蒸汽交聯房的設計與應用

唐崇健，胡同兵，朱殿忠，劉繼勇

(寶勝科技創新股份有限公司，江蘇寶應225800)

0 前言

交聯聚乙烯(XLPE)絕緣電力電纜已在我國電力行業中得到廣泛的應用，并將逐步取代聚氯乙烯(PVC)絕緣電纜。其主要原因是XLPE絕緣電纜與PVC絕緣電纜相比具有優異的性能，且符合環保要求。

目前，低壓XLPE電力電纜采用的是硅烷XLPE材料和交聯工藝。硅烷交聯的前提是，能使合適的羥氧基硅烷結合在聚乙烯的聚合鏈上，或者通過聚合反應制造乙烯-乙烯硅烷異分子共聚物(EVS)，使得原子團嫁接獲得成功;然后在濕氣和凝結催化劑參與下，水解產生硅醇基，并凝結成鏈聯接的硅氧結構。而硅烷交聯方式有兩種，一種是將絕緣單線浸在70～90℃溫水池中(圖1)交聯，稱為溫水交聯;另一種就是將絕緣單線放在溫度85～95℃蒸汽房中(見圖2)，其壓力保持在0.08～0.1 MPa下進行交聯，稱為蒸汽交聯。

我公司以往生產硅烷交聯電纜采用的是溫水交聯方式。隨著硅烷XLPE絕緣電纜需求量的大增，溫水交聯工序已經成為生產硅烷交聯產品的瓶頸。為了提高生產效率，通過反復論證并結合硅烷XLPE電纜交聯溫度要求，確定了用蒸汽交聯替代溫水交聯生產工藝。我公司自行設計的蒸汽交聯房通過使用并對產品各項指標檢測完全符合標準要求。本文主要介紹蒸汽交聯房的設計與運用，并對溫水交聯方式與蒸汽交聯方式進行比較。

圖1 溫水交聯池

圖2 蒸汽交聯房

1 蒸汽交聯房的設計

蒸汽交聯房設計應遵循操作安全性高、保溫性能好、充汽均勻、密封性好、電控準等原則，因此在恒溫、恒壓狀態下要使蒸汽滲透到絕緣單線各層間的縫隙里，以達到均勻交聯的效果。

1.1 結構設計

蒸汽交聯房結構設計分鋼板焊接結構和磚混結構兩種。鋼板焊接結構的蒸汽交聯房特點是強度高、可移位、造價大、保溫性能差;而磚混結構蒸汽交聯房特點是造價低、保溫性能好、不易移位。我公司根據保溫性好、造價低的特點選用了磚混結構蒸汽交聯房。

我們設計的蒸汽交聯房尺寸為:長5000mm×寬5000mm×高3000mm，共7間。每間房內可放置4只PN2000全鋼瓦楞結構線盤，如圖3所示。因線盤需直接用手推進推出，因此，蒸汽交聯房的室內與室外等高，并在室內安裝軌道以防線盤之間、線盤與房內壁發生碰撞。

為獲取良好保溫性能，蒸汽交聯房三面外層采用磚混結構，內層放置8mm厚的巖棉進行隔熱保溫，同時內壁采用1mm不銹鋼板進行封閉，中間采用不銹鋼的龍骨，以保證保溫層結構的強度。

圖3 線盤的放置

蒸汽交聯房密封性優劣取決于其大門的密封性。因此其必須具有密封性好、保溫性好、強度高且開、關自由等特點。

蒸汽交聯房大門的設計框架采用50mm×50mm的方管，中間夾巖棉保溫，內外面用不銹鋼板封面，保證其保溫性和強度;大門采用可180°旋轉鉸鏈，保證其開、關自由;為了方便線盤的推進推出，蒸汽房大門下不能設有門檻，故采用旋轉壓實結構，即大門關閉后，旋轉手輪，將門下方的密封條與地板壓實，而該密封條可在200℃高溫下連續使用，這樣才能保證大門關閉后的密封性。

當蒸汽進入房內及絕緣層間隙后，由于絕緣單線吸熱而使其液化產生水。因此，不僅要保證產生的水通過地漏流到下水道，還要確保蒸汽交聯房內的蒸汽不通過下水道泄漏，故借鑒了座便器沖水結構設計，采用“U”型結構下水裝置。

1.2 管路設計

管路設計如圖4所示，應主要從安全、恒壓、均勻充汽等幾個方面考慮。

圖4 管路設計圖

為減少蒸汽鍋爐或電加熱器的投資，我們采用熱電廠直接提供壓力為1.6 MPa蒸汽。總管道的蒸汽送達蒸汽房前必須進行減壓，所以在分氣缸前加一級減壓閥，使其壓力降為0.08～0.1 MPa，每間蒸氣交聯房通過電磁閥來控制蒸汽流量和壓力。

為了保證充汽的均勻性，房內管道采用 32mm的不銹鋼管道，距離地面1 m處三面環繞，管道上下對稱鉆取數十個出汽孔，每孔直徑為3mm。

為了保證操作人員的安全，應減少人員與蒸汽管路接觸的可能性，在管路設計時除了分氣缸和手動閥設在控制室內，其他管路、減壓閥、電磁閥等均置于蒸汽房頂。

1.3 電控設計

硅烷交聯電纜的交聯度與溫度、時間、蒸汽壓力有密切的關系，因此，電控設計必須從以下幾方面著手，進行精確控制:

(1)蒸汽交聯房內溫度控制。借鑒擠出機溫控原理，采用溫控儀與電磁閥組合實現自動控溫的方式。根據蒸汽加溫熱慣量小的特點，優化溫控儀的PID參數。在加溫、保溫階段可以設定不同的溫度，選用RKC-402高精度溫控儀和ZCZG-2.5蒸汽用電磁閥，通過手動開啟進汽閥大小，采用E分度熱電偶(擠出機一般也采用)，保證每間蒸汽房蒸煮溫度變化能控制在1℃范圍內。而溫水交聯池采用PT(鉑銠合金)熱電阻進行測溫，溫差在4℃。

(2)交聯時間控制。采用可精確到分鐘時間控制器來控制蒸煮時間，有利于操作人員根據不同絕緣厚度的絕緣單線掌握和調整工藝時間。

(3)安全聯鎖和壓力控制。為保證和控制準確，利用壓力傳感器，確保蒸汽房內的壓力恒定，并設有超壓報警裝置，保證蒸汽房不超壓，同時對每間蒸汽房門內側均設置了安全聯鎖開關，蒸汽房門一旦打開，就會自動關閉蒸汽電磁閥，確保生產安全。

2 蒸汽交聯房的應用

蒸汽房完工后，進行小批量試制。以規格為YJV-0.6/1 kV 70mm2硅烷XLPE電纜絕緣線芯為試驗樣品，對產品進行全程跟蹤并百分之百取樣，根據試驗結果合理調整蒸汽時間，蒸汽壓力設定0.08 MPa。試制過程如下:

(1)設定溫度為90℃，通蒸汽時間4 h(開始根據溫水交聯時間設定)，停汽保溫1 h后開門取樣，試驗全部合格;

(2)設定溫度85℃，通蒸汽時間3.5 h，停汽保溫1.5 h后開門取樣，試驗全部合格;

(3)設定溫度85℃，通蒸汽時間2 h，停汽保溫1 h，取樣試驗合格率為90%;

(4)設定溫度85℃，通蒸汽時間3 h，保溫2 h，取樣試驗全部合格。

試驗結果如表1所示。

表1 試驗結果數據表

為保證產品具有更高的合格裕度，確定通蒸汽3.5 h和停汽保溫1.5 h作為規格為YJV-0.6/1 kV 70mm2硅烷XLPE電纜絕緣線芯的蒸汽交聯工藝時間。

經過多批電纜的試制，得出如表2所示的蒸汽交聯工藝參數。

表2 不同規格絕緣單線蒸汽交聯工藝參數

3 蒸汽交聯和溫水交聯的比較

3.1 投資

我公司溫水交聯池加溫使用的是電廠同樣的蒸汽，兩種交聯方式的加熱源頭一樣。溫水交聯池一般置于地下，如果容積和蒸汽房一樣大的話，從土建造價來看，溫水交聯池不僅挖槽還要做防水，僅此就比蒸汽交聯房造價高10%左右。溫水池的保溫層也是使用巖棉加外層不銹鋼板防護，但不銹鋼板的厚度要采用3mm以上，且要具有防水性能，這就增加了制造費用。

3.2 工作效率

若溫水交聯池與蒸汽交聯房都為:長5000mm×寬5000mm×高3000mm，采用溫水交聯法，每個水池只能放置2～3只PN2000全鋼瓦楞結構線盤，而每間蒸汽房每次至少可容納4盤，生產效率得到提升，加快了半制品的流道。

3.3 操作和使用

蒸汽房采用的是全方位管道供熱方案，既保證房內具有一定的壓力，又保證蒸汽滲透、發熱均勻，使硅烷交聯絕緣的交聯度更加均衡，同時，蒸汽房操作方便，直接將線盤推進房間即可。而溫水池放置線盤需行車配合，因行車起吊晃動碰傷線芯或池壁現象經常發生，一旦封頭不嚴或電纜絕緣碰傷，在溫水交聯過程中就會導致電纜進水，從而形成電纜的致命缺陷。

4 結束語

綜合上述，采用溫水交聯方式和蒸汽交聯方式都可以生產出合格的XLPE電纜產品，但蒸汽交聯相比于溫水交聯具有如下的優點:

(1)投資省，經濟性好，提高了產品在市場上的競爭力;

(2)安全性高，實現自動控溫控壓，無需人員值守，有效節約了人力成本;

(2)工藝性能好，較好地解決了溫水交聯的電纜端頭進水和電纜碰傷問題;

(3)生產效率高，操作方便，解決了制約生產的瓶頸問題;

(4)環保節水，電纜表面干凈，避免了因溫水交聯池中水循環利用產生污垢沾染電纜表面，解決了溫水交聯池污水定期排放換水問題。