对石油行业和石油化工行业用电缆在火焰条件下线路完整性的要求

对石油行业和石油化工行业用电缆

在火焰条件下线路完整性的要求—IEEE1717和NEK606标准解读

国家电线电缆质量监督检验中心王振国油田，石油平台，炼油厂和石油化工厂因原油、石油产品(燃料油和润滑油)、石油化工原料和产品(低分子烯烃和橡胶及塑料产品)燃烧引起的火灾，在北美称为烃类场所火灾(HydrocarbonPoolFire)，在欧洲称为烃类火灾(HydrocarbonFire(HCF))。这种火灾与普通建筑物火灾相比要严重得多；其特点为：第一，温度急剧快速升高并升高到非常高的温度；第二，热量急剧快速产生，并生成非常大量的热量。因此，对在上述场所使用的电缆在火焰条件下线路完整性提出了更高的要求。2012年3月，IEEE发布了IEEE1717-2012«用烃类场所火灾试验方法对线路完整性电缆进行试验(StandardforTestingCircuitIntegrityCablesUsingAHydrocarbonPoolFireTestProtocol)》标准，提出了用烃类场所火灾试验方法对电缆线路完整性进行试验的方法；在此之前，挪威已在NEK606《海洋工程装备用无卤和/或耐泥浆电缆(CablesforoffshoreinstallationshalogenfreeandormudresistantTechnicalspecification)》标准中提出了耐烃类火灾电缆的喷射式燃烧试验方法。现对上述两个试验方法进行介绍。一、IEEE1717该方法采用了UL1709《钢结构保护材料的快速升温耐火试验》标准规定的的对试验炉温度和热流量的要求，同时采用了UL2196《耐1火电缆试验》标准规定的监控电缆线路完整性的方法。设备试验炉试验炉应满足下列温度和热流量要求：在试验周期的最初5分钟内炉温达到1038-1149°C(1900-2100°F)，在余下的试验周期中炉温达到1128±28°C(2050土50°F)，见图1。炉子热流量在试验周期的最初5分钟内达到204土16kW/m2(65000±5000BTU/ft2-hr)，并在余下的试验周期中保持之。试验炉用钢板和陶瓷纤维隔热材料制成。试验炉的内部尺寸至少为1.2mX1.2mX1.2m(4.0ftX4.0ftX4.0ft)o在炉子下部至少对称安装两个喷灯，以达到上述温度和热流要求(喷灯总功率至少为294kW)o在炉子外侧至少安装一个烟道，其中设有风门。在炉子中部通过炉子壁架水平安装供敷设电缆样品的托架，托架两端伸出炉壁。内穿电缆的钢管试样可放置在托架上，也可直接放置在炉子壁架上。在炉子顶部设有盖子。需要时，在托架和炉顶之间设有附加炉膛。电缆托架电缆托架应符合NEMAVE1/CSAC22.2NO.126.1《金属电缆托架系统》标准的规定要求。c）电缆穿管用钢管电缆穿管用钢管应符合ANSIC80.1/UL6《电气用硬金属管-钢管》标准的规定要求。IEEE1717火灾温度曲线IEEE-Pl7l"rFireTemperatureCurveTime,minutes时间，分钟图1IEEE1717火灾温度曲线^监控电缆线路完整性的仪器设备本标准采用了UL2196标准规定的监控电缆线路完整性的方法，此方法与IEC60331和BS6387标准规定的监控电缆线路完整性的方法相似。对三芯及以上电缆，监控电缆线路完整性的方法的基本电路图见图2。1变压器连接和供电2保险丝（3A）L1，L2,L3相导体（如果有L2,L3）3连接到L3（或L1，或L2）相N中性导体（如果有）4托架PE保护导体（如果有）5试验导体或导体组6灯泡7试样8金属屏蔽（如果有）图2监控电缆线路完整性的基本电路图对仪表电缆，供电电压为120V；对控制电缆和电力电缆，供电电压为480V。根据需要，供电电压也可采用600V、1000V和2000V。流经灯泡的电流为0.25-0.50A。当采用电阻排时，在480V下可采用15A的电流。样品和认可范围设计不同包括电压等级不同、结构元件不同和材料不同的每一种耐火电缆都要单独进行试验；敷设方式不同的每一种耐火电缆都要单独进行试验。敷设方式分为托架敷设和穿管敷设。对于穿管敷设，当选用的导管尺寸不同，电缆在管中的占满（fill）率不同时，也被认为是不同的敷设方式。在相同的设计和敷设方式下，如果最小规格的电缆试验合格，则所有较大规格的电缆也被认可为符合要求。试验步骤1将电缆托架放在试验炉的壁架上，但不要让喷灯火焰直接接触试样。将样品放在电缆托架上。2用陶瓷纤维堵住托架伸出炉体的间隙并塞上塞子。3需要时，安装附加炉膛，并用陶瓷纤维对附加炉膛的内部进行隔热。盖上炉盖。4连接所有仪表到数据采集单元，至少在电缆加电前一分钟开始收集环境数据。5对电缆加电，并在施加火焰前五分钟开始监控灯泡。这样做将允许在电缆内建立内部热平衡。灯泡电流在施加火焰前五分钟必须为0.25-0.50A。6当电缆样品、电缆托架和周围空气在环境温度5-32°C(40-90°F)处于热平衡而且电缆周围空气静止时，点燃喷灯并开始计时。调节空气和燃气流量使温度达到1093°C(2000°F)和1149°C(2100°F)之间，而目标温度为1121°C(2050°F)o调节风门使试样平面100mm内的压力为182.8kg/m2(0±0.05in水柱)。7试验时每一分钟记录一次温度和电流。标准试验时间最短为20分钟，如用户需要，时间可更长，最长可达2小时。如用户规定，也可采用较高的电流。合格评定

试验过程中3A保险丝不断，灯泡不灭，则认为试验合格。二、NEK606第4.5节耐烃类火灾电缆的喷射式燃烧试验方法A.设备试验炉温度应满足图3或图4的要求，要满足哪一个要求，由电缆买方决定。TO1HF口一2-s^-c^acs^10331C7110TO1HF口一2-s^-c^acs^10331C7110I60Timi»inmmutestofire火焰暴露时间，分钟表3Exxon计算的表3Exxon计算的HC燃烧曲线火焰暴露时间，分钟表4国际认可的HC燃烧曲线试验炉用矿物纤维隔热，尺寸为450mm450mm900mm。在试验炉底部安装两排喷灯，每排5个。燃料使用丙烷。喷灯的总额定功率为300000BTU/hr(88kW)(相当于热流量为217kW/m2),最高温度能达到1400°C。喷灯具有程序控制器以设定并测量温度和时间。B.试验步骤电缆试样水平放在试验炉中,电缆暴露于火焰中的部分大约为900mm。电缆试样放在炉子中央喷灯上方大约300mm处。合格评定在图3或图4的温度条件下，施加工作电压30或60分钟电缆不击穿，则认为试验合格。不击穿时间要求与买方或认证机构协商决定。小结：1)IEEE1717和NEK606的规定的试验条件和要求与IEC60331和BS6387相比要严格得多，如表1所示；因此，耐烃类火灾电缆应采用更先进的耐火结构设计，采用耐火性能更好的材料。表1耐烃类火灾试验和一般耐火试验的比较耐火电缆类型耐烃类火灾电缆普通耐火电缆适用标准IEEE1717和NEK606IEC60331和BS6387火焰环境相对密封基本敞开电缆受试部位尺寸与试验炉尺寸相当的一段长度与喷灯火焰接触的有限部位电缆经受温度电缆经受试验炉内部温度，非常高电缆经受喷灯火焰温度，