本安电缆在海洋工程中的应用研究

宋永强，马仕跃，何小超



本安电缆在海洋工程中的应用研究

宋永强，马仕跃，何小超

（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛 266555）

目前海洋工程项目存在对本安电缆特性认识不足、本安电缆施工不够规范等问题，基于理论用于指导施工的原则，文章对本安电缆的防爆原理和性能特点进行分析研究，给出了确定最大实际敷设长度的理论方法，以及敷设基本原则，这对本安电缆施工具有指导意义，将使本安电缆在海洋工程中的应用更加科学规范。

本安电缆 防爆 敷设 海洋工程

0 引言

本安防爆系统一般由三部分组成：现场本安设备、本安电缆、关联设备（安全栅），本安电缆作为本安防爆系统的组成部分，除具有一般工业使用的电缆的特性外，还必须具有低电容、低电感、屏蔽性能优异、高可靠性等特点[1]，因此在海洋石油钻采平台、FPSO等海洋工程项目中，油漆存储间、蓄电池间、一些含高危易爆气体泵舱等IEC规定的危险场所0区、1区、2区都可应用本安电缆[2]。

1 本安电缆防爆原理

电火花和热效应是引起易燃易爆性危险气体爆炸的主要原因。本安防爆系统就是通过限制电火花和热效应这两个点燃源的能量来实现防爆要求，在正常工作或故障状态下，当回路可能产生的电火花或热效应的能量小于一定程度时，爆炸性危险气体就不可能爆炸。从限制能量的原理入手，本安系统回路中，作为传输控制或信号的电缆，可靠地将其电压或电流限制在一个标准规定的范围内，以保证仪表在正常工作或发生短接和元器件损坏等故障情况下产生的电火花和热效应不至于引起周围可能存在的危险气体的爆炸。

2 性能特点

一般本安电缆结构示意图如图1所示。本安电缆具有优异的耐温性能、阻燃性能、电气性能、耐油泥性能。

图1 本安电缆结构示意图

海洋工程领域应用的本安电缆一般需要满足以下技术要求：

1）在环境温度-35 ℃～+80 ℃的条件下，既能正常工作，外护套不能发生开裂现象。电缆敷设温度不低于0 ℃，通过CSA 22.2规定的相关低温性能试验。

2）充斥油气的高危区域，本安电缆要求低烟无卤阻燃，且必须满足甚至高于IEC-60332-3-22规定的A类成束阻燃的规定。

3）最小弯曲半径必须满足GB50168-2016标准规定。

4）为满足整个本安系统的可靠运行，本安电缆需满足低电容、低电感，优异的屏蔽性能，电容、电感电阻比满足BS 5308的相关标准规定。

5）需要具有优异的耐油污、耐泥浆性能，满足：海上平台用无卤-防泥浆电缆NEK 606-2016相关耐泥浆试验的标准规定。

3 敷设最大理论长度

海洋工程领域电缆敷设是一个系统工程，由于本安电缆存在分布电容和分布电感，可以将其作为储能设备，在电信号传输的过程当中不可避免的存储能量，一旦线路出现开路或短路，就会影响本安系统的本安性能。因此有必要明确电缆的允许分布电容和允许分布电感，限制敷设长度和感应电动势所带来的附加非本安能量[3]。

本安电缆的分布电容和分布电感在一定程度上决定了本安系统的合理性和使用范围。在本安系统中，现场本安仪表和本安电缆同为安全栅的负载，当安全栅与现场仪表选定后，也就决定了单根电缆的最大敷设长度，计算公式如下：

设计必须在用于施工的相关文件中清楚描述应用的本安电缆的最大敷设长度，用于指导工程施工。

4 本安电缆施工

4.1 敷设难点

由于本安电缆内部电流微弱，传输的都是微弱的电信号，必须牢牢把握设计要求的最大敷设长度，但现场施工因敷设路径改变等影响，实际敷设长度会出现超出设计要求的最大敷设长度的情况。

另外如果受到其他磁场的干扰，会导致信号失真，严重的甚至导致电路中的电流值超过安全的范围，所以各大船级社对本安电缆的敷设都有相关的要求。例如中国船级社规定，每个本质安全电路应具有各自的专用电缆，并应与非本质安全电路的电缆分开敷设，德国劳埃德船级社（GL）船级社规定，本质安全型电路电缆应与非本质安全型电路电缆至少隔开50 mm敷设；但现场施工人员很难把握好这一原则，往往施工过程中容易忽略或者混淆，被现场质检人员查出后被迫大范围返工，导致工期延误，造成工程成本的浪费。

4.2 施工准备

本安电缆敷设施工应作如下准备：

1）施工人员提前熟悉图纸、电缆规格书和电缆滚筒清册等文件，掌握设计文件要求的本安电缆最大敷设长度，掌握每个回路的电缆敷设方向。详细设计图纸上还有相应文字明确标示哪些电缆属于本安电缆，并且很容易识别，及起到警示作用，提醒施工人员严格按照图纸等相关文件施工[4]。

2）与敷设电缆路径相关的电缆桥架、电缆保护管、电缆贯穿件、马脚应完成，电缆敷设通路打通，且质量应能满足现有的设计和规范要求规定。

3）敷设电缆前应核查电缆的各项参数是否满足设计要求，一般情况，为便于识别和施工、检验，本安电缆外护套为蓝色或具有蓝色条纹，另外电缆敷设所需要的机具设备准备齐全且检验合格。

4）电缆敷设施工方案已审批通过，质量技术人员对施工人员进行质量技术交底和培训，让每一个员工思想上引起高度重视，时刻提醒本安电缆敷设正确的重要性，不能忽略、误放任何一根本安电缆。

5）检查电缆敷设走向沿线的临时照明是否能满足敷设照度要求，并在不便处搭设脚手架及考虑好电缆滚筒的放置位置。

4.3 敷设原则

本安电缆敷设应该满足以下原则：

1）本安电缆外护套上面有长度信息，间隔1m，施工过程不论路径是否改变，长度信息都能记录准确，敷设时严格记录长度数据，并与设计提供的最大敷设长度相比较，如果超过最大敷设长度，要及时反馈项目管理部门和设计部门。

2）本安电缆敷设要设置单独的电缆托盘，不能与非本安电缆共用电缆桥架。本安电缆单独用托盘敷设如图2所示。

图2 本安电缆用独立的托盘敷设

有些施工人员或许认为只要将本安电缆和非本安电缆分开绑扎，也可以满足50 mm的距离要求。但实际情况是现场施工人员在敷设电缆的时候，很难保证每个人、每根电缆都能注意到这一要点，电缆在拉放的过程中，很多电缆混在一起，很难分清，结果只能是乱成一团，所以施工人员应该在前期熟悉图纸的基础上，严格按照图纸要求施工，本安电缆单独敷设，这样也会为后续的工作带来方便。

3）在电缆遇到贯穿件的时候，应该依据贯穿件的类型，决定是否为本安电缆设置单独的贯穿件。电缆贯穿件主要分为填料式贯穿件、模块式贯穿件MCT（Cable Transit，简称）、套管式贯穿件、防火毯填充式贯穿件。填料式贯穿件灌堵的时候，需要分开一定的间隙，以保证灌堵的可靠性，即使电缆这样分散开来，贯穿件足够大，也不能保证本安电缆与非本安电缆之间有足够的距离，而且，灌堵结束后，如果发现有错，则需要凿开灌堵材料，重新排布电缆，在开凿的过程中，很容易损伤电缆，一旦损坏，就需要重新拉放，损失很大，所以遇到填料式贯穿件，必须单独为本安电缆设置单独的贯穿件。

其他类型的贯穿件在内部通过安装操作可以满足非本安电缆和本安电缆距离至少为50 mm的要求，但是一般情况为满足本安系统电缆通路的独立性、条理性、可靠性，也大多为本安电缆设置单独的贯穿件。例如，本安电缆单独用模块式贯穿件MCT密封时形式如图3所示。

图3 本安电缆用独立的MCT密封

4）本安电缆和非本安电缆不能走在同一个电缆保护管中，这也是船级社的硬性规定。电缆保护管中的电缆不能做到每一处都可靠固定，特别是水平的电缆保护管，往往很长距离都没有电缆固定装置，电缆都是自然的平放于电缆保护管内，这样根本无法保证电缆分开，所以需要为本安电缆设置单独的电缆管。

5）本安电缆敷设过程中，要时刻对电缆做好保护措施，防止烫伤、机械损伤等，电缆端部及时做好保护，防止水倒入，影响本安性能，质控人员要对本安电缆敷设全过程监控，保证施工质量满足要求。

总之，本安电缆的敷设是一项精细的工作，施工人员一般只要严格按照以上几点原则和相关图纸文件施工，本安电缆敷设的问题基本都能解决，大大提高本安系统的可靠性，避免因本安电缆施工问题造成工程成本增加。

5 结语

海洋工程项目的一些危险区域充斥着易燃易爆的油气，为确保这些区域电气设备安全运行，需要专门的本安系统，本安电缆作为本安系统的 主要组成部分，其正确、合理敷设关系到本安系统的可靠运行和工程项目安全。通过对本安电缆在海洋工程领域应用的分析研究，相信随着微电子技术和通讯技术的发展，本安电缆将会有更广阔的应用空间。

[1] 陈锦梅, 梁萍. 本质安全回路用仪表电缆本安原理及结构设计[J]. 现代制造技术与装备, 2017, (4): 40-41.

[2] 崔厚玺, 杨治华, 于晓红. 海洋平台本质安全及事故预防关键技术[J]. 石油工程建设, 2011(s1), 42-44.

[3] 陈方梁. 浅谈仪表的防爆设计[J]. 机电信息, 2013, (36): 119-121.

[4] 杨晓静, 邢科伟, 轩志勇. 大型油库的本质安全设计[J]. 石油工程建设, 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

宋永强（1981- ），男，硕士研究生。研究方向：机电一体化。E-mail: 15963255931@163.com