引言

優(yōu)化海上平臺(tái)托架設(shè)計(jì)方法及原則,能減少托架設(shè)計(jì)的主觀性,提前規(guī)避在設(shè)計(jì)中可能遇到的困難。本文主要介紹托架定義、常用材質(zhì)、基本結(jié)構(gòu)參數(shù),并對(duì)托架型式應(yīng)用選擇、規(guī)劃注意事項(xiàng)、設(shè)計(jì)思路等方面進(jìn)行闡述。

1托架定義

(1)電纜托架:將由托盤(pán)或梯架的直線段、彎通、組件、托臂及吊架等構(gòu)成,具有緊密支撐電纜的剛性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)定義為橋架或托架。(2)托盤(pán):由帶散熱孔的底板和側(cè)邊構(gòu)成的槽型部件稱為托盤(pán)。

(3)梯架:由側(cè)邊和若干個(gè)橫檔構(gòu)成的部件稱為梯架。

除了基本的直段之外,托架的構(gòu)成還包括彎通、三通、四通及安裝附件等。

2托架材質(zhì)

托架材質(zhì)主要包括不銹鋼、無(wú)銅鋁兩種形式,滿足海上高濕度、高鹽霧環(huán)境的使用要求。如有特殊要求,可使用其他材質(zhì)。

3托架基本結(jié)構(gòu)參數(shù)

托盤(pán)、梯架的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

海洋油氣田通常使用的電氣電纜托架最大寬度為1200mm。

4托架型式應(yīng)用選擇

在電纜集中處,如各盤(pán)柜下方電纜集中進(jìn)出線區(qū)域、電纜主路徑等,宜選用梯架形式:在終端路徑,比如用于局部照明回路和伴熱回路的電纜,可選用托盤(pán)形式。

不同寬度的托盤(pán)及梯架,對(duì)應(yīng)的側(cè)邊高也有相應(yīng)要求,如表2所示。

按照海洋石油平臺(tái)常用電纜,常用托盤(pán)寬度多為100~200mm,梯架最小寬度多為200mm,托架幫高至少可選擇100~150mm規(guī)格。100mm和150mm幫高的確定,應(yīng)根據(jù)托架內(nèi)電纜根數(shù)與托架填充率確定。

5托架規(guī)劃注意事項(xiàng)

托架規(guī)劃設(shè)計(jì)中,以下幾個(gè)方面應(yīng)逐項(xiàng)去考慮。

5.1電氣房間下托架主路徑布局

(1)對(duì)于中、高壓盤(pán):中、高壓盤(pán)柜二次電纜孔在盤(pán)柜前,低壓托架路徑宜布置在靠近盤(pán)柜操作面的出線

(2)對(duì)于低壓盤(pán):一次電纜孔位于盤(pán)柜后方,托架路徑宜布置在靠近盤(pán)柜動(dòng)力出線孔位置。

5.2房間墻皮外與逃生通道凈間距

垂直托架布置在房間外,不應(yīng)與逃生通道碰撞。托架規(guī)劃初期,應(yīng)核實(shí)總圖中房間墻皮外空間是否充裕,需考慮托架幫高、支架槽鋼厚度以及電纜護(hù)管開(kāi)孔占用空間。

5.3中控房間的位置

注意中控室的位置,避免托架路徑在中控室及中控設(shè)備間上方通過(guò)。

5.4滑道梁的位置和走向

對(duì)于注水泵、燃?xì)鈮嚎s機(jī)、海水提升泵、應(yīng)急機(jī)、消防泵等大型機(jī)械設(shè)備,其上方需布置滑道梁用于設(shè)備的維修?；懒旱淖呦驎?huì)對(duì)托架布置產(chǎn)生影響,規(guī)劃托架時(shí),應(yīng)與機(jī)械專業(yè)核實(shí)各機(jī)械設(shè)備滑道梁的布置方案,托架可在滑道梁吊柱間穿過(guò)。

5.5電氣房間下方設(shè)備高度

各電氣房間下方為電纜托架集中區(qū)域,應(yīng)關(guān)注房間下方的設(shè)備高度。對(duì)應(yīng)總圖的設(shè)備表,核實(shí)房間下方各橇體標(biāo)高。對(duì)于較高的設(shè)備,與總體專業(yè)溝通,調(diào)整其位置,避免其位于電氣房間下方,影響電纜主路徑布置。若受限于甲板面積,設(shè)備無(wú)法完全避開(kāi)房間下托架,可考慮將設(shè)備移動(dòng)至房間下方角落位置或托架較少區(qū)域。

5.6平臺(tái)吊裝方式對(duì)托架路徑的影響

平臺(tái)的安裝方式主要有分塊安裝、浮托安裝。

分塊安裝包括東、西塊拼接和分上、下部分安裝兩種方式。對(duì)于后者,下層甲板就位后,在安裝剩余部分結(jié)構(gòu)時(shí),結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)周?chē)糠謪^(qū)域不允許有設(shè)備阻礙。

對(duì)于浮托安裝,最下層甲板下有浮托區(qū)域,托架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)規(guī)避此區(qū)域。

5.7結(jié)構(gòu)專業(yè)斜撐的位置

考慮到上述注意事項(xiàng)后,結(jié)合電氣房間和主設(shè)備的位置,主路徑的大體方案可基本確定,具備繪制托架路徑規(guī)劃圖的條件。甲板下的主通路布置,需要注意各斜撐的位置,應(yīng)參照結(jié)構(gòu)專業(yè)各軸線的立面圖紙,規(guī)避托架和斜撐碰撞的情況。

6托架設(shè)計(jì)方法及步驟

在規(guī)劃托架時(shí),考慮到所需注意事項(xiàng)后,應(yīng)著手于托架設(shè)計(jì)的細(xì)化方案。

6.1確定電纜托架主通路

電纜托架主通路的規(guī)劃,需參考平臺(tái)總單線圖和總體布置圖。總單線圖中,包含各電氣系統(tǒng)(主機(jī)、中高壓、低壓、小功率)間的主聯(lián)絡(luò)。依次按照主機(jī)一中壓盤(pán)一低壓盤(pán)一小功率及中壓盤(pán)一高壓盤(pán)一海纜的順序,明確中、低壓系統(tǒng)的主動(dòng)力電纜關(guān)聯(lián),確定各中壓設(shè)備的電纜走向,形成托架設(shè)計(jì)的大體方案,結(jié)合各盤(pán)柜的位置確定主路徑。

總體布置圖確定了各類(lèi)機(jī)械設(shè)備的位置,中壓托架路徑可理解為盤(pán)柜與設(shè)備點(diǎn)對(duì)點(diǎn)設(shè)計(jì):低壓托架設(shè)計(jì)應(yīng)著重考慮有較多電纜根數(shù)或大規(guī)格電纜的設(shè)備下方的電纜路徑,保證托架基本覆蓋。根據(jù)低壓?jiǎn)尉€圖的電纜信息,結(jié)合總體布置圖,找到功率較大、需要大規(guī)格電纜和多根數(shù)電纜的設(shè)備,這樣可確定從低壓盤(pán)柜到平臺(tái)各位置的主路徑走向。

6.2房間外垂直電纜托架位置

主開(kāi)關(guān)間內(nèi)的各電氣盤(pán)柜作為電纜的起始點(diǎn),需連接到各層甲板設(shè)備,應(yīng)關(guān)注垂直托架的定位,核實(shí)各房間單開(kāi)門(mén)和雙開(kāi)門(mén)的定位。垂直托架的位置,不能定在開(kāi)門(mén)位置的上方或下方,避免向上或向下穿層產(chǎn)生碰撞。6.3進(jìn)線開(kāi)關(guān)下多電纜區(qū)域的托架設(shè)計(jì)

低壓盤(pán)進(jìn)線開(kāi)關(guān)上口為主變壓器,以3150kVA變壓器為例,其低壓400V需要22根HoFR3C×150mm2電纜,電纜外徑按50mm計(jì)算,若使用1200mm寬低壓托架,電纜將至少占用一層鋪設(shè)空間。考慮到低壓盤(pán)電纜較多,若不合理規(guī)劃路徑,將影響盤(pán)柜下方托架填充率。建議對(duì)這些從ACB連接到變壓器的電纜,單獨(dú)規(guī)劃路徑,直接連接至變壓器間。可考慮以下三種設(shè)計(jì)方法:

(1)采用低壓盤(pán)上出線,與變壓器出線口對(duì)齊,電纜從盤(pán)柜上部直接連接到變壓器。此類(lèi)設(shè)計(jì)方案對(duì)變壓器間空間及房間布局有較高要求,需要將變壓器出線口基本與進(jìn)線盤(pán)柜對(duì)齊,在規(guī)劃時(shí)須仔細(xì)考慮可行性。

(2)采用低壓盤(pán)出線,通過(guò)母線槽與變壓器連接。用母線槽連接至變壓器,通常采用側(cè)進(jìn)方式。須核實(shí)母線槽是否與主開(kāi)關(guān)間內(nèi)空調(diào)風(fēng)道碰撞,以及是否影響變壓器間內(nèi)通道。

(3)在低壓盤(pán)進(jìn)線開(kāi)關(guān)下方將此部分電纜單獨(dú)引出,將各ACB的排布與垂直口基本對(duì)應(yīng),甲板下托架路徑連通垂直托架,將大數(shù)量電纜通過(guò)單獨(dú)路徑連接至變壓器。這樣可滿足低壓盤(pán)下大量電纜走線的需求。

6.4確定梯架或托盤(pán)的層間距離

電纜梯架或托盤(pán)的層間距離,應(yīng)滿足能方便地敷設(shè)電纜及其固定、安置接頭的要求,且在多根電纜同置于一層的情況下,可更換或增設(shè)任一根電纜及其接頭。在采用電纜截面或接頭外徑不是很大的情況下,符合上述要求的梯架或托盤(pán)的層間距離最小值可按表3取值。

6.5確定電纜彎曲半徑

在計(jì)算托架彎通、三通、四通的彎曲半徑時(shí),需以同托架內(nèi)承托的最大外徑規(guī)格電纜的彎曲半徑為依據(jù)。例:同一段托架中包含HoFR3Cx70mm2、HoFR3Cx95mm2和HoFR3Cx150mm2規(guī)格的電纜,托架的彎曲半徑應(yīng)不小于3Cx150mm2規(guī)格電纜的最小彎曲半徑。

6.6托架填充率核實(shí)

對(duì)于中高壓托架,僅允許單層敷設(shè)。中高壓各路徑節(jié)點(diǎn)內(nèi)的電纜梳理完成后,按照電纜廠家樣本中電纜外徑,根據(jù)托架中實(shí)際電纜規(guī)格和根數(shù),用CAD或其他

軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單繪制,可明確中高壓托架寬度。

對(duì)于低壓托架,需按照兩部分進(jìn)行考慮。

6.6.1專用于大規(guī)格電纜主通路托架,以盤(pán)柜ACB出線托架為例

近年來(lái),海洋石油平臺(tái)上主變壓器主要包括兩種規(guī)格:2500kVA和3150kVA。

2500kVA低壓400V側(cè)進(jìn)線電纜規(guī)格為18根HoFR3Cx150mm2電纜,單根電纜外徑約50mm,電纜兩層敷設(shè)時(shí),可選600mm及以上規(guī)格托架,電纜單層敷設(shè)時(shí),至少使用1000mm寬托架。3150kVA低壓400V側(cè)進(jìn)線電纜規(guī)格為22根HoFR3C×150mm2電纜,單根電纜外徑約50mm,兩層敷設(shè)建議選擇800mm以上規(guī)格托架,使用1200mm寬托架。

以幫高150mm托架為例,其實(shí)際可利用高度按照120mm考慮,電纜無(wú)法三層敷設(shè)。如選擇主動(dòng)力電纜雙層敷設(shè),托架可使用高度剩余量不足,托架裕量較小,剩余空間考慮布置小規(guī)格電纜。若主動(dòng)力電纜單層敷設(shè),可允許其他規(guī)格電纜路徑走此通路,但需要考慮托架填充率。

6.6.2敷設(shè)多種規(guī)格電纜的托架

對(duì)于敷設(shè)多規(guī)格電纜的托架內(nèi)填充率計(jì)算,首先要知道各個(gè)托架主通路或電纜匯集區(qū)域,在這些區(qū)域進(jìn)行標(biāo)注并選取截面,可對(duì)節(jié)點(diǎn)號(hào)進(jìn)行命名。確定節(jié)點(diǎn)后,統(tǒng)計(jì)此截面所有的電纜根數(shù)。

對(duì)于梯架,要考慮橫擔(dān)的厚度,一般不小于20mm。以幫高150mm托架為例,其實(shí)際可利用高度按照120mm考慮,其截面積用托架寬度和幫高120mm進(jìn)行計(jì)算。

托架截面視為長(zhǎng)方形,每一根電纜在托架內(nèi)的截面為圓形,其所占空間可認(rèn)為是正方形。電纜截面積總和按照托架節(jié)點(diǎn)內(nèi)所有電纜根數(shù)及規(guī)格匯總,然后比對(duì)托架長(zhǎng)方形截面去核實(shí)填充率。系數(shù)根據(jù)預(yù)留設(shè)備數(shù)量以及電纜根數(shù)酌情考慮,建議在1.0~1.3。

根據(jù)以上信息即可進(jìn)行填充率計(jì)算,如表4所示。

由于伴熱電纜通常不體現(xiàn)在清冊(cè)中,此部分電纜無(wú)法體現(xiàn)在各托架節(jié)點(diǎn)的電纜總根數(shù)之中,核實(shí)托架填充率時(shí)需考慮此部分伴熱電纜。在各層連通的垂直托架以及各層電纜主通路,應(yīng)著重考慮伴熱電纜對(duì)填充率的影響。渤海項(xiàng)目需要的伴熱設(shè)備較多,后續(xù)伴熱電纜數(shù)量可觀,對(duì)于靠近終端設(shè)備分支路徑的托架,其填充率建議不宜超過(guò)70%。以上參數(shù)僅為經(jīng)驗(yàn)參考。

7結(jié)語(yǔ)

由于各海上石油平臺(tái)的特點(diǎn)不同,其工藝流程、總體布置、設(shè)備類(lèi)型、供配電形式都有所差別。本文主要對(duì)托架設(shè)計(jì)規(guī)劃的思路進(jìn)行梳理,對(duì)設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行總結(jié),并對(duì)可規(guī)避問(wèn)題進(jìn)行描述,可為設(shè)計(jì)人員的規(guī)劃提供一些新的想法。