張明耀，劉偉盛

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

0 引 言

海洋占地球表面積的71%，蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，隨著陸地石油開采數(shù)量越來(lái)越少，海洋石油的開采已是當(dāng)今世界的熱點(diǎn)。海洋油氣勘探需依靠鉆井平臺(tái)，半潛式和自升式鉆井平臺(tái)目前應(yīng)用最廣泛。鉆井平臺(tái)由船體和鉆井設(shè)施結(jié)合而成。除居住區(qū)域外，鉆井平臺(tái)的危險(xiǎn)區(qū)域約占平臺(tái)總面積的40%～50%。作為長(zhǎng)期固定在海上的大型操作設(shè)施，確保其能長(zhǎng)期安全可靠的在海上工作是船廠在設(shè)計(jì)及建造時(shí)首要考慮的因素[1]。

根據(jù)船級(jí)社海上移動(dòng)平臺(tái)規(guī)范要求，危險(xiǎn)區(qū)域電氣設(shè)備須選擇防爆型或本質(zhì)安全型，電氣設(shè)備的類型須滿足總體《鉆井平臺(tái)危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖》要求。船廠設(shè)計(jì)人員選型時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按危險(xiǎn)區(qū)域的類別選擇防爆電氣設(shè)備，而防爆填料函作為防爆設(shè)備的重要組成部分，需要與防爆設(shè)備的類型相匹配才能起到保護(hù)作用。因此，在平臺(tái)的設(shè)計(jì)建造過(guò)程中，防爆設(shè)備及填料函的選型也是設(shè)計(jì)人員須重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題之一[2]。

1 鉆井平臺(tái)危險(xiǎn)區(qū)域劃分

根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)(International Electrotechnical Commission，IEC)的規(guī)定，危險(xiǎn)區(qū)域按照易燃易爆性氣體或粉塵出現(xiàn)的頻率及持續(xù)時(shí)間分為0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)共計(jì)3類區(qū)域。對(duì)于上海外高橋造船有限公司建造的鉆井平臺(tái)，基于《鉆井平臺(tái)危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖》標(biāo)明鉆井平臺(tái)的不同區(qū)域，其中：0區(qū)包括燃油艙和燃燒塔；1區(qū)包括直升機(jī)加油灌平臺(tái)、直升機(jī)加油單元、蓄電池間、油漆間、泥漿泵艙、泥漿處理間、泥漿處理室上下甲板、錄井裝置區(qū)域、刮泥器室、存儲(chǔ)及服務(wù)區(qū)、井架第一層和第四層等；2區(qū)包括直升機(jī)加油單元周圍、主甲板和上層建筑甲板靠鉆臺(tái)區(qū)域、鉆臺(tái)、鉆臺(tái)下甲板、機(jī)艙與1區(qū)交界處、固井裝置區(qū)域、左右軟管裝載站、泥漿池、月池、管子堆場(chǎng)、直升機(jī)甲板等；安全區(qū)域包括控制室、居住區(qū)域及配電板間等，在該區(qū)域內(nèi)任何情況下都不會(huì)存在爆炸性氣體[3-4]。

2 防爆填料函的技術(shù)信息

防爆填料函作為防爆電氣設(shè)備的一個(gè)附件，在配對(duì)使用中應(yīng)具有等同或更高的防爆等級(jí)要求，因此在選型時(shí)要考慮的技術(shù)信息一般包括：廠家名稱或注冊(cè)商標(biāo)、防爆技術(shù)標(biāo)記、保護(hù)類型、防護(hù)等級(jí)、區(qū)域危險(xiǎn)等級(jí)、爆炸氣體(氣體環(huán)境)/粉塵(粉塵環(huán)境)、氣體分組、設(shè)備適用組別、防爆填料函型號(hào)、接口螺紋類型、電纜外護(hù)套和內(nèi)護(hù)套直徑適用范圍、密封方式、密封材料阻燃特性(應(yīng)符合UL94標(biāo)準(zhǔn))、持續(xù)工作溫度范圍、防洪涌密封標(biāo)識(shí)等。認(rèn)證測(cè)試單位信息包括：認(rèn)證機(jī)構(gòu)名稱或標(biāo)識(shí)、證書編號(hào)等。在產(chǎn)品標(biāo)識(shí)中，符合歐盟規(guī)格的產(chǎn)品帶有CE標(biāo)識(shí)，符合北美市場(chǎng)規(guī)格的產(chǎn)品帶有UL標(biāo)識(shí)，IEC許可的合格產(chǎn)品授權(quán)使用EX標(biāo)識(shí)。

3 防爆填料函的類型

防爆填料函按密封形式分為單密封防爆填料函和雙密封防爆填料函。單密封防爆填料函密封電纜的外護(hù)套，雙密封防爆填料函密封電纜的內(nèi)外護(hù)套。防爆填料函保護(hù)類型分為EXe增安型、EXd隔爆型、EXn保護(hù)型和EXt防塵型等4種。EXn保護(hù)型的使用范圍包含在EXe增安型內(nèi)，鉆井平臺(tái)沒(méi)有EXt防塵型要求。因此，實(shí)際應(yīng)用了EXe增安型(適用于2區(qū))和EXd隔爆型(適用于1區(qū))等2種類型。

3.1 單密封防爆填料函

單密封防爆填料函防護(hù)等級(jí)≤IP66，屬于EXe增安型(適用于2區(qū))，分為單道和雙道壓緊形式。單道壓緊形式由1個(gè)螺母壓縮密封圈及接地錐圈，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但1個(gè)螺母不能同時(shí)壓緊電纜外密封和接地錐圈，影響接地和防護(hù)等級(jí)。雙道壓緊形式由2個(gè)螺母分別壓縮密封圈(帶防松動(dòng)鎖緊裝置)及接地錐圈，電纜外密封和接地比較好。如圖1所示。

圖1 單密封防爆填料函

3.2 雙密封防爆填料函

雙密封防爆填料函防護(hù)等級(jí)≥IP66，屬于EXd隔爆型(適用于1區(qū))。當(dāng)電氣設(shè)備暴露在艙外時(shí)，為有效防止雨水和洪水進(jìn)入箱內(nèi)，需帶有防洪涌密封防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP68的雙密封防爆填料函進(jìn)行防護(hù)。

雙密封防爆填料函可分為6種形式，如圖2所示。

圖2 雙密封防爆填料函

(1) 壓緊形式密封采用熱固性橡膠作為密封圈，當(dāng)受到較大的擠壓力時(shí)，密封圈會(huì)產(chǎn)生向下的形變而壓在電纜護(hù)套上。擠壓后，電纜內(nèi)護(hù)套與密封圈接觸面較大，內(nèi)護(hù)套易產(chǎn)生冷變形。

(2) 凹槽壓緊形式密封采用熱固性橡膠作為密封圈，不同的是在內(nèi)護(hù)套密封圈上設(shè)計(jì)凹槽，不需要用較大的擠壓力，密封圈就產(chǎn)生向下的變形面壓在電纜內(nèi)護(hù)套上，內(nèi)護(hù)套易產(chǎn)生冷變形。

(3) 錐度位移形式密封采用擠壓錐形密封圈，逐步在電纜上形成密封。此時(shí)密封圈對(duì)電纜內(nèi)護(hù)套產(chǎn)生斜面擠壓力，壓在電纜內(nèi)護(hù)套上，電纜內(nèi)護(hù)套也會(huì)產(chǎn)生變形。

(4) 膜形式密封采用有彈性的熱固性薄膜，該薄膜通常裝在鎧裝錐上，通過(guò)將其包在電纜內(nèi)護(hù)套上形成隔爆密封，電纜內(nèi)護(hù)套幾乎無(wú)損傷。

(5) 補(bǔ)償位移形式密封系統(tǒng)采用的是位移密封，運(yùn)用補(bǔ)償器減少對(duì)電纜內(nèi)護(hù)套層的壓力。補(bǔ)償位移形式密封于電纜內(nèi)護(hù)套上，電纜內(nèi)護(hù)套幾乎無(wú)損傷。

(6) 膠泥形式密封是用于電纜直接進(jìn)入隔爆型箱體，為確保整個(gè)箱體隔爆的完整性而采用的一種密封形式。在電纜進(jìn)入箱體前，把電纜的內(nèi)護(hù)套剝?nèi)ヂ冻鲂揪€，采用固化的樹脂膠泥在芯線周圍進(jìn)行密封，密封效果好，電纜無(wú)損傷。

鉆井平臺(tái)采用低煙阻燃鎧裝電纜，當(dāng)受到外擠壓力時(shí)，電纜護(hù)套會(huì)產(chǎn)生冷變形，導(dǎo)致電纜絕緣電阻降低從而造成電纜損傷?？紤]到箱體內(nèi)氣體可能沿電纜內(nèi)護(hù)套傳輸?shù)搅硪粋€(gè)設(shè)備，對(duì)于防護(hù)等級(jí)高的設(shè)備，在選用防爆填料函時(shí)，應(yīng)采用雙密封(膜形式密封、補(bǔ)償位移形式密封或膠泥形式密封)防爆填料函。

4 防爆填料函的選型

防爆填料函采用金屬材料，表面經(jīng)處理后，耐腐蝕性、耐磨性和導(dǎo)電性增加。普通場(chǎng)所采用黃銅材料并進(jìn)行鍍鎳或鈍化處理，潮濕及腐蝕場(chǎng)所采用不銹鋼材料并進(jìn)行鈍化處理。

電纜可直接或間接進(jìn)線至隔爆型箱體。直接進(jìn)線到隔爆型箱體的電纜密封須保證整個(gè)箱體隔爆的完整性，參照IEC 60079-14-2013[5]的特殊選型準(zhǔn)則：

(1) 隔爆型電氣箱體帶有整體防爆證書，包括防爆填料函；

(2) 電纜在進(jìn)入隔爆電氣箱體時(shí)，其長(zhǎng)度應(yīng)大于3 m，電纜需有泄壓驗(yàn)證；

(3) 增設(shè)增安型過(guò)渡箱，采用間接進(jìn)線方案；

(4) 在以上3點(diǎn)都不滿足要求的情況下，采用膠泥密封填料函。

間接進(jìn)線通過(guò)單獨(dú)的終端箱體，將電纜接入該箱體上的終端，且該箱體內(nèi)不存在火源，與主要箱體分開，內(nèi)部接線在連接終端部分設(shè)備側(cè)前需穿過(guò)屏障或線套，電纜進(jìn)入此箱體不需要膠泥形式防爆填料函密封。

5 防爆填料函的安裝

5.1 防爆填料函安裝前的準(zhǔn)備工作

(1) 檢查防爆填料函EXd隔爆型(適用于1區(qū))是否滿足特殊選型準(zhǔn)則的要求；

(2) 檢查電氣箱體外殼的材質(zhì)，避免使用不同材質(zhì)；

(3) 檢查防爆填料函防護(hù)等級(jí)是否滿足防護(hù)等級(jí)，即EXe≤IP66，EXd≥IP66；

(4) 檢查防爆填料函是否有明顯的防爆標(biāo)識(shí)和驗(yàn)證標(biāo)志；

(5) 檢查電纜外護(hù)套和內(nèi)護(hù)套直徑是否與防爆填料函密封圈相匹配；

(6) 檢查防爆填料函螺紋是否與箱體接口螺紋相匹配，如表1和表2所示；

表1 公制螺紋M

表2 NPT英制螺紋ANSIB 1.20.1

(7) 檢查安裝在緊急防洪設(shè)施區(qū)域的防爆填料函是否選用防洪涌密封保護(hù)形式；

(8) 檢查防爆填料函附件清單是否完整。

5.2 防爆填料函的安裝

(1) 按照防爆填料函廠家提供的安裝圖，切割鎧裝層和內(nèi)外護(hù)套。

(2) 根據(jù)電纜鎧裝層厚度，調(diào)節(jié)接地內(nèi)外錐圈安裝方向，將鎧裝層放入接地內(nèi)外錐圈內(nèi)壓緊。

(3) 使用接地環(huán)時(shí)，先將接地環(huán)放置于防爆填料函底座處，再放置IP墊片。箱體內(nèi)側(cè)放置防震墊圈，再放置鎖緊螺母，直螺紋或NPT螺紋直接旋入螺孔。

(4) 各螺母先用手旋緊，再用專業(yè)工具旋緊1～2圈。

(5) 電纜內(nèi)護(hù)套不需要包扎絕緣膠布。

(6) 除非有特殊要求，防爆填料函通常不使用PVC套管。

(7) 塑料箱體一般不使用防震墊圈。若箱體內(nèi)有接地板，接地環(huán)應(yīng)取消，并放入防震墊圈，再放入鎖緊螺母。當(dāng)使用黃綠接地導(dǎo)線時(shí)，截面積≥2.5 mm2。

(8) 考慮到電纜彎曲半徑和今后電纜維修時(shí)防爆填料函的拆卸，以及塑料和金屬箱體電纜接地等不同的安裝形式，防爆填料函電纜進(jìn)線及設(shè)備安裝應(yīng)按圖3和圖4進(jìn)行施工。

(9) 在安裝直螺紋或NPT螺紋的防爆填料函時(shí)：當(dāng)箱體容量≤100 cm3時(shí)，要求箱體厚度≥5 mm或5個(gè)全螺紋以上；當(dāng)箱體容量≥100 cm3時(shí)，要求箱體厚度≥8 mm或6個(gè)全螺紋以上。不允許直通孔。如圖3所示。

圖3 防爆填料函安裝形式

5.3 防爆填料函安裝形式

(1) 帶有補(bǔ)償位移密封系統(tǒng)的防爆填料函安裝形式如圖4所示。

圖4 補(bǔ)償位移密封系統(tǒng)防爆填料函安裝形式

(2) 帶有膜式密封系統(tǒng)的防爆填料函安裝形式如圖5所示。

圖5 膜式密封系統(tǒng)防爆填料函安裝形式

(3) 帶有膠泥密封系統(tǒng)的防爆填料函安裝形式如圖6所示。

圖6 膠泥密封系統(tǒng)防爆填料函安裝形式

(4) 直螺紋或NPT螺紋防爆填料函安裝形式如圖7所示。

圖7 直螺紋或NPT螺紋防爆填料函安裝形式

6 結(jié) 論

防爆填料函應(yīng)按防爆設(shè)備的技術(shù)要求合理選型，特別是安裝在1區(qū)的隔爆型設(shè)備，若使用不合適的隔爆型填料函，會(huì)造成電纜變形或箱體內(nèi)火花與箱體外危險(xiǎn)氣體相容而引起爆炸。正確使用防爆填料函能保證防爆設(shè)備的完整性和安全性。施工人員通過(guò)閱讀廠家提供的施工手冊(cè)正確操作，減少了返工，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本，為確保產(chǎn)品按期順利交付創(chuàng)造了有利條件。