控制室和現(xiàn)場機(jī)柜室電纜進(jìn)線密封設(shè)計(jì)探討

王同堯

（中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波315103）

隨著石油化工生產(chǎn)裝置對安全要求的提高，把本質(zhì)安全、HSE貫穿在設(shè)計(jì)工作的全過程是設(shè)計(jì)人員的首要任務(wù)。在確定了控制室（CR）和現(xiàn)場機(jī)柜室（FAR）電纜進(jìn)線方案后，進(jìn)線洞口的密封設(shè)計(jì)也應(yīng)給予足夠重視，因?yàn)槊芊庑阅艿暮脡牟坏c安全有關(guān)，而且與室內(nèi)的操作環(huán)境和人身健康有關(guān)；其次需考慮施工、維護(hù)、投資等其他因素。在對SH／T 3006—2012《石油化工控制室設(shè)計(jì)規(guī)范》問題的咨詢中，涉及抗爆電纜密封模塊的問題較多，如抗爆建筑物是否一定要采用抗爆電纜密封模塊，采用抗爆電纜密封模塊時(shí)需要供應(yīng)商提供哪些相關(guān)證書，其他形式的密封產(chǎn)品是否滿足抗爆要求等?，F(xiàn)結(jié)合工程實(shí)踐對CR和FAR電纜進(jìn)線洞口的密封設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

1 對電纜進(jìn)線洞口密封性能的技術(shù)要求

電纜進(jìn)線洞口的密封性能體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，也是設(shè)計(jì)需要達(dá)到的基本技術(shù)要求：

1）防火阻燃性。電纜封堵材料首先要具備防火性能，能夠防止或延遲電纜自身發(fā)熱自燃或外界明火燃燒造成的火災(zāi)蔓延。其次，應(yīng)提供國家防火建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心根據(jù)GB 23864—2009《防火封堵材料》出具的防火證書。

2）水密性。電纜封堵材料要具備防水性能，防止有害液體、水或蒸汽通過電纜進(jìn)線洞口進(jìn)入室內(nèi)。

3）氣密性。電纜封堵材料要能夠防止可燃、有毒氣體通過電纜進(jìn)線洞口進(jìn)入室內(nèi)，同時(shí)滿足防塵要求。

4）防鼠。老鼠進(jìn)入CR和FAR后，不但會(huì)侵咬電纜威脅系統(tǒng)運(yùn)行，而且影響操作人員的身體健康。例如某石化企業(yè)的CR內(nèi)進(jìn)入老鼠后，將鼠藥放置在機(jī)柜間的活動(dòng)地板下，由于不能確定死鼠的具體位置而無法清除死鼠，造成夏季死鼠腐爛，腐臭氣味充滿整個(gè)CR，嚴(yán)重危害到操作人員的身體健康。

5）環(huán)保性。防火封堵材料不應(yīng)含有鹵族元素，高溫下不應(yīng)產(chǎn)生毒性煙氣帶來次生危害。防火封堵材料應(yīng)具有國外檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)根據(jù)DIN 38414－S17或者國家建筑材料測試中心根據(jù)GB／T 20285—2006《材料產(chǎn)煙毒性危險(xiǎn)分級》出具的無鹵檢驗(yàn)報(bào)告。國內(nèi)檢測報(bào)告按產(chǎn)煙濃度、麻醉性、刺激性檢測分別要達(dá)到安全級。

6）重復(fù)施工性。石化裝置控制系統(tǒng)常常需要更換或增補(bǔ)電纜，因而CR和FAR電纜進(jìn)線洞口的密封材料最好具有可拆和重復(fù)施工性。

7）抗爆性。對于抗爆結(jié)構(gòu)的CR和FAR，當(dāng)電纜進(jìn)線洞口位于室外地面以上時(shí)，應(yīng)要求洞口封堵產(chǎn)品具有抗爆性能。是否具備防爆性能需要第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)出具測試報(bào)告。該類產(chǎn)品有國外機(jī)構(gòu)提供的抗爆證書，該測試報(bào)告的依據(jù)是DIN EN 13123—1 《Windows， Doors and Shutters Explosion Resistance—Requirements and Classification Part1：Shock Tube》和 DIN EN 13124—1 《Windows， Doors and Shutters Explosion Resistance—Test Method Part1：Shock Tube》。類似產(chǎn)品國內(nèi)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)是國家民用爆破器材質(zhì)量檢測中心、總參工程兵科研三所，但是否承接該類產(chǎn)品的測試還在探討中。

8）防爆。當(dāng)電纜封堵產(chǎn)品用于盤箱柜時(shí)應(yīng)要求具有防爆性能。是否具備防爆性能需要第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)出具防爆證書。

2 電纜進(jìn)線洞口的密封形式

電纜進(jìn)線洞口的密封性能與防火封堵材料的性能有關(guān)。國內(nèi)防火封堵材料是在借鑒國外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的，從沙袋、防火膠泥、澆注型防火封堵材料到阻火包。GB 23864—2009《防火封堵材料》頒布后，許多防火封堵材料相繼誕生，如防火封堵板材、泡沫封堵材料、防火密封條、阻火包帶、阻火模塊等。文獻(xiàn)［1］中將防火封堵材料按用途分為洞口用防火封堵材料、縫隙用防火封堵材料、塑料管用防火封堵材料三個(gè)大類。

CECS 154—2003《建筑防火封堵應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》第3.3.2條規(guī)定：“單根電纜或電纜束貫穿孔口的防火封堵應(yīng)符合下列規(guī)定：當(dāng)貫穿孔口直徑大于150mm時(shí)，應(yīng)采用無機(jī)堵料防火灰泥，或有機(jī)堵料如防火發(fā)泡磚、礦棉板，或防火板并輔以有機(jī)堵料如膨脹型防火密封膠，或防火泥等封堵”。

目前工程中常用的電纜進(jìn)線洞口密封形式主要包括：采用模塊式電纜密封系統(tǒng)，簡稱為電纜密封模塊；采用絕緣阻燃多功能封堵劑現(xiàn)場澆注；電纜膠泥封堵。

3 不同密封形式的特點(diǎn)

每一種密封形式都不是十全十美的，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在了解各種密封形式特點(diǎn)的基礎(chǔ)上揚(yáng)長避短，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行選取，以滿足工程需要。

1）電纜密封模塊是從國外造船、海上石油平臺(tái)成功應(yīng)用后引入國內(nèi)的，其優(yōu)良的抗爆、防火、氣密、水密、環(huán)保、防鼠、可變內(nèi)徑、重復(fù)穿越、壽命長等性能得到了用戶的肯定?？勺儍?nèi)徑、可重復(fù)穿越、可預(yù)留面積的特性為后期更換增補(bǔ)電纜提供了方便。其抗爆特性能夠滿足CR和FAR室外地面以上進(jìn)線的抗爆需求。但與其他密封形式相比，除了價(jià)格因素外，由于設(shè)計(jì)原理的不同，該模塊采取單根電纜穿越，機(jī)械外力密封，在達(dá)到隔絕空氣嚴(yán)密防火密封性能的同時(shí)，導(dǎo)致了電纜填充率（CECS 154中定義為電纜穿越貫穿洞口時(shí)，電纜線總截面面積與貫穿洞口面積的百分比值）的下降。在同樣電纜數(shù)量下，因需要的進(jìn)線洞口面積增大導(dǎo)致費(fèi)用增加，電纜進(jìn)線施工區(qū)域增大，易受施工期間防水問題困擾。

2）采用防火阻燃材料現(xiàn)場澆注的密封形式在工程中一直有所應(yīng)用。該封堵材料有國內(nèi)產(chǎn)品，也有進(jìn)口的多功能封堵劑。產(chǎn)品包括罐裝的膨脹劑和清洗劑，清洗劑用于澆注前的工作面清洗以增加絕緣膨脹劑與電纜的粘附度。為確保密封效果和平整美觀，通常需要在墻體內(nèi)外兩側(cè)實(shí)施澆注。洞口較大時(shí)可考慮加裝金屬分割和支撐，密封后與電纜連成整體，除具備基本密封性能外，還具有電纜填充率高、施工便捷、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，更換增補(bǔ)電纜后需再行澆注。因該類產(chǎn)品的抗爆性能檢測還在與國內(nèi)檢測機(jī)構(gòu)接洽之中，能否取得抗爆證書尚無結(jié)論。采用該密封形式時(shí)，需供應(yīng)商提供材料的阻燃測試報(bào)告；設(shè)計(jì)需提供采購料單。

3）防火電纜膠泥封堵也是傳統(tǒng)的密封形式，因其具有良好的可塑性、粘合性、施工方便、費(fèi)用低等特點(diǎn)沿用至今。由于電纜膠泥使用幾年后可能產(chǎn)生干縮現(xiàn)象導(dǎo)致密封性能降低，通常采用洞口電纜膠泥封堵外面加充沙的方式加以彌補(bǔ)，但會(huì)帶來防潮問題。充沙不能獨(dú)立作為電纜進(jìn)線洞口的防火封堵形式，只能作為防火密封輔助措施，該密封形式不具有抗爆性能。采用該密封形式時(shí)，其材料應(yīng)滿足文獻(xiàn)［1］的要求。通常設(shè)計(jì)可不提供采購料單，由施工單位做出施工預(yù)算和備料。

4 電纜進(jìn)線口密封形式的選擇

采用哪種密封形式與電纜的進(jìn)線方式、項(xiàng)目地域、業(yè)主要求、投資費(fèi)用、項(xiàng)目審查團(tuán)隊(duì)和設(shè)計(jì)人員的觀念等因素有關(guān)。首先根據(jù)項(xiàng)目的規(guī)模、電纜數(shù)量、地域特點(diǎn)、業(yè)主習(xí)慣確定采用室外地面上進(jìn)線還是室外地面下進(jìn)線，進(jìn)而確定電纜進(jìn)線洞口的密封形式。然后，根據(jù)電纜數(shù)量確定電纜進(jìn)線洞口的數(shù)量和規(guī)格。電纜進(jìn)線洞口密封形式的選擇直接決定了電纜進(jìn)線洞口的數(shù)量和大小，在提出電纜進(jìn)線洞口的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條件之前，必須確定電纜進(jìn)線洞口的密封形式。

抗爆建筑物的電纜進(jìn)線洞口并非一定要采用抗爆電纜密封模塊。如果采用在室外地面以上的外墻上進(jìn)線方式，則需要采用抗爆電纜密封模塊進(jìn)行洞口密封；如果采用在室外地面以下的外墻上進(jìn)線方式，則三種密封形式均可采用，因?yàn)槭褂迷谑彝獾孛嫦碌目贡δ芤驯淮蟮?、電纜進(jìn)口圍堰及充沙等措施所取代。此時(shí)采用哪種密封形式主要取決于用戶、設(shè)計(jì)單位和個(gè)人控制投資的意識(shí)和力度以及其他因素。比如對于地下進(jìn)線采用抗爆電纜密封模塊，有的設(shè)計(jì)單位在項(xiàng)目審查中被視為過度設(shè)計(jì)，有的設(shè)計(jì)單位則普遍采用。對此，沒有對錯(cuò)之分，只是取舍的側(cè)重面不同。

5 采用電纜密封模塊需關(guān)注的問題

抗爆電纜密封模塊與傳統(tǒng)的防火封堵材料不同，在設(shè)計(jì)時(shí)需關(guān)注以下問題。

5.1 電纜洞口面積驗(yàn)證

因電纜密封模塊固有的“單根電纜密封”特性，在確定的面積下不可能通過調(diào)整穿越方式增加電纜填充率，即電纜穿越所需的面積是不可壓縮的。在電纜數(shù)量和規(guī)格沒有最終確定的條件下，需要預(yù)估CR和FAR的電纜進(jìn)線洞口面積和規(guī)格，以滿足建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)條件，為了避免出現(xiàn)電纜進(jìn)線洞口面積不足的情況，建議按下列程序設(shè)計(jì)：

1）根據(jù)CR或FAR管轄裝置控制系統(tǒng)的I／O點(diǎn)數(shù)量、常用多芯電纜對數(shù)，估算出幾種常用規(guī)格電纜數(shù)量，且估算的電纜數(shù)量足以滿足控制系統(tǒng)I／O點(diǎn)數(shù)量的要求，并留有余量。

2）查出這幾種電纜的外徑。各電纜品牌同一規(guī)格電纜外徑不同，但面積估算時(shí)外徑不同可忽略不計(jì)。

3）將估算的電纜數(shù)量、規(guī)格、外徑、要求的洞口規(guī)格、每個(gè)洞口的備用余量等信息提交給電纜密封模塊供應(yīng)商，供應(yīng)商利用專用軟件設(shè)計(jì)出每個(gè)洞口的電纜排列工程圖。

4）在供應(yīng)商提供的工程圖基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮不同等級電纜、來往電氣配電室（MCC）電纜是否分洞口排列等要求，確定電纜進(jìn)線洞口的面積和規(guī)格，以此為依據(jù)提出建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)條件。

5.2 需提供相關(guān)證書

抗爆電纜密封模塊相關(guān)的報(bào)告證書既有國外檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)出具的，也有國內(nèi)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)出具的。在采用時(shí)需供應(yīng)商提供下列相關(guān)證書：

1）抗爆證書。由第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)出具的抗爆測試報(bào)告和國外機(jī)構(gòu)提供的抗爆證書，該類產(chǎn)品的國內(nèi)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)測試目前處于接洽中。

2）防火證書。由國家防火建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心依據(jù)文獻(xiàn)［1］出具的耐火完整性報(bào)告。

3）氣密水密性檢驗(yàn)證書。目前提供的也是國外檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)出具的報(bào)告。

4）無鹵檢驗(yàn)證書。有國外檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)依據(jù)DIN 38414－S17出具的報(bào)告、國家建筑材料測試中心依據(jù)GB／T 20285—2006《材料產(chǎn)煙毒性危險(xiǎn)分級》出具的報(bào)告兩種。

除了要求上述涉及安全、環(huán)保的證書外，對其防鼠性能、可變徑范圍、安裝方便性等也需進(jìn)行考量，盡可能提升所用產(chǎn)品的性價(jià)比。

5.3 縮小電纜進(jìn)線洞口面積的建議

對于縮減電纜進(jìn)線洞口面積的需求，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，下列措施可以考慮：

1）盡可能采用大接線箱。采用較粗的多芯電纜以減少電纜數(shù)量，可有效降低電纜所需的穿越面積。模塊的可變徑范圍達(dá)10mm，充分利用可變徑范圍可有效提升電纜的填充率。例如16mm×2mm×1.5mm電纜外徑為24mm，8mm×2mm×1.5mm電纜外徑為19mm，二者采用的模塊面積相同，二者外徑相差的5mm被變徑范圍（多層橡膠密封圈）所取代。因此，當(dāng)項(xiàng)目采用電纜密封模塊時(shí)，建議盡可能不采用10對以下的多芯電纜。

2）在產(chǎn)品系列中首選大框型。該方式將每個(gè)洞口大金屬框內(nèi)分割成多個(gè)寬度相同的獨(dú)立密封間隔（小框），每個(gè)小框有4種高度可選，不同高度的小框中其上部壓緊件所占空間相同，因此，選用大框型可提高電纜的填充率，減少開洞尺寸。

6 結(jié)束語

CR和FAR電纜進(jìn)線洞口的密封設(shè)計(jì)并不復(fù)雜，但卻關(guān)乎消防安全、室內(nèi)操作環(huán)境及人身健康，需在設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)各個(gè)環(huán)節(jié)給予重視。每一種密封形式都有其可選擇的特點(diǎn)，具體選擇時(shí)要結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)地域、裝置規(guī)模、業(yè)主要求、投資費(fèi)用、不同密封形式性價(jià)比等因素綜合考慮，選取符合項(xiàng)目要求的密封形式。

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［3］經(jīng)建生，倪照鵬，杜霞，等.CECS 154—2003建筑防火封堵應(yīng)用技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

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［7］DIN EN 13123－1Windows，Doors and Shutters Explosion Resistance—Requirements and Classification Part1：Shock Tube［S］.DIN，2001.

［8］DIN EN 13124－1Windows，Doors and Shutters Explosion Resistance— Test Method Part1：Shock Tube［S］.DIN，2001.

［9］李云浩，沈金波.我國電線電纜防火封堵現(xiàn)狀［J］.消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2011（05）：51－53.