基于安全返港要求的船用耐火電纜測(cè)試方法

王 俊,夏華松,程海濤,盧軍軍,輔志輝

(1.中天科技裝備電纜有限公司,江蘇 南通 226010;2.必維船級(jí)社(中國(guó))有限公司,上海 200011)

0 引言

隨著豪華郵輪的規(guī)模和載客量的不斷擴(kuò)大,對(duì)其安全要求也在不斷增強(qiáng)。國(guó)際海事組織(International Maritime Organization,IMO)對(duì)客船的安全性提出了“希望客船在遇到海難事故時(shí),能作為自身的救生艇”的理念,并在2006年8月舉行的海上安全委員會(huì)(Maritime Safety Committee,MSC)上通過(guò)了MSC.216(82)決議,對(duì)《國(guó)際海上人命安全公約》(SOLAS公約) Ⅱ-1/8-1和RegⅡ-2/21& RegⅡ-2/22的相關(guān)條款進(jìn)行了修訂,提出了“安全返港、有序撤離”等強(qiáng)制性要求。2010年6月通過(guò)的MSC.1/Circ.1369給出客船在失火或浸水后對(duì)系統(tǒng)能力評(píng)估的臨時(shí)解釋,對(duì)“安全返港、有序撤離”的含義可描述為:船舶在一定界限內(nèi)發(fā)生火災(zāi)或浸水事故時(shí),能依靠自身的動(dòng)力安全返港,返港過(guò)程中旅客能安全地處于“安全區(qū)域”內(nèi),且滿足基本的生活需求;當(dāng)事故超出安全界限時(shí),重要系統(tǒng)能運(yùn)行3 h以保證有序地撤離?！鞍踩蹈邸⒂行虺冯x”要求間接地對(duì)用于郵輪等客船類的船用耐火電纜也提出了更高等級(jí)的耐火測(cè)試要求,即供火時(shí)間至少需要達(dá)到180 min。而現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)明確了船用耐火電纜耐火測(cè)試時(shí)間最長(zhǎng)為120 min,即尚無(wú)針對(duì)“安全返港、有序撤離”要求制定的耐火測(cè)試方法和判定準(zhǔn)則。

為此,本文將從火焰溫度、供火時(shí)間、振動(dòng)頻率、噴淋方法等方面,對(duì)現(xiàn)行常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)測(cè)試方法和判定準(zhǔn)則進(jìn)行分析和對(duì)比,旨在探討出一種適用于“安全返港、有序撤離”要求的增強(qiáng)型耐火試驗(yàn)方法,對(duì)適用于郵輪船用耐火電纜的耐火等級(jí)給出判定準(zhǔn)則,并就相關(guān)要求對(duì)船用耐火電纜設(shè)計(jì)的影響進(jìn)行解析。

1 船用電纜設(shè)計(jì)要求

船舶電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須滿足“安全返港、有序撤離”要求,而作為連接電氣系統(tǒng)各部分的關(guān)鍵元件的電纜,勢(shì)必也要做出滿足要求的應(yīng)對(duì)性的設(shè)計(jì)變更。

根據(jù)“安全返港、有序撤離”要求,對(duì)于重要系統(tǒng)的電纜,需要滿足以下基本要求:

(1)符合IEC 60331-1:2018和IEC 60331-2:2018標(biāo)準(zhǔn)的耐火電纜。

(2)當(dāng)其通過(guò)火災(zāi)發(fā)生的處所(但不服務(wù)于該處所),而在該處所內(nèi)無(wú)連接件、接頭和與其相連的設(shè)備[1]。

上述(1)項(xiàng)是對(duì)電纜提出的明確要求,即電纜必須是耐火型電纜。根據(jù)IEC 60331-1:2018和IEC 60331-2:2018的標(biāo)準(zhǔn)要求,最大的耐火測(cè)試時(shí)間僅需要滿足120 min,其與“有序撤離”所要求的180 min還存在不小的差距。因此,對(duì)于在安全撤離時(shí)仍然必須保持可用的系統(tǒng),這種等級(jí)的防火電纜會(huì)被視為不適用。

2 船用耐火電纜測(cè)試方法

由于IEC 60331-1:2018和IEC 60331-2:2018標(biāo)準(zhǔn)的耐火電纜不能完全適用,有“安全撤離”要求的系統(tǒng)通常會(huì)有以下2種解決方案:

(1)重要系統(tǒng)應(yīng)冗余設(shè)計(jì)或完全雙套[2]。

(2)對(duì)于穿過(guò)非服務(wù)于此主豎區(qū)的電纜,可以敷設(shè)在A60的電纜通道或者A60分隔區(qū)域內(nèi)[3]。

以上2種方案都是在使用普通耐火電纜的同時(shí),附加了其他補(bǔ)充手段來(lái)滿足要求的,并沒(méi)有對(duì)耐火電纜本身提出更高的要求。

實(shí)際上,也可以從電纜的自身耐火等級(jí)角度考慮,改進(jìn)設(shè)計(jì),提升耐火等級(jí),以滿足180 min的要求。法國(guó)船級(jí)社(BV)的規(guī)范性文件NR 598 DT R01 EImplementationofSafeReturntoPortandOrderlyEvacuation的第4.1條款,即要求耐火電纜具備滿足3 h的線路完整性。

2.1 船用耐火電纜耐火性能要求

目前,IEC系列船用耐火電纜的耐火性能必須滿足IEC 60331-1:2018或IEC 60331-2:2018或IEC 60331-21:1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。在這些標(biāo)準(zhǔn)中,耐火測(cè)試的時(shí)間等級(jí)分別為30、60、90、120 min。

2.2 耐火電纜標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法對(duì)比

除IEC 60331系列耐火電纜以外,在不同的標(biāo)準(zhǔn)體系中,也有其特定的耐火測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。本文列舉并對(duì)比幾個(gè)常見(jiàn)的耐火測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),詳見(jiàn)表1。

2.3 船用耐火電纜增強(qiáng)型耐火試驗(yàn)方法

從耐火電纜標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法對(duì)比可知,現(xiàn)行耐火電纜測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)除BS 6387:2013外,包括船用電纜所執(zhí)行的IEC 60331-1:2018在內(nèi)的其他標(biāo)準(zhǔn)都不包含180 min的測(cè)試要求,因此為了能夠充分證明耐火電纜能滿足“有序撤離”180 min的時(shí)間要求,就必須制定出對(duì)應(yīng)的驗(yàn)證試驗(yàn)方法。以下就此試驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

(1)對(duì)于0.6/1 kV及以下、外徑20 mm及以下電纜,分別有BS 6387:2013和EN 50200:2015標(biāo)準(zhǔn)可以參考。BS 6387:2013標(biāo)準(zhǔn)的CWZ等級(jí)中C類測(cè)試的供火時(shí)間要求恰好為180 min,其主要測(cè)試程序?yàn)榉謩e進(jìn)行950 ℃火焰溫度下3 h水平耐火試驗(yàn)、650 ℃火焰溫度下15 min噴淋耐火試驗(yàn)和950 ℃火焰溫度下15 min沖擊震動(dòng)耐火試驗(yàn)。3組試驗(yàn)均為獨(dú)立進(jìn)行,相較于應(yīng)用場(chǎng)景,不具有典型性和綜合性。

EN 50200:2015標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法與IEC 60331-2:2018的較為接近,且供火、沖擊和噴淋也同時(shí)施加在試驗(yàn)電纜上,但試驗(yàn)要求較高,因此認(rèn)為可予以直接參考引用。試驗(yàn)方法如下:將其作為0.6/1 kV及以下、外徑20 mm及以下電纜的增強(qiáng)型耐火測(cè)試方法的基本程序,并將試驗(yàn)時(shí)間延長(zhǎng)至180 min;從測(cè)試的第165 min開(kāi)始施加噴淋,實(shí)現(xiàn)180 min內(nèi)供火、沖擊和噴淋測(cè)試方法的疊加,最終形成針對(duì)0.6/1 kV及以下外徑20 mm及以下電纜的增強(qiáng)耐火測(cè)試方法。

(2)針對(duì)0.6/1 kV及以下、外徑20 mm以上電纜,結(jié)合IEC 60331-1:2018和BS 8491:2008和NEK TS 606:2016等標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)方法和要求,可以將現(xiàn)行的IEC 60331-1:2018標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法作為基礎(chǔ)程序,保持測(cè)試裝置和測(cè)試程序不變,延長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間至180 min,并從測(cè)試的第165 min開(kāi)始,增加水噴射測(cè)試,持續(xù)15 min,其噴射裝置及測(cè)試程序參考BS 8491:2008。

根據(jù)此測(cè)試方法,被測(cè)耐火電纜將同時(shí)承受持續(xù)180 min的830 ℃火焰燃燒、持續(xù)的間歇性沖擊震動(dòng)和噴射測(cè)試,測(cè)試要求高,適用性全面,實(shí)現(xiàn)180 min內(nèi)供火、沖擊和噴淋測(cè)試方法的疊加,形成針對(duì)0.6/1 kV及以下、外徑20 mm以上電纜的增強(qiáng)耐火測(cè)試方法。

綜上兩類增強(qiáng)型測(cè)試方法,均能充分考量電纜耐受180 min持續(xù)火焰條件下保持線路完整性的能力,因此通過(guò)增強(qiáng)測(cè)試的耐火電纜,都可以聲明該電纜在3 h的火焰條件下,具備保持線路完整性的能力,可以滿足“安全返港,有序撤離”的要求。

當(dāng)然,由于IMO及SOLAS公約中對(duì)于滿足“安全返港,有序撤離”要求的耐火電纜,并沒(méi)有提出關(guān)于180 min耐火的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求,且各船級(jí)社規(guī)范中也未做詳細(xì)規(guī)定,因此,以上探討的增強(qiáng)測(cè)試方法的可行性,還需要得到船級(jí)社乃至用戶的認(rèn)可,方可確定實(shí)施。

3 增強(qiáng)型耐火測(cè)試方法的影響

通過(guò)對(duì)常規(guī)船用耐火電纜采用上述設(shè)計(jì)的增強(qiáng)型耐火測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試,其測(cè)試結(jié)果均無(wú)法滿足判定準(zhǔn)則。經(jīng)分析失效原因,大多受供火時(shí)長(zhǎng)和附加噴淋測(cè)試的影響,因此可以推斷常規(guī)船用耐火電纜的耐火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無(wú)法滿足“安全返港、有序撤離”的要求。最終通過(guò)對(duì)耐火結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并通過(guò)了增強(qiáng)型耐火測(cè)試,證明了該增強(qiáng)型耐火測(cè)試方法具有可行性。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)“安全返港,有序撤離”相關(guān)規(guī)定及要求的理解發(fā)現(xiàn),為滿足郵輪等客船類船舶的應(yīng)用需求,并保證其安全性,增強(qiáng)型船用耐火電纜耐火試驗(yàn)方法必須具備以下特點(diǎn):

(1)滿足“安全返港,有序撤離”要求的180 min安全時(shí)間,并充分考慮了火災(zāi)環(huán)境下的沖擊和噴淋因素。

(2)對(duì)船用耐火電纜是否滿足郵輪等客船類船舶的“安全返港,有序撤離”要求提供了一種可行的評(píng)估方法,為船用耐火電纜敷設(shè)方案的優(yōu)化和安全等級(jí)的提升提供了可測(cè)量性和可靠性指標(biāo)。