化工工程中儀表電纜橋架的應用

黃甲寧

摘要

本文根據國家和行業標準，結合作者自身的工程設計經驗，介紹了化工工程設計和施工中儀表電纜橋架的選擇、安裝的方法和注意事項。

關鍵詞：化工工程設計、電纜橋架、選擇、敷設

中圖分類號：E271文獻標識碼： A

1 概述

電纜橋架是由托盤（托槽）或梯架的直線段、非直線段、附件及支吊架等組合構成，用于支撐、保護電纜的具有連續的剛性結構系統。國內電纜橋架用于電纜的敷設是上世紀八十年代由國外引入。隨著國內工業的高速發展，電纜橋架也正適應著各種環境的需要而高速發展。今天電纜橋架以品種全、結構輕、強度大、造價低、施工簡單、配線靈活、安裝標準、外形美觀的特點成為現代工廠建設中電纜敷設的首選方式。

2 電纜橋架的選擇

2.1 電纜橋架的分類

隨著電纜橋架在各種工業環境條件下的應用，出現了不同結構形式和材質的電纜橋架，以適應不同種類的電纜在不同環境條件下的敷設。電纜橋架常按照以下兩種方式分類：

（1）按結構形式分：梯架式、托盤式、槽式、組合式、大跨距式

（2）按材質分：鋼質電纜橋架、鋁合金電纜橋架、玻璃鋼電纜橋架，阻燃防火電纜橋架；其中鋼質電纜橋架按照防腐類別又分為涂漆、電鍍鋅、噴涂粉末、熱浸鍍鋅、鍍鋅鎳合金、VCI雙金屬復合涂層以及不銹鋼橋架等。

2.2 儀表電纜橋架的選擇

在化工工程中，儀表電纜幾乎全部用于傳輸低電壓、小電流的檢測和控制信號。儀表電纜的敷設主要考慮對儀表電纜的保護和對干擾信號的屏蔽。因此儀表電纜橋架的結構形式一般都選擇槽式電纜橋架，或者是大跨距槽式電纜橋架。槽式電纜橋架又稱匯線槽。

儀表電纜橋架的選擇主要是根據儀表電纜的數量和敷設現場的環境條件來選擇匯線槽的規格和材質。

2.2.1 匯線槽規格的選擇

匯線槽的規格是用其橫截面的寬（B）×高（H）來表示。根據電纜橋架廠家的選型樣本，槽式電纜橋架的標準規格尺寸有：50×25、100×50、150×75、200×100、250×125、300×150、400×200、500×200、600×200、800×200（單位：mm）。

在工程設計中，匯線槽的規格根據需要敷設的電纜的規格和數量來確定。匯線槽里面能裝填多少根電纜一般都有一個充填率要求，又稱充填系數。根據有關國家標準和行業規范的規定，匯線槽的充填系數不大于50%。在工程設計中，應根據所裝填電纜類型、現場環境條件確定一個合適的值。

充填系數的計算式為：

（2-1）

儀表電纜多為傳輸低電壓、小電流的信號電纜和控制電纜，匯線槽的充填系數常取40%，匯線槽寬和高可用下式計算：

（2-2）

式中：B——匯線槽的寬度，mm；

H——匯線槽的高度，mm；

S——匯線槽的橫截面積，mm2 ；

S0——電纜總截面積，mm2 ；

40%——匯線槽選定的充填系數。

在工程設計中，電纜總截面積S0常采用簡化計算方法，即：將電纜橫截面當成以電纜外徑為邊長的正方形，計算單根電纜的截面積，再計算匯線槽內所裝填電纜的總截面積，即：

（2-3）

式中：n1、n2、n3——電纜的根數

S1、S2、S3——單根電纜的橫截面積，mm2 ；

2.2.2 匯線槽材質的選擇

匯線槽的材質應根據敷設場所的環境特性來選擇。

(1) 一般情況可采用鍍鋅碳鋼匯線槽。

(2) 含有粉塵、水汽及一般腐蝕性的環境，可采用涂漆或熱鍍鋅碳鋼匯線槽。

(3) 嚴重腐蝕的環境，當不存在電磁干擾時，可采用玻璃鋼匯線槽；當存在電磁干擾時，可采用鋅鎳合金鍍層或涂高效防腐涂料（VCI）的碳鋼匯線槽。也可采用帶金屬屏蔽網的玻璃鋼匯線槽。

（4）火災危險場所，應采用阻燃防火匯線槽，或有阻燃防火措施的金屬匯線槽。

（5）根據需要也可選用鋁合金或不銹鋼材質的匯線槽；

(6) 同一裝置宜采用同一材質的匯線槽。

2.3 匯線槽荷載的計算

儀表匯線槽的荷載與材質、支吊架的間距有關。匯線槽的工作均布荷載應不大于所選荷載等級的額定均布荷載。根據《鋼制電纜橋架工程設計規范》（CECS31-2006），當支吊架跨距為2m，在按簡支梁的條件下，托盤、梯架的額定均布荷載分級應符合下表的規定：

荷載等級 A B C D

額定均布荷載（kN/m） 0.5 1.5 2.0 2.5

當支吊架的跨距不等于2m時，則工作均布荷載應滿足下式：

（2-4）

式中：qG——工作均布荷載，N/m；

qE——額定均布荷載，N/m；

LG——實際跨距，m。

在工程設計過程中，電纜橋架廠家通常給出了電纜橋架荷載曲線，該曲線表示了支吊架跨距與橋架允許均布荷載的關系。在確定匯線槽的荷載時，只需根據匯線槽荷載曲線，查找出相應跨距下的允許均布荷載值，使該值不小于匯線槽的工作均布荷載即可。若工作均布荷載大于相應跨距下的允許荷載值，則需要減小跨距，以滿足匯線槽的荷載要求。通常采取現場制作梯形鋼架的方式，將匯線槽置于梯形鋼架上，確保匯線槽能承受槽內電纜的重量及可能的附加荷載。

工作均布荷載的確定分為以下三種情況：

（1）工程條件下安裝或檢修無需考慮附加集中荷載時，工作均布荷載按電纜自重均勻分布計，則工作均布荷載qG的計算如下：

（2-5）

式中：qG——工作均布荷載，N/m；

g1、g2、g3…——各電纜單位長度的重量，N/m；

n1、n2、n3…——相應電纜的根數。

（2）安裝或檢修可能有附加集中荷載時，工作均布荷載按電纜自重均勻分布值與附加集中荷載的等效均布值之和計算。在安裝或檢修的過程中，有可能短暫上人時，附加集中荷載按900N計，附加集中荷載的等效均布值按下列公式換算：

（2-6）

總的工作均布荷載（qZ）：

（2-7）

式中：qP——附加集中荷載的等效均布值，N/m；

qZ——總工作均布荷載，N/m；

P——附加集中荷載，可按900N計；

LG——實際跨距，m。

（3）當匯線槽跨距大于6m、戶外風雪作用等特殊荷載的匯線槽，應按工程條件進行強度、剛度、穩定性的計算或荷載試驗，且應滿足下列要求：

1 匯線槽的承載能力，不得超過使匯線槽最初產生永久變形時的最大荷載除以安全系數為1.5 的數值。

2 匯線槽在允許均布荷載作用下的相對撓度值，鋼制不宜大于1/200；鋁合金制不宜大于1/300。

3 鋼制托臂在允許承載下的偏斜與臂長比值，不宜大于1/100。

橋架結構強度的計算及荷載試驗參見《鋼制電纜橋架工程設計規范》（CECS31-2006）

3、 匯線槽的敷設

匯線槽應按路徑最短，集中敷設的原則，在裝置內架空敷設。在敷設過程中不應敷設在強電磁場、高溫、潮濕、腐蝕性介質排放口；不應敷設在影響操作、妨礙設備維修的位置，以及施工與檢修時經常動火，易受機械損傷的場所；應避開運輸、人行、消防通道和吊裝孔。

匯線槽在敷設時應按照設計文件規定進行，若設計文件沒有詳細說明，則應嚴格按照國家和行業規范進行安裝施工。在敷設過程中應特別注意以下事項：

1、匯線槽不宜平行敷設在高溫工藝管道和設備的上方或有腐蝕性液體的工藝管道和設備的下方。與工藝設備、管道絕熱層表面之間的距離應大于200mm，與其它工藝設備、管道表面之間的距離應大于150mm。

2、當線路周圍環境溫度超過65℃時，應采用隔熱措施，處在火災危險場所時，應加防火措阻燃施。通?？刹捎檬薨宓冗M行隔熱防火，或采用阻燃防火電纜橋架。

3、當匯線槽沿輸送易燃氣體或液體的管道棧橋敷設時，應沿危險程度較低的管道一側。當易燃物質比空氣重時，匯線槽在管道上方；比空氣輕時，匯線槽在管道的下方。

4、在同一匯線槽內，交流電源線路和安全聯鎖線路應用L形金屬隔板與儀表信號線路隔開敷設；本安信號與非本安信號線路應用L形金屬隔板隔開敷設，并應有藍色標志。金屬隔板應可靠接地。電纜應選用銅絲編織屏蔽電纜。

5、儀表匯線槽與電氣電纜橋架平行敷設時，其間距不宜小于600mm。若儀表匯線槽與電氣電纜橋架在同一管架上敷設，宜分開敷設在管架的兩邊。

6、為避免電纜發生故障時危及人身安全，匯線槽及支吊架均應良好接地，且不得作為其他設備接地的接續導體。非鍍鋅匯線槽連接板的兩端應跨接銅芯軟線接地線，接地線截面面積不應小于4mm2；鍍鋅匯線槽可不跨接接地線，其連接板的螺栓應有防松螺帽或墊圈；采用玻璃鋼橋架時，應沿橋架全長另敷設專用接地線；振動場所的匯線槽，包括接地部位的螺栓連接處，應裝置彈簧墊圈；金屬匯線槽當采用斷開連接時，應采用相應的跨接線，保持匯線槽接地的連續性。

7、當匯線槽通過不同等級的爆炸危險區的分隔間壁時，在分隔間壁處必須做充填密封；

8、當匯線槽穿過不同防火區的防火墻或樓板時，在防火墻或樓板處應采取防火封堵措施，對匯線槽有防火要求的區段，可在匯線槽內添加具有耐火或難燃性的板、網材料，使其構成封閉或半封閉式結構，并應在匯線槽表面涂刷符合國家現行標準《鋼結構防火涂料應用技術規范》（CECS 24:90）要求的防火涂層等措施。

9、匯線槽由室外進入室內宜采用架空方式，且應有1:100以上的坡度，向下坡向室外。匯線槽或電纜穿墻處應采取密封措施，防止雨水、塵埃及有害氣體進入室內。

10、匯線槽的上部與建筑物和構筑物之間應留有便于操作的空間；

11、匯線槽在安裝時，支吊架之間的距離宜為2m。當采用大跨距式匯線槽時，可以根據現場具體情況適當增大和減小支吊架間距。匯線槽在轉角或分支處、在始端、終端及連接處應增設支吊架，且離其邊緣的距離不應大于0.5m。匯線槽在每個支吊架上應固定牢固。

12、支架安裝時，應注意：

a) 在允許焊接的金屬結構上和混凝土構筑物的預埋件上，應采用焊接固定；

b) 在混凝土上，宜采用膨脹螺栓固定，不宜在混凝土梁、柱上鑿安裝孔；

c) 在不允許焊接支架的管道上，應采用U型螺栓、抱箍或卡子固定；

d) 支架不應安裝在高溫或低溫管道上；

e) 支架應固定牢固、橫平豎直、整齊美觀，在同一直線上的支架間距應均勻；

f) 支架安裝在有坡度的電纜溝內或建筑結構上時，其安裝坡度應與電纜溝或建筑結構的坡度相同；支架安裝在有弧度的設備或結構上時，其安裝弧度應與設備或結構的弧度相同；

g) 在有防火要求的鋼結構上焊接支架時，應在防火施工之前進行；

h) 在有防腐蝕層的建筑物和構筑物上安裝支架時，不應損壞防腐蝕層。

13、鋁合金匯線槽在鋼制支吊架上固定時，應有防電化腐蝕的措施。較為簡便的方法是在鋁合金匯線槽和鋼制支吊架間加絕緣襯墊?？衫秒娎|上剝下來的塑料護套切割而成。

14、保護管應在匯線槽側面高度1/2以上的區域內，采用鎖緊螺母(帶護線帽)或管接頭與匯線槽連接。保護管不得在匯線槽的底部或頂蓋上開孔進出。當電纜直接從開孔處引出時，應采用措施保護電纜。

15、垂直排列的電纜橋架拐彎時，其彎曲弧度應一致。數條匯線橋架垂直分層安裝時，線路宜按下列規定順序從上至下排列：

1） 儀表信號線路；

2） 安全聯鎖線路；

3） 儀表用交流和直流供電線路。

16、匯線槽的分支接口或與箱柜接口的連接端應設置在便于人員操作的位置。匯線槽的轉角、分支、終端以及與箱柜的連接處等宜采用專用部件，轉彎處的轉彎半徑，不應小于該橋架上的電纜最小允許彎曲半徑的最大者。

17、當直線段鋼制匯線槽超過30m、鋁合金或玻璃鋼制匯線槽超過15m時，應有伸縮縫，其連接宜采用伸縮連接板。匯線槽跨越建筑物伸縮縫處應設置伸縮縫。伸縮縫處采用伸縮連接板連接時，一般不必考慮伸縮縫的距離。廠家定型的伸縮連接板連接后的伸縮距離均能補償橋架由于環境溫度變化而引起的熱脹冷縮。

5、 結束語

在儀表線路敷設和生產維護過程中，匯線槽垮塌的事故時有發生，事故造成的損失輕則工程返修，開車延期，重則生產過程失控，重大財產損失，甚至造成施工和維護人員傷亡等。究其原因，主要是匯線槽規格、材質選擇不合適，支吊架跨距過大，匯線槽荷載過大，施工沒有按照標準要求進行。所以在進行化工工程設計和施工的時，對儀表匯線槽的選擇和安裝必須嚴格認真對待，確保儀表匯線槽安全可靠，經久耐用。

參考文獻：

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《石油化工自動控制設計手冊》（第三版）陸德民 主編 化學工業出版社

《自動化與儀表工程師手冊》王樹青、樂嘉謙 主編 化學工業出版社