海上換流站圍護(hù)結(jié)構(gòu)舾裝節(jié)點構(gòu)造設(shè)計

周嘉意，史華軍

（中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計院有限公司，湖北 武漢 430071）

隨著我國電力產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，海上風(fēng)電新增裝機(jī)容量逐年提高，至2019年底累計裝機(jī)容量已達(dá)4.9GW。而海上風(fēng)電接入主電網(wǎng)需要經(jīng)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(jīng)過逆變?yōu)榻涣骱蠼尤腙懮想娋W(wǎng)。鑒于海上換流站所處的特殊使用環(huán)境，為保障工作人員、設(shè)備在嚴(yán)苛的環(huán)境下能夠保持正常工作，圍護(hù)結(jié)構(gòu)舾裝節(jié)點構(gòu)造的合理設(shè)計是海上換流站安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)舾裝上的節(jié)點構(gòu)造設(shè)計主要是指圍護(hù)結(jié)構(gòu)各構(gòu)件本身或構(gòu)件之間的構(gòu)造設(shè)計和連接設(shè)計，包括構(gòu)件自身多材料層次的組合方式、相交構(gòu)件和相鄰構(gòu)件之間相互連接的細(xì)節(jié)設(shè)計。由于節(jié)點種類繁多、組成復(fù)雜，節(jié)點設(shè)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(shè)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(hù)結(jié)構(gòu)的甲板、墻板、吊頂、防火絕緣節(jié)點和連接節(jié)點設(shè)計5個方面結(jié)合設(shè)計原理進(jìn)行闡述。

1 甲板構(gòu)造

甲板作為海上平臺內(nèi)房間的水平分隔構(gòu)件，主要承擔(dān)了承重、隔聲、防火的作用。甲板上的裝修根據(jù)換流站內(nèi)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(zhì)基層甲板敷料搭配，采用2 mm厚PVC地板鋪在設(shè)有20 mm厚超輕質(zhì)基層甲板敷料的甲板上，用于樓梯間、走廊、更衣室等經(jīng)常有人員活動的區(qū)域。而如閥廳、消防泵房、海水提升設(shè)備間、備件間和閥基備品庫等電氣設(shè)備用房或倉庫具有一定的火災(zāi)危險性，則需要采用3 mm厚耐火橡膠地板鋪在設(shè)有20 mm厚超輕質(zhì)基層甲板敷料的甲板上。對于地面有電纜敷設(shè)需求的主控室、閥冷控制設(shè)備室、站用電室等設(shè)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(shè)計裝修面層。

2 墻板構(gòu)造

舾裝墻板是海上平臺圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(zāi)蔓延的主要阻止構(gòu)件之一，對提高工作人員的工作環(huán)境質(zhì)量和保障海上平臺的生命財產(chǎn)安全至關(guān)重要。

內(nèi)墻板通常使用復(fù)合巖棉板，由100 mm厚的巖棉和內(nèi)外兩面的0.5 mm厚以上的鍍鋅鋼板復(fù)合而成，夾芯巖棉的密度為100 kg/m3，面向室內(nèi)側(cè)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(jù)廠家的生產(chǎn)規(guī)格及工程項目的現(xiàn)場排版情況綜合確定。

內(nèi)墻板的裝修根據(jù)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(jīng)?；顒拥姆块g，如樓梯間、走廊、更衣室等，為提高室內(nèi)裝修帶給工作人員的舒適度，可采用30 mm厚的復(fù)合巖棉板作為襯板，同時在室內(nèi)側(cè)一面PVC鍍膜，兼顧了美觀、阻燃、防潮的功能；而在閥廳、加氯設(shè)備間、閥基備品庫等偶有人活動的設(shè)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(wǎng)固定的方式作為內(nèi)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(nèi)部裝修以節(jié)約投資。

3 吊頂構(gòu)造

吊頂作為房間內(nèi)的天花板裝飾構(gòu)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(fēng)管、電氣線纜和通信線纜的遮蔽構(gòu)件。海上換流站中所采用的吊頂通常為復(fù)合巖棉板吊頂，厚度為25 mm，設(shè)置在有人活動的區(qū)域，如走廊、更衣室、樓梯間等。其他不設(shè)置吊頂?shù)膮^(qū)域則采用巖棉或陶瓷棉包覆鋁箔布、不銹鋼鋼絲網(wǎng)固定的方式處理。

吊頂?shù)脑O(shè)置高度與該層空間的用途和尺寸有關(guān)，例如在海上換流站中，層高往往可達(dá)5 m以上，而對于走廊、更衣間等空間較為狹小的房間，數(shù)米凈高的房間會使人產(chǎn)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(jù)房間的性質(zhì)并結(jié)合暖通和電氣燈具照明的需求設(shè)置一定高度的吊頂，吊頂上開設(shè)的暖通孔洞、燈具孔洞均由現(xiàn)場切割后安裝風(fēng)口或燈具。

4 防火絕緣保溫節(jié)點構(gòu)造

4.1 墻體的防火絕緣

墻體是阻止火災(zāi)蔓延的垂直分隔構(gòu)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(jù)《海上固定平臺安全規(guī)則》《海上風(fēng)力發(fā)電場設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》《風(fēng)電場工程110kV～220kV海上升壓變電站設(shè)計規(guī)范》等規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)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(shè)備間等火災(zāi)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(shè)備用房則采用A-60級。

外墻的A-0級和A-15級防火絕緣構(gòu)造可采用30+50 mm厚巖棉（密度100 kg/m3）、外包玻璃絲布做法，內(nèi)墻的A-0級和A-15級防火絕緣構(gòu)造可采用50 mm厚巖棉（密度100 kg/m3）、外包玻璃絲布做法，內(nèi)墻的A-60級構(gòu)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(gòu)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(shè)的方式加強(qiáng)圍壁的防火隔熱性能。內(nèi)墻襯板為30 mm厚的不燃性復(fù)合巖棉板。在鋼柱、鋼梁、斜撐等表面為圓形或不規(guī)則形狀的構(gòu)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(gòu)件上，延伸帶的材料采用不同厚度的陶瓷棉或巖棉進(jìn)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(jù)所在部位的防火等級確定。

墻體的保溫通常是和防火統(tǒng)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(shè)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(yīng)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(zāi)蔓延的水平分隔構(gòu)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(yīng)為高溫時不易著火且不會產(chǎn)生煙氣、毒性物質(zhì)或爆炸危險的材料，并根據(jù)《耐火試驗程序規(guī)則》確定滿足要求的材料，同時具有CCS型式認(rèn)可證書。考慮到房間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)危險時火焰向上傳播，因此在描述房間內(nèi)的甲板防火性能時，均按該房間的頂面甲板作為設(shè)計對象，防火絕緣與隔熱布置設(shè)置在該甲板下方。與墻體類似，甲板的防火性能也根據(jù)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(shè)備間等無火災(zāi)危險性的房間其甲板的耐火等級均為A-0級，閥冷控制設(shè)備室、閥組蓄電池室等電氣設(shè)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(nèi)基層敷料構(gòu)造

甲板的A-0級和A-15級防火絕緣構(gòu)造可采用50 mm厚（密度100 kg/m3）、外側(cè)包玻璃絲布做法，A-60級防火絕緣構(gòu)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(gòu)造不同，按20 mm超輕質(zhì)基層甲板敷料實現(xiàn)，其導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)≤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(guī)構(gòu)件防火外，在工程中仍然存在常規(guī)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(gòu)件的防火范圍完整。例如各層室內(nèi)（含走廊）復(fù)合巖棉襯板外側(cè)的柱和斜撐、不在墻軸線處的室內(nèi)裸露立柱和斜撐、各層室內(nèi)大梁下翼緣部分等，均應(yīng)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(nèi)防火的要求。

火災(zāi)發(fā)生后產(chǎn)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(kuò)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(fù)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(shè)置間距不超過14 m的擋風(fēng)條，風(fēng)管、水管、橋架等穿越擋風(fēng)條處局部采用巖棉包裹緊實、封堵縫隙。

圖3 吊頂下?lián)鯚煷贡跇?gòu)造墻板底部連接構(gòu)造

5 構(gòu)件連接節(jié)點構(gòu)造

5.1 墻板連接

內(nèi)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(zhuǎn)角處的板材是采用成品L型復(fù)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(shè)置在墻板的底部，與內(nèi)墻復(fù)合巖棉板通過螺釘固定。

圖4 墻板底部和頂部連接構(gòu)造

5.2 活動地板連接

在房間下部敷設(shè)的電纜數(shù)量決定了活動地板架設(shè)的高度，通常采用架設(shè)高度有200 mm、600 mm和800 mm?；顒拥匕迮c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(nèi)外的地面高差，根據(jù)高差的不同需要設(shè)置數(shù)步臺階與門檻相接。

5.3 吊頂連接

復(fù)合巖棉板吊頂?shù)倪B接是通過企口插接將多塊復(fù)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(yù)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?shù)鯍彀惭b構(gòu)造

位于墻體側(cè)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(fù)合巖棉板內(nèi)墻。

6 結(jié)束語

我國海上風(fēng)電工程正經(jīng)歷由近海至遠(yuǎn)海、由研究到應(yīng)用的關(guān)鍵進(jìn)程，海上換流站已然成為了風(fēng)電能源發(fā)展的研究熱點。為保障人員與設(shè)備安全穩(wěn)定的運行，圍護(hù)結(jié)構(gòu)舾裝的節(jié)點構(gòu)造涉及面廣，往往需要結(jié)合建筑學(xué)、材料學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等學(xué)科知識綜合考慮、統(tǒng)籌設(shè)計，在海上換流站的舾裝設(shè)計中是不可忽視的重要環(huán)節(jié)。本文以海上換流站主要圍護(hù)作為研究起點，從構(gòu)造設(shè)計原理出發(fā)論述了各構(gòu)造節(jié)點的設(shè)計方法和方案，對今后海上換流站的設(shè)計工作起到很好的指導(dǎo)和參考作用。