5.2. Методы проведения водолазных спусков

Существующие водолазные технические средства обеспечивают следующие основные способы погружения: в автономном снаряжении с поверхности; в шланговом снаряжении с поверхности; с использованием водолазного колокола; с использованием мобильных подводных аппаратов; в режиме насыщения с использованием водолазного колокола и палубного водолазного оборудования (барокомплекса); в режиме насыщения с использованием стационарных подводных сооружений типа "подводный дом".

Погружения с поверхности в автономном или шланговом снаряжении осуществляются, как правило, с борта обеспечивающего судна или платформы. При данном способе погружения в период подъема на поверхность водолаз проходит декомпрессию непосредственно в воде, делая остановки на определенных глубинах, устанавливаемых таблицами декомпрессии в зависимости от времени пребывания водолаза под водой. Время декомпрессии может быть очень большим. Так, после пребывания на глубине 30 м в течение 60 мин (включая половину времени на погружение до данной глубины) требуются четыре остановки, а общее время декомпрессии при дыхании сжатым воздухом составляет 54 мин. При аналогичном спуске на глубине 45 м декомпрессия длится уже 2 ч 35 мин при семи остановках в процессе подъема. А пребывание в течение 45 мин на глубине 80 м потребует уже 10-часовой декомпрессии. Если учесть ограниченность общею допустимого времени пребывания водолаза под водой, то подобная длительная декомпрессия резко сокращает его рабочее время. К тому же продолжительное бездеятельное нахождение в воде при декомпрессии создает много трудностей как водолазу, так и обеспечивающим его спуск. Утомленный работой, водолаз мерзнет, еще больше утомляется, а обеспечивающее судно не может уйти с места выполненной работы, например при ухудшении метеорологических условий, при необходимости ведения работ в другом районе и т. п.

Предельные глубины, на которых могут эффективно работать водолазы в указанном снаряжении, составляют 60-70 м при использовании для дыхания воздуха и 100 м при использовании гелиево-кислородных смесей.

Достоинствами указанного способа являются простота подготовки обеспечения работ, быстродействие и мобильность, особенно при использовании автономного снаряжения. Поэтому он широко применяется при осуществлении многих подводных работ на относительно малых глубинах, а также для кратковременных спусков на предельно допустимые глубины.

Погружения с использованием водолазного колокола (водолазной камеры) предусматривают погружение и подъем водолаза в специальном подводном аппарате. Своим названием он обязан тем примитивным устройствам прошлого в виде перевернутого горшка (колокола), которые применялись еще в глубокой древности, и поэтому может считаться одним из самых старейших в водолазном деле. При спуске водолазы, чаще всего трое, в полном водолазном снаряжении находятся внутри колокола, где поддерживается атмосферное давление. С поверхностью колокол связан кабель-тросом и гибким шлангом, через который подается дыхательная смесь. В случае необходимости водолазы могут перейти на автономное питание от газовых баллонов, размещенных на колоколе. Когда колокол (лебедкой с обеспечивающего судна или платформы) опустят на заданную глубину, давление газовой смеси начинают постепенно повышать до уровня, соответствующего давлению воды, затем два водолаза выходят из колокола и приступают к работе, а третий остается в колоколе. Он поддерживает связь с поверхностью, наблюдает за работающими водолазами, готовый в случае необходимости оказать им помощь. Продолжительность работы водолазов вне колокола в радиусе от 10 до 15 м зависит от глубины погружения и характера работ и может составлять от нескольких минут до одного-двух часов.

Смесь для дыхания водолазам подается по шлангам из колокола, а не с поверхности, что уменьшает опасность обрыва шлангов, так как они не подвергаются воздействиям собственной массы, волнения моря, течений, обеспечивающего судна и т. п. Кроме того, уменьшаются потери дорогостоящего гелия, улучшается и облегчается регенерация смеси, увеличивается надежность ее подачи водолазу, поскольку смесь циркулирует по сравнительно короткой цепи: колокол - водолазный аппарат - колокол, а не по схеме водолаз - судно обеспечения.

Таким образом, использование колокола повышает безопасность водолаза под водой. Колокол значительно облегчает подъем водолазов на поверхность. После завершения работ водолазы входят в колокол, задраивают люк, и колокол поднимается на поверхность. В зависимости от длительности работ и глубины подъем колокола может осуществляться в режиме декомпрессии с изменением внутри колокола давления газовой смеси, т. е. водолазы проходят декомпрессию в изоляции от водной среды в сравнительно хороших условиях. В случае необходимости, например при срочном уходе судна обеспечения из района работ, водолазный колокол быстро поднимают на борт судна и водолазы проходят декомпрессию в нем, как в обычной декомпрессионной камере. При кратковременной декомпрессии это допустимо, но при длительной - не очень удобно по ряду причин. Поэтому в последнем случае водолазный колокол после подъема состыковывают со стационарной декомпрессионной камерой на средстве обеспечения (судне или платформе). Выровняв давление, водолазы переходят из колокола в стационарную камеру, где проходят декомпрессию. В стационарных декомпрессионных камерах водолазам обеспечиваются соответствующие санитарно-гигиенические условия, питание, медицинские контроль и помощь.

Водолазные колоколы позволяют достаточно эффективно и безопасно проводить непродолжительные работы на глубинах до 150-180 м. Их основной недостаток - необходимость проведения декомпрессии после каждого водолазного спуска. Поэтому, начиная с глубины 60-70 м, использование водолазного колокола становится неэффективным из-за слишком кратковременного пребывания водолаза на дне.

Погружение в обитаемых подводных аппаратах по существу аналогично спускам в водолазном колоколе, роль которого в этом случае играет самоходный подводный аппарат. Подобные аппараты состоят как минимум из двух герметичных отсеков. В первом отсеке, где поддерживается атмосферное давление, размещается экипаж, управляющий аппаратом и всеми его системами; второй отсек, по сути дела, является вмонтированным в аппарат водолазным колоколом. Находящиеся в этом отсеке водолазы после погружения подводного аппарата на заданную глубину и выравнивания давлений выходят в воду через люк и приступают к работе. Возвратившись в подводный аппарат, водолазы сразу могут начать декомпрессию, а после всплытия и подъема аппарата на борт судна-носителя - остаться в аппарате до ее завершения. В случае необходимости водолазный отсек подводного аппарата состыковывается с палубной декомпрессионной камерой и водолазы продолжают декомпрессию уже в этой камере.

Существенными преимуществами подводного аппарата перед водолазным колоколом являются автономность и мобильность. Кроме того, работающие под водой водолазы все время находятся в поле зрения экипажа подводного аппарата, что значительно снижает возможность несчастных случаев. Поэтому рассматриваемый способ погружения следует использовать, когда подводные работы выполняются на сравнительно больших площадях, например при осмотрах и ремонте подводных нефтепроводов, очистке их от наносов, обрастания, замене приборов и т. п.

Однако и этот способ погружения не устраняет необходимости длительной декомпрессии. Это его главный недостаток. Кроме того, радиус действия большинства подводных аппаратов с водолазными отсеками довольно мал, поэтому из района в район они доставляются надводным судном. Энергетические установки подводных аппаратов, как правило, маломощны и не могут обеспечить интенсивного ведения подводных работ с большим расходом сжатого воздуха или электроэнергии, что не позволяет использовать мощное оборудование. Если же подобное оборудование снабжать энергией с судна-носителя по кабелям и шлангам, то тогда подводный аппарат потеряет свои преимущества перед более простым водолазным колоколом - он лишается автономности и мобильности.

Таким образом, мобильные подводные аппараты наиболее целесообразно применять при выполнении сравнительно "легких" работ, таких как контроль, наблюдение, небольшие ремонтные работы без значительных затрат энергии, фотографирование, киносъемка и т. п., при условии, что выходы водолазов будут кратковременными и не потребуют длительной декомпрессии. Практика водолазных работ подтверждает это. Известно, например, использование подводного аппарата с выходом водолазов на грунт при обследовании нефтепроводов на глубинах до 210 м [23].

При погружении в режиме насыщения водолазы, пройдя компрессию, остаются на весь период проведения работ в условиях давления, равного давлению на рабочей глубине. После окончания рабочего дня водолазы не проходят декомпрессию, а доставляются в достаточно комфортабельные жилые помещения, в которых находятся в гипербарических условиях до следующего водолазного спуска. И лишь по завершении всего цикла "насыщенного" погружения водолазы проходят одну декомпрессию. Исключение процесса декомпрессии после каждого водолазного спуска значительно повышает экономическую эффективность глубоководных погружений. В настоящее время используются два способа выполнения "насыщенных" погружений: палубный (надводный) и подводный.

Погружение в режиме насыщения с использованием стационарных подводных сооружений типа "подводный дом" предусматривает длительное пребывание водолазов под водой, где они не только работают, но и живут, как бы превращаясь в подводных жителей - акванавтов. Их убежище - "подводный дом", в котором давление газовой смеси поддерживается равным давлению окружающей среды. Время пребывания акванавтов под водой (проживание в подводном доме) может составлять от нескольких суток до нескольких недель. В течение всего периода проживания под водой акванавт по несколько часов в день работает в воде, возвращаясь для отдыха в свое подводное убежище, естественно без проведения декомпрессии. При подъеме на поверхность, например при замене групп акванавтов или после завершения работ, акванавты проходят декомпрессию любым из известных способов: в период подъема в воде, в водолазном колоколе, в отсеках поднимаемого подводного дома и т. п.

Эксплуатация подводного дома требует значительного количества вспомогательного оборудования, которое размещается либо на надводном судне, либо на берегу. Обеспечение таких работ по обслуживанию, как доставка энергии, питания, газовых смесей, осуществление медицинского контроля, связи и т. д., является сложной и дорогостоящей задачей. Следует учесть также, что проживание акванавтов в условиях подводных домов связано с определенными трудностями: малые объемы, повышенная влажность, проблемы совместимости, повышенная опасность и т. д.

Большой недостаток такого способа "насыщенного" погружения - отсутствие мобильности и быстродействия. Периоды подготовки и завершения работ, связанные с установкой и подъемом подводного дома, довольно длительны и серьезно зависят от метеоусловий в заданном районе. Все это, наряду с большими эксплуатационными расходами (удельная стоимость работ на американской подводной лаборатории "Силаб-2" составляла 35 тыс. дол. в сутки), затрудняет применение рассмотренного способа погружения для ведения промышленных и производственно-технических работ. Опыт эксплуатации подводных домов подтверждает этот вывод. Поэтому можно предположить, что и в ближайшем будущем такой способ погружения будет в основном применяться для ведения научно-исследовательских работ, требующих длительного присутствия исследователей в данном районе под водой для ведения работ in situ.

Погружение в режиме насыщения с использованием палубного водолазного оборудования в настоящее время получает все большее распространение при ведении различных глубоководных работ. Организация спусков водолазов заключается в следующем. На протяжении всего периода работ водолазы живут в барокамере, размещенной на обеспечивающем судне. В ней поддерживается давление, соответствующее "рабочей" глубине или глубине, выход на которую с рабочей возможен с малым (до нескольких минут) временем декомпрессии. Перед спуском с барокамерой стыкуют водолазный колокол. После установления в нем давления, равного давлению в барокамере, водолазы переходят в колокол и доставляются к месту работы. Отработав заданное время под водой, водолазы проделывают обратный путь (подъем в колоколе - стыковка - переход в барокамеру) при одном и том же неизменном давлении газовой дыхательной смеси. Декомпрессия водолазов проводится только один раз после выполнения запланированных подводных работ. Естественно, что в случае необходимости группа водолазов может быть заменена, причем одна группа может работать, другая (замененная) проходить декомпрессию в другой барокамере.

Рассмотренная организация погружений очень эффективна. Она обеспечивает высокий уровень производительности труда, экономическую рентабельность подводных работ и их достаточно высокую надежность. Стоимость палубного водолазного комплекса, объединяющего все водолазные средства в данном варианте на судне (платформе)-носителе, значительно меньше стоимости аналогичного комплекса для обслуживания подводных домов хотя бы уже потому, что входит составной частью в эти подводные комплексы как средство подводного или берегового обеспечения.

Надежность всех систем и их техническая обеспеченность у палубного комплекса значительно выше, поскольку в надводных условиях гораздо легче устранить или существенно уменьшить ограничения по энергозатратам, рабочим площадям, массе, габаритам различных устройств, приборов и узлов. В надводных условиях значительно проще организовать питание водолазов, хорошие условия их жизни и отдыха, легче обеспечить всеми видами связи, медицинским и другими видами контроля. Палубные комплексы имеют надежные системы газоснабжения барокамер при жестком контроле за физико-химическими параметрами среды в помещениях (влажность, температура, микрофлора и т. д.).

Важно отметить и такие факторы, как мобильность и быстродействие палубных комплексов как при разворачивании, так и при завершении работ, меньшую зависимость от метеоусловий, лучшие возможности по организации помощи травмированным водолазам, их эвакуации в случае аварии и т. п.

Существующие палубные комплексы позволяют вести работы на больших глубинах. В частности, один из американских комплексов этого типа МК-1 используется для ведения работ на глубинах 260-300 м. Комплекс обеспечивает в цикле "насыщения" нормальную жизнедеятельность четырех водолазов, работающих в две смены по два человека в каждой. Обслуживающие персонал комплекса насчитывает 17 человек. При максимальной продолжительности цикла "насыщенного" погружения в 29 суток (с учетом времени на компрессию и декомпрессию) водолазы могут работать в воде на глубине до 260 м по четыре часа в день в течение 14 суток [23]. Уже используются комплекса для работы на глубинах до 500 м.

Работать под водой можно и в условиях атмосферного давления, если изолировать человека от водной среды, поместив его либо в обитаемый подводный аппарат, либо в специальною камеру, которая доставляется к месту работы и пристыковывается к рабочей площадке под водой. И в том и другом случае рабочий-оператор (водолаз) поднимается на поверхность, не проходя декомпрессии, поскольку на рабочем месте ему организуются "земные условия". Нормобарический метод, при котором в подводной камере создается и поддерживается на время работ атмосферное давление воздуха или газовой смеси, имеет, однако, ряд недостатков. К ним относятся: большие затраты энергии, сложная система регенерации и отвода загрязненного воздуха, опасность отравления персонала, пожара или взрыва во время внезапного повышения объема загрязняющих веществ при выполнении тех или иных технологических операций.

При другом методе выполнения подводных работ - нейтробарическом - рабочая камера заполняется при атмосферном давлении не воздухом, а водой. В этом случае также не существует проблем, связанных с декомпрессией рабочего персонала и опасностью пожаров и взрывов. Не опасно также и загрязнение зоны работ, так как вода, наполняющая камеру, служит ловушкой токсических веществ. При нейтробарическом методе вода из камеры, доставленной в зону работ и установленной на рабочей площадке, не удаляется: в ней лишь понижается давление. Для этого из камеры необходимо откачать весьма незначительный объем воды. Так, для снижения давления от 2 до 0,1 МПа объем воды должен быть уменьшен на одну тысячную; расход требуемой для этого энергии минимален.

Важнейшим фактором при ведении подводных работ является обеспечение безопасности водолазов, находящихся под водой, а также в условиях декомпрессии или "насыщения". Существует четкая регламентация выполнения всех подводных работ, основанная на соблюдении правил охраны труда и использования подводной техники. Кроме того, организована стройная система оперативной и аварийной помощи с использованием ряда специальных технических средств. В число задач, решаемых оперативной системой, входит доставка травмированного или заболевшего водолаза с плавающей базы в стационарный госпитали на побережье (в тех случаях, когда медицинского обеспечения базы недостаточно для оказания помощи водолазу на месте). Если в обычных условиях транспортировка не представляет особых сложностей, то при нахождении водолазов в барокамере, либо под декомпрессией, либо в режиме насыщения она становится проблемой, решить которую можно только с помощью специальных транспортных барокамер с типовыми узлами стыковки, позволяющими им состыковываться как с барокамерами палубных комплексов, так и с барокамерами транспортных вертолетов и стационарного госпиталя на побережье.

Вот один из вариантов транспортировки водолазов. Из барокамеры палубного комплекса водолаза (а в случае необходимости и врача) помещают в состыкованную с ней небольшую транспортную камеру, предварительно создав в ней нужное давление газовой смеси. Затем камеру отстыковывают от барокамеры и подают на вертолетную площадку, где соединяют ее с вертолетной барокамерой, в которую переводят водолаза. Вертолетная барокамера больше транспортной, поэтому в нее можно поместить несколько человек. В госпитале пострадавших переводят в специальный лечебный отсек, где они в процессе декомпрессии получают необходимую медицинскую, в том числе и хирургическую, помощь. Таким же образом, могут быть эвакуированы и здоровые водолазы при возникновении опасной ситуации на самой базе обеспечения (судне, платформе, стационарной буровой вышке и т. д.). Но в ряде аварийных ситуаций (пожар, затопление, резкое фонтанирование) или при плохих погодных условиях вертолетный способ транспортирования может оказаться недостаточно быстродействующим. В этом случае водолазов, находящихся в режиме насыщения или под декомпрессией, эвакуируют с помощью специальных аварийных отсеков, которые входят в состав основного палубного барокомплекса. Например, при возникновении пожара или другой опасности отсек аварийной эвакуации с размещенными в них водолазами отстыковывают от основного комплекса и удаляют из опасной зоны. В случае необходимости отсек может быть спущен на воду и отбуксирован от места аварии к ближайшему судну (или платформе), имеющему на борту водолазный комплекс.

Простейшим вариантом отсека аварийной эвакуации является водолазный колокол. Для дыхания водолазов во время буксировки используются бортовые запасы колокола, а энергия для работы механизмов подается по специальному кабелю с борта буксира. К сожалению, число мест в колоколе, как правило, не превышает двух-трех, поэтому в аварийном варианте можно использовать и подводные аппараты с водолазным отсеком, входящие в состав водолазного комплекса.

Более сложная задача - оказание помощи водолазам, которые в момент аварии надводной базы обеспечения находятся под водой. В этом случае оптимальным вариантом следует считать использование подводного аппарата с водолазным отсеком, поскольку самоходный аппарат может сам отойти от аварийной базы и подойти, например, к судну-спасателю. Возможны и другие варианты. Но так или иначе - ведение на море широких подводных работ в промышленных масштабах невозможно без специальных средств и четко организованной системы оперативной и аварийной помощи водолазам.

На всех этапах качество и производительность подводных работ во многом зависит от опыта и тренированности водолазов. Однако во всех случаях кроме умения выполнять необходимые подводные операции и пользоваться подводным оборудованием и инструментами водолазы должны знать работы, четко представлять обстановку и находить наилучшие способы представления полученной информации.

Как видно из сказанного, наиболее опасные аварийные ситуации на морских месторождениях связаны с фонтанированием подводных скважин, пожарами надводных средств обеспечения, разрушением подводных и надводных сооружений в результате неблагоприятных погодных условий. Борьба с подобными явлениями достаточно сложна и, как правило, требует применения мощных средств, объединенных в единый комплекс на мобильном носителе. Примером такого носителя может служить отечественный океанский спасатель "Ягуар" - представитель серии новейших спасателей универсального типа, способных оказать помощь в штормовых условиях в любой точке Мирового океана. Суда выполняют самые различные спасательные работы, в том числе и водолазные.

Использование водолазных методов труда в других сферах подводной деятельности, таких как судоподъем, строительство и обследование гидротехнических сооружений, обслуживание морехозяйств и тому подобное, достаточно традиционно, но и здесь внедрение новых технических средств и технологических приемов ставит их на более высокую ступень. Так, использование необитаемых и обитаемых подводных аппаратов, снабженных манипуляторами, в значительной мере облегчило работы по обследованию затонувших объектов и особенно по их поиску, обнаружению и подъему на предельных недоступных для водолазов глубинах. Водолазы, работающие в режиме насыщения, способствовали ускорению периода подготовительных работ перед подъемом затонувших судов и других средств.

В исследовательских подводных работах внедрение водолазных методов труда при соответствующем обеспечении техническими средствами может вызвать качественный скачок в развитии ряда научных дисциплин. Так, погружения в режиме насыщения, использование стационарных подводных аппаратов типа "подводный дом" существенно изменили методы ведения работ в области подводной биологии, физиологии, гидрологии и химии, обеспечив длительное пребывание исследователя непосредственно на месте событий.

Широкое внедрение в практику дыхательных аппаратов на сжатом воздухе типа аквалангов привело к качественно новому этапу развития таких наук, как археология, спелеология, ихтиология и др. Акваланги изменили также методику выполнения ряда подводно-технических работ на глубинах до 40-60 м, интенсифицировали и облегчили их, сделав доступными широкому кругу лиц, поскольку упростилась водолазная подготовка при использовании данного вида снаряжения.

Важным критерием при выборе технических средств освоения океана, подготовке персонала и разработке методов ведения операций является экономическая целесообразность ведения подводных работ. В качестве показателя [38], характеризующего эффективность, принимается стоимость работы одного человека на грунте в течение одного часа. Подводный аппарат условно принимается за одного человека независимо от численности экипажа. Удельная стоимость отражает эксплуатационную стоимость всех привлекаемых средств (амортизация техники, расход материалов и ресурсов, вознаграждение личного состава и т. п.).

Наглядное представление о механизме образования стоимости подводной рабочей операции дает формула

(5.1)

где k - вероятность неблагоприятной погоды; Т - объем работы на грунте, подлежащий выполнению, чел.-ч; δТ - объем работы, выполняемой группой водолазов, акванавтов или операторами подводного аппарата, чел.-ч/сут; t₁, t₂, t₃ - общее непроизводительное время, затрачиваемое на спуск, погружение и всплытие (t₁), декомпрессию (t₂), поиск и перемещение к объекту работ (t₃), сут; С_с, С_а, С₀ - суточные затраты по эксплуатации обеспечивающего судна, подводного аппарата и временно привлекаемых средств обеспечения; С₃ - суточная зарплата команды водолазов (акванавтов или операторов ПА); С'_а, С'_з - суточное денежное вознаграждение за спуски команды водолазов (акванавтов или операторов ПА).

В формуле отсутствуют данные о вероятном (возможном) ущербе вследствие загрязнения данного района в ходе ведения работ, а также данные о расходах на защиту окружающей среды.

Приведенные на рис. 5.2 зависимости удельной стоимости выполнения работ даны с учетом стоимости (амортизации) обеспечивающих средств. Зависимости даны в виде зон, так как некоторые параметры каждого из рассматриваемых способов погружения, особенно двух последних, зависят от условий выполнения работы, назначения аппарата и могут изменяться в широких пределах, т. е. оказывать влияние на стоимость при неизменной глубине погружения. Если удельная стоимость подводных работ определяет как бы абсолютные затраты, то эквивалентная стоимость позволяет судить о производительности, т. е. о выполнении объема работ в единицу времени. Производительность при любом способе погружения не является величиной постоянной, а зависит от сложности работ. Поэтому сравнение производительности при различных способах погружения должно вестись для одинаковых рабочих операций. В рассматриваемом случае производительность труда на грунте под водой (выполнение простейших операций, например ремонт и обслуживание кабельных линий связи) определена как производительность человека, выполняющего аналогичную работу в наземных условиях, умноженную на коэффициент потери производительности. Этот коэффициент для каждого способа выполнения работ определяется отношением времени выполнения операции одним человеком в наземных условиях к времени исполнения ее данным способом на грунте под водой. Полученной таким образом производительности труда на грунте под водой соответствует эквивалентная стоимость - стоимость выполняемого объема работ на грунте под водой, эквивалентного объему работ в наземных условиях за один человеко-час.

Рис. 5.2. Удельная (-----) и эквивалентная (-) стоимости работ на грунте в зависимости от глубины погружения. Работы выполнялись: 1 - водолазом; 2 - акванавтом; 3 - с помощью обитаемого подводного аппарата; 4 - с помощью необитаемого подводного аппарата

Анализ данных показывает, что удельная абсолютная стоимость работ, выполняемых акванавтами и водолазами, увеличивается с ростом глубины, когда на стоимость начинают оказывать влияние три основных фактора: ограниченное время пребывания водолаза на грунте, обусловленное режимом декомпрессии, стоимость дыхательных смесей и усложнение способа их подачи и регулирования, денежное вознаграждение, зависящее от рабочей глубины и степени сложности работы. При работе на глубинах, превышающих 60 м, удельная стоимость водолазного труда и эксплуатации обитаемого подводного аппарата становятся примерно одинаковыми. Меньшая стоимость работ акванавтов на глубинах от 60 до 180 м по сравнению с водолазным трудом объясняется тем, что непроизводительная потеря времени, связанная с декомпрессией водолазов при подъеме, у акванавтов сведена до минимума.