宋永強，馬仕躍，何小超

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本安電纜在海洋工程中的應用研究

宋永強，馬仕躍，何小超

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266555）

目前海洋工程項目存在對本安電纜特性認識不足、本安電纜施工不夠規(guī)范等問題，基于理論用于指導施工的原則，文章對本安電纜的防爆原理和性能特點進行分析研究，給出了確定最大實際敷設長度的理論方法，以及敷設基本原則，這對本安電纜施工具有指導意義，將使本安電纜在海洋工程中的應用更加科學規(guī)范。

本安電纜 防爆 敷設 海洋工程

0 引言

本安防爆系統(tǒng)一般由三部分組成：現(xiàn)場本安設備、本安電纜、關(guān)聯(lián)設備（安全柵），本安電纜作為本安防爆系統(tǒng)的組成部分，除具有一般工業(yè)使用的電纜的特性外，還必須具有低電容、低電感、屏蔽性能優(yōu)異、高可靠性等特點[1]，因此在海洋石油鉆采平臺、FPSO等海洋工程項目中，油漆存儲間、蓄電池間、一些含高危易爆氣體泵艙等IEC規(guī)定的危險場所0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)都可應用本安電纜[2]。

1 本安電纜防爆原理

電火花和熱效應是引起易燃易爆性危險氣體爆炸的主要原因。本安防爆系統(tǒng)就是通過限制電火花和熱效應這兩個點燃源的能量來實現(xiàn)防爆要求，在正常工作或故障狀態(tài)下，當回路可能產(chǎn)生的電火花或熱效應的能量小于一定程度時，爆炸性危險氣體就不可能爆炸。從限制能量的原理入手，本安系統(tǒng)回路中，作為傳輸控制或信號的電纜，可靠地將其電壓或電流限制在一個標準規(guī)定的范圍內(nèi)，以保證儀表在正常工作或發(fā)生短接和元器件損壞等故障情況下產(chǎn)生的電火花和熱效應不至于引起周圍可能存在的危險氣體的爆炸。

2 性能特點

一般本安電纜結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。本安電纜具有優(yōu)異的耐溫性能、阻燃性能、電氣性能、耐油泥性能。

圖1 本安電纜結(jié)構(gòu)示意圖

海洋工程領(lǐng)域應用的本安電纜一般需要滿足以下技術(shù)要求：

1）在環(huán)境溫度-35 ℃～+80 ℃的條件下，既能正常工作，外護套不能發(fā)生開裂現(xiàn)象。電纜敷設溫度不低于0 ℃，通過CSA 22.2規(guī)定的相關(guān)低溫性能試驗。

2）充斥油氣的高危區(qū)域，本安電纜要求低煙無鹵阻燃，且必須滿足甚至高于IEC-60332-3-22規(guī)定的A類成束阻燃的規(guī)定。

3）最小彎曲半徑必須滿足GB50168-2016標準規(guī)定。

4）為滿足整個本安系統(tǒng)的可靠運行，本安電纜需滿足低電容、低電感，優(yōu)異的屏蔽性能，電容、電感電阻比滿足BS 5308的相關(guān)標準規(guī)定。

5）需要具有優(yōu)異的耐油污、耐泥漿性能，滿足：海上平臺用無鹵-防泥漿電纜NEK 606-2016相關(guān)耐泥漿試驗的標準規(guī)定。

3 敷設最大理論長度

海洋工程領(lǐng)域電纜敷設是一個系統(tǒng)工程，由于本安電纜存在分布電容和分布電感，可以將其作為儲能設備，在電信號傳輸?shù)倪^程當中不可避免的存儲能量，一旦線路出現(xiàn)開路或短路，就會影響本安系統(tǒng)的本安性能。因此有必要明確電纜的允許分布電容和允許分布電感，限制敷設長度和感應電動勢所帶來的附加非本安能量[3]。

本安電纜的分布電容和分布電感在一定程度上決定了本安系統(tǒng)的合理性和使用范圍。在本安系統(tǒng)中，現(xiàn)場本安儀表和本安電纜同為安全柵的負載，當安全柵與現(xiàn)場儀表選定后，也就決定了單根電纜的最大敷設長度，計算公式如下：

設計必須在用于施工的相關(guān)文件中清楚描述應用的本安電纜的最大敷設長度，用于指導工程施工。

4 本安電纜施工

4.1 敷設難點

由于本安電纜內(nèi)部電流微弱，傳輸?shù)亩际俏⑷醯碾娦盘枺仨毨卫伟盐赵O計要求的最大敷設長度，但現(xiàn)場施工因敷設路徑改變等影響，實際敷設長度會出現(xiàn)超出設計要求的最大敷設長度的情況。

另外如果受到其他磁場的干擾，會導致信號失真，嚴重的甚至導致電路中的電流值超過安全的范圍，所以各大船級社對本安電纜的敷設都有相關(guān)的要求。例如中國船級社規(guī)定，每個本質(zhì)安全電路應具有各自的專用電纜，并應與非本質(zhì)安全電路的電纜分開敷設，德國勞埃德船級社（GL）船級社規(guī)定，本質(zhì)安全型電路電纜應與非本質(zhì)安全型電路電纜至少隔開50 mm敷設；但現(xiàn)場施工人員很難把握好這一原則，往往施工過程中容易忽略或者混淆，被現(xiàn)場質(zhì)檢人員查出后被迫大范圍返工，導致工期延誤，造成工程成本的浪費。

4.2 施工準備

本安電纜敷設施工應作如下準備：

1）施工人員提前熟悉圖紙、電纜規(guī)格書和電纜滾筒清冊等文件，掌握設計文件要求的本安電纜最大敷設長度，掌握每個回路的電纜敷設方向。詳細設計圖紙上還有相應文字明確標示哪些電纜屬于本安電纜，并且很容易識別，及起到警示作用，提醒施工人員嚴格按照圖紙等相關(guān)文件施工[4]。

2）與敷設電纜路徑相關(guān)的電纜橋架、電纜保護管、電纜貫穿件、馬腳應完成，電纜敷設通路打通，且質(zhì)量應能滿足現(xiàn)有的設計和規(guī)范要求規(guī)定。

3）敷設電纜前應核查電纜的各項參數(shù)是否滿足設計要求，一般情況，為便于識別和施工、檢驗，本安電纜外護套為藍色或具有藍色條紋，另外電纜敷設所需要的機具設備準備齊全且檢驗合格。

4）電纜敷設施工方案已審批通過，質(zhì)量技術(shù)人員對施工人員進行質(zhì)量技術(shù)交底和培訓，讓每一個員工思想上引起高度重視，時刻提醒本安電纜敷設正確的重要性，不能忽略、誤放任何一根本安電纜。

5）檢查電纜敷設走向沿線的臨時照明是否能滿足敷設照度要求，并在不便處搭設腳手架及考慮好電纜滾筒的放置位置。

4.3 敷設原則

本安電纜敷設應該滿足以下原則：

1）本安電纜外護套上面有長度信息，間隔1m，施工過程不論路徑是否改變，長度信息都能記錄準確，敷設時嚴格記錄長度數(shù)據(jù)，并與設計提供的最大敷設長度相比較，如果超過最大敷設長度，要及時反饋項目管理部門和設計部門。

2）本安電纜敷設要設置單獨的電纜托盤，不能與非本安電纜共用電纜橋架。本安電纜單獨用托盤敷設如圖2所示。

圖2 本安電纜用獨立的托盤敷設

有些施工人員或許認為只要將本安電纜和非本安電纜分開綁扎，也可以滿足50 mm的距離要求。但實際情況是現(xiàn)場施工人員在敷設電纜的時候，很難保證每個人、每根電纜都能注意到這一要點，電纜在拉放的過程中，很多電纜混在一起，很難分清，結(jié)果只能是亂成一團，所以施工人員應該在前期熟悉圖紙的基礎(chǔ)上，嚴格按照圖紙要求施工，本安電纜單獨敷設，這樣也會為后續(xù)的工作帶來方便。

3）在電纜遇到貫穿件的時候，應該依據(jù)貫穿件的類型，決定是否為本安電纜設置單獨的貫穿件。電纜貫穿件主要分為填料式貫穿件、模塊式貫穿件MCT（Cable Transit，簡稱）、套管式貫穿件、防火毯填充式貫穿件。填料式貫穿件灌堵的時候，需要分開一定的間隙，以保證灌堵的可靠性，即使電纜這樣分散開來，貫穿件足夠大，也不能保證本安電纜與非本安電纜之間有足夠的距離，而且，灌堵結(jié)束后，如果發(fā)現(xiàn)有錯，則需要鑿開灌堵材料，重新排布電纜，在開鑿的過程中，很容易損傷電纜，一旦損壞，就需要重新拉放，損失很大，所以遇到填料式貫穿件，必須單獨為本安電纜設置單獨的貫穿件。

其他類型的貫穿件在內(nèi)部通過安裝操作可以滿足非本安電纜和本安電纜距離至少為50 mm的要求，但是一般情況為滿足本安系統(tǒng)電纜通路的獨立性、條理性、可靠性，也大多為本安電纜設置單獨的貫穿件。例如，本安電纜單獨用模塊式貫穿件MCT密封時形式如圖3所示。

圖3 本安電纜用獨立的MCT密封

4）本安電纜和非本安電纜不能走在同一個電纜保護管中，這也是船級社的硬性規(guī)定。電纜保護管中的電纜不能做到每一處都可靠固定，特別是水平的電纜保護管，往往很長距離都沒有電纜固定裝置，電纜都是自然的平放于電纜保護管內(nèi)，這樣根本無法保證電纜分開，所以需要為本安電纜設置單獨的電纜管。

5）本安電纜敷設過程中，要時刻對電纜做好保護措施，防止燙傷、機械損傷等，電纜端部及時做好保護，防止水倒入，影響本安性能，質(zhì)控人員要對本安電纜敷設全過程監(jiān)控，保證施工質(zhì)量滿足要求。

總之，本安電纜的敷設是一項精細的工作，施工人員一般只要嚴格按照以上幾點原則和相關(guān)圖紙文件施工，本安電纜敷設的問題基本都能解決，大大提高本安系統(tǒng)的可靠性，避免因本安電纜施工問題造成工程成本增加。

5 結(jié)語

海洋工程項目的一些危險區(qū)域充斥著易燃易爆的油氣，為確保這些區(qū)域電氣設備安全運行，需要專門的本安系統(tǒng)，本安電纜作為本安系統(tǒng)的 主要組成部分，其正確、合理敷設關(guān)系到本安系統(tǒng)的可靠運行和工程項目安全。通過對本安電纜在海洋工程領(lǐng)域應用的分析研究，相信隨著微電子技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，本安電纜將會有更廣闊的應用空間。

[1] 陳錦梅, 梁萍. 本質(zhì)安全回路用儀表電纜本安原理及結(jié)構(gòu)設計[J]. 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備, 2017, (4): 40-41.

[2] 崔厚璽, 楊治華, 于曉紅. 海洋平臺本質(zhì)安全及事故預防關(guān)鍵技術(shù)[J]. 石油工程建設, 2011(s1), 42-44.

[3] 陳方梁. 淺談儀表的防爆設計[J]. 機電信息, 2013, (36): 119-121.

[4] 楊曉靜, 邢科偉, 軒志勇. 大型油庫的本質(zhì)安全設計[J]. 石油工程建設, 2013, (5): 38-40.

Study on the Application of Intrinsically Safe Cable in Marine Engineering

Song Yongqiang, Ma Shiyue, He Xiaochao

(Offshore Oil Engineering (Qingdao) Co., Ltd., Qingdao 266555, Shandong, China)

TM726.4

A

1003-4862（2019）01-0043-04

2018-8-10

宋永強（1981- ），男，碩士研究生。研究方向：機電一體化。E-mail: 15963255931@163.com