模塊式電纜密封裝置在FPSO電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

趙日升，龔潔2，李淑婧

(1.上海外高橋造船有限公司，上海 200137；2.無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214121)

浮式儲(chǔ)油船 (floating production, storage and offloading facilities) FPSO作業(yè)時(shí)很多區(qū)域?qū)儆诟呤Щ鹞ｋU(xiǎn)區(qū)域，處于這些危險(xiǎn)區(qū)域的電纜，其電纜密封防爆級(jí)別要求很高。并且FPSO配置的電氣設(shè)備多，全船使用電纜數(shù)量超過1萬根，其電纜量相當(dāng)于普通散貨船的3～4倍。電纜通過船艙時(shí)會(huì)破壞原有的防護(hù)完整性，一旦發(fā)生事故會(huì)構(gòu)成“導(dǎo)火線效應(yīng)”，同時(shí)火災(zāi)發(fā)生后有毒煙氣通過貫穿孔道的蔓延，也將嚴(yán)重危害人生財(cái)產(chǎn)安全[1]。因此，選用適合在FPSO項(xiàng)目上使用的電纜密封裝置，滿足FPSO這樣高規(guī)格的要求，合理地設(shè)計(jì)電纜密封裝置，以保障電纜穿艙密封時(shí)艙壁的完整性，顯得尤為重要。為此，比較幾種形式的電纜密封裝置的性能及特性，針對(duì)模塊式電纜密封裝置的選擇方法以及排版圖中電纜位置的合理繪制方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保證電纜穿艙時(shí)候的電纜密封的完整性。

1 電纜密封裝置

電纜密封裝置是指設(shè)置在電纜穿過船舶艙壁和甲板處，為保證艙壁和甲板的原有水密和防火性所采用的裝置。常用的電纜密封裝置有3種，對(duì)比見表1。

1.1 澆注式電纜密封裝置

澆注式電纜密封裝置是一種在電纜筒或電纜框中灌注流態(tài)密封填料，填充于電纜框與電纜、電纜與電纜之間空隙中，施工時(shí)兩組份混合粉料劑和輔助液混合調(diào)勻，使其反應(yīng)膨脹以起到耐火和密封的作用。水密性能和氣密性能良好，可以滿足A-60防火等級(jí)以及防爆要求。但是由于其是通過化學(xué)作用產(chǎn)生的膨脹特性，因此澆注式電纜密封裝置在使用的時(shí)候需要干燥時(shí)間，需要在現(xiàn)場(chǎng)施工后等待較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到完全干燥固化，并且在填料密封以后如果再增加電纜，只能將膨脹堵料完全破壞之后才能重新增加電纜，電纜密封需要重新施工一遍，不僅浪費(fèi)材料而且施工周期長(zhǎng)[2]。

1.2 防火套管式電纜密封裝置

防火套管式電纜密封裝置由防火密封膠和防火套管組成。裝置整體性能達(dá)到A-60級(jí)防火等級(jí)，水密、氣密性能較好，可以滿足防爆要求。現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，防火密封膠密封后需要1～2 h即可達(dá)到充分固化。具有電纜占據(jù)率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便等特點(diǎn)，并具有可拆性的優(yōu)點(diǎn)。但是其使用的防火密封膠由于其化學(xué)特性，有使用有效期限制。

1.3 模塊式電纜密封裝置

模塊式電纜密封裝置英文名稱為Multi-Cable-Transit(簡(jiǎn)稱MCT)，是由框架、模塊、壓緊裝置、隔層板及附件組合而成的電纜密封裝置。通過模塊壓緊電纜的方式達(dá)到密封效果。不需要固化時(shí)間，有非常好的水密性和氣密性，滿足防爆等級(jí)要求，可以達(dá)到EMC電磁屏蔽的性能要求。可以通過更換備用模塊方便地增加電纜，施工方便，使用壽命長(zhǎng)。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，模塊式電纜密封裝置相比于其他兩種電纜密封裝置，具有更好的水密性和氣密性，安全性高、安裝速度快、易于增加電纜、檢驗(yàn)性強(qiáng)、適應(yīng)性更靈活的優(yōu)點(diǎn)。適合FPSO這種電纜使用量大、電纜密封要求嚴(yán)苛、電纜增加頻繁的海洋工程造船項(xiàng)目使用。

2 模塊式電纜密封裝置設(shè)計(jì)

模塊式電纜密封裝置由框架、模塊、壓緊裝置、隔層板及附件組合而成。框架是用于封裝填充模塊、壓緊裝置的金屬結(jié)構(gòu)件，按照形狀分為圓形和方形兩種，以焊接的方式安裝在甲板或艙壁上預(yù)先開好的電纜穿艙孔中，材質(zhì)一般為碳鋼、不銹鋼或鋁。方形框架有4種規(guī)格，可以以水平或者垂直的方式組成多聯(lián)框架。多孔框架由2個(gè)或更多的框架在水平或垂直方向上排列而成的。當(dāng)框架在垂直方向排列擴(kuò)展時(shí)，用“+”表示，當(dāng)框架在水平方向排列時(shí)，用“×”表示。填充模塊是用于穿越電纜和填充框架的方形模塊，分為標(biāo)準(zhǔn)模塊、備用模塊和附加型模塊。壓緊裝置是用于壓緊和封裝整個(gè)模塊式電纜密封件的裝置，包括隔層板，壓緊塊和緊固件。

2.1 類型的選擇

模塊式電纜密封裝置根據(jù)防火等級(jí)的不同，分為普通型、防爆型和H級(jí)。在選擇模塊式電纜密封裝置類型時(shí)，先要核對(duì)其所處位置在防火劃分圖中的對(duì)應(yīng)的防火等級(jí)，根據(jù)表2選用相應(yīng)類型的模塊式電纜密封裝置。

2.2 框架型號(hào)的選擇

模塊式電纜密封裝置的框架在形式上主要有圓形和方形兩種，而方形框架又分為不帶法蘭邊和帶法蘭邊兩種。圓形框架通常被用于有防火等級(jí)要求的甲板、艙壁或者電纜保護(hù)管上的電纜密封。帶法蘭邊的方形框架由于使用螺栓固定，無需焊接不會(huì)破壞設(shè)備外殼，常被用于設(shè)備進(jìn)線口密封。不帶法蘭邊的方形框架可用于有防火等級(jí)要求的甲板和艙壁上的電纜密封。

表2 艙壁防火等級(jí)與模塊式電纜密封裝置類型對(duì)照

確定框架的形式后，再根據(jù)穿過框架的電纜數(shù)量、電纜外徑尺寸，來確定框架的大小。通常需要使用專業(yè)的計(jì)算軟件來計(jì)算框架大小，并且要最少保留30%左右的電纜備用余量[3]。如果穿過框架的電纜，在框架兩端使用的電纜托架支撐固定電纜，為保證電纜可以垂直的穿入模塊式電纜密封裝置，則框架的大小還需要與框架兩端電纜托架的寬度來匹配，即電纜托架的寬度與框架的內(nèi)部寬度相差不超過40 mm，例如電纜托架的寬度是單層400 mm，就可以選用寬度為380 mm的6×3型號(hào)的框架。可以根據(jù)表格3、4來選擇框架的尺寸型號(hào)。

表3 單層電纜托架與框架對(duì)照表 mm

表4 雙層電纜托架與框架對(duì)照 mm

2.3 模塊的選擇

對(duì)于已知外徑的電纜選用標(biāo)準(zhǔn)填充模塊。對(duì)于框架內(nèi)不穿電纜的空間使用備用模塊來填充。如果無法確定電纜準(zhǔn)確的外徑則可以選用附加型模塊。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)填充模塊，可根據(jù)經(jīng)過模塊式電纜密封裝置的電纜的外徑匹配，見表5。

表5 模塊與電纜外徑選型表 mm

不同廠家的模塊代碼和適配電纜直徑有所不同，具體模塊選擇需按照具體項(xiàng)目廠家提供的資料進(jìn)行匹配。

2.4 模塊式電纜密封裝置排版圖的設(shè)計(jì)

當(dāng)有多根電纜穿過模塊式電纜密封裝置時(shí)，不同外徑尺寸、不同類型的電纜可以處于框架中的任何位置，現(xiàn)場(chǎng)工人對(duì)模塊式電纜密封裝置敷設(shè)電纜時(shí)，在不了解整體電路走向布局的情況下，施工時(shí)就無法保證整條電纜路徑上電纜敷設(shè)的合理性、正確性。這就需要設(shè)計(jì)人員對(duì)電纜在密封裝置中的位置進(jìn)行排布，繪制模塊式電纜密封裝置排版圖，以便現(xiàn)場(chǎng)工人敷設(shè)電纜時(shí)，可以根據(jù)電纜在排版圖中的位置來敷設(shè)電纜。通常情況下，排版圖的繪制工作是通過模塊式電纜密封裝置的專用軟件來制作完成。但是專用軟件只能在繪制排版圖時(shí)按照電纜外徑大小排序，把外徑大的電纜排布在框架底部，外徑小的電纜在框架的上部，無法根據(jù)模塊式電纜密封裝置所在的整條電纜路徑上電纜的排布位置情況調(diào)整電纜在框架中的位置，模塊式電纜密封裝置排版示例見圖1。

圖1 模塊式電纜密封裝置排版示例

圖1中電纜類型為CH開頭的是信號(hào)對(duì)絞電纜，CJP開頭的是低壓動(dòng)力電纜。從圖1可以看出，軟件運(yùn)行出來的排版圖把信號(hào)對(duì)絞電纜與低壓動(dòng)力電纜混合排列在同一層中，這樣的排列會(huì)對(duì)信號(hào)電纜產(chǎn)生干擾。這時(shí)就需要設(shè)計(jì)人員對(duì)排版圖再進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整繪制。繪制排版圖原則如下。

1)對(duì)于不同電纜類型的電纜，比如低壓動(dòng)力電纜、信號(hào)對(duì)絞電纜，應(yīng)盡量把同種類型的電纜排布在同一個(gè)框中，以保證不同類型的電纜不會(huì)相互干擾。如果有中壓電纜、高壓電纜、變頻電纜以及天線電纜，要盡量保證他們有各自單獨(dú)的電纜路徑，盡量不敷設(shè)在同一個(gè)模塊式密封電纜裝置中[4]。對(duì)于單芯電纜，應(yīng)保證組成三相的三根單芯電纜排布在同一個(gè)框中，按照三角形或品字形排布，并且隔層板要選用不銹鋼材質(zhì)。對(duì)于本安電纜應(yīng)盡量保證其有單獨(dú)的電纜路徑，如果由于條件限制無法保證的，也應(yīng)該盡量使其不與其他電纜排布在同一個(gè)框中，或者盡量遠(yuǎn)離排布。

2)根據(jù)穿過框架的電纜編號(hào)，在電纜冊(cè)中查找完整的電纜節(jié)點(diǎn)路徑，根據(jù)該路徑的起始設(shè)備位置及終止設(shè)備位置判斷電纜在模塊式電纜密封裝置兩端電纜托架上所處的位置，然后根據(jù)電纜托架與模塊式電纜密封裝置對(duì)應(yīng)的位置決定電纜在模塊式電纜密封裝置所處的位置。

3)查看模塊式電纜密封裝置兩端電纜托架的類型，如果是單層托架，模塊式電纜密封裝置的電纜排布從框架底部開始排。如果是雙層、三層或者四層托架，則需要根據(jù)上下層電纜托架的層間距，以能保證電纜垂直穿入模塊式電纜密封裝置為原則，來排布電纜。以保證電纜走向盡量平直[5]。

4)處在框架中兩個(gè)隔層板之間同一層的電纜，應(yīng)選用同等大小的模塊。例如一個(gè)框架中左側(cè)排布的一個(gè)60模塊，上下各有一個(gè)隔層板，60模塊的右側(cè)上下排布4個(gè)30模塊。上下排布的2個(gè)30模塊中間無法放置隔層板，這將會(huì)導(dǎo)致上下排布的2個(gè)30模塊無法被壓緊，會(huì)產(chǎn)生漏氣的情況。

5)根據(jù)框架以及框架兩側(cè)電纜托架的位置，來決定壓緊件的位置。如果框架的安裝位置底部與托架底部齊平，則壓緊件應(yīng)排布在框架上側(cè)。如果框架的安裝位置底部比托架底部低40 mm，則壓緊件應(yīng)拍不在框架下側(cè)。這樣排布?jí)壕o件的位置，可以確保電纜在穿過模塊時(shí)，處于模塊的中心位置。

3 結(jié)論

通過分析模塊式電纜密封裝置的特點(diǎn)，根據(jù)其所處區(qū)域位置不同，得出模塊式電纜密封裝置類型的設(shè)計(jì)選擇方法。通過數(shù)據(jù)及典型圖分析模塊式電纜密封裝置類型、框架及模塊的尺寸、型號(hào)設(shè)計(jì)選擇方法。并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)常發(fā)生的問題，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)分析模塊式電纜密封裝置排版圖的繪制方法。使得科研設(shè)計(jì)人員可以有效提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，從而減少在工程項(xiàng)目后期拉放電纜時(shí)產(chǎn)生的電纜密封裝置發(fā)生漏水漏氣，密封不嚴(yán)無法通過報(bào)驗(yàn)等問題。