ISO 20902-22023 石油、天然气和石化工业中常用的分部元件的防火试验程序第2部分管道贯穿件和电缆传输密封系统的附加程序标准立项发展报告

石油、天然气和石化工业中常用的分部元件的防火试验程序第2部分:管道贯穿件和电缆传输密封系统的附加程序标准立项发展报告英文标题：StandardizationDevelopmentReport:Firetestproceduresfordivisionalelementsthataretypicallyusedinoil,gasandpetrochemicalindustries—Part2:Additionalproceduresforpipepenetrationandcabletransitsealingsystems摘要：本报告围绕国际标准ISO20902-2:2023《石油、天然气和石化工业中常用的分部元件的防火试验程序第2部分：管道贯穿件和电缆传输密封系统的附加程序》的立项与发展历程进行深入分析。研究背景源于石油、天然气及石化行业对安全生产与防火隔离的极高要求。传统的防火试验方法多面向建筑构件，难以全面模拟油气设施中管道贯穿与电缆传输密封系统在真实火灾（如烃类火灾）下的复杂工况。该标准作为ISO20902系列的第二部分，旨在填补这一技术空白，为行业提供一套专门、严谨且可复现的附加试验程序。报告主要内容涵盖了标准的立项动因、技术框架、关键试验指标（如承压能力、完整性、隔热性能）、与现有国际标准（如ISO834、UL1709）的协调性分析，以及对提升行业安全水平的意义。重要结论指出，该标准的发布标志着全球油气行业在被动防火性能验证领域迈出了关键一步，为工程设计、产品认证及监管合规提供了更具针对性的技术依据，推动了从“建筑防火”向“工业防火”的标准化升级。关键词：石油天然气；石化工业；防火试验；管道贯穿件；电缆密封系统；被动防火；国际标准；ISO20902-2Keywords：OilandGas;PetrochemicalIndustry;FireTest;PipePenetration;CableTransitSeal;PassiveFireProtection;InternationalStandard;ISO20902-2正文1.引言：行业安全与标准化需求石油、天然气和石化工业是高风险领域，火灾是导致灾难性事故的主要原因之一。为了限制火灾蔓延、保障人员逃生和关键设施运行，在建筑物和海上平台等设施中须设置有效的防火分区。这些分区的完整性往往被各种贯穿件（如管道、电缆桥架、输送线路）和密封系统所破坏。因此，对这些“分部元件”——即维持分区耐火完整性的构件——的防火性能进行准确、可靠的测试评估，是确保整体安全系统有效性的核心环节。长期以来，国际防火试验标准如ISO834《耐火试验－建筑构件》主要基于标准时间-温度曲线，模拟一般建筑木结构火灾。但在油气工业中，烃类物质燃烧产生的火灾（烃类火灾）具有升温极快、热释放速率高、火焰冲击力强的特点，其温度曲线在初始阶段远高于ISO834的标准曲线。这意味着，符合一般建筑防火要求的贯穿件密封系统，在油气设施的特殊火灾工况下可能迅速失效。因此，急需一项专门针对油气工业典型火灾场景的试验标准，以更真实地评估管道贯穿件和电缆传输密封系统的性能。ISO20902-2:2023正是在这一迫切需求下应运而生。2.标准立项基础与背景2.1技术发展瓶颈在ISO20902-2发布前，全球范围内针对油气工业中分部元件的防火试验方法相对分散。尽管国际标准化组织（ISO）已制定ISO20902-1《石油、天然气和石化工业中常用的分部元件的防火试验程序第1部分：一般要求》，但其主要规定了测试框架和通用条件。对于管道贯穿件和电缆密封系统这类需要同时承受高压、热传导、机械应力等复杂耦合作用的元件，缺乏专门的附加程序。例如，管道贯穿件在火灾中可能因为内部介质压力导致破裂，或因热膨胀而失去密封；电缆密封系统则可能因电缆烧毁而在穿墙处形成空洞。这些关键失效模式在通用试验中往往被忽视。2.2国际法规与行业共识的推动国际海事组织（IMO）、石油和天然气生产商协会（IOGP）以及各国监管机构（如美国石油学会API、挪威石油工业技术标准NORSOK）均在其规范中对油气设施防火提出了严格要求。例如，IMOSOLAS公约和MODU规则要求海上设施（包括FPSO、钻井平台）的关键贯穿件必须满足“A-60”级耐火等级，且需通过模拟烃类火灾的试验验证。行业内的主要工程设计公司、设备制造商和第三方检测机构（如DNV、Lloyd‘sRegister）在实践中积累了丰富的测试数据和经验，一致认为需要一项由ISO发布的、全球统一的国际标准，以替代或补充各区域性、企业级的测试程序，降低贸易壁垒，提升防火产品的通用性和安全性。2.3标准立项流程ISO20902-2的立项始于ISO/TC92/SC2（火灾危害测试）及与油气行业相关的技术委员会的工作。经过对新工作项目提案（NWIP）的严格审查，包括技术论证、市场调研（如测试费用、试验设备可行性、行业需求问卷），最终获得多数成员国和行业利益相关方的支持。标准起草工作由来自多个国家的专家组成的工作组负责，旨在融合不同地区的最佳实践经验，确保标准的科学性和权威性。3.标准主要内容与技术解析ISO20902-2:2023的核心是为管道贯穿件和电缆传输密封系统提供了具体的、附加的试验程序。这些程序主要解决通用要求（ISO20902-1）无法覆盖的特殊性能验证。3.1适用范围与测试样品制备标准详细规定了测试样品的构成，包括：-管道贯穿件：需包含管段、管道绝热层（如有）、贯穿板的封堵件，以及模拟实际安装条件的支撑结构。特别强调了对于承载管道（如工艺管线），需考虑其内部介质（如水、蒸汽或烃类液体）在火灾下的热膨胀和压力，必要时进行带压测试或静态模拟。-电缆传输密封系统：包括密封模块、贯穿板、电缆束、填充材料（如防火堵料、发泡密封件）。标准化制备时，需规定电缆的类型（动力、信号、光缆）、数量、填充率以及密封系统的结构形式（如框架式、模块式或整体浇注式）。3.2附加试验程序要点-烃类火灾曲线：明确采用烃类时间-温度曲线（HCCurve），与ISO834标准曲线不同，其升温速率更快（初期5分钟内达到近1000°C），能更真实模拟油气泄漏燃烧场景。-压力-泄漏测试：针对密封系统，要求在耐火试验过程中及试验后，施加一定压力差（如模拟风压或爆炸泄压后的负压），测试系统的气体或液体泄漏率。评估其在热膨胀和结构变形下的密封性能。-完整性判定：除了传统的棉垫点燃试验和缝隙量规测试外，附加程序增加了对“喷射火焰”或“高压喷射泄漏”的评估。例如，如果测试样品在高温下失效，导致高温燃气或火焰以喷射状泄漏，则视为不符合完整性要求。-内部工况模拟：对于贯穿管道的测试，若实际应用中管道输送易燃或有毒介质，标准规定了是否需要在试验时对管道内部施加一定压力的水或蒸汽，以模拟其内部工况对密封系统的影响。-重复性测试与判定准则：标准强调测试结果的重复性和再现性，并对失败判据进行了细化，包括：背火面温度超过规定限值、火焰持续燃烧超过10秒、样品完全丧失支撑能力、密封失效出现贯穿性缝隙等。3.3与其他标准的协调性ISO20902-2与ISO834、UL1709、IMOMSC/Circ.1273等多个标准存在技术关联。它并不替代这些标准，而是提供了针对油气行业的特设附加要求。例如，对于船用防火等级要求，产品可根据ISO20902-2的HC曲线测试，再结合IMO的等效安全分析，验证其是否满足船级社要求。这种协调性使得标准在全球范围内具有更高的兼容性和应用价值。4.主要参与单位介绍本标准的制定过程中，国际标准化组织ISO/TC92/SC2“火灾危害测试”作为核心的技术归口单位，发挥了至关重要的作用。ISO/TC92/SC2简介与贡献ISO/TC92（火灾安全）是ISO下设负责制定火灾安全领域所有标准化文件的委员会，而SC2为其分委员会，专门关注“火灾危害测试”。其职责包括开发和维护用于评估材料、产品和结构在火灾条件下的反应、燃烧速率、烟气产生、热释放率以及耐火极限等的测试方法标准。ISO20902系列即由其牵头。在ISO20902-2的制定中，TC92/SC2的主要工作包括：1.技术协调：协调来自全球20多个国家的专家（包括来自壳牌、埃克森美孚、沙特阿美等油气巨头的安全工程师，以及SGS、Exova等权威检测机构的工程师），共同确定附加程序的技术参数。例如，如何定义“高压泄漏”的临界压力等级，如何设计带压管道测试的夹具，这些都需要反复的试验数据和专家讨论。2.标准草案评审：组织多次工作组会议（如WG8），对各成员国和联络组织（如API、ISO/TC67/SC6）提交的修改意见进行逐条审议。确保标准草案在技术要求上严谨、在可操作性上务实，同时避免与现有ISO、IMO、API标准产生严重冲突。3.验证试验与数据支持：推动多个独立实验室进行不同批次样品的交叉验证测试，确保试验程序在不同测试环境中能获得一致的结果。这为标准中判定准则的设定提供了坚实的实验基础。4.出版与维护：负责标准的最终编辑、格式校核、多语种版本（包括英文版）的发布，以及未来根据技术发展进行修改或补充的长期维护工作。其严谨的程序机制（包括NWIP、CD、DIS、FDIS等阶段的投票）确保了标准的权威性和国际共识度。5.标准应用价值与行业影响5.1对工程设计的意义该标准为工程设计公司提供了明确、量化的防火性能指标。设计师可基于标准测试结果直接选用符合条件的贯穿件密封产品，而无需进行繁琐的、基于经验公式的推断。这大大简化了防火分区设计的验证过程，降低了设计风险，同时为使用创新材料（如膨胀型防火涂料、高性能陶瓷纤维密封模块）提供了权威的准入路径。5.2对产品认证与贸易的促进对于全球防火产品供应商而言，获得依据ISO20902-2:2023进行的测试报告，意味着其产品在全球石油、天然气和石化项目投标中具有巨大的竞争优势。该标准替代了数十种地区性或企业标准，显著降低了制造商为满足不同市场要求而进行的重复认证成本，促进了全球贸易自由化和产品互认。5.3对安全生产的保障最关键的价值在于提升本质安全水平。通过更严苛的测试程序（如HC曲线、压力-泄漏测试、内部工况模拟），不合格的、仅在建筑火灾下表现尚可的密封系统将无法通过油气行业的防火认证。这直接减少了因防火分区失效导致火灾蔓延、引发更严重次生灾害（如管道爆裂、有毒气体泄漏、平台倾覆）的可能性，切实保障了员工生命安全、环境安全和生产连续性。6.结论与展望ISO20902-2:2023《石油、天然气和石化工业中常用的分部元件的防火试验程序第2部分：管道贯穿件和电缆传输密封系统的附加程序》的发布，是国际社会在工业防火标准化领域的一次重要里程碑。它精准地瞄准了油气设施中贯穿件密封这一高风险薄弱环节，通过引入烃类火灾曲线、压力-泄漏测试、内部工况模拟等附加程序，弥补了通用建筑防火试验标准的不足。该标准不仅提升了防火产品的准入门槛和技术可靠性，也为设计、采购、安装和验收的全生命周期管理提供了统一的技术语言，显著降低了全球范围内工业火灾事故的风险。展望未来，该标准的发展趋势主要包括：1.数字化与模拟验证：随着计算流体动力学（CFD）和有限元分析（FEA）技术的发展，未来可能开发基于ISO20902-2的虚拟测试标准或指南。通过数字孪生技术，在计算机上模拟不同火灾场景下的密封系统响应，从而大幅降低物理测试成本，加速产品研发迭代。标准化组织需要探讨如何认可并规范此类数字方法。2.动态工况的进一步模拟：现有标准主要关注稳态或准静态火灾，但实际火灾中常伴有爆炸、振动、反复热冲击等动态工况。未来的修订版本可能会引入更复杂的动态试验协议，如“爆炸后防火”、“振动+火灾耦合测试”，以更真实地反映极端事故场景。3.与功能性安全的融合：在工业过程安全领域，防火隔离系统不仅是物理屏障，也是安全仪表系统（SIS）中的关键执行元件。未来可能需要将ISO20902-2的测试结果与SI