本安電纜在海洋工程中的應用研究

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范。

本安電纜 防爆 敷設 海洋工程

0 引言

本安防爆系統一般由三部分組成：現場本安設備、本安電纜、關聯設備（安全柵），本安電纜作為本安防爆系統的組成部分，除具有一般工業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規定的危險場所0區、1區、2區都可應用本安電纜[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防爆要求，在正常工作或故障狀態下，當回路可能產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定的范圍內，以保證儀表在正常工作或發生短接和元器件損壞等故障情況下產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

一般本安電纜結構示意圖如圖1所示。本安電纜具有優異的耐溫性能、阻燃性能、電氣性能、耐油泥性能。

圖1 本安電纜結構示意圖

海洋工程領域應用的本安電纜一般需要滿足以下技術要求：

1）在環境溫度-35 ℃～+80 ℃的條件下，既能正常工作，外護套不能發生開裂現象。電纜敷設溫度不低于0 ℃，通過CSA 22.2規定的相關低溫性能試驗。

2）充斥油氣的高危區域，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規定的A類成束阻燃的規定。

3）最小彎曲半徑必須滿足GB50168-2016標準規定。

4）為滿足整個本安系統的可靠運行，本安電纜需滿足低電容、低電感，優異的屏蔽性能，電容、電感電阻比滿足BS 5308的相關標準規定。

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

3 敷設最大理論長度

海洋工程領域電纜敷設是一個系統工程，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，在電信號傳輸的過程當中不可避免的存儲能量，一旦線路出現開路或短路，就會影響本安系統的本安性能。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的合理性和使用范圍。在本安系統中，現場本安儀表和本安電纜同為安全柵的負載，當安全柵與現場儀表選定后，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

由于本安電纜內部電流微弱，傳輸的都是微弱的電信號，必須牢牢把握設計要求的最大敷設長度，但現場施工因敷設路徑改變等影響，實際敷設長度會出現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的要求。例如中國船級社規定，每個本質安全電路應具有各自的專用電纜，并應與非本質安全電路的電纜分開敷設，德國勞埃德船級社（GL）船級社規定，本質安全型電路電纜應與非本質安全型電路電纜至少隔開50 mm敷設；但現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，被現場質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文件施工[4]。

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

3）敷設電纜前應核查電纜的各項參數是否滿足設計要求，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，質量技術人員對施工人員進行質量技術交底和培訓，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據，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，這樣也會為后續的工作帶來方便。

3）在電纜遇到貫穿件的時候，應該依據貫穿件的類型，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，灌堵結束后，如果發現有錯，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，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，質控人員要對本安電纜敷設全過程監控，保證施工質量滿足要求。

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 結語

海洋工程項目的一些危險區域充斥著易燃易爆的油氣，為確保這些區域電氣設備安全運行，需要專門的本安系統，本安電纜作為本安系統的 主要組成部分，其正確、合理敷設關系到本安系統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域應用的分析研究，相信隨著微電子技術和通訊技術的發展，本安電纜將會有更廣闊的應用空間。

[1] 陳錦梅, 梁萍. 本質安全回路用儀表電纜本安原理及結構設計[J]. 現代制造技術與裝備, 2017, (4): 40-41.

[2] 崔厚璽, 楊治華, 于曉紅. 海洋平臺本質安全及事故預防關鍵技術[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