控制室和现场机柜室电缆进线密封设计探讨

王同尧

（中石化宁波工程有限公司，浙江 宁波315103）

随着石油化工生产装置对安全要求的提高，把本质安全、HSE贯穿在设计工作的全过程是设计人员的首要任务。在确定了控制室（CR）和现场机柜室（FAR）电缆进线方案后，进线洞口的密封设计也应给予足够重视，因为密封性能的好坏不但与安全有关，而且与室内的操作环境和人身健康有关；其次需考虑施工、维护、投资等其他因素。在对SH／T 3006—2012《石油化工控制室设计规范》问题的咨询中，涉及抗爆电缆密封模块的问题较多，如抗爆建筑物是否一定要采用抗爆电缆密封模块，采用抗爆电缆密封模块时需要供应商提供哪些相关证书，其他形式的密封产品是否满足抗爆要求等。现结合工程实践对CR和FAR电缆进线洞口的密封设计进行探讨。

1 对电缆进线洞口密封性能的技术要求

电缆进线洞口的密封性能体现在以下几个方面，也是设计需要达到的基本技术要求：

1）防火阻燃性。电缆封堵材料首先要具备防火性能，能够防止或延迟电缆自身发热自燃或外界明火燃烧造成的火灾蔓延。其次，应提供国家防火建筑材料质量监督检验中心根据GB 23864—2009《防火封堵材料》出具的防火证书。

2）水密性。电缆封堵材料要具备防水性能，防止有害液体、水或蒸汽通过电缆进线洞口进入室内。

3）气密性。电缆封堵材料要能够防止可燃、有毒气体通过电缆进线洞口进入室内，同时满足防尘要求。

4）防鼠。老鼠进入CR和FAR后，不但会侵咬电缆威胁系统运行，而且影响操作人员的身体健康。例如某石化企业的CR内进入老鼠后，将鼠药放置在机柜间的活动地板下，由于不能确定死鼠的具体位置而无法清除死鼠，造成夏季死鼠腐烂，腐臭气味充满整个CR，严重危害到操作人员的身体健康。

5）环保性。防火封堵材料不应含有卤族元素，高温下不应产生毒性烟气带来次生危害。防火封堵材料应具有国外检验机构根据DIN 38414－S17或者国家建筑材料测试中心根据GB／T 20285—2006《材料产烟毒性危险分级》出具的无卤检验报告。国内检测报告按产烟浓度、麻醉性、刺激性检测分别要达到安全级。

6）重复施工性。石化装置控制系统常常需要更换或增补电缆，因而CR和FAR电缆进线洞口的密封材料最好具有可拆和重复施工性。

7）抗爆性。对于抗爆结构的CR和FAR，当电缆进线洞口位于室外地面以上时，应要求洞口封堵产品具有抗爆性能。是否具备防爆性能需要第三方检验机构出具测试报告。该类产品有国外机构提供的抗爆证书，该测试报告的依据是DIN EN 13123—1 《Windows， Doors and Shutters Explosion Resistance—Requirements and Classification Part1：Shock Tube》和 DIN EN 13124—1 《Windows， Doors and Shutters Explosion Resistance—Test Method Part1：Shock Tube》。类似产品国内的检验机构是国家民用爆破器材质量检测中心、总参工程兵科研三所，但是否承接该类产品的测试还在探讨中。

8）防爆。当电缆封堵产品用于盘箱柜时应要求具有防爆性能。是否具备防爆性能需要第三方检验机构出具防爆证书。

2 电缆进线洞口的密封形式

电缆进线洞口的密封性能与防火封堵材料的性能有关。国内防火封堵材料是在借鉴国外经验的基础上逐步发展起来的，从沙袋、防火胶泥、浇注型防火封堵材料到阻火包。GB 23864—2009《防火封堵材料》颁布后，许多防火封堵材料相继诞生，如防火封堵板材、泡沫封堵材料、防火密封条、阻火包带、阻火模块等。文献［1］中将防火封堵材料按用途分为洞口用防火封堵材料、缝隙用防火封堵材料、塑料管用防火封堵材料三个大类。

CECS 154—2003《建筑防火封堵应用技术规程》第3.3.2条规定：“单根电缆或电缆束贯穿孔口的防火封堵应符合下列规定：当贯穿孔口直径大于150mm时，应采用无机堵料防火灰泥，或有机堵料如防火发泡砖、矿棉板，或防火板并辅以有机堵料如膨胀型防火密封胶，或防火泥等封堵”。

目前工程中常用的电缆进线洞口密封形式主要包括：采用模块式电缆密封系统，简称为电缆密封模块；采用绝缘阻燃多功能封堵剂现场浇注；电缆胶泥封堵。

3 不同密封形式的特点

每一种密封形式都不是十全十美的，设计时，应在了解各种密封形式特点的基础上扬长避短，根据项目特点进行选取，以满足工程需要。

1）电缆密封模块是从国外造船、海上石油平台成功应用后引入国内的，其优良的抗爆、防火、气密、水密、环保、防鼠、可变内径、重复穿越、寿命长等性能得到了用户的肯定。可变内径、可重复穿越、可预留面积的特性为后期更换增补电缆提供了方便。其抗爆特性能够满足CR和FAR室外地面以上进线的抗爆需求。但与其他密封形式相比，除了价格因素外，由于设计原理的不同，该模块采取单根电缆穿越，机械外力密封，在达到隔绝空气严密防火密封性能的同时，导致了电缆填充率（CECS 154中定义为电缆穿越贯穿洞口时，电缆线总截面面积与贯穿洞口面积的百分比值）的下降。在同样电缆数量下，因需要的进线洞口面积增大导致费用增加，电缆进线施工区域增大，易受施工期间防水问题困扰。

2）采用防火阻燃材料现场浇注的密封形式在工程中一直有所应用。该封堵材料有国内产品，也有进口的多功能封堵剂。产品包括罐装的膨胀剂和清洗剂，清洗剂用于浇注前的工作面清洗以增加绝缘膨胀剂与电缆的粘附度。为确保密封效果和平整美观，通常需要在墙体内外两侧实施浇注。洞口较大时可考虑加装金属分割和支撑，密封后与电缆连成整体，除具备基本密封性能外，还具有电缆填充率高、施工便捷、费用低等优点，更换增补电缆后需再行浇注。因该类产品的抗爆性能检测还在与国内检测机构接洽之中，能否取得抗爆证书尚无结论。采用该密封形式时，需供应商提供材料的阻燃测试报告；设计需提供采购料单。

3）防火电缆胶泥封堵也是传统的密封形式，因其具有良好的可塑性、粘合性、施工方便、费用低等特点沿用至今。由于电缆胶泥使用几年后可能产生干缩现象导致密封性能降低，通常采用洞口电缆胶泥封堵外面加充沙的方式加以弥补，但会带来防潮问题。充沙不能独立作为电缆进线洞口的防火封堵形式，只能作为防火密封辅助措施，该密封形式不具有抗爆性能。采用该密封形式时，其材料应满足文献［1］的要求。通常设计可不提供采购料单，由施工单位做出施工预算和备料。

4 电缆进线口密封形式的选择

采用哪种密封形式与电缆的进线方式、项目地域、业主要求、投资费用、项目审查团队和设计人员的观念等因素有关。首先根据项目的规模、电缆数量、地域特点、业主习惯确定采用室外地面上进线还是室外地面下进线，进而确定电缆进线洞口的密封形式。然后，根据电缆数量确定电缆进线洞口的数量和规格。电缆进线洞口密封形式的选择直接决定了电缆进线洞口的数量和大小，在提出电缆进线洞口的建筑结构设计条件之前，必须确定电缆进线洞口的密封形式。

抗爆建筑物的电缆进线洞口并非一定要采用抗爆电缆密封模块。如果采用在室外地面以上的外墙上进线方式，则需要采用抗爆电缆密封模块进行洞口密封；如果采用在室外地面以下的外墙上进线方式，则三种密封形式均可采用，因为使用在室外地面下的抗爆功能已被大地、电缆进口围堰及充沙等措施所取代。此时采用哪种密封形式主要取决于用户、设计单位和个人控制投资的意识和力度以及其他因素。比如对于地下进线采用抗爆电缆密封模块，有的设计单位在项目审查中被视为过度设计，有的设计单位则普遍采用。对此，没有对错之分，只是取舍的侧重面不同。

5 采用电缆密封模块需关注的问题

抗爆电缆密封模块与传统的防火封堵材料不同，在设计时需关注以下问题。

5.1 电缆洞口面积验证

因电缆密封模块固有的“单根电缆密封”特性，在确定的面积下不可能通过调整穿越方式增加电缆填充率，即电缆穿越所需的面积是不可压缩的。在电缆数量和规格没有最终确定的条件下，需要预估CR和FAR的电缆进线洞口面积和规格，以满足建筑结构专业设计条件，为了避免出现电缆进线洞口面积不足的情况，建议按下列程序设计：

1）根据CR或FAR管辖装置控制系统的I／O点数量、常用多芯电缆对数，估算出几种常用规格电缆数量，且估算的电缆数量足以满足控制系统I／O点数量的要求，并留有余量。

2）查出这几种电缆的外径。各电缆品牌同一规格电缆外径不同，但面积估算时外径不同可忽略不计。

3）将估算的电缆数量、规格、外径、要求的洞口规格、每个洞口的备用余量等信息提交给电缆密封模块供应商，供应商利用专用软件设计出每个洞口的电缆排列工程图。

4）在供应商提供的工程图基础上，进一步考虑不同等级电缆、来往电气配电室（MCC）电缆是否分洞口排列等要求，确定电缆进线洞口的面积和规格，以此为依据提出建筑结构专业设计条件。

5.2 需提供相关证书

抗爆电缆密封模块相关的报告证书既有国外检验机构出具的，也有国内检验机构出具的。在采用时需供应商提供下列相关证书：

1）抗爆证书。由第三方检验机构出具的抗爆测试报告和国外机构提供的抗爆证书，该类产品的国内检验机构测试目前处于接洽中。

2）防火证书。由国家防火建筑材料质量监督检验中心依据文献［1］出具的耐火完整性报告。

3）气密水密性检验证书。目前提供的也是国外检验机构出具的报告。

4）无卤检验证书。有国外检验机构依据DIN 38414－S17出具的报告、国家建筑材料测试中心依据GB／T 20285—2006《材料产烟毒性危险分级》出具的报告两种。

除了要求上述涉及安全、环保的证书外，对其防鼠性能、可变径范围、安装方便性等也需进行考量，尽可能提升所用产品的性价比。

5.3 缩小电缆进线洞口面积的建议

对于缩减电缆进线洞口面积的需求，根据工程经验，下列措施可以考虑：

1）尽可能采用大接线箱。采用较粗的多芯电缆以减少电缆数量，可有效降低电缆所需的穿越面积。模块的可变径范围达10mm，充分利用可变径范围可有效提升电缆的填充率。例如16mm×2mm×1.5mm电缆外径为24mm，8mm×2mm×1.5mm电缆外径为19mm，二者采用的模块面积相同，二者外径相差的5mm被变径范围（多层橡胶密封圈）所取代。因此，当项目采用电缆密封模块时，建议尽可能不采用10对以下的多芯电缆。

2）在产品系列中首选大框型。该方式将每个洞口大金属框内分割成多个宽度相同的独立密封间隔（小框），每个小框有4种高度可选，不同高度的小框中其上部压紧件所占空间相同，因此，选用大框型可提高电缆的填充率，减少开洞尺寸。

6 结束语

CR和FAR电缆进线洞口的密封设计并不复杂，但却关乎消防安全、室内操作环境及人身健康，需在设计、施工、维护各个环节给予重视。每一种密封形式都有其可选择的特点，具体选择时要结合项目建设地域、装置规模、业主要求、投资费用、不同密封形式性价比等因素综合考虑，选取符合项目要求的密封形式。

［1］李苏秦，胡晨，董继军，等.GB 50160—2008石油化工企业设计防火规范［S］.北京：中国计划出版社，2008.

［2］卢国建，王良伟，聂涛，等.GB 23864—2009防火封堵材料［S］.北京：中国标准出版社，2009.

［3］经建生，倪照鹏，杜霞，等.CECS 154—2003建筑防火封堵应用技术规程［S］.北京：中国标准出版社，2003.

［4］于万河，朱立彤，闫磊，等.GJBT 972—2006电缆防火阻燃设计与施工［S］.北京：中国标准出版社，2006.

［5］戴殿峰，董学京，薛思强，等.GB 16807—2009防火膨胀密封件［S］.北京：中国计划出版社，2009.

［6］刘武，路以宁，张俊，等.GB 50779—2012石油化工控制室抗爆设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2012.

［7］DIN EN 13123－1Windows，Doors and Shutters Explosion Resistance—Requirements and Classification Part1：Shock Tube［S］.DIN，2001.

［8］DIN EN 13124－1Windows，Doors and Shutters Explosion Resistance— Test Method Part1：Shock Tube［S］.DIN，2001.

［9］李云浩，沈金波.我国电线电缆防火封堵现状［J］.消防技术与产品信息，2011（05）：51－53.