Выбор взрывозащищённых кабельных вводов для морского использования с солёной водой

Морские платформы, суда FPSO и морские установки сталкиваются с проблемой, с которой редко сталкиваются наземное оборудование в опасных зонах: кабельными флегмами защита ваших взрывозащищённых корпусов постоянно подвергается атакам соляного тумана, влажности и перепадов температуры. Взрывозащищённый кабельный ввод, который безупречно работает в пустынной нефтеперерабатывающей промышленности, может выйти из строя за два года на палубе, подверженной воздействию солёной воды. Механизм отказа — это не сама взрывозащита, а коррозионный путь, который нарушает механическую целостность вводного устройства и, в конечном итоге, его огнестойкую функцию. После тридцати лет опыта в спецификации и устранении неисправностей этих компонентов на морских проектах — от буровых судов в Юго-Восточной Азии до платформ в Северном море — я видел, как одни и те же причины повторяются на судах и платформах. Правильный выбор материала и правильная установка позволяют предотвратить большинство этих отказов до их возникновения.

Что солёная вода делает с взрывозащищёнными кабельными вводами

Атака солёной воды на взрывозащищённый кабельный ввод — это не один механизм. Три процесса работают параллельно, и понимание того, какой из них активен в конкретной установке, определяет правильные меры противодействия.

Ионы хлора в морской воде проникают через пассивный оксидный слой на поверхности нержавеющей стали, вызывая микропоры коррозии в микроскопических слабых точках. Корпус вводного устройства, выглядящий целым снаружи, может развивать проникновение на глубину, сравнимую с игольчатой дыркой, что нарушает целостность огнестойкого корпуса. Яма служит концентратором напряжений и, что более важно, может сократить эффективный огневой путь ниже сертифицированной минимальной длины. Во-вторых, гальваническая коррозия ускоряется при контакте различных металлов в присутствии электролита солёной воды. Латунный корпус вводного устройства, вкрученный в алюминиевый корпус, создает гальваническую ячейку, в которой алюминий корродирует жертвенно. Со временем зацепление резьбы ослабевает, и зазор в огневом пути увеличивается. В-третьих, накопление кристаллов соли в резьбах и на уплотнительных поверхностях создает механические напряжения при циклах температуры. Вводное устройство, затянутое при 25°C, испытывает разные силы сжатия при колебаниях температуры палубы от -10°C ночью до 45°C под прямым тропическим солнцем. Кристаллы соли мешают уплотнительным поверхностям приспосабливаться к этим движениям, и микрорыхлёвы открываются на интерфейсе между вводом и корпусом.

Практический результат — это то, что кабельный ввод, указанный только по своей сертификации Ex, без учета морской среды, становится самым слабым звеном в системе взрывозащиты. Я осматривал установки, где корпус вводного устройства был настолько корродирован после трёх лет эксплуатации в Северном море, что зазор в огневом пути расширился за пределы сертифицированных допусков, зафиксированных в отчёте IECEx. Сам корпус был всё ещё целым. Вводное устройство — нет. Вся сборка больше не является взрывозащищённой.

Морские классификационные общества явно признают эту уязвимость. Стандарты от CCS, DNV и BV требуют дополнительных мер по сопротивлению коррозии и материалов для взрывозащищенного оборудования, установленного в местах с воздействием солёной воды. Эти требования выходят за рамки требований IEC 60079-1 для огнестойких корпусов в обычных промышленных условиях. Кабельный ввод, имеющий только сертификаты ATEX или IECEx, может соответствовать стандарту взрывозащиты, но всё равно не соответствовать ожиданиям морского инспектора при обязательной проверке. Инспектор не ставит под сомнение сертификацию Ex. Он спрашивает, сможет ли материал вводного устройства выдержать предполагаемый срок службы в конкретном месте на судне.

Латунь, нержавеющая сталь или никелированное покрытие: выбор материалов для морского обслуживания

Выбор материала для морского взрывозащищённого кабельного ввода — это не универсальное решение. Каждый вариант имеет свою конкретную модель отказа в условиях солёной воды, и правильный выбор зависит от того, к чему подключено вводное устройство и где оно установлено на судне.

Латунь с никелевым покрытием — наиболее распространенная спецификация, которую я вижу в морских проектах, и по уважительным причинам. Никелевое покрытие обеспечивает эффективный барьер против контакта соли с латунной основой. Кабельные вводы DQM-III, которые мы производим, используют именно такую конструкцию: обработанный латунный корпус с никелевым покрытием, рассчитанный на рабочие температуры от -60°C до +90°C и сохраняющий защиту IP66 на всем диапазоне. Пламя внутри корпуса остается стабильным по размеру, потому что покрытие защищает критические поверхности соединения от прямого воздействия хлорида.

Однако никелевое покрытие имеет уязвимость, которую должны понимать морские специалисты по стандартам. Если покрытие поцарапано при установке, обнажая латунь, под ним создается концентрированный коррозионный ячейка. Латунь dezincifies локально, и продукт коррозии расширяется, дополнительно поднимая окружающее покрытие. То, что начинается как след от инструмента при затяжке корпуса, становится фронтом коррозии в течение месяцев. Поэтому я рекомендую проверять никелированные корпуса в открытых морских местах при первом ежегодном техническом обслуживании после установки, уделяя особое внимание следам от ключа и зонам зацепления резьбы. Небольшая царапина, обнаруженная рано и заделанная цинковым праймером, не представляет долгосрочной опасности. Та же царапина, оставленная без внимания на два года, превращается в необходимость замены корпуса.

Корпуса из нержавеющей стали 316 решают проблему уязвимости покрытия, поскольку коррозионная стойкость заложена в материале, а не является поверхностной обработкой. Нержавеющая сталь также исключает гальваническую несовместимость при вкручивании корпуса в нержавеющий корпус, что становится все более распространенным в проектах FPSO и буровых судах, где для верхних установок используют распределительные шкафы из нержавеющей стали, такие как серия HRMD92. Компромисс — стоимость. Корпуса из нержавеющей стали обычно стоят на 30-50 процентов дороже аналогичных латунных с никелевым покрытием, и для проекта с сотнями кабельных вводов на нескольких палубах эта разница важна для бюджета закупок. Большинство проектов, которые я поддерживал, решают это, указывая нержавеющую сталь для открытых палуб и зон брызг, а латунь с никелевым покрытием — для закрытых помещений и защищенных зон.

Требования к сертификации для морских кабельных вводов

Морские взрывозащищенные кабельные вводы находятся на пересечении двух нормативных рамок: стандартов взрывозащиты и правил морской классификации. Ввод, соответствующий одной рамке, не обязательно соответствует другой, и именно в этом разрыве происходят ошибки при закупках.

Сертификация IECEx и ATEX — базовая. Для взрывозащищенного кабельного ввода сертификат должен ссылаться на IEC 60079-0 для общих требований и IEC 60079-1 для взрывозащищенных корпусов. Серия DQM-III имеет сертификат IECEx TUR 22.0035X и сертификат ATEX TÜV 22 ATEX 8855X, охватывающие как газовые, так и пылевые применения с уровнем защиты Ex db IIC Gb. Эти сертификаты подтверждают, что корпус прошел типовое испытание на взрывозащиту, включая тепловое испытание при повышенных температурах окружающей среды и испытание на взрывное давление с самой чувствительной группой газов.

Что сертификаты ATEX и IECEx не подтверждают, так это пригодность для морской соленой воды. Эта оценка ложится на судоходную классификационную организацию: CCS, DNV, BV, ABS или Lloyd’s Register, в зависимости от флага судна и классификации. Типовые спецификации морских проектов требуют от производителя кабельных вводов предоставления одобрения типа судоходной организации или письма о соответствии, подтверждающего, что материал и конструкция корпуса соответствуют требованиям организации по защите от коррозии для предполагаемой зоны установки.

Для проектов в китайских водах или с участием судов под китайским флагом применяется стандарт CCS. Наши серии осветительных приборов BAT86 и кабельных вводов DQM-III имеют сертификат CCS именно потому, что морские проекты в этой нормативной среде требуют его. Покупатель, закупающий корпуса у поставщика, незнакомого с требованиями судоходных организаций, может получить продукцию, которая по электромеханическим характеристикам правильна, но будет отвергнута морским инспектором при вводе в эксплуатацию. Когда происходит отказ, стоимость — это не только замена корпусов. В стоимость входит труд по снятию и замене установленных корпусов, задержка проекта из-за закупки замен, а также время инспектора на повторную проверку. Подтверждение одобрения судоходной организации перед закупкой — это небольшое усилие по сравнению с затратами на исправление ошибки после установки.

Если ваш проект включает несколько судоходных реестров или классификацию по организации с особыми требованиями к испытаниям на коррозию в соленой воде, стоит подтвердить, что пакет сертификации корпуса соответствует каждой зоне установки перед закупкой. Свяжитесь по gm*@***om.com с деталями классификации вашего судна, и мы подтвердим, какие сертификаты корпуса применимы.

Практики установки, предотвращающие повреждение соленой водой

Самый тщательно подобранный взрывозащищённый кабельный ввод может выйти из строя преждевременно, если методы установки не учитывают морскую среду. Три фактора установки оказывают непропорциональное влияние при эксплуатации в солёной воде, и каждый из них требует конкретных мер по исправлению.

Уплотнение резьбы является первым фактором. На наземной установке резьбовые соединения между сальником и корпусом обеспечивают взрывозащиту, а дополнительная уплотнительная шайба или уплотнительное кольцо обеспечивают защиту от проникновения. В морских условиях рекомендуется наносить тонкий слой морского антизазорающего состава на резьбу сальника перед установкой. Это выполняет две функции: предотвращает заедание между резьбами сальника и корпуса при затяжке, что особенно важно для сальников из нержавеющей стали, где заедание может навсегда зафиксировать резьбу, и обеспечивает вторичный барьер против проникновения соленой воды в зацепление резьбы. Не заменяйте стандартным смазочным материалом. Морские составы разработаны для сопротивления вымыванию и сохранения вязкости в широком диапазоне температур, характерных для морских установок.

Ориентация сальника является вторым фактором, и она часто определяется конструкцией корпуса, а не установщиком. Вертикальный вход вниз обеспечивает самотек. Горизонтальный вход позволяет воде скапливаться у лица сальника, если уплотнительное кольцо не идеально сжато. Наихудший случай — это вход вверх, при котором соленая вода может накапливаться в корпусе сальника и атаковать пламя внутри. Я заменял сальники на освещающих цепях на морской платформе, где вход вверх выходил из строя в течение 18 месяцев, в то время как входы вниз того же типа сальника на той же палубе показывали незначительную коррозию после пяти лет. Там, где вход вверх неизбежен из-за конструкции корпуса, указывайте сальник с встроенным сливным отверстием или устанавливайте защитный козырек над точкой входа.

Третий фактор, и тот, который чаще всего упускается при установке, — это взаимодействие между внешней оболочкой кабеля и уплотнительным кольцом сальника. Морские кабели часто имеют более толстую, более химическойБолее устойчивая к воздействию окружающей среды внешняя оболочка, чем у промышленных кабелей. Если уплотнительное кольцо кабельной муфты рассчитано на стандартный диаметр промышленного кабеля, но фактический морской кабель имеет более толстую оболочку, то степень сжатия уплотнения недостаточна. Соленая вода проникает вдоль оболочки кабеля, под уплотнительным кольцом, и попадает в корпус муфты. Путь распространения пламени затем разъедает его изнутри, что невозможно обнаружить при внешнем осмотре до снятия муфты. Всегда проверяйте диапазон уплотнения муфты относительно фактического наружного диаметра морского кабеля, а не номинального размера жилы.

Распознавание и предотвращение распространённых режимов отказа

Морские взрывозащищённые кабельные вводы выходят из строя предсказуемыми способами, и большинство отказов дают видимый сигнал предупреждения до того, как станут опасными. Программы инспекции, которые ищут конкретные признаки, выявляют проблемы на этапе технического обслуживания, а не во время аварийной остановки или неудачного обследования.

Самый ранний показатель — изменение цвета вокруг интерфейса уплотнения и корпуса. То, что выглядит как поверхностное пятно, часто является началом коррозии в зазоре, когда морская вода просачивается в микроскопический зазор между плечом уплотнения и лицевой стороной корпуса. Если обнаружить на этом этапе, уплотнение можно снять, поверхности очистить пресной водой, высушить и повторно установить с использованием свежего антикоррозийного состава. Если игнорировать, продукт коррозии расширяется и создает механическое напряжение на корпусе уплотнения, в конечном итоге искажая геометрию пламени.

Более серьезным признаком предупреждения является гальваническая коррозия в виде ямок на корпусе уплотнения. Это проявляется в виде небольших глубоких ямок, а не равномерной ржавчины на поверхности. Ямки опасны, потому что глубина ямки может приближаться к длине пламени без очевидных внешних признаков потери объема. Уплотнение может выглядеть в основном целым, в то время как эффективная длина пламени сокращена ниже сертифицированного минимума. Любая ямка на корпусе огнеупорного уплотнения является основанием для замены, а не ремонта. Размер пламени является сертифицированным параметром; после его изменения из-за коррозии уплотнение не может быть повторно сертифицировано на месте.

Наименее заметный, но наиболее критический режим отказа — коррозия траектории пламени внутри сальника. Это происходит, когда через вход кабеля снаружи попадает соленая вода, преодолевая изношенное уплотнительное кольцо, и вызывает коррозию внутренних поверхностей траектории пламени. Внешний осмотр не может обнаружить это. Сальник необходимо снять и осмотреть внутренний канал. Во время планового технического обслуживания морских установок рекомендуется брать представительный образец сальников, не менее 5 процентов от общего количества на каждом палубе или зоне, для внутреннего осмотра. Если в образце обнаружена внутренняя коррозия, необходимо расширить осмотр на все сальники того же типа, установленные в том же положении.

Если ваша программа обслуживания зависит от целостности корпуса и игнорирует состояние сальника, вы защищаетесь от одного пути отказа, оставляя другой полностью открытым. Огнестойкость всей сборки зависит от того, чтобы сальник сохранял свои сертифицированные размеры пламяпрохода. Корродированный сальник на исправном корпусе означает, что система больше не является взрывобезопасной, и это вывод, который команда проекта не хочет объяснять инспектору.

Подтверждение характеристик железы перед морским приобретением

Указание правильной взрывозащищенной кабельной муфты для морской среды с соленой водой требует учета требований сертификации, совместимости материалов, ограничений при установке и стоимости жизненного цикла. Переменные увеличиваются, когда проект включает несколько зон судна с разными уровнями воздействия, разными материалами корпусов и разными типами кабелей. Муфта, которая подходит для главной палубы, может быть неправильной для насосной комнаты. Муфта, выбранная для распределительного шкафа из нержавеющей стали, может вызвать гальваническую проблему при вкручивании в алюминиевый распределительный щит на два этажа ниже.

На нашем опыте поддержки проектов морского строительства и модернизации, включая разработку Tilenga в Уганде, где оборудование должно было работать в экстремальных условиях окружающей среды без происшествий по технике безопасности, проекты, которые избегают выявлений при осмотре уплотнений и преждевременных замен, имеют общую практику. Спецификация уплотнения рассматривается как отдельная инженерная документация, а не как приложение к графику кабелей или спецификации корпуса. Материал, покрытие, тип резьбы, диапазон уплотнения и требования к сертификации подтверждаются для каждой точки входа на каждом корпусе, а график уплотнений проверяется на соответствие с одобренным списком оборудования классного общества перед закупкой.

Для проектов, в которых инженерная команда должна подтвердить совместимость сальников с различными типами корпусов, размерами кабелей и зонами воздействия, мы предоставляем технический обзор графиков сальников и рекомендаций по материалам на этапе спецификации. Отправьте ваш график кабелей и список корпусов на gm*@***om.com или позвоните +86 21 39977076. Подтверждение спецификации сальника перед закупкой избегает значительно более высокой стоимости замены вышедших из строя сальников после ввода в эксплуатацию.

Общие вопросы о морских взрывозащищённых кабельных вводах

Как долго должны служить взрывозащищённые кабельные вводы в морской среде с солёной водой?

При правильном подборе материала и установке никелированная латунь или нержавеющая сталь в кабельном вводе должны служить от 10 до 15 лет в морских условиях до момента, когда рекомендуется замена. Ограничивающим фактором обычно является не сам корпус ввода, а накопительный эффект солевых кристаллов в резьбе, незначительное ухудшение уплотнительного кольца из-за температурных циклов и поверхностная коррозия от соляного тумана. Вводы в зонах брызг или на открытых палубах достигают состояния замены раньше, чем в защищённых технических помещениях. Ежегодный осмотр с внутренним обследованием образцов даёт данные, необходимые для прогнозирования циклов замены для вашей конкретной установки.

Означает ли степень защиты IP66, что ввод подходит для использования в солёной воде?

Степень защиты IP66 подтверждает защиту от мощных водных струй, что гарантирует защиту от дождя и очистки струёй воды, но ничего не говорит о коррозионной стойкости. Коррозия от морской воды — это проблема химического состава материала, а не защиты от проникновения. Ввод с классом IP66 может быстро корродировать в соляном тумане, если корпус выполнен из простой латуни или незакрашенного алюминия. Для морских солёных условий IP66 необходимо, но недостаточно. Спецификация материала и одобрение классификационного общества — дополнительные требования, определяющие сохранение взрывозащиты в течение срока службы в хлоридной среде.

Можно ли один и тот же взрывозащищённый кабельный ввод использовать как для бронированных, так и для небронированных морских кабелей?

Тип ввода должен соответствовать конструкции кабеля. Бронированный морской кабель требует Ex d барьерного ввода, который механически завершает броню и обеспечивает взрывозащищённое уплотнение вокруг внутренней подкладки. Небронированный кабель использует стандартный Ex d ввод с уплотнительным кольцом, которое непосредственно сжимается на внешней оболочке. Использование небронированного ввода на бронированном кабеле значит, что броня не заделана во взрывонепроницаемой оболочке, что нарушает как механическое удержание кабеля, так и взрывозащиту. Использование бронированного ввода на небронированном кабеле не обеспечит правильное уплотнение и создаст путь проникновения морской воды.

Всегда ли нержавеющая сталь — лучший выбор материала для морских кабельных вводов?

Нержавеющая сталь лучше подходит для прямого воздействия соляного тумана и для установок, где ввод заворачивается в корпус из нержавеющей стали, так как это устраняет гальваническую пару. Однако никелированная латунь полностью приемлема для защищённых мест, таких как технические помещения, корпуса под защитными крышами и зоны с редкими прямыми соляными брызгами. Покрытие обеспечивает эффективную барьерную защиту, пока остаётся целым. Для проектов с ограниченным бюджетом разумным компромиссом является использование никелированной латуни в защищённых зонах и нержавеющей стали в открытых зонах, что балансирует долговечность и стоимость закупки. Поделитесь классификацией зон вашего судна с нами по адресу gm*@***om.com и мы поможем подтвердить соответствующую спецификацию материала для каждого места установки.

Если вас интересует, ознакомьтесь с этими связанными статьями:

Обеспечение безопасности: незаменимая роль взрывозащищённых люминесцентных ламп
Опасность пыли зоны 21: необходимое взрывозащищённое электрическое оборудование
Взрывозащищённые кабельные муфты для бронированного кабеля SWA безопасность
КАНТОНСКАЯ ЯРМАРКА 2023

С более чем десятилетним опытом он — опытный инженер по взрывобезопасности электротехники, специализирующийся на проектировании и производстве безопасной и взрывобезопасной продукции. Он обладает глубокими знаниями в ключевых сферах, включая системы взрывозащиты, освещение для атомной энергетики, морскую безопасность, пожарную защиту и интеллектуальные системы управления. В Warom Technology Incorporated Company он занимает две руководящие должности: заместитель главного инженера по международному бизнесу и руководитель отдела международных НИОКР, где курирует исследования и разработки и обеспечивает точную передачу проектной документации для международных проектов. Стремясь к продвижению глобальной промышленной безопасности, он сосредоточен на преобразовании сложных технологий в практические решения, помогающие клиентам внедрять более безопасные, умные и надёжные системы управления по всему миру.

Qi Lingyi