基于安全返港要求的船用耐火电缆测试方法

2023-12-19夏华松程海涛卢军军辅志辉

江苏船舶 2023年4期

王俊,夏华松,程海涛,卢军军,辅志辉

(1.中天科技装备电缆有限公司,江苏南通 226010;2.必维船级社(中国)有限公司,上海 200011)

0 引言

随着豪华邮轮的规模和载客量的不断扩大,对其安全要求也在不断增强。国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)对客船的安全性提出了“希望客船在遇到海难事故时,能作为自身的救生艇”的理念,并在2006年8月举行的海上安全委员会(Maritime Safety Committee,MSC)上通过了MSC.216(82)决议,对《国际海上人命安全公约》(SOLAS公约) Ⅱ-1/8-1和RegⅡ-2/21& RegⅡ-2/22的相关条款进行了修订,提出了“安全返港、有序撤离”等强制性要求。2010年6月通过的MSC.1/Circ.1369给出客船在失火或浸水后对系统能力评估的临时解释,对“安全返港、有序撤离”的含义可描述为:船舶在一定界限内发生火灾或浸水事故时,能依靠自身的动力安全返港,返港过程中旅客能安全地处于“安全区域”内,且满足基本的生活需求;当事故超出安全界限时,重要系统能运行3 h以保证有序地撤离。“安全返港、有序撤离”要求间接地对用于邮轮等客船类的船用耐火电缆也提出了更高等级的耐火测试要求,即供火时间至少需要达到180 min。而现行标准明确了船用耐火电缆耐火测试时间最长为120 min,即尚无针对“安全返港、有序撤离”要求制定的耐火测试方法和判定准则。

为此,本文将从火焰温度、供火时间、振动频率、喷淋方法等方面,对现行常见的标准耐火试验测试方法和判定准则进行分析和对比,旨在探讨出一种适用于“安全返港、有序撤离”要求的增强型耐火试验方法,对适用于邮轮船用耐火电缆的耐火等级给出判定准则,并就相关要求对船用耐火电缆设计的影响进行解析。

1 船用电缆设计要求

船舶电气系统的设计必须满足“安全返港、有序撤离”要求,而作为连接电气系统各部分的关键元件的电缆,势必也要做出满足要求的应对性的设计变更。

根据“安全返港、有序撤离”要求,对于重要系统的电缆,需要满足以下基本要求:

(1)符合IEC 60331-1:2018和IEC 60331-2:2018标准的耐火电缆。

(2)当其通过火灾发生的处所(但不服务于该处所),而在该处所内无连接件、接头和与其相连的设备[1]。

上述(1)项是对电缆提出的明确要求,即电缆必须是耐火型电缆。根据IEC 60331-1:2018和IEC 60331-2:2018的标准要求,最大的耐火测试时间仅需要满足120 min,其与“有序撤离”所要求的180 min还存在不小的差距。因此,对于在安全撤离时仍然必须保持可用的系统,这种等级的防火电缆会被视为不适用。

2 船用耐火电缆测试方法

由于IEC 60331-1:2018和IEC 60331-2:2018标准的耐火电缆不能完全适用,有“安全撤离”要求的系统通常会有以下2种解决方案:

(1)重要系统应冗余设计或完全双套[2]。

(2)对于穿过非服务于此主竖区的电缆,可以敷设在A60的电缆通道或者A60分隔区域内[3]。

以上2种方案都是在使用普通耐火电缆的同时,附加了其他补充手段来满足要求的,并没有对耐火电缆本身提出更高的要求。

实际上,也可以从电缆的自身耐火等级角度考虑,改进设计,提升耐火等级,以满足180 min的要求。法国船级社(BV)的规范性文件NR 598 DT R01 EImplementationofSafeReturntoPortandOrderlyEvacuation的第4.1条款,即要求耐火电缆具备满足3 h的线路完整性。

2.1 船用耐火电缆耐火性能要求

目前,IEC系列船用耐火电缆的耐火性能必须满足IEC 60331-1:2018或IEC 60331-2:2018或IEC 60331-21:1999标准规定。在这些标准中,耐火测试的时间等级分别为30、60、90、120 min。

2.2 耐火电缆标准试验方法对比

除IEC 60331系列耐火电缆以外,在不同的标准体系中,也有其特定的耐火测试标准。本文列举并对比几个常见的耐火测试标准,详见表1。

2.3 船用耐火电缆增强型耐火试验方法

从耐火电缆标准试验方法对比可知,现行耐火电缆测试标准除BS 6387:2013外,包括船用电缆所执行的IEC 60331-1:2018在内的其他标准都不包含180 min的测试要求,因此为了能够充分证明耐火电缆能满足“有序撤离”180 min的时间要求,就必须制定出对应的验证试验方法。以下就此试验方法的设计进行探讨。

(1)对于0.6/1 kV及以下、外径20 mm及以下电缆,分别有BS 6387:2013和EN 50200:2015标准可以参考。BS 6387:2013标准的CWZ等级中C类测试的供火时间要求恰好为180 min,其主要测试程序为分别进行950 ℃火焰温度下3 h水平耐火试验、650 ℃火焰温度下15 min喷淋耐火试验和950 ℃火焰温度下15 min冲击震动耐火试验。3组试验均为独立进行,相较于应用场景,不具有典型性和综合性。

EN 50200:2015标准的试验方法与IEC 60331-2:2018的较为接近,且供火、冲击和喷淋也同时施加在试验电缆上,但试验要求较高,因此认为可予以直接参考引用。试验方法如下:将其作为0.6/1 kV及以下、外径20 mm及以下电缆的增强型耐火测试方法的基本程序,并将试验时间延长至180 min;从测试的第165 min开始施加喷淋,实现180 min内供火、冲击和喷淋测试方法的叠加,最终形成针对0.6/1 kV及以下外径20 mm及以下电缆的增强耐火测试方法。

(2)针对0.6/1 kV及以下、外径20 mm以上电缆,结合IEC 60331-1:2018和BS 8491:2008和NEK TS 606:2016等标准的相关方法和要求,可以将现行的IEC 60331-1:2018标准试验方法作为基础程序,保持测试装置和测试程序不变,延长测试时间至180 min,并从测试的第165 min开始,增加水喷射测试,持续15 min,其喷射装置及测试程序参考BS 8491:2008。

根据此测试方法,被测耐火电缆将同时承受持续180 min的830 ℃火焰燃烧、持续的间歇性冲击震动和喷射测试,测试要求高,适用性全面,实现180 min内供火、冲击和喷淋测试方法的叠加,形成针对0.6/1 kV及以下、外径20 mm以上电缆的增强耐火测试方法。

综上两类增强型测试方法,均能充分考量电缆耐受180 min持续火焰条件下保持线路完整性的能力,因此通过增强测试的耐火电缆,都可以声明该电缆在3 h的火焰条件下,具备保持线路完整性的能力,可以满足“安全返港,有序撤离”的要求。

当然,由于IMO及SOLAS公约中对于满足“安全返港,有序撤离”要求的耐火电缆,并没有提出关于180 min耐火的测试标准要求,且各船级社规范中也未做详细规定,因此,以上探讨的增强测试方法的可行性,还需要得到船级社乃至用户的认可,方可确定实施。

3 增强型耐火测试方法的影响

通过对常规船用耐火电缆采用上述设计的增强型耐火测试方法进行测试,其测试结果均无法满足判定准则。经分析失效原因,大多受供火时长和附加喷淋测试的影响,因此可以推断常规船用耐火电缆的耐火结构设计无法满足“安全返港、有序撤离”的要求。最终通过对耐火结构进行优化设计,并通过了增强型耐火测试,证明了该增强型耐火测试方法具有可行性。