海上换流站围护结构舾装节点构造设计

周嘉意，史华军

（中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，湖北 武汉 430071）

随着我国电力产业的飞速发展，海上风电新增装机容量逐年提高，至2019年底累计装机容量已达4.9GW。而海上风电接入主电网需要经过海上换流站，例如柔性直流换流站，可将电能整流为直流后输送到陆上，再经过逆变为交流后接入陆上电网。鉴于海上换流站所处的特殊使用环境，为保障工作人员、设备在严苛的环境下能够保持正常工作，围护结构舾装节点构造的合理设计是海上换流站安全稳定运行的基础。

围护结构舾装上的节点构造设计主要是指围护结构各构件本身或构件之间的构造设计和连接设计，包括构件自身多材料层次的组合方式、相交构件和相邻构件之间相互连接的细节设计。由于节点种类繁多、组成复杂，节点设计的合理与否将直接影响舾装是否能够满足使用需求，在舾装设计中属于难度较大且重要的工作。本文将主要对海上换流站围护结构的甲板、墙板、吊顶、防火绝缘节点和连接节点设计5个方面结合设计原理进行阐述。

1 甲板构造

甲板作为海上平台内房间的水平分隔构件，主要承担了承重、隔声、防火的作用。甲板上的装修根据换流站内房间功能的不同采用不同的地板材料，甲板装修主要有防静电架空活动地板、耐火橡胶地板和PVC地板等。

PVC地板通常与超轻质基层甲板敷料搭配，采用2 mm厚PVC地板铺在设有20 mm厚超轻质基层甲板敷料的甲板上，用于楼梯间、走廊、更衣室等经常有人员活动的区域。而如阀厅、消防泵房、海水提升设备间、备件间和阀基备品库等电气设备用房或仓库具有一定的火灾危险性，则需要采用3 mm厚耐火橡胶地板铺在设有20 mm厚超轻质基层甲板敷料的甲板上。对于地面有电缆敷设需求的主控室、阀冷控制设备室、站用电室等设备间可采用200 mm、600 mm或800 mm高的全钢防静电架空地板，面层采用陶瓷贴面，地板支架采用Q235B钢材。电梯间、海缆井、水管井等无人员活动的井道则不设计装修面层。

2 墙板构造

舾装墙板是海上平台围护结构中最为常见的材料，也是降低各个舱室之间相互噪声传播和火灾蔓延的主要阻止构件之一，对提高工作人员的工作环境质量和保障海上平台的生命财产安全至关重要。

内墙板通常使用复合岩棉板，由100 mm厚的岩棉和内外两面的0.5 mm厚以上的镀锌钢板复合而成，夹芯岩棉的密度为100 kg/m3，面向室内侧表面低播焰性PVC镀膜。每块板材的高度约在3～4 m，其宽度无固定要求，可根据厂家的生产规格及工程项目的现场排版情况综合确定。

内墙板的装修根据房间的使用功能不同，通常采用不同的装修方案。对于有人经常活动的房间，如楼梯间、走廊、更衣室等，为提高室内装修带给工作人员的舒适度，可采用30 mm厚的复合岩棉板作为衬板，同时在室内侧一面PVC镀膜，兼顾了美观、阻燃、防潮的功能；而在阀厅、加氯设备间、阀基备品库等偶有人活动的设备用房或仓库则可采用岩棉或陶瓷棉外包覆铝箔布、不锈钢钢丝网固定的方式作为内墙装修；对于无人员活动的海缆井、排烟井、水管井等井道，则可不做内部装修以节约投资。

3 吊顶构造

吊顶作为房间内的天花板装饰构件，除美观外还具有保温、隔热、隔声、吸声的作用，同时也是顶部风管、电气线缆和通信线缆的遮蔽构件。海上换流站中所采用的吊顶通常为复合岩棉板吊顶，厚度为25 mm，设置在有人活动的区域，如走廊、更衣室、楼梯间等。其他不设置吊顶的区域则采用岩棉或陶瓷棉包覆铝箔布、不锈钢钢丝网固定的方式处理。

吊顶的设置高度与该层空间的用途和尺寸有关，例如在海上换流站中，层高往往可达5 m以上，而对于走廊、更衣间等空间较为狭小的房间，数米净高的房间会使人产生压抑感，同时灯具也无法安装在顶部甲板上，使得功能和观感皆不能满足要求。因此在人员活动的场所里通常根据房间的性质并结合暖通和电气灯具照明的需求设置一定高度的吊顶，吊顶上开设的暖通孔洞、灯具孔洞均由现场切割后安装风口或灯具。

4 防火绝缘保温节点构造

4.1 墙体的防火绝缘

墙体是阻止火灾蔓延的垂直分隔构件，其防火性能尤为重要。墙体位于不同的平面位置其防火要求不同，根据《海上固定平台安全规则》《海上风力发电场设计标准》《风电场工程110kV～220kV海上升压变电站设计规范》等规范要求进行设计。墙体的耐火性能大致分为A-0级、A-15级和A-60级，对于消防泵房、海水淡化设备间等火灾危险性较小的功能房间，其墙体采用A-0级；对于阀厅、直流室等重要电气设备用房则采用A-60级。

外墙的A-0级和A-15级防火绝缘构造可采用30+50 mm厚岩棉（密度100 kg/m3）、外包玻璃丝布做法，内墙的A-0级和A-15级防火绝缘构造可采用50 mm厚岩棉（密度100 kg/m3）、外包玻璃丝布做法，内墙的A-60级构造可采用20+20 mm厚陶瓷棉（密度170 kg/m3）、外包玻璃丝布做法，如图1所示。

图1 柱、墙体防火构造

钢围壁自身不燃，但隔热能力不足，通常采用岩棉、陶瓷棉或组合铺设的方式加强围壁的防火隔热性能。内墙衬板为30 mm厚的不燃性复合岩棉板。在钢柱、钢梁、斜撑等表面为圆形或不规则形状的构件处，墙体无法覆盖，则采用防火延伸带的方式覆盖固定在钢构件上，延伸带的材料采用不同厚度的陶瓷棉或岩棉进行包裹，利用保温钉将陶瓷棉固定在钢柱上，覆盖的厚度依据所在部位的防火等级确定。

墙体的保温通常是和防火统一考虑，墙体防火材料选择的岩棉、陶瓷棉均有良好的保温性能，在设计中墙体的功能需要同时满足防火和保温的要求，因此选择防火材料厚度时应同时满足防火和保温要求。

4.2 甲板的防火绝缘

甲板作为阻止火灾蔓延的水平分隔构件，甲板自身不能满足防火的要求，需要在甲板上附加一层防火敷料用于改善甲板的防火性能，如图2所示。甲板敷料应为高温时不易着火且不会产生烟气、毒性物质或爆炸危险的材料，并根据《耐火试验程序规则》确定满足要求的材料，同时具有CCS型式认可证书。考虑到房间内发生火灾危险时火焰向上传播，因此在描述房间内的甲板防火性能时，均按该房间的顶面甲板作为设计对象，防火绝缘与隔热布置设置在该甲板下方。与墙体类似，甲板的防火性能也根据所在房间的功能不同而不同，其耐火等级同样分为A-0级、A-15级和A-60级。消防泵房、海水淡化处理设备间等无火灾危险性的房间其甲板的耐火等级均为A-0级，阀冷控制设备室、阀组蓄电池室等电气设备用房的甲板耐火等级为A-15级，电缆室、主控室等重要房间的甲板耐火等级为A-60级。

图2 室内基层敷料构造

甲板的A-0级和A-15级防火绝缘构造可采用50 mm厚（密度100 kg/m3）、外侧包玻璃丝布做法，A-60级防火绝缘构造可采用20+20 mm厚陶瓷棉（密度170 kg/m3）、外包玻璃丝布做法。一层的甲板防火绝缘及隔热因其下方无房间，因此构造不同，按20 mm超轻质基层甲板敷料实现，其导热系数应≤0.25 W/（m·k）。

4.3 其他部位的防火绝缘

除了上文提到的常规构件防火外，在工程中仍然存在常规手段无法覆盖到的部位，需要采取涂刷防火漆的方式保证工程中整体构件的防火范围完整。例如各层室内（含走廊）复合岩棉衬板外侧的柱和斜撑、不在墙轴线处的室内裸露立柱和斜撑、各层室内大梁下翼缘部分等，均应涂刷防火漆。防火漆的防火性能需要等同于A-60级分隔的防火性能，并需具备船级社证书。防火漆的底漆、中漆、面漆需配套且能满足室内防火的要求。

火灾发生后产生的烟气对人员逃生的影响很大，烟气通常在房间顶部聚集并随天花板蔓延扩散。为了阻止这种烟气的蔓延，走廊作为疏散通道，在吊顶下方采用500 mm高的岩棉复合板作为挡烟垂壁，如图3所示。其他大空间房间则在吊顶板以上设置间距不超过14 m的挡风条，风管、水管、桥架等穿越挡风条处局部采用岩棉包裹紧实、封堵缝隙。

图3 吊顶下挡烟垂壁构造墙板底部连接构造

5 构件连接节点构造

5.1 墙板连接

内墙板之间通过双面双耳式咬口连接，上、下部通过PA10型材与顶部角钢或底部钢甲板焊接，如图4所示。转角处的板材是采用成品L型复合岩棉板，再与其他墙板咬口连接。踢脚板采用成品铝合金型材，设置在墙板的底部，与内墙复合岩棉板通过螺钉固定。

图4 墙板底部和顶部连接构造

5.2 活动地板连接

在房间下部敷设的电缆数量决定了活动地板架设的高度，通常采用架设高度有200 mm、600 mm和800 mm。活动地板与甲板的连接已在上文中阐述，除此之外还涉及到与房间周围墙壁和门之间的连接。与墙壁之间连接是采用贴靠的无约束连接，形成缝隙由踢脚板覆盖。与门之间的连接涉及到房间内外的地面高差，根据高差的不同需要设置数步台阶与门槛相接。

5.3 吊顶连接

复合岩棉板吊顶的连接是通过企口插接将多块复合岩棉板连接在一起，短轴两端再搭接在吊顶型材上，上层甲板底面预先焊接固定角钢，吊顶型材再通过焊接与固定角钢连接，如图5所示。

图5 吊顶吊挂安装构造

位于墙体侧的吊顶则通过钢围壁上焊接的伸出角钢、搭配型材搭接，将重量传递给钢围壁而不是复合岩棉板内墙。

6 结束语

我国海上风电工程正经历由近海至远海、由研究到应用的关键进程，海上换流站已然成为了风电能源发展的研究热点。为保障人员与设备安全稳定的运行，围护结构舾装的节点构造涉及面广，往往需要结合建筑学、材料学、结构力学等学科知识综合考虑、统筹设计，在海上换流站的舾装设计中是不可忽视的重要环节。本文以海上换流站主要围护作为研究起点，从构造设计原理出发论述了各构造节点的设计方法和方案，对今后海上换流站的设计工作起到很好的指导和参考作用。