海上換流站圍護結構舾裝節點構造設計

周嘉意，史華軍

（中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司，湖北 武漢 430071）

隨著我國電力產業的飛速發展，海上風電新增裝機容量逐年提高，至2019年底累計裝機容量已達4.9GW。而海上風電接入主電網需要經過海上換流站，例如柔性直流換流站，可將電能整流為直流后輸送到陸上，再經過逆變為交流后接入陸上電網。鑒于海上換流站所處的特殊使用環境，為保障工作人員、設備在嚴苛的環境下能夠保持正常工作，圍護結構舾裝節點構造的合理設計是海上換流站安全穩定運行的基礎。

圍護結構舾裝上的節點構造設計主要是指圍護結構各構件本身或構件之間的構造設計和連接設計，包括構件自身多材料層次的組合方式、相交構件和相鄰構件之間相互連接的細節設計。由于節點種類繁多、組成復雜，節點設計的合理與否將直接影響舾裝是否能夠滿足使用需求，在舾裝設計中屬于難度較大且重要的工作。本文將主要對海上換流站圍護結構的甲板、墻板、吊頂、防火絕緣節點和連接節點設計5個方面結合設計原理進行闡述。

1 甲板構造

甲板作為海上平臺內房間的水平分隔構件，主要承擔了承重、隔聲、防火的作用。甲板上的裝修根據換流站內房間功能的不同采用不同的地板材料，甲板裝修主要有防靜電架空活動地板、耐火橡膠地板和PVC地板等。

PVC地板通常與超輕質基層甲板敷料搭配，采用2 mm厚PVC地板鋪在設有20 mm厚超輕質基層甲板敷料的甲板上，用于樓梯間、走廊、更衣室等經常有人員活動的區域。而如閥廳、消防泵房、海水提升設備間、備件間和閥基備品庫等電氣設備用房或倉庫具有一定的火災危險性，則需要采用3 mm厚耐火橡膠地板鋪在設有20 mm厚超輕質基層甲板敷料的甲板上。對于地面有電纜敷設需求的主控室、閥冷控制設備室、站用電室等設備間可采用200 mm、600 mm或800 mm高的全鋼防靜電架空地板，面層采用陶瓷貼面，地板支架采用Q235B鋼材。電梯間、海纜井、水管井等無人員活動的井道則不設計裝修面層。

2 墻板構造

舾裝墻板是海上平臺圍護結構中最為常見的材料，也是降低各個艙室之間相互噪聲傳播和火災蔓延的主要阻止構件之一，對提高工作人員的工作環境質量和保障海上平臺的生命財產安全至關重要。

內墻板通常使用復合巖棉板，由100 mm厚的巖棉和內外兩面的0.5 mm厚以上的鍍鋅鋼板復合而成，夾芯巖棉的密度為100 kg/m3，面向室內側表面低播焰性PVC鍍膜。每塊板材的高度約在3～4 m，其寬度無固定要求，可根據廠家的生產規格及工程項目的現場排版情況綜合確定。

內墻板的裝修根據房間的使用功能不同，通常采用不同的裝修方案。對于有人經常活動的房間，如樓梯間、走廊、更衣室等，為提高室內裝修帶給工作人員的舒適度，可采用30 mm厚的復合巖棉板作為襯板，同時在室內側一面PVC鍍膜，兼顧了美觀、阻燃、防潮的功能；而在閥廳、加氯設備間、閥基備品庫等偶有人活動的設備用房或倉庫則可采用巖棉或陶瓷棉外包覆鋁箔布、不銹鋼鋼絲網固定的方式作為內墻裝修；對于無人員活動的海纜井、排煙井、水管井等井道，則可不做內部裝修以節約投資。

3 吊頂構造

吊頂作為房間內的天花板裝飾構件，除美觀外還具有保溫、隔熱、隔聲、吸聲的作用，同時也是頂部風管、電氣線纜和通信線纜的遮蔽構件。海上換流站中所采用的吊頂通常為復合巖棉板吊頂，厚度為25 mm，設置在有人活動的區域，如走廊、更衣室、樓梯間等。其他不設置吊頂的區域則采用巖棉或陶瓷棉包覆鋁箔布、不銹鋼鋼絲網固定的方式處理。

吊頂的設置高度與該層空間的用途和尺寸有關，例如在海上換流站中，層高往往可達5 m以上，而對于走廊、更衣間等空間較為狹小的房間，數米凈高的房間會使人產生壓抑感，同時燈具也無法安裝在頂部甲板上，使得功能和觀感皆不能滿足要求。因此在人員活動的場所里通常根據房間的性質并結合暖通和電氣燈具照明的需求設置一定高度的吊頂，吊頂上開設的暖通孔洞、燈具孔洞均由現場切割后安裝風口或燈具。

4 防火絕緣保溫節點構造

4.1 墻體的防火絕緣

墻體是阻止火災蔓延的垂直分隔構件，其防火性能尤為重要。墻體位于不同的平面位置其防火要求不同，根據《海上固定平臺安全規則》《海上風力發電場設計標準》《風電場工程110kV～220kV海上升壓變電站設計規范》等規范要求進行設計。墻體的耐火性能大致分為A-0級、A-15級和A-60級，對于消防泵房、海水淡化設備間等火災危險性較小的功能房間，其墻體采用A-0級；對于閥廳、直流室等重要電氣設備用房則采用A-60級。

外墻的A-0級和A-15級防火絕緣構造可采用30+50 mm厚巖棉（密度100 kg/m3）、外包玻璃絲布做法，內墻的A-0級和A-15級防火絕緣構造可采用50 mm厚巖棉（密度100 kg/m3）、外包玻璃絲布做法，內墻的A-60級構造可采用20+20 mm厚陶瓷棉（密度170 kg/m3）、外包玻璃絲布做法，如圖1所示。

圖1 柱、墻體防火構造

鋼圍壁自身不燃，但隔熱能力不足，通常采用巖棉、陶瓷棉或組合鋪設的方式加強圍壁的防火隔熱性能。內墻襯板為30 mm厚的不燃性復合巖棉板。在鋼柱、鋼梁、斜撐等表面為圓形或不規則形狀的構件處，墻體無法覆蓋，則采用防火延伸帶的方式覆蓋固定在鋼構件上，延伸帶的材料采用不同厚度的陶瓷棉或巖棉進行包裹，利用保溫釘將陶瓷棉固定在鋼柱上，覆蓋的厚度依據所在部位的防火等級確定。

墻體的保溫通常是和防火統一考慮，墻體防火材料選擇的巖棉、陶瓷棉均有良好的保溫性能，在設計中墻體的功能需要同時滿足防火和保溫的要求，因此選擇防火材料厚度時應同時滿足防火和保溫要求。

4.2 甲板的防火絕緣

甲板作為阻止火災蔓延的水平分隔構件，甲板自身不能滿足防火的要求，需要在甲板上附加一層防火敷料用于改善甲板的防火性能，如圖2所示。甲板敷料應為高溫時不易著火且不會產生煙氣、毒性物質或爆炸危險的材料，并根據《耐火試驗程序規則》確定滿足要求的材料，同時具有CCS型式認可證書。考慮到房間內發生火災危險時火焰向上傳播，因此在描述房間內的甲板防火性能時，均按該房間的頂面甲板作為設計對象，防火絕緣與隔熱布置設置在該甲板下方。與墻體類似，甲板的防火性能也根據所在房間的功能不同而不同，其耐火等級同樣分為A-0級、A-15級和A-60級。消防泵房、海水淡化處理設備間等無火災危險性的房間其甲板的耐火等級均為A-0級，閥冷控制設備室、閥組蓄電池室等電氣設備用房的甲板耐火等級為A-15級，電纜室、主控室等重要房間的甲板耐火等級為A-60級。

圖2 室內基層敷料構造

甲板的A-0級和A-15級防火絕緣構造可采用50 mm厚（密度100 kg/m3）、外側包玻璃絲布做法，A-60級防火絕緣構造可采用20+20 mm厚陶瓷棉（密度170 kg/m3）、外包玻璃絲布做法。一層的甲板防火絕緣及隔熱因其下方無房間，因此構造不同，按20 mm超輕質基層甲板敷料實現，其導熱系數應≤0.25 W/（m·k）。

4.3 其他部位的防火絕緣

除了上文提到的常規構件防火外，在工程中仍然存在常規手段無法覆蓋到的部位，需要采取涂刷防火漆的方式保證工程中整體構件的防火范圍完整。例如各層室內（含走廊）復合巖棉襯板外側的柱和斜撐、不在墻軸線處的室內裸露立柱和斜撐、各層室內大梁下翼緣部分等，均應涂刷防火漆。防火漆的防火性能需要等同于A-60級分隔的防火性能，并需具備船級社證書。防火漆的底漆、中漆、面漆需配套且能滿足室內防火的要求。

火災發生后產生的煙氣對人員逃生的影響很大，煙氣通常在房間頂部聚集并隨天花板蔓延擴散。為了阻止這種煙氣的蔓延，走廊作為疏散通道，在吊頂下方采用500 mm高的巖棉復合板作為擋煙垂壁，如圖3所示。其他大空間房間則在吊頂板以上設置間距不超過14 m的擋風條，風管、水管、橋架等穿越擋風條處局部采用巖棉包裹緊實、封堵縫隙。

圖3 吊頂下擋煙垂壁構造墻板底部連接構造

5 構件連接節點構造

5.1 墻板連接

內墻板之間通過雙面雙耳式咬口連接，上、下部通過PA10型材與頂部角鋼或底部鋼甲板焊接，如圖4所示。轉角處的板材是采用成品L型復合巖棉板，再與其他墻板咬口連接。踢腳板采用成品鋁合金型材，設置在墻板的底部，與內墻復合巖棉板通過螺釘固定。

圖4 墻板底部和頂部連接構造

5.2 活動地板連接

在房間下部敷設的電纜數量決定了活動地板架設的高度，通常采用架設高度有200 mm、600 mm和800 mm。活動地板與甲板的連接已在上文中闡述，除此之外還涉及到與房間周圍墻壁和門之間的連接。與墻壁之間連接是采用貼靠的無約束連接，形成縫隙由踢腳板覆蓋。與門之間的連接涉及到房間內外的地面高差，根據高差的不同需要設置數步臺階與門檻相接。

5.3 吊頂連接

復合巖棉板吊頂的連接是通過企口插接將多塊復合巖棉板連接在一起，短軸兩端再搭接在吊頂型材上，上層甲板底面預先焊接固定角鋼，吊頂型材再通過焊接與固定角鋼連接，如圖5所示。

圖5 吊頂吊掛安裝構造

位于墻體側的吊頂則通過鋼圍壁上焊接的伸出角鋼、搭配型材搭接，將重量傳遞給鋼圍壁而不是復合巖棉板內墻。

6 結束語

我國海上風電工程正經歷由近海至遠海、由研究到應用的關鍵進程，海上換流站已然成為了風電能源發展的研究熱點。為保障人員與設備安全穩定的運行，圍護結構舾裝的節點構造涉及面廣，往往需要結合建筑學、材料學、結構力學等學科知識綜合考慮、統籌設計，在海上換流站的舾裝設計中是不可忽視的重要環節。本文以海上換流站主要圍護作為研究起點，從構造設計原理出發論述了各構造節點的設計方法和方案，對今后海上換流站的設計工作起到很好的指導和參考作用。