基于安全返港要求的船用耐火電纜測試方法

王 俊,夏華松,程海濤,盧軍軍,輔志輝

(1.中天科技裝備電纜有限公司,江蘇 南通 226010;2.必維船級社(中國)有限公司,上海 200011)

0 引言

隨著豪華郵輪的規(guī)模和載客量的不斷擴大,對其安全要求也在不斷增強。國際海事組織(International Maritime Organization,IMO)對客船的安全性提出了“希望客船在遇到海難事故時,能作為自身的救生艇”的理念,并在2006年8月舉行的海上安全委員會(Maritime Safety Committee,MSC)上通過了MSC.216(82)決議,對《國際海上人命安全公約》(SOLAS公約) Ⅱ-1/8-1和RegⅡ-2/21& RegⅡ-2/22的相關(guān)條款進行了修訂,提出了“安全返港、有序撤離”等強制性要求。2010年6月通過的MSC.1/Circ.1369給出客船在失火或浸水后對系統(tǒng)能力評估的臨時解釋,對“安全返港、有序撤離”的含義可描述為:船舶在一定界限內(nèi)發(fā)生火災(zāi)或浸水事故時,能依靠自身的動力安全返港,返港過程中旅客能安全地處于“安全區(qū)域”內(nèi),且滿足基本的生活需求;當(dāng)事故超出安全界限時,重要系統(tǒng)能運行3 h以保證有序地撤離。“安全返港、有序撤離”要求間接地對用于郵輪等客船類的船用耐火電纜也提出了更高等級的耐火測試要求,即供火時間至少需要達(dá)到180 min。而現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)明確了船用耐火電纜耐火測試時間最長為120 min,即尚無針對“安全返港、有序撤離”要求制定的耐火測試方法和判定準(zhǔn)則。

為此,本文將從火焰溫度、供火時間、振動頻率、噴淋方法等方面,對現(xiàn)行常見的標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗測試方法和判定準(zhǔn)則進行分析和對比,旨在探討出一種適用于“安全返港、有序撤離”要求的增強型耐火試驗方法,對適用于郵輪船用耐火電纜的耐火等級給出判定準(zhǔn)則,并就相關(guān)要求對船用耐火電纜設(shè)計的影響進行解析。

1 船用電纜設(shè)計要求

船舶電氣系統(tǒng)的設(shè)計必須滿足“安全返港、有序撤離”要求,而作為連接電氣系統(tǒng)各部分的關(guān)鍵元件的電纜,勢必也要做出滿足要求的應(yīng)對性的設(shè)計變更。

根據(jù)“安全返港、有序撤離”要求,對于重要系統(tǒng)的電纜,需要滿足以下基本要求:

(1)符合IEC 60331-1:2018和IEC 60331-2:2018標(biāo)準(zhǔn)的耐火電纜。

(2)當(dāng)其通過火災(zāi)發(fā)生的處所(但不服務(wù)于該處所),而在該處所內(nèi)無連接件、接頭和與其相連的設(shè)備[1]。

上述(1)項是對電纜提出的明確要求,即電纜必須是耐火型電纜。根據(jù)IEC 60331-1:2018和IEC 60331-2:2018的標(biāo)準(zhǔn)要求,最大的耐火測試時間僅需要滿足120 min,其與“有序撤離”所要求的180 min還存在不小的差距。因此,對于在安全撤離時仍然必須保持可用的系統(tǒng),這種等級的防火電纜會被視為不適用。

2 船用耐火電纜測試方法

由于IEC 60331-1:2018和IEC 60331-2:2018標(biāo)準(zhǔn)的耐火電纜不能完全適用,有“安全撤離”要求的系統(tǒng)通常會有以下2種解決方案:

(1)重要系統(tǒng)應(yīng)冗余設(shè)計或完全雙套[2]。

(2)對于穿過非服務(wù)于此主豎區(qū)的電纜,可以敷設(shè)在A60的電纜通道或者A60分隔區(qū)域內(nèi)[3]。

以上2種方案都是在使用普通耐火電纜的同時,附加了其他補充手段來滿足要求的,并沒有對耐火電纜本身提出更高的要求。

實際上,也可以從電纜的自身耐火等級角度考慮,改進設(shè)計,提升耐火等級,以滿足180 min的要求。法國船級社(BV)的規(guī)范性文件NR 598 DT R01 EImplementationofSafeReturntoPortandOrderlyEvacuation的第4.1條款,即要求耐火電纜具備滿足3 h的線路完整性。

2.1 船用耐火電纜耐火性能要求

目前,IEC系列船用耐火電纜的耐火性能必須滿足IEC 60331-1:2018或IEC 60331-2:2018或IEC 60331-21:1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。在這些標(biāo)準(zhǔn)中,耐火測試的時間等級分別為30、60、90、120 min。

2.2 耐火電纜標(biāo)準(zhǔn)試驗方法對比

除IEC 60331系列耐火電纜以外,在不同的標(biāo)準(zhǔn)體系中,也有其特定的耐火測試標(biāo)準(zhǔn)。本文列舉并對比幾個常見的耐火測試標(biāo)準(zhǔn),詳見表1。

2.3 船用耐火電纜增強型耐火試驗方法

從耐火電纜標(biāo)準(zhǔn)試驗方法對比可知,現(xiàn)行耐火電纜測試標(biāo)準(zhǔn)除BS 6387:2013外,包括船用電纜所執(zhí)行的IEC 60331-1:2018在內(nèi)的其他標(biāo)準(zhǔn)都不包含180 min的測試要求,因此為了能夠充分證明耐火電纜能滿足“有序撤離”180 min的時間要求,就必須制定出對應(yīng)的驗證試驗方法。以下就此試驗方法的設(shè)計進行探討。

(1)對于0.6/1 kV及以下、外徑20 mm及以下電纜,分別有BS 6387:2013和EN 50200:2015標(biāo)準(zhǔn)可以參考。BS 6387:2013標(biāo)準(zhǔn)的CWZ等級中C類測試的供火時間要求恰好為180 min,其主要測試程序為分別進行950 ℃火焰溫度下3 h水平耐火試驗、650 ℃火焰溫度下15 min噴淋耐火試驗和950 ℃火焰溫度下15 min沖擊震動耐火試驗。3組試驗均為獨立進行,相較于應(yīng)用場景,不具有典型性和綜合性。

EN 50200:2015標(biāo)準(zhǔn)的試驗方法與IEC 60331-2:2018的較為接近,且供火、沖擊和噴淋也同時施加在試驗電纜上,但試驗要求較高,因此認(rèn)為可予以直接參考引用。試驗方法如下:將其作為0.6/1 kV及以下、外徑20 mm及以下電纜的增強型耐火測試方法的基本程序,并將試驗時間延長至180 min;從測試的第165 min開始施加噴淋,實現(xiàn)180 min內(nèi)供火、沖擊和噴淋測試方法的疊加,最終形成針對0.6/1 kV及以下外徑20 mm及以下電纜的增強耐火測試方法。

(2)針對0.6/1 kV及以下、外徑20 mm以上電纜,結(jié)合IEC 60331-1:2018和BS 8491:2008和NEK TS 606:2016等標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)方法和要求,可以將現(xiàn)行的IEC 60331-1:2018標(biāo)準(zhǔn)試驗方法作為基礎(chǔ)程序,保持測試裝置和測試程序不變,延長測試時間至180 min,并從測試的第165 min開始,增加水噴射測試,持續(xù)15 min,其噴射裝置及測試程序參考BS 8491:2008。

根據(jù)此測試方法,被測耐火電纜將同時承受持續(xù)180 min的830 ℃火焰燃燒、持續(xù)的間歇性沖擊震動和噴射測試,測試要求高,適用性全面,實現(xiàn)180 min內(nèi)供火、沖擊和噴淋測試方法的疊加,形成針對0.6/1 kV及以下、外徑20 mm以上電纜的增強耐火測試方法。

綜上兩類增強型測試方法,均能充分考量電纜耐受180 min持續(xù)火焰條件下保持線路完整性的能力,因此通過增強測試的耐火電纜,都可以聲明該電纜在3 h的火焰條件下,具備保持線路完整性的能力,可以滿足“安全返港,有序撤離”的要求。

當(dāng)然,由于IMO及SOLAS公約中對于滿足“安全返港,有序撤離”要求的耐火電纜,并沒有提出關(guān)于180 min耐火的測試標(biāo)準(zhǔn)要求,且各船級社規(guī)范中也未做詳細(xì)規(guī)定,因此,以上探討的增強測試方法的可行性,還需要得到船級社乃至用戶的認(rèn)可,方可確定實施。

3 增強型耐火測試方法的影響

通過對常規(guī)船用耐火電纜采用上述設(shè)計的增強型耐火測試方法進行測試,其測試結(jié)果均無法滿足判定準(zhǔn)則。經(jīng)分析失效原因,大多受供火時長和附加噴淋測試的影響,因此可以推斷常規(guī)船用耐火電纜的耐火結(jié)構(gòu)設(shè)計無法滿足“安全返港、有序撤離”的要求。最終通過對耐火結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計,并通過了增強型耐火測試,證明了該增強型耐火測試方法具有可行性。

4 結(jié)論

通過對“安全返港,有序撤離”相關(guān)規(guī)定及要求的理解發(fā)現(xiàn),為滿足郵輪等客船類船舶的應(yīng)用需求,并保證其安全性,增強型船用耐火電纜耐火試驗方法必須具備以下特點:

(1)滿足“安全返港,有序撤離”要求的180 min安全時間,并充分考慮了火災(zāi)環(huán)境下的沖擊和噴淋因素。

(2)對船用耐火電纜是否滿足郵輪等客船類船舶的“安全返港,有序撤離”要求提供了一種可行的評估方法,為船用耐火電纜敷設(shè)方案的優(yōu)化和安全等級的提升提供了可測量性和可靠性指標(biāo)。