海洋石油平台胶泥填料函应用场景研究.pdf

.a.50-2023年第2 6 卷论文广场石油和化工设备海洋石油平台胶泥填料函应用场景研究孙伟俊（海洋石油工程（青岛）有限公司，青岛，2 6 6 5 2 0）摘要】隔爆外壳保护的设备是爆炸性气体环境常见的防爆电器型式之一，本文介绍了国际电工协会标准IEC60079-14对隔爆设备胶泥填料函选用要求的背景及变迁过程，梳理了该标准由4版升到5 版的主要变化，并通过四个具体案例详细分析了新旧标准中胶泥填料函的具体应用场景，对不同项目中胶泥填料函选用标准的争议提出了自己的认识。关键词】爆炸性气体环境隔爆设备胶泥填料函引言2013年国际电工协会发布了IEC60079-14第5版 ，与2 0 0 7 年发布的第4版 2 相比，标准对胶泥填料函应用要求作出了较大调整。多年以来，在笔者参与的项目中，对何种情况下应该使用胶泥填料函仍有许多争论。基于此，笔者查阅了大量相关标准与资料，对胶泥填料函的应用要求进行了了解和研究，有了一些认识，希望与国内读者分享，对海洋工程项目中选用合适类型的填料函有所帮助。1胶泥填料函简介胶泥填料函是一种使用胶泥作为密封材料的填料函，胶泥形式密封可用于电缆直接进入隔爆型设备外壳，确保设备隔爆的完整性。在电缆进入外壳前，把电缆的内护套剥去露出芯线，将胶泥在芯线周围进行密封，胶泥密封效果好，对电缆无损伤。2IEC标准纳入胶泥填料函的历史背景IEC60079-14:1996第2 版 3 首次纳入了一个取自BS5345-3:1989的选择表，IEC60079-14的后续版本直到2 0 0 7 年的第4版都保留了该选择表。在2013年1 1 月发布的第5 版中，该选择表被替换为新的选择规则。最初的选择表是基于英国电气研究协会（ERA）1 9 7 5 年进行的一项研究 4，5 ，该研究认为隔爆设备外壳内的反复打火可能会损坏电缆导体绝缘和内部填充物，当损坏达到一定程度可能使其成为所处易燃环境的点火源。该研究提出了六项塑料电缆与合成橡胶绝缘电缆有关的建议：a在没有某种形式的额外保护的情况下，不应将缠绕型内护套电缆连接到隔爆设备外壳，包括隔爆接线盒。b.在没有某种形式的额外保护的情况下，不应将挤压型内护套电缆连接至内部净容积大于2 升的隔爆设备外壳。c连接到IIC组别隔爆外壳的电缆，应提供某种形式的附加保护。d.上述三项建议要求的附加保护应保持设备外壳的防火性能，并应可靠地防止高温燃烧产物渗入裸露的电缆终端，这可以通过以下方式实现：一种特殊的填料函，或提供密封装置，例如一个终端盒，或其他同等效力的措施e.标准工业电缆可以使用标准工业密封接头连接到隔爆接线盒中，前提是它们也符合增安型设备的要求f.如电缆连接至内部净容积大于2 升的隔爆设备，应考虑提供某种形式的额外保护。在进行上述研究时，胶泥填料函尚未被发明，因此研究提到“一种特殊的填料函”。3IEC60079-14第2 版至第5 版对胶泥填料函选用要作者简介：孙伟俊男，（1 9 9 0-），本科学历，工程师，主要从事海洋石油工程加工设计研究工作。51孙伟俊海洋石油泥填料函应用场景研究第8 期求的变迁过程基于前文提到的研究，国际电工协会于1 9 9 6 年在IEC60079-14第2 版中采用并发布了如下填料函选型流程图 3。按照图1 所示流程图，胶泥填料函的应用仅限于防爆设备外壳包含点火源的情况，当设备需要在IIC气体组别环境中使用，或设备不在IIC气体组分环境中使用，但处于Zone1区域且设备内部净容积大于2 升，则需要使用胶泥填料函对设备进行额外保护。在IEC60079-14:2013第5 版之前，此流程图一直保持不变，第5 版对胶泥填料函使用要求的关键点如下叫：10.6.2填料函选择电缆进线应符合下列条件之一：a.符合IEC60079-1并经过认证的使用固化剂密封的填料函（即胶泥填料函）；b.电缆和填料函满足以下所有要求：填料函符合IEC60079-1并被认证为设备使用的电缆符合9.3.2(a)要求连接的电缆长度至少为3米；c.电缆经由套管和增安型接线盒组合而成的隔爆外壳间接进入设备。d.矿物绝缘金属护套电缆，使用符合IEC60079-1的防爆填料函；e.设备资料中指定的或符合IEC60079-1的隔StartDoesthisenclosureYesNocontainaninternalsourceof ignition?a)DoestheUseasuitableYesNoflameproofhazardouscableentrygasrequirelicdevicewithaapparatus?sealingringYesistheNoApplyareaofinstallation10.4.2zone1?d)ore)istheYesvolumeb)ofNotheenclosuregreaterthan2dm3?IEC2696/02图1 IEC60079-14第2 版至第4版中采用的填料函选型流程图爆密封装置（如密封腔），并采用适合电缆的填料函，密封装置应包含化合物或其他适当的密封件，使电缆的每一个线芯都可以进行密封，密封装置应安装在电缆进入设备的入口处。4IEC60079-14第4版至第5 版的主要变化IEC60079-14更新至第5 版后，胶泥填料函与非胶泥类型填料函的选用标准发生了变化：a.隔爆设备包含起弧组件，在旧版标准中，只要设备位于Zone2区域、IIB或IIA气体组别环境或者位于Zone1区域但内部净容积低于2 升，都需要使用非胶泥类型填料函。新版标准取消了这一点，并规定如果电缆长度为3米或更长，就可以使用非胶泥类型填料函，而无需考虑其所在区域等级和气体级别。b隔爆设备不包含起弧组件，旧版标准允许在所有应用中使用非胶泥类型填料函，而新版标准要求对电缆小于3米的应用中使用胶泥填料函。5胶泥填料函使用场景分析为更好了解有关胶泥填料函选用要求的有关变化，以下通过4个示例展示在新旧两个版本标准中电缆连接隔爆电机启动器和隔爆电机时如何选用填料函。522023年第2 6 卷论文广场石油和化工设备No limitoncablelengthZone2BPerIEC60079-14:2007Ed.4ExdmotorExdmotorstarterExdnon-barrierglandsNolimitoncablelength图2：根据IEC60079-14:2007第4版，使用非胶泥类型填料函直接进入隔爆外壳如果设备所处环境为Zone2,IIB，即使其包含起弧元件也可以使用非胶泥填料函。Nolimitoncable lengthZone2IcPerIEC60079-14:2007Ed.4ExdmotorExdmotorstarterExdbarrierglandsNolimit on eablelength图3：根据IEC60079-14:2007第4版，使用胶泥填料函直接进入隔爆外壳在IIC气体组别环境中或在IIB气体组别且设备内部净容积大于2 升，如设备包含起弧组件，则必须使用胶泥填料函。53-孙伟俊海洋石油平台台胶泥填料函应用场景研究第8 期SmeterscablelengthZone21BExdnonbarrierglandPerIEC60079-14:2013Ed.5ExdmotorExdmotorstarterExdbarrierglands2meterscablelength图4：根据IEC60079-14:2013第5 版，使用胶泥填料函和非胶泥类型填料函直接进入隔爆外壳在此种情况下，电缆长度是否大于3米是填料函选用的关键因素，而非区域分类或气体组分环境。Smeters cablelengthZone1lcPerIEC60079-14:2013Ed.SExdmotorExdmotorstarterExdnon-barrierglandsSmeterscablelength图5：根据IEC60079-14:2013第5 版，使用非胶泥类型填料函直接进入隔爆设备外壳即使在电缆长度超过3米的Zone1区域IIC环境中，也可以使用非胶泥类型填料函。从以上示例中可以看出，需要使用胶泥填料函的场景发生了变化。同时，在旧版标准中隔爆设备不含起弧组件则不要求使用胶泥填料函，但在新版标准中，这需要取决于电缆长度。6结语IEC60079-14关于胶泥填料函选用要求已调整多年，但部分项目中仍有业主要求按照旧版流程图确定是否选用胶泥填料函，这可能与英国委员会对IEC60079-14在2 0 1 3年的升版提出质疑有关，其认为此部分修改未经过足够的测试和评估，因(下转5 6 页）收稿日期：2 0 2 3-0 3-2 7 修回日期：2 0 2 3-0 7-1 3（上接5 3页）56-2023年第2 6 卷技术交流石油和化工设备气室内迅速充满氩气，使焊道背面始终处于保护状态，避免背面氧化造成根部缺陷。在穿越断口处，采用31 6 L不锈钢管过渡需断口的双金属复合管，这样省去了双金属复合管断口后的打磨、封焊等工序，节省了大量时间。在焊接过程中，首先焊接接头坡口内外两侧20mm除锈处理，然后对管口进行预热，使用红外测温仪测量管壁温度需预热到1 0 0 以上，根焊过程中应及时观察焊缝背面颜色和成型情况，若不能满足要求，则说明根部保护效果不佳，应检查内保护器密封性能是否良好，氧含量是否满足要求，焊接时注意环境风速变化，氩弧焊打底焊风速不宜超过2 m/s，手工电弧焊风速不宜超过8 m/S，如超过风速要求需采取适当的防风措施。接过程中严格控制层间温度，焊接各层的层间温度不宜低于6 0。焊后检测方面，在设计初期，由于此条管线为站间集数管线，设计压力为8 mpa，一般施工标准规范为1 0 0%超声波，2 0%射线抽查，而设计要求也是1 0 0%超声波检测，2 0%射线检测，但由于焊缝处内、外金属材质不同，晶粒度级别相差较而是不严谨的 5 。在笔者看来，无论遵循哪个标准或指南，了解要求很重要，同样重要的是，确保根据这些标准选用的填料函按照厂家要求得到正确的安装。参考文献1 Explosive atmospheres-Part 14:Electrical installations design,selection and erection:IEC 60079-14:2013 S2 Explosive atmospheres-Part 14:Electrical installations design,selection and erection:IEC 60079-14:2007 S3 Explosive atmospheres-Part 14:Electrical installations design,selection and erection:IEC 60079-14:1996 S4 Robert Johnson,To Barrier or not to Barrier.That is theQuestionOL 2023-02-17-https:/ 0 2 0，5 6(0 6)：4 2-4 5.大，如采用传统的超声波探伤设备和方法无法检测复合管管体和焊缝的缺陷，经多次和设计沟通协调，设计调整为1 0 0%射线检测，这样高于标准规范的检测比例保障焊道质量。5总结通过对汪深1 至徐深9 净化厂集气管道工程219（6+2）双金属复合管焊接的实践和研究，及时分析、总结了双金属复合管的制造及焊接工艺现状，制定措施，克服困难，提高了焊接一次合格率达到9 6%，保证了腐蚀管道的强度和耐腐蚀性能，进而确保了工程本质安全。同时，总结的双金属复合管的焊接控制要点和措施，为今后双金属复合管焊接管理提供了一些实践依据。参考文献1闫可安等.双金属复合管的研究现状与发展趋势 .化工技术与开发，2 0 2 0，4 9(1 0）：1-32闫可安等.双金属复合管制造过程中的质量控制 .石油工业技术监督，2 0 1 4，30(0 7）：4-5收稿日期：2 0 2 2-1 1-2 9 修回日期：2 0 2 3-0 7-1 3