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动力定位模式下潜水作业基本安全要求Much of the information in the following sections is taken from IMCA M 103 一、动力定位系统介绍1、动力定位系统组成动力定位系统是由所有直接或间接作用于船舶保持船位能力的设备组成。动力定位系统可分为三个部分：动力系统、控制系统和参照系统动力系统包括动力产生、动力分配和使用（通过推进器）；控制系统包括动力管理系统和定位控制系统组成；参照系统包括所有提供船位、船舶势态和移动及环境条件的传感器。2、动力定位设计要求1）动力定位系统设计尽可能避免出现共用单点故障，这些故障是没有备用系统或冗余系统。如果单点故障无法避免，该控制单元应设计为出现故障时自动回到安全状态。例如，推进器控制单元故障，如果推进器处在最大功率状态或者推进方向发生错误时就会产生风险，因此该控制单元应设计成：出现故障时能回到设置状态，推进器处于零位或停止驱动马达或发动机。每个推进器必须有一个手动操作的应急停车档。2）动力系统一般采用柴油发电机向电动推进器供电方式。3）系统设计和制定操作计划时必须要考虑到一台柴油机突然故障或机舱发生火灾的影响。为保证在动力失去前能够撤离潜水员，动力定位二级系统（DP CLASS 2）必须至少有一台能够自动联机的冗余发动机；当发生火灾时，探火报警系统必须有足够报警提前量。4）动力定位三级系统（DP CLASS 3）应当有两个互相独立的机舱，当一个机舱失火时，烟火不会进入到另一个机舱。5）为保证潜水作业安全，动力分配系统的设计应确保配电板上由母线结分隔(bus tie)的任何部分的故障不会引起整个配电板的失效；对每个联和工作的发电机和推进器的连接部分也有同样的设计要求。6）在可能的情况下，推进器应当有独立电缆线路和控制动力，因此当一台推进器发生故障、火灾或进水时不会引起其它推进器失效。7）所有动力定位船舶使用计算机和/或微处理器来定位。在首次位置确定之后或发生大位移、艏向改变或环境条件改变之后必须有一个稳定期，该稳定期至少需要30分钟。8）大多数系统是自动和手动方式联合型的。对潜水作业来说最低要求是要有两个自动的完全冗余的控制系统，当一个失效时，能平稳地切换到另一个系统。9） 三级动力定位船舶（DP CLASS 3）应当有一个备用的动力定位控制室，以防主控制室发生火灾或进水时无法使用。二级动力定位船舶设计应当考虑到控制室、电缆和相关系统发生火灾的风险和影响。10）在最坏失去动力的情况下，至少有一台计算机保持工作并且与相关设备一起能持续工作最少30分钟。3、动力定位级别国际海事组织建议1994年7月以后建造的每一艘动力定位船都要根据设备分级。下面定义的“单点故障”包括了船上任何人员的疏忽操作。DP一级：单点故障的发生就可能造成失位。DP二级：一个动态单元，例如一台发电机或一个推进器的单个故障不会导致失位； 但一个静态单元，例如电缆、管路或手动阀的故障却会导致失位。DP三级：任何单点故障都不会造成失位，包括一个子系统完全烧毁，或者水密间隔舱进水。所需动力定位船舶级别、临界偏移、安全工作界限和其它因素等要在风险评估时进行确定。所有动力定位潜水支持船必须至少二级。4、动力定位系统验证试验试验包括首先在码头进行检验和调试，然后进行海上试验，船的定位系统应该在正常和紧急条件下分别进行充分检验，最后进行动力定位潜水钟下潜试验。需要强调的是，系统设备的逐个验收并不能代表整个系统在工作条件下进行的彻底检验。可能的话，部分试验应该在能够对船位实施精确监控的环境下进行，还有一部分试验应该在能够反映实际环境条件的开阔水域进行。试验结果应该用来证实或精练对船性能的陈述。作为动力定位系统验证试验的一个环节，应该进行下列检查：在港内 所有设备和电缆的布置和安装检查 所有电源、数据电缆和设备的接线检查 通过电子和功能性的试验，进行所有设备的功能检查 所有电力干扰源的有效屏蔽检查 软件的检测和调试 所有环境监控系统和报警设施的功能检查在海上 所有数据输入系统的功能检查 计算机和界面系统的功能检查 电力管理系统的功能检查 包括响应时间的推进器功能检查 通过软件联调进行最优定位性能试验 通过不同的方式进行定位精度的验证试验 从基本系统到备用系统的所有自动和手动转换安排和程序的功能检查 位置偏移和艏向变化的控制功能检查 潜水钟工作时，在有潜水员在水下的条件下，对动力定位系统进行满意的操作 在恶劣天气下，进行定位性能试验在试验期间，系统应测试所有的正常操作模式和模拟故障模式。以试验为基础，计算出不同情况下的定位能力，包括在最坏单点故障情况发生后可操作的最大数量推进器和/或动力单元。5、偏移和临界偏移的定义偏移是指任何船位和艏向有意和无意的改变，其变化范围可以从许多米到小于一米。由于速度和/或移动范围的原因使偏移量达到可能引起人员受伤害和/或者固定设施损坏，该偏移称为临界偏移。一个完整的动力定位系统必须能可靠保持船位，即从船舶移动到位置固定所发生的最大偏移不超过执行工作时所规定的临界偏移的一半。6、安全操作界限在安全操作界限内，要么因为足够的控制和动力剩余，要么因为环境负荷非常小，不会由于单点故障而产生临界偏移。潜水作业安全工作界限的确定必须包括：1）在黄色或红色警报情况下，潜水员返回潜钟或吊篮所需要的时间；2）在最差故障模式发生后，可能的失位速度和增加的位置偏移；3）还要注意的是，当两艘动力定位船互相靠近工作时，彼此间会产生干扰，影响因数可能包括：4）推进器间水流冲击；5）参照位置传感器间的干扰及由于风和浪而引起的间断性屏蔽等。以上因素在制订作业计划时必须加以考虑。7、动力定位报警潜水控制室、饱和控制室、甲板上及ROV控制室都要有DP状态指示灯。带有声光的红色报警应连接到潜水控制室、船长房间、潜水监督/潜水总监房间。 DP警报从DP控制室发出。正常操作状态（绿灯指示） 船舶正处于动力定位系统的控制下，动力定位系统运转正常而且有合适的备用系统 推进器输出推力和总的电力消耗分别不超过最大推力的80和总电力的80 船位在预定的范围内 没有碰撞的危险存在降级操作状态（黄色报警） 一个子系统的失效使动力定位系统处于无合适备用系统的工作状态 可用电站的数量减少到如果又一台电站出现故障，船就无法保持现有船位 可用推进器的数量减少到如果又一台推进器出现故障，船就无法保持现有船位 在全部推进器和电站均在线的情况下，任何一个推进器的输出推力超过80或者总的用电功率超过80 船位偏移超过既定许可范围的现象不是短暂而孤立的 存在着碰撞的危险 天气条件被判断为不适合动力定位潜水作业紧急状态（红色报警） 系统失效导致无法保持船位 任何阻止保持船位的外界条件的存在8、对不同警报级别的反应1）正常操作状态（绿灯）动力定位潜水作业的所有项目都可以执行。2）降级操作状态（黄色警报）应将该警报通知船长和现场总监。潜水监督在收到警报后应命令潜水员立即返回潜水钟并关闭潜水钟。潜水监督和船长一道，通过对当前局势以及任何可行的缓和局势的措施进行分析，决定是否中止潜水作业，如是在进行表面潜水时，应命令水下的空气或混合气潜水员返回水面。假如潜水监督有任何疑义，应中止潜水作业。3）紧急状态（红色警报）潜水员应立即返回潜水钟并关闭潜水钟。潜水监督在迅速考虑回收过程中可能产生的危险后，应下令尽快回收潜水钟。此时，动力定位操作员应采取一切可能的措施保持船位，直到潜水员进入并关闭潜水钟，潜水钟远离障碍物。同时，应尽可能快地向现场总监和船长口头通知这一情况。如是表面潜水，应命令水下的空气或混合气潜水员返回水面。4）应急反应计划的制订要求：潜水监督要根据现场具体工作情况和警报级别制订应急计划，所有潜水作业人员必须完全熟悉他们在应急计划中的职责。如果同一艘船上有一个以上潜水作业，潜水监督必须确保他们的应急计划不发生冲突。二、动力定位参照位置传感器参照位置传感器用于尽可能精确地测量位置，对潜水作业来说至少需要三个在线参照位置系统，并且至少两个是不同类型的。参照位置系统选择应根据实际情况，例如：水深、水域开阔度和其它临近的设备或船舶等。参照位置不能受到任何因素的影响，并且所有传感器必须安放在不同的位置，这样冗余单元不会受到同一处火灾、进水或其它外部损害的影响。目前通常使用的参照位置方式有四种类型：张索系统（taut wire）、短波无线电参照系统（Artemis Surface Reference System）、水下声学定位系统(HPR)和全球卫星定位系统(DGPS)1、定位张索系统（taut wire）一根持续张紧的钢索通过一个钢索测量装置，沿着A字架，通过一个传感器顶部滑轮然后到达重力块。当船舶移动时，通过张索长度、张索与垂直线间角度的变化，测出一个船舶相对重力块的位置。 图1有关张索的安全注意事项：1）垂直张索系统通常放在靠近船舶中心位置，以减少船舶前后颠簸和偏航影响。2）张索定位系统的重力块的重量非常大，典型的达数百公斤，放置时必须非常小心避免损坏海底设备。如果船舶靠近平台，因为平台下部结构比上部要大，重力块放置必须距离开平台有一定的安全距离。3）张索有一个最大安全操作角度，当达到最大角度时，就必须移动重力块。只有经过与潜水监督协商后，并且在潜水监督确保潜水员和潜钟是处于安全的情况下才能移动重力块。4）在深水水域，船舶移动较长一段距离后，才会达到张索最大操作角度；而在浅水区域船舶只要移动较小距离，便达到张索最大操作角度。因此使用张索系统就存在一个最小水深的限制（见图1）。5） 张索本身看起来和拖缆很相似。曾经发生过有潜水员错把它当作拖缆并试图移动它的事件，动力定位系统在动力作用下，随着张索和该潜水员移动，引起严重的失位。6）张索标识必须清晰，通常用荧光带或发光贴，与其它钢索或电缆做出区别，最好将重力块油漆成白色。7）当潜钟电缆、脐带或横向拉索与张索相互接触时可能发生问题。曾经发生类似案例，在根据计划移动船舶时，一根张索碰到一个横向拉索卸克后，随潜钟一起作水平移动（张索保持垂直）。动力定位系统无法记录任何移动迹象而船舶持续移动，这是发生在开阔水域，没有可观察的参照物，一直到移动到超过一百米后故障才被发现。8）张索也可能受到ROV脐带的阻碍。因此建议ROV下水位置离开张索布置的位置要有一个合适的距离。9）如果张索碰到任何障碍，定位系统应能有效地脱线并发出黄色警报。10）在海况恶劣的情况下，张索绞车的释放速度可能无法跟上船舶的移动速度，重力块就可能离开海底，也可能引起失位。2、短波无线电参照系统（Artemis Surface Reference System）短波无线电系统由一个固定天线和一个移动天线组成，固定天线安装在平台等固定装置上，移动天线装在DP船上。依靠两个天线之间进行的短波传输，测出一个相当精确的距离和方位。使用短波无线电参照系统注意事项：1） 装有短波无线电船舶的操纵者必须注意信息临时损失的可能性，例如，其他船只、直升机、平台设备、或偶尔的暴风雨所引起的信息空白都会产生信息临时损失，应采取措施以避免或尽可能减小其产生的影响2） 安装在有人操纵的生产平台上的遥控信标或应答器容易受到人为的干扰。必须采取措施以确保其信号不被篡改或产生空白，确保其电源不被中断。预防措施包括提供备用蓄电池、与平台基本服务供应系统连接、将其安装在易到达的位置。当主电源供应被切断而由蓄电池对系统供电时，应有报警信号对此进行提示。平台的所有者应该对安装在平台上的设备安全负责3）可能的话，应该准备两套可转换的频率和代码，以减少产生干扰的可能性，但频率和代码必须进行合理的分配4）无论准备怎样移动船舶，都应该仔细考虑船位及移动后与参照物之间的几何态势5）来自雷达的干扰会引起临时信号失效和误差 3、水下声学定位系统（HPR）声波由安装在海底的发射器发射，由安装在船底的接收器接收。脉冲信号有规律的发射通过时间来计算距离从而得到船的准确位置。注意事项：1）如果船上只有一个信号接受器，不管海底有几个信号发射器，只能算作一个参考系统。2）如果发射器安装在潜水钟上，它还可以在紧急情况下用来给潜水钟定位。3）特别注意的是高压水射流设备可能对此系统产生严重影响。4）信号从海底向上传输的角度是锥形的，在潜水区，锥角非常小，船舶上的接收机有可能无法收到从海底发射机发出的信号（见图2）。图 2 4、DGPS定位系统 DGPS 已经逐渐成为DP作业中最常用的定位传感器。其中最常用的是美国国防部的全球定位系统，典型的定位精度为20m。为了改进其定位精度以用在DP船上，在原来GPS数据上进行差位修正。根据船舶所在位置的不同以及人造卫星的分布，现在DGPS的定位精度已经达到13m。要注意的是当接近一些大型建筑（例如平台等）时由于人造卫星与差位信号会受到影响，定位精度会有所降低。三、通讯（信息交流）潜水控制室与动力定位集控室之间的通讯应保持连续。任一方的值班人员都应该将作业环境已发生或将要发生的任何变化及时通知对方。需传递的信息有：1、潜水控制室发送给动力定位操作者 潜水钟状态 潜水员状态 高压水射流或其他会释放大量压缩气体的设备的准备及使用情况 潜水员、潜水钟设备等的停止或移动可能的声学参考信号 任何可能导致紧急事件的趋势2、动力定位操作者发送给潜水控制室 移动船的打算 操作状态的任何变化 有关引起操作状态变化的原因的背景信息 关于天气预报或实际天气的明显变化 母船附近的船只和直升机的运动情况 处理任何向下的拉力，包括绷紧的缆绳重量的打算意图让小船靠泊意图放置任何东西入水3、动力定位操作员所需的有关船上操作的信息： 对任何可能直接影响在线动力定位系统设备或可能使备用设备无法启动的有关电机设备进行维修或改动情况进行预告，结束后应进行通告 对可能减小动力定位系统或潜水相关设备所需压力的辅助空气/液压设备的启动和停机操作进行预告意图启动和关闭排污水泵，倾倒垃圾、厨房废料等 对可能影响动力定位系统工作的无线电和雷达设备的启动和停机进行预告 对可能影响船舶平稳的设备收放进行预告 对船或直升机的即将靠近或离开进行预告4、从平台到动力定位操作员的信息类型： 船和直升机的预定移动 会影响潜水作业、信标或应答器工作的预定吊机或平台舷外作业四、动力定位船舶上有关脐带的操作规定1、潜水作业计划应包含脐带防护程序，确保脐带包括水下待命潜水员或照料员的脐带不会发生与船舶推进器相接触；2、对风险评估中已识别的其它风险要制定防范措施。3、潜水控制室、动力定位控制室和其它相关区域都应张贴 潜钟/脐带安全位置图，图中应清晰地标出：潜钟和潜水员与船舶和作业点的相对位置。图中还应画上推进器和潜钟外形图，标出在水下每隔10米（33英尺）时，潜钟与最近推进器之间的距离。该距离是指从潜钟中心到推进器封套运动部件。4、主脐带或钟外脐带不允许进入所有其它危险区域，例如螺旋桨、吸入口及可能影响安全操作的任何海底障碍物等。5、 潜水控制室还必须有一个作业形势图，标明所用的参照系统及所有相关的工作索具，包括水下声学定位收发机、张索、潜钟或吊篮提升索、水平移动索、其它下行索、克令吊、绞车、液压和电动管线等，并注明是在水上还是在水下。6、 为方便甲板上照料员的操作，所有推进器位置必须标识在水线以上船体、甲板，如果可能标注在舷墙或栏杆上。7、保护程序必须规定（根据潜钟深度）所配置的主脐带的最大安全长度，在放主脐带时，应对所放脐带长度进行监控，防止碰到推进器。脐带的安全长度应该比到最近的风险点的距离减去5米。8、在DP移动轨迹内，潜水员脐带尽可能短，避免拖曳，以减少受阻风险，便于抢救潜水员。脐带至少每10米要做标识。9、脐带照看点可以是在表面或在水下的一个点，通过该点，潜水员漂移部分脐带得到安全地看护。脐带必须受约束，这样潜水员就不会进入最近5米（16英尺）的危险区域。潜钟到推进器的距离为：c2 = a 2 + b 2 ，见图3。图310、应急程序中必须将待命潜水员和钟人的职责表述清楚，与脐带照料有关的任何机械装置，不应妨碍潜水员安全撤离。11、待命潜水员的脐带比工作潜水员脐带至少长2米（7英尺），以便在紧急情况发生时能够到达工作潜水员位置；在紧急情况下抢救潜水员时，要防止脐带进入最近危险点。12、水下无人照料点（unmanned in-water tend point）水下无人照料点通常采用从克令吊放下的一个大金属环来照料潜水员，潜水员离开潜钟或吊篮后穿过金属环到达工作点。金属环能有效护住脐带，防止潜水员过于靠近最近的危险点，见图4。 图 4例如：潜钟或吊篮离开最近的推进器17米，如果工作点离潜钟或吊篮18米，则潜水员脐带长度就有可能使其碰到推进器。在潜钟或吊篮和工作点之间的水下放置一个金属环，见图4（Tend point），离吊篮8米，离推进器20米，潜水员就得到了保护，他只需8米脐带长度就够到金属环，这样和推进器之间就保持了一个安全距离。当他通过金属环后，脐带就受到金属环的保护并且他仅需10米的长度就能到达工作点。保证与推进器间有10米的安全距离。12、潜钟或吊篮和无人照料点金属环（也可用其它方式）管理规定如下：金属环到到潜水员的距离不能超过（潜钟或吊篮到最近危险点的距离5）米；根据图4 表达为C最大A5或者:金属环到到潜水员的距离不能超过(金属环到最近危险点的距离5）米；根据图4 表达为C最大D5以数值小的为准；金属环到潜水员的距离比潜钟或吊篮到金属环的距离至少大2米以上。根据图4 表达为C最小B + 2.例题：假设潜钟或吊篮到推进器间的距离A是17米，金属环到推进器间的距离是20米D.，金属环到潜水员间的距离C不能超过（175）米，即12米，小于（D5）米。潜钟或吊篮到金属环的距离B是8米，则金属环到潜水员的距离，C必须至少大于(8 + 2)米，即10米，因此C必须在10到12米之间。以上标准是基于考虑到在紧急情况下救助潜水员时，金属环发生移动或被提起的可能性。13、其它有关规定：1）照看点与船位必须是相互关联的，例如，如果船舶移位，考虑到潜水员可能产生危险，金属环不能从临近的平台放下；2）任何潜水员脐带长度都有限制，不能进入任何5米危险区域；3）潜水员脐带应有一根系在在潜钟和金属环之间的走脚绳（swimming line）来保护；4）钟人脐带以及待命潜水员都要有一根系在在潜钟和金属环之间的走脚绳（swimming line）来保护；5）作业细节必须进行风险评估，并采取适当的附加措施；6）根据作业细节制定的相应程序必须放在适当位置。五、潜水作业期间动力定位船舶移动规定1、 如果将新的位置坐标数据输入系统，动力定位船舶就会自动移动到新的位置或新的艏向。这也可以通过操纵杆进行，但在潜水作业期间是不允许的。2、 艏向改变必定包括围绕一个固定中心的船舶旋转，如果潜水员不在该旋转中心，将经历一个船舶位置的改变过程，因此在改变艏向之前，必须考虑