进行应急加速减压。两种方法都有可能给潜水员带来疾病、伤害乃至致命的风险，这些风险的发生依赖于当时的条件。
已有案例证明，在平静的海面上，当一艘潜水船处于危险时，使用高压逃生艇撤离了潜水员，在紧急状况解除后，该高压逃生艇返回到了同一艘潜水船。反之，如果在恶劣的海况中，撤离的潜水员进入高压逃生艇后，如果48h内无法回收到安全的船舶或场所，可能会给他们带来致命的风险。
如果潜水员居住深度较浅，最近没有进行过巡潜，且有一个较长时间窗口可进行减压，那么，应急减压的风险就相当低。
有时风险的最终结果难以预料，在紧急情况发展的早期采取最安全的撤离方法对降低风险是有利的。
在运用应急加速减压方法时，如果紧急状况缓解，降低减压速率（停止减压和再加压）将始终是更安全；如果紧急状况比预期的发展来得更快，那么就应加快减压速率。
注：本文根据2011年4月13日在英国伦敦举行的“饱和潜水作业应急加速减压”研讨会报告内容整理。
（黄海锋 刘远 刘慕亮 张辉编辑整理）
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潜水杂谈 |
分类： 潜水技术论文 |
浅析水下环氧密封胶在水下封堵工程中的应用
□ 深圳市杉叶实业有限公司 周杰 徐进 肖晓凌
摘要：水下环氧密封胶为一种特殊的胶粘剂，因为其水下施工简易、粘接性好、胶粘强度高、对多种材料具有良好的附着力等特性，近年来被广泛应用于多种水下封堵工程中。本文主要针对水下环氧密封胶在船体破损封堵等水下封堵工程中的应用进行初步的探讨。
关键词：水下封堵环氧密封胶 船体破损
一、前言
随着世界航运业的蓬勃发展，船舶服务行业也随之进入一个快速发展的阶段，各式各样的船舶修建、修造、改装、维修工艺层出不穷，水下封堵工艺也随着时代的变迁、材料工具的改进而慢慢发生着变化。如何能够更加快速、有效地进行船体破损部位封堵，降低作业风险、保障作业安全、提高封堵强度、保证航行安全是水下封堵工艺发展的方向，也是水下封堵材料创新的动力。
我们在长期水下封堵作业实践中，根据船体破损产生的原因、发生的部位、形成的破损状态，对现有的水下封堵材料进行了创新，在原有传统的封堵材料如木针、木塞、毛毯、堵漏箱等的基础上，研制出一种能在水下固化的新型封堵材料 — 水下环氧密封胶，并多次成功地应用于小型、中型、大型船舶水下封堵工程的水下密封作业，获得业主单位的广泛好评。
二、水下环氧密封胶介绍
1.水下环氧密封胶的组成
水下环氧密封胶由三组分组成：（1）主剂：选用在水中稳定、且能在常温甚至低温固化的双酚A型环氧树脂作为主剂；（2）固化剂：选用有较强憎水性，完全可以在水下常温、低温固化各种环氧树脂的改性胺类固化剂；（3）填料：选用提高粘接面剪切粘接强度的无机碱性填料
2.水下环氧密封胶的制备
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A组分（双酚A型环氧树脂） |
B组分（改性胺类固化剂） |
C组分（无机碱性填料） |
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100份 |
25份 |
50份 |
表1 水下环氧密封胶配比（按质量份）
三、水下环氧密封胶主要性能指标
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序号 |
项 目 |
相关数据 |
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1 |
颜色 |
白色 |
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2 |
细度模数 |
≤0.5MM |
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3 |
水中固化时间 |
20~240Min |
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4 |
固化后密度 |
2g/cm3 |
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5 |
固化后抗压强度 |
80Mpa |
|
6 |
固化后抗折强度 |
30Mpa |
|
7 |
固化后抗拉强度 |
7Mpa |
|
8 |
弹性模量 |
90Mpa |
|
9 |
线性膨胀系数 |
56*10/℃ |
表2 我司制备水下环氧密封胶主要性能指标
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序号 |
项 目 |
相关数据 |
|
1 |
颜色 |
白色 |
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2 |
细度模数 |
≤1MM |
|
3 |
水中固化时间 |
90~480Min |
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4 |
固化后密度 |
1.5g/cm3 |
|
5 |
固化后抗压强度 |
50Mpa |
|
6 |
固化后抗折强度 |
10Mpa |
|
7 |
固化后抗拉强度 |
3Mpa |
|
8 |
弹性模量 |
50Mpa |
|
9 |
线性膨胀系数 |
95*10/℃ |
表3 国外某品牌水下环氧密封胶主要性能指标
从图表对比可以看出，我司制备的水下环氧密封胶不论是固化后的强度方面，还是水下固化时间方面，甚至是细度方面，较之于原先使用的国外某品牌的水下环氧密封胶均有明显的提高，并且根据长期的工程实践发现，在使用我司制备的环氧密封胶进行水下封堵作业时，绝大多数潜水员均反应该胶料流动性好，施工简易，粘性好，与金属、橡胶、水泥等各种材料都能很好的粘结，并且水下固化时间相对较短，大大缩短了封堵时间，提高了封堵作业的效率。
四、水下环氧密封胶主要特点
1.适用材料广泛
可广泛应用于混凝土、钢铁、橡胶、木材、陶瓷等材料的胶粘。粘接性好，胶粘强度高。
2.抗压、抗折强度高，抗撕裂、抗冲击性能好
保证封堵作业的安全性，使破损船舶在封堵作业后拖航、自航成为可能。
3.水密性好
确保破损船舶在封堵作业后的水密性。
4.水下固化时间短
为封堵作业争取宝贵的时间，使迅速解决船舶破损漏水事故成为可能。
5.施工简便
三组分按比例现场调制，无任何条件限制，工序简便，容易施工。
6.表面平滑度高、耐冲刷性强
保证破损船舶封堵作业后拖航、自航期间的稳定。
7.耐老化性好，寿命长
确保封堵材料在较长时间内的稳定，不易产生老化、断裂现象，确保封堵的安全可靠。
8.后期维护、修复方便
若胶料密封处产生裂缝或者存在缝隙，只需在破损处重新涂抹少量的胶料即可。
五、水下环氧密封胶在船体破损水下封堵工程中的应用
1.船体破损呈裂纹状态
裂纹一般指钢板裂开但无明显缝隙的裂损。在早期未使用水下环氧胶之前，封堵此类破损一般采用水下电焊修补法对其进行修补，对潜水员的技能要求高、设备复杂、工序繁琐、作业时间长、危险性较大。水下环氧密封胶的使用为快速封堵修复此类裂损提供了可能，潜水员只需按配比将胶料调制好，在胶泥状态下，将环氧胶料薄薄地涂抹在裂纹表面及周围，待环氧胶料固化后，即可瞬间止漏，作业时间短，效果良好。
2.船体破损呈裂口状态
裂口一般指呈长条形状且钢板裂开有一定间隙的裂损。此类型的破损状态也是最为常见的船体破损状态。通常封堵此类破损一般采用封堵材料直接充填法对其进行修补，常用的封堵材料为木针、木塞、毛毯、棉花胎等物质，使用这些封堵材料的优点在于简单、快捷，但是在封堵的水密性及封堵强度上却不甚理想。我们在长期的实践中发现使用水下环氧密封胶配合以上传统封堵材料进行封堵施工，即可在简化水下封堵工艺、缩短水下封堵作业时间的同时，又保证了封堵的水密性以及足够的封堵强度。
使用水下环氧密封胶配合传统封堵材料进行水下充填法封堵作业的一般步骤如下：
⑴ 注意破口周边是否有油污，因为胶料在油污状态下无法胶粘，必须先行进行油污清洗工作。化油剂可装于饮料瓶内，在水中由于化油剂轻于水，所以打开瓶盖就可使其逸出，便于潜水员清洗油污作业。
⑵ 潜水员在水下仔细测量裂口的长度、宽度、以及裂口错位的间隙、形态，以便选择合适的封堵材料进行前期封堵。
⑶ 对于宽度小于1cm的裂缝，在保持内外压差的平衡下，不需其他材料进行缝隙处理，可直接将封堵胶料胶粘在裂缝上，胶料固化后靠自身的强度即可达到应有的抗压强度，并且具有良好的水密性能。
⑷ 对于宽度大于1cm的裂缝，可先将合适尺寸的木针、木塞沿着裂缝的走向顺序地敲凿填充缝隙，而后使用胶料对其进行水密封堵。在使用胶料进行封堵时，同样要尽量保持内外压差的平衡，因为胶料固化前在压力差的作用下会被吸入舱内，若无法平衡水压差，可采取使用毛毯、布条、棉花胎等软质材料充填缝隙后再进行胶料胶补，减少压差的抽吸作用。但若在缝隙较小的情况下则应主动造成内外压差，使水密胶料适当吸入缝隙内填补木针、木塞之间的缝隙。
⑸ 作业时应注意木塞的破口外残留尺寸，因为木塞封闭破口后，胶料必须将木塞完全包裹，才能防止木塞因长时间浸泡后在水压差的作用下产生的渗水现象，所以一般存留长度不应超过2-3cm。而且要尽量作到木塞的尾端平整，有利于下一步胶料的水密处理。
⑹ 特别需要注意的是，使用水密胶料封闭的破口在舱内抽排水结束要进行内部加固处理时若需要进行焊接作业，焊接点必须离开水密胶料边缘20cm以上。而且焊接作业时必须先采取间断焊接固定被焊接件，待焊接件四周固定结束后方可进行满焊作业，防止应力作用拉动裂口致使胶料撕裂渗水。
3.船体破损呈破口状态
破口一般指船体由于遭受外力作用而产生的不规则的、形状各异的破损。此类型的破损状态也是较为常见的船体破损状态。通常封堵此类破损一般采用单板式、封板式及浮力箱盖式封堵法进行封堵，其中又以配合水下环氧密封胶进行施工的浮力箱盖式封堵法最为简便、快捷、易于水下操作及水上维修。
使用水下环氧密封胶配合浮力箱盖式封堵法进行水下封堵作业的一般步骤如下：
⑴ 潜水员在水下详细测量破损的长度、宽度，破损的破裂状态、周围钢板的情况（主要是破口两侧钢板平整区域尺寸），内隔肋骨的位置，破口周围是否有油污。了解受损的横、纵肋骨数量及情况。确认完好无损的横、纵肋骨位。可结合船舶线形图确认破损位的钢板弧线、角度等数据。若钢板翻卷严重或破损处周围有异物堆积影响测量工作的必须先行进行清理切除。
⑵ 根据测量所得数据确定封堵面的大小，计算封堵面积的受压强度，获得具体数据后注意对破损位周围肋骨可承受压力以及浮力封堵箱盖制作时应达到的抗压强度的理论计算。在计算以上几点数据时必须充分考虑作业现场风浪、水流的影响程度。
⑶ 由于箱盖封板需要在陆地上一次制作成型后才进行水下安装，所以对测量的精密度要求比较高。若条件允许可制作轻便测量模板框架，根据框架的尺寸精确确认有关数据。
⑷ 根据以上步骤获得的精确的相关数据，制作浮力箱盖。
⑸ 浮力箱盖制作完成后，需下水进行浮力试验，确定是否符合封堵施工合适的浮力要求，若需要调整浮力，则可以通过胶粘/拆卸浮力泡沫、捆绑/拆卸浮力球的方式来进行。
⑹ 浮力箱经过浮力调整后，可根据破口发生的不同船体部位选用如下三种固定方式固定于船板上：i水面两舷固定拉索法。该方法较适用于两舷侧平面的破损.ii水下四角焊接拉力令巴法。该方法较适用于两舷侧变弧区域以及转弧区域的破损。iii框架定点限位，箱盖自身浮力吸附法。该方法较适用于船底平面的破损。
⑺ 采用箱盖式封堵工艺的主要目的在于需要进行破损处的焊接修复工作，所以对封堵处的水密要求也相对较高。所以，在浮力箱固定到位后，使用水下环氧密封胶对浮力箱与船板之间的缝隙进行密封，待胶料固化后便可获得良好的水密性能，待舱内水抽干后，维修人员遍可在无水的环境下，在舱内对受损船板进行切割、电焊等进一步的维修工作。
6 结语
我司研制的水下环氧密封胶配合传统的封堵材料及一些实用的水下封堵工艺，在水下封堵船体破损方面，都有着较好的实用性和可操作性，是对原有封堵材料的一次比较成功的创新。其优良的胶粘性能、水密性能、较高的强度以及简便的施工工艺，可以快速地、有效地解决裂纹、裂口、破口等各种类型的船体破损，不仅为维修、抢救、打捞等后续作业赢得宝贵的时间，而且封堵的水密效果良好，成本也较为低廉。通过长期的试验与应用实践，水下环氧密封胶的施工工艺已经逐渐成熟化，相信在未来一定时期内能够为船舶航行的安全起到自己的一份力量。
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杂谈 |
分类： 潜水法规标准 |
总部设在英国伦敦的IMCA制订的85个有关潜水及水下作业安全方面的规程和技术标准（2008年8月以前），是目前世界上潜水及水下作业安全规程体系建立最完整、最系统的体系。这85个安全规程和技术标准是：
（1）IMCA D001潜水机电员培训
（2）IMCA D002 高压环境下电池组使用指南
（3）IMCA D003 水下氧弧切割作业
（4）IMCA D004 高压逃生吊放系统的初始和定期检查、测试与认证
（5）IMCA D005 潜水人员培训课程审核
（6）IMCA D006 海底管道附近潜水作业指南
（7）IMCA D007 船舷外脚手架作业及其对潜水安全的影响
（8）IMCA D008 水下无线通信系统的测试
（9）IMCA D009 高压气瓶运输防护指南
（10）IMCA D010 动力定位船舶潜水作业指南
（11）IMCA D011（英国大陆架水域用的）潜水系统的年审
（12）IMCA D012 氧气系统使用不锈钢指南
（13）IMCA D013近海潜水监督和生命支持员标准（最低认证要求）
（14）IMCA D014 近海潜水实用国际规程
（15）IMCA D015 移动式（便携式）水面供气式潜水系统
（16）IMCA D016 水下空气提升袋
（17）IMCA D017 潜水钟失落生存培训指南
（18）IMCA D018 潜水设备初始和定期检查、测试和认证实用规程
（19）IMCA D019 井口和海底设施潜水指南
（20）IMCA D020 潜水医学技士培训认证计划
（21）IMCA D021 潜在污染区域潜水指南
（22）IMCA D022 潜水监督手册
（23）IMCA D023 潜水设备系统检查指南：以水面为基地的潜水系统（空气）
（24）IMCA D024 潜水设备系统检查指南：饱和（钟式）潜水系统
（25）IMCA D025 近海设施潜水员逃生指南
（26）IMCA D026 IMCA潜水研讨会的召开程序
（27）IMCA D027 水面漂浮高压逃生系统标识指南
（28）IMCA D028 近海水下环境环链式手扳葫芦使用指南
（29）IMCA D029 潜水人员的经历与雇佣情况概述
（30）IMCA D030 水面供气式混合气潜水作业指导
（31）IMCA D031 用氧清洗指南
（32）IMCA D032 潜水钟交叉拖带指南
（33）IMCA D033 自携式水下呼吸器在近海潜水中的限制
（34）IMCA D034 挪威和英国近海潜水法规指南
（35）IMCA D035 潜水作业的支持船舶选择
（36）IMCA D036 潜水员神经系统评估
（37）IMCA D037 潜水设备系统检查指南：水面供气式混合气潜水系统
（38）IMCA D038 北海潜水人员经验和雇用评估
（39）IMCA D039 潜水系统故障模式和失效分析（FMEA）指南
（40）IMCA D040 潜水设备系统检查指南：移动/便携式水面供气系统
（41）IMCA D041 高压下电池组驱动设备的使用指南
（42）IMCA D042 潜水员搬运、布放、安装、定位和拆除水下混凝土压块指南
（43）IMCA D043 气瓶、框架式气瓶组和储气罐色标规定
（44）AODC 009 潜水钟脐带断裂时气体回路应急隔离指南
（45）AODC 010 英国法规管辖区域内与潜水作业关联的气瓶使用指南
（46）AODC 011 潜水员培训免税规定
（47）AODC 012 失事潜水钟定位设备测试指南
（48）AODC 014 近海潜水气体量最低配备要求
（49）AODC 018 潜水作业中吊钩载荷附件要求
（50）AODC 019 潜水钟应急回收程序
（51）AODC 020 从潜水钟出潜潜水员脐带长度要求
（52）AODC 022 载人潜水器作业实践规程
（53）AODC 026 潜水员应急加热要求
（54）AODC 027 使用润滑油的压缩机要求
（55）AODC 028 潜水员气体供给要求
（56）AODC 030 丙烯酸塑料观察窗要求
（57）AODC 031 潜水员通信要求
（58）AODC 032 在潜水作业中ROV的干预
（59）AODC 033 水下检测的职责
（60）AODC 034 水面能见度差时的潜水要求
（61）AODC 035 水下用电安全实践规程
（62）AODC 037 应急气瓶定期检查要求
（63）AODC 038 惰性气体使用指南
（64）AODC 039 潜水吊笼中应急空气气瓶的要求
（65）AODC 047 水流对潜水员作业和安全的影响
（66）AODC 048 近海潜水队人员配备要求
（67）AODC 049 潜水员用高压水射流装置操作规程
（68）AODC 054 潜水系统电池充电时的防爆要求
（69）AODC 055 进水口潜水时对潜水员的保护要求
（70）AODC 058 潜水员通过“弱连接”附着于水下结构物的要求
（71）AODC 059 与潜水作业相关的压力表和其他压力检测设备的要求
（72）AODC 061 近海潜水作业中潜水钟压重释放系统和浮力上升要求
（73）AODC 064 通过管汇系统充气时水下气瓶进水的防护要求
（74）IMCA R002 ROV人员准入要求
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摘要：ACFM交流电磁场检测技术是一种新型的无损检测和诊断技术，用于检测金属和非金属构件的裂纹缺陷，可以测量裂纹的长度和计算裂纹深度,该检测技术在海上设施的水下无损检测中愈来愈广泛的应用。但是在要对裂纹进行详尽的分析和评定，以便和建立修复方案时，采用MPI和UT检测技术对裂纹作进一步的检测，依旧是不可缺少的检测手段。ACFM检测人员在对裂纹的评定中起到重要作用，对ACFM人员的资格鉴定和认证制度的建立，是保证质量的前提。
关键字：ACFM, 交流电磁场检测，电磁检测，铁磁焊缝，焊缝。
一、ACFM检测技术简介
根据国家规定海上固定设施生产期的检验是非常重要的，在年度检验中应检查平台结构的重要受力节点，尤其是应力集中的部位。必要时应进行无损探伤，发现裂纹并及时修复。特别是目前南海的多数平台已达到其设计使用期限，所以其延期使用中的检测包括水下检测工作就俞显繁重和尤为重要，因此选择快捷、稳定和行之有效的一种水下检测手段是尤为重要。ACFM就是近年来较常采用的一种检测手段。
ACFM是一种电磁检测技术，综合了ACPD交流电位差技术及涡流检测技术，对工件作非接触性检测，它根据构件裂纹对构件内交流电流的影响进行检测。ACFM探头向构件内引入电流，并测量探头附近表面的电磁场。缺陷对相应区域磁场的影响可以用图形方式显示在系统操作员面前。可以很容易地确定出缺陷末端，并且给出裂纹的位置和长度信息。缺陷重要与否主要与结构整体性有关，通常由缺陷深度决定。使用算术模型，系统可以给出缺陷的深度，从而很快地评价裂纹的重要性。ACFM系统已经在粗糙表面检测中获得广泛应用。与传统技术相比，ACFM的扫描速度使检测焊接接头更快、更经济。
水下微型ACFM裂纹检测仪是检测技术的一大进步。系统采用交流电场检测（Alternating Current Field Measurement）技术，可以对焊接结构进行可靠的裂纹检测和裂纹深度测量。先进的软件可帮助操作人员解释检测数据，从而减少裂纹检测出现虚假信号的可能性。采用数学模型预测裂纹深度，因此系统不需要校准，从而大大减少操作失误。
最初，水下ACFM裂纹检测仪由潜水员放到水下，现在这种仪器可以与ROV连接。通过这种方式，系统利用最先进的ACFM阵列技术避免了绕焊道进行扫描。这时，探头绕焊道放在互有重叠的位置上，这样检测就可以通过基本工业型ROV实现，而不需复杂的控制器。
ACFM水下检测首先于1991年在北海进行。从那以后，世界许多主要检测单位使用该系统，用于近海平台、海底结构和管线的检测。已广泛受世界著名的船级社如Lloyds, ABS, Bureau Veritas，DNV，Germanischer Lloyd等承认和采用。
二、国内的运用和技术商榷
我们国内从事水下服务的检测的作业公司如深圳市杉叶实业有限公司、中国海洋石油天津海洋工程公司维修公司、烟台打捞局海工处、深圳海靖潜水工程公司、深圳德威胜潜水工程公司都在很多项目中进行了该项检测工作，获得了很多的业绩和经验。但是在检测中也还存在很多的不足和误区，本文就此提出一些粗浅的看法，与同行商榷。
1.ACFM与MPI和UT检测技术的异同和检测作业中运用的特殊性
目前业内很多人员均认为ACFM能够检测裂纹的长度和深度，所以可以完全替代MPI 和UT检测。但是实际上是不可能替代的。根据ACFM的检测原理和ACFM的探头结构，和如表所示的几种检测技术的比较，
ACPD和ACFM技术都是沿着裂纹面进行深度测量，而不是测量穿透壁厚。ACFM用于检测表面断层裂纹，不能检测近表面裂纹。根据ACFM的检测原理和设备的结构，我们知道ACFM检测所得到的裂纹缺陷的长度，较实际的裂纹长度小。所以综合以上的几点原因，在使用ACFM查找到裂纹缺陷后，根据具体的情况，应采用MPI和UT检测技术，对裂纹作进一步的检测，以便对裂纹进行详尽的分析和评定，和建立修复方案。
|
技术 |
材料 |
涂层 |
洁净要求 |
检测能力（最小裂纹深度，mm） |
几何形状复杂的构件上的应用 |
仪器复杂性 |
|
MPI |
磁性 |
无 |
高 |
0.5-3 |
好 |
低 |
|
超声CW |
所有 |
粘合 |
低 |
1+ |
中 |
中 |
|
超声波（TOFD） |
所有 |
粘合 |
低 |
3-4 |
难 |
好 |
|
ACFM 交流电场技术 |
所有 |
绝缘 |
低 |
0.8 |
低 |
中 |
表1. MPI,UT和ACFM检测技术的比较
2.ACFM焊缝检测人员资格认证要求
目前国际上较为权威的对ACFM检测人员的认证制度是英国焊接学会和英国无损检测学会指导制定的焊接检验人员资格鉴定大纲（Certification Scheme for Welding and Inspection Personnel以下简称CSWIP），该大纲对焊接和检测从业人员的知识和能力的资格认证进行鉴定，认证人员范围包括焊接检验员、焊接监督、焊接讲师、水下潜水检测人员等。其ACFM焊缝检测人员资格认证要求Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ级,文件号 CSWIP-DIV-8-96, 对ACFM的检测人员的资格和职责范围作了详尽的规定。
证书资格职责
ACFM操作资格证书分一级、二级和三级3个等级.
一级人员的职责
一级人员应能够根据书面说明和在二级人员监督下进行NDT操作，其职责如下：
l 安装设备，完成所有相关的质量保证的功能测试。
l 进行检测操作。
l 根据书面标准对检测结果进行评价、记录和归类。
l 测量裂纹的长度和深度（简单点蚀裂纹）。
l 进行结果记录。
l 遵照书面程序和检测说明。
l 实施探头操作者简训。
一级人员对探头选择或使用参数设置的能力不作要求。
二级人员的职责
二级人员应能够根据已制订的或认可的操作程序单独进行NDT操作，其职责如下：
l 选择合适的检测方法。
l 安装设备，进行操作检查。
l 实行和监督检测
l 根据使用标准，法规或者规范对结果进行解释和评价。
l 详细说明其认可范围内的检测技术的应用限制
l 理解NDT标准和规范，并能转化和运用于实际检测说明指导中。
l 准备书面检测说明。
l 履行和监督一级人员的所有职责。
l 组织和编写NDT检测结果报告。
l 理解磁性材料和非磁性材料效应的本质差异。
三级人员职责
三级人员应能够承担本文件涉及的NDT工业检测设备和人员的管理任务，其职责以下：
l 根据客户要求，选配合适的持证人员。
l 监督和管理一级和一级人员。
l 审核报告和现行工作实践，管理和维持符合标准和安全工作实践。
l 编制仪器性能记录。
l 理解NDT检测标准和规范，并能转化和运用于书面说明。
根据该大纲证书资格的描述，我们可以清晰的知道只有二级以上的ACFM检测人员才具备编写ACFM NDT检测结果报告的能力，才能对ACFM检测的数据结果进行分析、评定和提供报告，确定焊缝的服务寿命或其它工程特性。该大纲还规定持证人只能从事证书许可的NDT检测方法和专门应用（如特定的焊缝结构型式）。目前我国的ACFM检测人员均为持有ACFM一级和特定焊缝型式的检测认可证书，所以尚不具备出具报告的能力。但是目前海油对于海上设施的检测在《海上固定平台安全规则》尚未将ACFM作为强制的手段，所以业主对于人员的资格要求也没有提出更高的要求。但是为了规范我国的ACFM检测，CCS水下无损检测考委会能够在借鉴国际成熟的要求，制定我国的ACFM检测人员的一套行之有效的人员认证制度还是很有必要的。
三、ACFM检测作业中影响质量的干扰因素的分析和实际处理
ACFM因其特点具有对工件表面的处理要求低、对水下探头的操作人员的专业技能要求少等优点，但正因如此，我们在ACFM的实际操作中很容易忽略一些重要的影响因素。我们在实际作业中应该特别注意。
1 材料性质
尽管焊缝金属、热影响区材料、母材这些铁磁材料的渗透性有所不同，但是探头通常沿着焊脚扫描，所以扫描线上的渗透性是相对不变的。如果探头沿焊缝扫描，渗透性改变则会产生与裂纹显示相近的显示。横向裂纹和焊缝信号的区别可通过进一步检测来区分，扫描方向平行于裂纹，则裂纹信号会很快消失。如距焊缝20mm扫描时，显示振幅没有明显改变，则这个显示很可能是由焊缝的渗透性的改变而产生的。
2 磁场状况
退磁——必须保证待测表面处于无磁场状态。因此检测程序必须包括消除上一次磁粉检测时遗留的表面磁场。这是因为残余磁场，特别是使用MPI检测过的，在X-Y图上能产生回路图，有时候会和裂纹显示相混淆。
3 打磨痕迹
表面处理（如打磨）会影响磁场渗透性，引起扫描线方向上局部区域渗透性的改变。探头操作者应总是报告打磨标记痕迹程度和压力，因为其可以产生向上强烈的Bx和Bz显示，可能和裂纹显示相混淆。如打磨区有疑似裂纹，则需进一步扫描确认，扫描方向平行于焊脚，但应远离焊脚。线性裂纹显示会很快消失，所以远离焊缝的扫描可以达到满意的效果。如距焊缝20mm处扫描显示的振幅无明显改变，那么该显示很可能是由打磨作用引起的。
4 残余应力，会引起渗透性伴随变化，其显示和打磨类似，但小很多。
5 对接焊缝：
扫描线上的对接焊缝也会产生很强的B x和Bz显示，有时候会和裂纹显示相混淆。和打磨区进一步检测程序一样，远离影响区。如果显示仍不变，则显示不会是线性裂纹产生的。
6 铁磁和导电体D―铁磁或者导电体靠近焊缝时，会引起灵敏度和裂纹特性准确度的降低的问题。
7 邻近焊缝：在焊缝交接处，可能会错误地认为裂纹显示。其处理与对接焊缝类同。
8 焊缝几何：探头扫描两个表面和窄角处时，Bx值增加，Bz变化则很小，X-Y图上升。
9 裂纹几何效应
ü 和扫描成一定角度的裂纹——和扫描成一定角度的裂纹会降低Bz的波峰或波谷，因为传感器探头仅仅通过裂纹一端的边缘，这将产生不对称的X-Y图。需进行附加扫描，沿着焊缝或者母材确定裂纹的另一端点位置。
ü 和表面成一角度的裂纹——和探头方向非垂直的裂纹效应，通常是降低Bz信号值。Bx值则不会降低，在X-Y图上减小其宽度。
ü 线接触或者多裂纹——裂纹中存在线接触时，裂纹在X-Y图上产生主环内出现一个小环。如不止一个裂纹，则会有几个环，最后回到背景。
ü 横向裂纹——如果进行纵向裂纹扫描时存在横向裂纹，Bx值不是下降而是上升，Bz仍和纵向浅裂纹显示的一样。X-Y图上升而不是下降。
ü ACFM末端效应——标准探头产生的磁场能在焊缝末端扩散，在Bx和Bz轨迹上产生坡度变化。如果裂纹或活跃探头元件靠近焊缝末端时，裂纹显示会不明显或变形。边缘效应的产生距离跟探头类别有关，但对于大探头来说是50mm. 小探头在这些场合派上用场，因为它们对边缘效应有较低敏感。
10 仪器使用
ü 操作员使用不同仪器时，应了解显示杂音信号，饱和或者信号变形。特别应注意以下方面：
ü 选择使裂纹敏感性最强的操作频率，同时保持适当的杂音水平。
ü 电子元件饱和是ACFM检测的一个潜在问题，因为在探头扫描窄角几何结构时，信号振幅增加得很快。这会引起Bx显示升至仪器A /D变频器范围的顶端。饱和条件下获得的数据是不可接受的。
ü 仪器感应相位——磁场检测是在已选择和固定的相位进行的。所以跟涡流检测不同，它无需考虑相位角，而是厂家设定好并存储于探头文件，由仪器自动设置的。
11 涂层厚度
如果涂层厚度大于1mm, 则裂纹尺寸预算必须考虑涂层厚度的补偿，通过统软件的裂纹表格来达到。如输入不正确的涂层厚度, 当出入大于1mm时（含1mm），则会降低深度尺寸的准确度。
四、用于焊缝检测的包括ACFM技术的电磁技术的局限性
1. 扫描面积
如前所述，ACFM 技术对组件的近边缘部分比较敏感，这对探头的信号会产生很大的影响，将会使处于边缘附近的裂纹的信号变得模糊。因为这一点，当检测金属板边缘附近时，需要引起极大的注意。特殊的探头可用来降低这种影响，但在组件的其它部分，探头的一些性能将会受到影响。探头需要放置在距组件表面仅几毫米的范围之内，并要有一定的空间可供探头平滑移动，对组件整个区域进行扫描检测。
2. 裂纹几何形状
裂纹的几何形状对于裂纹深度尺寸的精确性有着一定的影响。类似ACPD 技术一样，如果裂纹是短且深的，则需要进行校正。如果沿着裂纹的整个长度，裂纹都没有暴露出来，则在计算裂纹尺寸的过程中，可能会有一些困难，有接触点或穿过裂纹的“线接触”的裂纹的表观裂纹深度将会降低，关于这一点特征是有证据可以证明的。所有电磁方法所给出的裂纹深度的测量都是沿着裂纹面进行的，均不可以测出穿透壁厚。
3. 裂纹尺寸
ACPD 和ACFM 技术均是依靠理论模型来判断其检测的精确性。首先需要假定的是，操作过程中不可能会达到理想条件，因此如果可能的话，需要对此进行修正。如果不能修正，则必须要接受部分不精确之处。ACFM 主要依赖两个基本标准，分别是假定材料上有一个线性的均匀场，另一个是假定疲劳裂纹的形状为半椭圆形。同时需努力确保测试过程中探头能放置在合适的位置上，这样便可尽最大可能保持均匀场。至于半椭圆形的裂纹，这是一种假定，虽然在检测到裂纹时发现这种假设是错误的，但通常它还是与实际情况非常接近的。涡流检测方法会将裂纹处的信号同机械狭缝作比较，这将会限制它的精确性，因为由校准狭缝得到的信号同实际裂纹的信号有着很大的区别，此外也没有适用于裂纹长度的依据，因此如果是在长的狭缝上进行校准操作，所测得的短且深的裂纹是不可信的(反之亦然)。对涡流检测方法来说，要想提高裂纹尺寸的精确性，那么用于校准仪器的狭缝必须要同所测得的裂纹有着非常相似的信号。
4. 组件几何形状
组件的几何形状对ACFM 的检测信号也有着影响。尤其是当接近严密或是复杂的几何形状，拐角处和一些附件时，表现更为明显。当校正时，需要考虑由这些特征所引起的信号，因为裂纹的信号将会在几何形状产生的信号上进行叠加，这会增加探测的难度，因此在校正时要格外引起注意。一些可用的特殊设计的探头能够降低边缘及几何形状的影响。
5. 表面环境
5.1 绝缘涂层
只要良好状态下的非导电涂层的厚度不超过5mm，便可应用于ACFM 技术，否则就要修改尺寸参数。涂层在恶劣条件下可能会导致扫描出错或者产生升降信号以及降低尺寸测量的精确性。
5.2 腐蚀
如果是轻微腐蚀的话，不会影响任何电磁技术。主要问题是如果扫描不规则或如果出现引起附加噪音信号的深凹陷的话，输出信号对小裂纹的敏感性及尺寸的精确性将会降低。标准焊缝探头对凹陷的敏感度不如其它类型的探针。
5.3 材料变化
金属差别和材料的变化，如修补焊缝时遇到的材料变化或是不同金属相连接的地方，可能会产生很强的信号。这些信号很难同裂纹信号区分开来，因此将会发生信号混淆。
五、结束语
随着近海石油工业的迅速发展，对近海中海上设施的无损检测，特别是一些延期平台的水下无损检测越来越受到重视，为了完成较大的水下检测工作，快速检测重要的节点，ACFM目前是行之有效的重要检测手段。我们应该在实践中不断的总结和完善我们检测技术和有关ACFM的规则，ACFM技术在我国和海油工程、船舶工程和石化铁道等领域的无损检测中将发挥更为重要的作用。
参考文献：
1. 海上固定平台安全规则，中华人民共和国主席国家经济贸易委员会，2000
2. Standard Practice for Examination of Welds Using the Alternating Current Field Measurement Technique(ACFM焊缝检测标准规范), American Society for Testing and Materials (ASTM美国材料与试验协会）,Designation No.(文件号)：E2261-03 ,ASTM
3. Requirements for the Certification of Personnel engaged in the ACFM Inspection of Welds-Levels 1, 2,and 3,(ACFM焊缝检测人员资格认证要求Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ级）,Document No. CSWIP-DIV-8-96, CSWIP
4. TWI ACFM Course Notes for Use with CSWIP and Lloyds ACFM Level 1 and 2 Training Courses(TWI CSWIP和劳氏船级ACFM一级和二级操作人员培训课程)，TWI
5. Operation Manual for U310 Underwater ACFM(U310水下ACFM检测仪操作手册)，Technical Software Consultants Ltd.（技术软件咨询公司)，TSC
(本文作者：肖晓凌王火平 潘明光 徐进 鲍德胜）
