控制室和現場機柜室電纜進線密封設計探討

王同堯

（中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波315103）

隨著石油化工生產裝置對安全要求的提高，把本質安全、HSE貫穿在設計工作的全過程是設計人員的首要任務。在確定了控制室（CR）和現場機柜室（FAR）電纜進線方案后，進線洞口的密封設計也應給予足夠重視，因為密封性能的好壞不但與安全有關，而且與室內的操作環境和人身健康有關；其次需考慮施工、維護、投資等其他因素。在對SH／T 3006—2012《石油化工控制室設計規范》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需要供應商提供哪些相關證書，其他形式的密封產品是否滿足抗爆要求等。現結合工程實踐對CR和FAR電纜進線洞口的密封設計進行探討。

1 對電纜進線洞口密封性能的技術要求

電纜進線洞口的密封性能體現在以下幾個方面，也是設計需要達到的基本技術要求：

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熱自燃或外界明火燃燒造成的火災蔓延。其次，應提供國家防火建筑材料質量監督檢驗中心根據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線洞口進入室內。

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線洞口進入室內，同時滿足防塵要求。

4）防鼠。老鼠進入CR和FAR后，不但會侵咬電纜威脅系統運行，而且影響操作人員的身體健康。例如某石化企業的CR內進入老鼠后，將鼠藥放置在機柜間的活動地板下，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CR，嚴重危害到操作人員的身體健康。

5）環保性。防火封堵材料不應含有鹵族元素，高溫下不應產生毒性煙氣帶來次生危害。防火封堵材料應具有國外檢驗機構根據DIN 38414－S17或者國家建筑材料測試中心根據GB／T 20285—2006《材料產煙毒性危險分級》出具的無鹵檢驗報告。國內檢測報告按產煙濃度、麻醉性、刺激性檢測分別要達到安全級。

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

7）抗爆性。對于抗爆結構的CR和FAR，當電纜進線洞口位于室外地面以上時，應要求洞口封堵產品具有抗爆性能。是否具備防爆性能需要第三方檢驗機構出具測試報告。該類產品有國外機構提供的抗爆證書，該測試報告的依據是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》。類似產品國內的檢驗機構是國家民用爆破器材質量檢測中心、總參工程兵科研三所，但是否承接該類產品的測試還在探討中。

8）防爆。當電纜封堵產品用于盤箱柜時應要求具有防爆性能。是否具備防爆性能需要第三方檢驗機構出具防爆證書。

2 電纜進線洞口的密封形式

電纜進線洞口的密封性能與防火封堵材料的性能有關。國內防火封堵材料是在借鑒國外經驗的基礎上逐步發展起來的，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［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大類。

CECS 154—2003《建筑防火封堵應用技術規程》第3.3.2條規定：“單根電纜或電纜束貫穿孔口的防火封堵應符合下列規定：當貫穿孔口直徑大于150mm時，應采用無機堵料防火灰泥，或有機堵料如防火發泡磚、礦棉板，或防火板并輔以有機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線洞口密封形式主要包括：采用模塊式電纜密封系統，簡稱為電纜密封模塊；采用絕緣阻燃多功能封堵劑現場澆注；電纜膠泥封堵。

3 不同密封形式的特點

每一種密封形式都不是十全十美的，設計時，應在了解各種密封形式特點的基礎上揚長避短，根據項目特點進行選取，以滿足工程需要。

1）電纜密封模塊是從國外造船、海上石油平臺成功應用后引入國內的，其優良的抗爆、防火、氣密、水密、環保、防鼠、可變內徑、重復穿越、壽命長等性能得到了用戶的肯定。可變內徑、可重復穿越、可預留面積的特性為后期更換增補電纜提供了方便。其抗爆特性能夠滿足CR和FAR室外地面以上進線的抗爆需求。但與其他密封形式相比，除了價格因素外，由于設計原理的不同，該模塊采取單根電纜穿越，機械外力密封，在達到隔絕空氣嚴密防火密封性能的同時，導致了電纜填充率（CECS 154中定義為電纜穿越貫穿洞口時，電纜線總截面面積與貫穿洞口面積的百分比值）的下降。在同樣電纜數量下，因需要的進線洞口面積增大導致費用增加，電纜進線施工區域增大，易受施工期間防水問題困擾。

2）采用防火阻燃材料現場澆注的密封形式在工程中一直有所應用。該封堵材料有國內產品，也有進口的多功能封堵劑。產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，通常需要在墻體內外兩側實施澆注。洞口較大時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、費用低等優點，更換增補電纜后需再行澆注。因該類產品的抗爆性能檢測還在與國內檢測機構接洽之中，能否取得抗爆證書尚無結論。采用該密封形式時，需供應商提供材料的阻燃測試報告；設計需提供采購料單。

3）防火電纜膠泥封堵也是傳統的密封形式，因其具有良好的可塑性、粘合性、施工方便、費用低等特點沿用至今。由于電纜膠泥使用幾年后可能產生干縮現象導致密封性能降低，通常采用洞口電纜膠泥封堵外面加充沙的方式加以彌補，但會帶來防潮問題。充沙不能獨立作為電纜進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，其材料應滿足文獻［1］的要求。通常設計可不提供采購料單，由施工單位做出施工預算和備料。

4 電纜進線口密封形式的選擇

采用哪種密封形式與電纜的進線方式、項目地域、業主要求、投資費用、項目審查團隊和設計人員的觀念等因素有關。首先根據項目的規模、電纜數量、地域特點、業主習慣確定采用室外地面上進線還是室外地面下進線，進而確定電纜進線洞口的密封形式。然后，根據電纜數量確定電纜進線洞口的數量和規格。電纜進線洞口密封形式的選擇直接決定了電纜進線洞口的數量和大小，在提出電纜進線洞口的建筑結構設計條件之前，必須確定電纜進線洞口的密封形式。

抗爆建筑物的電纜進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線方式，則需要采用抗爆電纜密封模塊進行洞口密封；如果采用在室外地面以下的外墻上進線方式，則三種密封形式均可采用，因為使用在室外地面下的抗爆功能已被大地、電纜進口圍堰及充沙等措施所取代。此時采用哪種密封形式主要取決于用戶、設計單位和個人控制投資的意識和力度以及其他因素。比如對于地下進線采用抗爆電纜密封模塊，有的設計單位在項目審查中被視為過度設計，有的設計單位則普遍采用。對此，沒有對錯之分，只是取舍的側重面不同。

5 采用電纜密封模塊需關注的問題

抗爆電纜密封模塊與傳統的防火封堵材料不同，在設計時需關注以下問題。

5.1 電纜洞口面積驗證

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。在電纜數量和規格沒有最終確定的條件下，需要預估CR和FAR的電纜進線洞口面積和規格，以滿足建筑結構專業設計條件，為了避免出現電纜進線洞口面積不足的情況，建議按下列程序設計：

1）根據CR或FAR管轄裝置控制系統的I／O點數量、常用多芯電纜對數，估算出幾種常用規格電纜數量，且估算的電纜數量足以滿足控制系統I／O點數量的要求，并留有余量。

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

3）將估算的電纜數量、規格、外徑、要求的洞口規格、每個洞口的備用余量等信息提交給電纜密封模塊供應商，供應商利用專用軟件設計出每個洞口的電纜排列工程圖。

4）在供應商提供的工程圖基礎上，進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，確定電纜進線洞口的面積和規格，以此為依據提出建筑結構專業設計條件。

5.2 需提供相關證書

抗爆電纜密封模塊相關的報告證書既有國外檢驗機構出具的，也有國內檢驗機構出具的。在采用時需供應商提供下列相關證書：

1）抗爆證書。由第三方檢驗機構出具的抗爆測試報告和國外機構提供的抗爆證書，該類產品的國內檢驗機構測試目前處于接洽中。

2）防火證書。由國家防火建筑材料質量監督檢驗中心依據文獻［1］出具的耐火完整性報告。

3）氣密水密性檢驗證書。目前提供的也是國外檢驗機構出具的報告。

4）無鹵檢驗證書。有國外檢驗機構依據DIN 38414－S17出具的報告、國家建筑材料測試中心依據GB／T 20285—2006《材料產煙毒性危險分級》出具的報告兩種。

除了要求上述涉及安全、環保的證書外，對其防鼠性能、可變徑范圍、安裝方便性等也需進行考量，盡可能提升所用產品的性價比。

5.3 縮小電纜進線洞口面積的建議

對于縮減電纜進線洞口面積的需求，根據工程經驗，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量，可有效降低電纜所需的穿越面積。模塊的可變徑范圍達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，當項目采用電纜密封模塊時，建議盡可能不采用10對以下的多芯電纜。

2）在產品系列中首選大框型。該方式將每個洞口大金屬框內分割成多個寬度相同的獨立密封間隔（小框），每個小框有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 結束語

CR和FAR電纜進線洞口的密封設計并不復雜，但卻關乎消防安全、室內操作環境及人身健康，需在設計、施工、維護各個環節給予重視。每一種密封形式都有其可選擇的特點，具體選擇時要結合項目建設地域、裝置規模、業主要求、投資費用、不同密封形式性價比等因素綜合考慮，選取符合項目要求的密封形式。

［1］李蘇秦，胡晨，董繼軍，等.GB 50160—2008石油化工企業設計防火規范［S］.北京：中國計劃出版社，2008.

［2］盧國建，王良偉，聶濤，等.GB 23864—2009防火封堵材料［S］.北京：中國標準出版社，2009.

［3］經建生，倪照鵬，杜霞，等.CECS 154—2003建筑防火封堵應用技術規程［S］.北京：中國標準出版社，2003.

［4］于萬河，朱立彤，閆磊，等.GJBT 972—2006電纜防火阻燃設計與施工［S］.北京：中國標準出版社，2006.

［5］戴殿峰，董學京，薛思強，等.GB 16807—2009防火膨脹密封件［S］.北京：中國計劃出版社，2009.

［6］劉武，路以寧，張俊，等.GB 50779—2012石油化工控制室抗爆設計規范［S］.北京：中國計劃出版社，2012.

［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狀［J］.消防技術與產品信息，2011（05）：51－53.