模块式电缆密封装置在FPSO电气设计中的应用

赵日升，龚洁2，李淑婧

(1.上海外高桥造船有限公司，上海 200137；2.无锡职业技术学院，江苏 无锡 214121)

浮式储油船 (floating production, storage and offloading facilities) FPSO作业时很多区域属于高失火危险区域，处于这些危险区域的电缆，其电缆密封防爆级别要求很高。并且FPSO配置的电气设备多，全船使用电缆数量超过1万根，其电缆量相当于普通散货船的3～4倍。电缆通过船舱时会破坏原有的防护完整性，一旦发生事故会构成“导火线效应”，同时火灾发生后有毒烟气通过贯穿孔道的蔓延，也将严重危害人生财产安全[1]。因此，选用适合在FPSO项目上使用的电缆密封装置，满足FPSO这样高规格的要求，合理地设计电缆密封装置，以保障电缆穿舱密封时舱壁的完整性，显得尤为重要。为此，比较几种形式的电缆密封装置的性能及特性，针对模块式电缆密封装置的选择方法以及排版图中电缆位置的合理绘制方法进行优化设计，以保证电缆穿舱时候的电缆密封的完整性。

1 电缆密封装置

电缆密封装置是指设置在电缆穿过船舶舱壁和甲板处，为保证舱壁和甲板的原有水密和防火性所采用的装置。常用的电缆密封装置有3种，对比见表1。

1.1 浇注式电缆密封装置

浇注式电缆密封装置是一种在电缆筒或电缆框中灌注流态密封填料，填充于电缆框与电缆、电缆与电缆之间空隙中，施工时两组份混合粉料剂和辅助液混合调匀，使其反应膨胀以起到耐火和密封的作用。水密性能和气密性能良好，可以满足A-60防火等级以及防爆要求。但是由于其是通过化学作用产生的膨胀特性，因此浇注式电缆密封装置在使用的时候需要干燥时间，需要在现场施工后等待较长时间才能达到完全干燥固化，并且在填料密封以后如果再增加电缆，只能将膨胀堵料完全破坏之后才能重新增加电缆，电缆密封需要重新施工一遍，不仅浪费材料而且施工周期长[2]。

1.2 防火套管式电缆密封装置

防火套管式电缆密封装置由防火密封胶和防火套管组成。装置整体性能达到A-60级防火等级，水密、气密性能较好，可以满足防爆要求。现场安装时，防火密封胶密封后需要1～2 h即可达到充分固化。具有电缆占据率高、结构简单、施工方便等特点，并具有可拆性的优点。但是其使用的防火密封胶由于其化学特性，有使用有效期限制。

1.3 模块式电缆密封装置

模块式电缆密封装置英文名称为Multi-Cable-Transit(简称MCT)，是由框架、模块、压紧装置、隔层板及附件组合而成的电缆密封装置。通过模块压紧电缆的方式达到密封效果。不需要固化时间，有非常好的水密性和气密性，满足防爆等级要求，可以达到EMC电磁屏蔽的性能要求。可以通过更换备用模块方便地增加电缆，施工方便，使用寿命长。

对比发现，模块式电缆密封装置相比于其他两种电缆密封装置，具有更好的水密性和气密性，安全性高、安装速度快、易于增加电缆、检验性强、适应性更灵活的优点。适合FPSO这种电缆使用量大、电缆密封要求严苛、电缆增加频繁的海洋工程造船项目使用。

2 模块式电缆密封装置设计

模块式电缆密封装置由框架、模块、压紧装置、隔层板及附件组合而成。框架是用于封装填充模块、压紧装置的金属结构件，按照形状分为圆形和方形两种，以焊接的方式安装在甲板或舱壁上预先开好的电缆穿舱孔中，材质一般为碳钢、不锈钢或铝。方形框架有4种规格，可以以水平或者垂直的方式组成多联框架。多孔框架由2个或更多的框架在水平或垂直方向上排列而成的。当框架在垂直方向排列扩展时，用“+”表示，当框架在水平方向排列时，用“×”表示。填充模块是用于穿越电缆和填充框架的方形模块，分为标准模块、备用模块和附加型模块。压紧装置是用于压紧和封装整个模块式电缆密封件的装置，包括隔层板，压紧块和紧固件。

2.1 类型的选择

模块式电缆密封装置根据防火等级的不同，分为普通型、防爆型和H级。在选择模块式电缆密封装置类型时，先要核对其所处位置在防火划分图中的对应的防火等级，根据表2选用相应类型的模块式电缆密封装置。

2.2 框架型号的选择

模块式电缆密封装置的框架在形式上主要有圆形和方形两种，而方形框架又分为不带法兰边和带法兰边两种。圆形框架通常被用于有防火等级要求的甲板、舱壁或者电缆保护管上的电缆密封。带法兰边的方形框架由于使用螺栓固定，无需焊接不会破坏设备外壳，常被用于设备进线口密封。不带法兰边的方形框架可用于有防火等级要求的甲板和舱壁上的电缆密封。

表2 舱壁防火等级与模块式电缆密封装置类型对照

确定框架的形式后，再根据穿过框架的电缆数量、电缆外径尺寸，来确定框架的大小。通常需要使用专业的计算软件来计算框架大小，并且要最少保留30%左右的电缆备用余量[3]。如果穿过框架的电缆，在框架两端使用的电缆托架支撑固定电缆，为保证电缆可以垂直的穿入模块式电缆密封装置，则框架的大小还需要与框架两端电缆托架的宽度来匹配，即电缆托架的宽度与框架的内部宽度相差不超过40 mm，例如电缆托架的宽度是单层400 mm，就可以选用宽度为380 mm的6×3型号的框架。可以根据表格3、4来选择框架的尺寸型号。

表3 单层电缆托架与框架对照表 mm

表4 双层电缆托架与框架对照 mm

2.3 模块的选择

对于已知外径的电缆选用标准填充模块。对于框架内不穿电缆的空间使用备用模块来填充。如果无法确定电缆准确的外径则可以选用附加型模块。对于标准填充模块，可根据经过模块式电缆密封装置的电缆的外径匹配，见表5。

表5 模块与电缆外径选型表 mm

不同厂家的模块代码和适配电缆直径有所不同，具体模块选择需按照具体项目厂家提供的资料进行匹配。

2.4 模块式电缆密封装置排版图的设计

当有多根电缆穿过模块式电缆密封装置时，不同外径尺寸、不同类型的电缆可以处于框架中的任何位置，现场工人对模块式电缆密封装置敷设电缆时，在不了解整体电路走向布局的情况下，施工时就无法保证整条电缆路径上电缆敷设的合理性、正确性。这就需要设计人员对电缆在密封装置中的位置进行排布，绘制模块式电缆密封装置排版图，以便现场工人敷设电缆时，可以根据电缆在排版图中的位置来敷设电缆。通常情况下，排版图的绘制工作是通过模块式电缆密封装置的专用软件来制作完成。但是专用软件只能在绘制排版图时按照电缆外径大小排序，把外径大的电缆排布在框架底部，外径小的电缆在框架的上部，无法根据模块式电缆密封装置所在的整条电缆路径上电缆的排布位置情况调整电缆在框架中的位置，模块式电缆密封装置排版示例见图1。

图1 模块式电缆密封装置排版示例

图1中电缆类型为CH开头的是信号对绞电缆，CJP开头的是低压动力电缆。从图1可以看出，软件运行出来的排版图把信号对绞电缆与低压动力电缆混合排列在同一层中，这样的排列会对信号电缆产生干扰。这时就需要设计人员对排版图再进行进一步的调整绘制。绘制排版图原则如下。

1)对于不同电缆类型的电缆，比如低压动力电缆、信号对绞电缆，应尽量把同种类型的电缆排布在同一个框中，以保证不同类型的电缆不会相互干扰。如果有中压电缆、高压电缆、变频电缆以及天线电缆，要尽量保证他们有各自单独的电缆路径，尽量不敷设在同一个模块式密封电缆装置中[4]。对于单芯电缆，应保证组成三相的三根单芯电缆排布在同一个框中，按照三角形或品字形排布，并且隔层板要选用不锈钢材质。对于本安电缆应尽量保证其有单独的电缆路径，如果由于条件限制无法保证的，也应该尽量使其不与其他电缆排布在同一个框中，或者尽量远离排布。

2)根据穿过框架的电缆编号，在电缆册中查找完整的电缆节点路径，根据该路径的起始设备位置及终止设备位置判断电缆在模块式电缆密封装置两端电缆托架上所处的位置，然后根据电缆托架与模块式电缆密封装置对应的位置决定电缆在模块式电缆密封装置所处的位置。

3)查看模块式电缆密封装置两端电缆托架的类型，如果是单层托架，模块式电缆密封装置的电缆排布从框架底部开始排。如果是双层、三层或者四层托架，则需要根据上下层电缆托架的层间距，以能保证电缆垂直穿入模块式电缆密封装置为原则，来排布电缆。以保证电缆走向尽量平直[5]。

4)处在框架中两个隔层板之间同一层的电缆，应选用同等大小的模块。例如一个框架中左侧排布的一个60模块，上下各有一个隔层板，60模块的右侧上下排布4个30模块。上下排布的2个30模块中间无法放置隔层板，这将会导致上下排布的2个30模块无法被压紧，会产生漏气的情况。

5)根据框架以及框架两侧电缆托架的位置，来决定压紧件的位置。如果框架的安装位置底部与托架底部齐平，则压紧件应排布在框架上侧。如果框架的安装位置底部比托架底部低40 mm，则压紧件应拍不在框架下侧。这样排布压紧件的位置，可以确保电缆在穿过模块时，处于模块的中心位置。

3 结论

通过分析模块式电缆密封装置的特点，根据其所处区域位置不同，得出模块式电缆密封装置类型的设计选择方法。通过数据及典型图分析模块式电缆密封装置类型、框架及模块的尺寸、型号设计选择方法。并结合现场施工经常发生的问题，结合经验分析模块式电缆密封装置排版图的绘制方法。使得科研设计人员可以有效提高设计的准确性，从而减少在工程项目后期拉放电缆时产生的电缆密封装置发生漏水漏气，密封不严无法通过报验等问题。