引言

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

1托架定義

(1)電纜托架:將由托盤或梯架的直線段、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:由帶散熱孔的底板和側(cè)邊構(gòu)成的槽型部件稱為托盤。

(3)梯架:由側(cè)邊和若干個橫檔構(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、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,可選用托盤形式。

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

按照海洋石油平臺常用電纜,常用托盤寬度多為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

托架規(guī)劃設(shè)計中,以下幾個方面應(yīng)逐項去考慮。

5.1電氣房間下托架主路徑布局

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

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

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。

5.4滑道梁的位置和走向

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

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。對應(yīng)總圖的設(shè)備表,核實房間下方各橇體標(biāo)高。對于較高的設(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)備無法完全避開房間下托架,可考慮將設(shè)備移動至房間下方角落位置或托架較少區(qū)域。

5.6平臺吊裝方式對托架路徑的影響

平臺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。對于后者,下層甲板就位后,在安裝剩余部分結(jié)構(gòu)時,結(jié)構(gòu)節(jié)點周圍部分區(qū)域不允許有設(shè)備阻礙。

對于浮托安裝,最下層甲板下有浮托區(qū)域,托架設(shè)計時應(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)計方法及步驟

在規(guī)劃托架時,考慮到所需注意事項后,應(yīng)著手于托架設(shè)計的細(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,需參考平臺總單線圖和總體布置圖?？倖尉€圖中,包含各電氣系統(tǒng)(主機、中高壓、低壓、小功率)間的主聯(lián)絡(luò)。依次按照主機一中壓盤一低壓盤一小功率及中壓盤一高壓盤一海纜的順序,明確中、低壓系統(tǒng)的主動力電纜關(guān)聯(lián),確定各中壓設(shè)備的電纜走向,形成托架設(shè)計的大體方案,結(jié)合各盤柜的位置確定主路徑。

總體布置圖確定了各類機械設(shè)備的位置,中壓托架路徑可理解為盤柜與設(shè)備點對點設(shè)計:低壓托架設(shè)計應(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)低壓單線圖的電纜信息,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柜到平臺各位置的主路徑走向。

6.2房間外垂直電纜托架位置

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

低壓盤進(jìn)線開關(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計算,若使用1200mm寬低壓托架,電纜將至少占用一層鋪設(shè)空間?？紤]到低壓盤電纜較多,若不合理規(guī)劃路徑,將影響盤柜下方托架填充率。建議對這些從ACB連接到變壓器的電纜,單獨規(guī)劃路徑,直接連接至變壓器間?？煽紤]以下三種設(shè)計方法:

(1)采用低壓盤上出線,與變壓器出線口對齊,電纜從盤柜上部直接連接到變壓器。此類設(shè)計方案對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)線盤柜對齊,在規(guī)劃時須仔細(xì)考慮可行性。

(2)采用低壓盤出線,通過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。須核實母線槽是否與主開關(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)在低壓盤進(jìn)線開關(guān)下方將此部分電纜單獨引出,將各ACB的排布與垂直口基本對應(yīng),甲板下托架路徑連通垂直托架,將大數(shù)量電纜通過單獨路徑連接至變壓器。這樣可滿足低壓盤下大量電纜走線的需求。

6.4確定梯架或托盤的層間距離

電纜梯架或托盤的層間距離,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

在計算托架彎通、三通、四通的彎曲半徑時,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

對于中高壓托架,僅允許單層敷設(shè)。中高壓各路徑節(jié)點內(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)托架中實際電纜規(guī)格和根數(shù),用CAD或其他

軟件進(jìn)行簡單繪制,可明確中高壓托架寬度。

對于低壓托架,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,以盤柜ACB出線托架為例

近年來,海洋石油平臺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,可選600mm及以上規(guī)格托架,電纜單層敷設(shè)時,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,其實際可利用高度按照120mm考慮,電纜無法三層敷設(shè)。如選擇主動力電纜雙層敷設(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

對于敷設(shè)多規(guī)格電纜的托架內(nèi)填充率計算,首先要知道各個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,可對節(jié)點號進(jìn)行命名。確定節(jié)點后,統(tǒng)計此截面所有的電纜根數(shù)。

對于梯架,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)行計算。

托架截面視為長方形,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)點內(nèi)所有電纜根數(shù)及規(guī)格匯總,然后比對托架長方形截面去核實填充率。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)行填充率計算,如表4所示。

由于伴熱電纜通常不體現(xiàn)在清冊中,此部分電纜無法體現(xiàn)在各托架節(jié)點的電纜總根數(shù)之中,核實托架填充率時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填充率的影響。渤海項目需要的伴熱設(shè)備較多,后續(xù)伴熱電纜數(shù)量可觀,對于靠近終端設(shè)備分支路徑的托架,其填充率建議不宜超過70%。以上參數(shù)僅為經(jīng)驗參考。

7結(jié)語

由于各海上石油平臺的特點不同,其工藝流程、總體布置、設(shè)備類型、供配電形式都有所差別。本文主要對托架設(shè)計規(guī)劃的思路進(jìn)行梳理,對設(shè)計步驟進(jìn)行總結(jié),并對可規(guī)避問題進(jìn)行描述,可為設(shè)計人員的規(guī)劃提供一些新的想法。