石油平臺用瓷鎧型耐泥漿防火電纜的研制

柏慶梅（江蘇中辰電纜有限公司，江蘇無錫214206）

石油平臺用瓷鎧型耐泥漿防火電纜的研制

柏慶梅
（江蘇中辰電纜有限公司，江蘇無錫214206）

介紹了石油平臺用瓷鎧型耐泥漿防火電纜的使用環境與要求，分析電纜結構及選材，指出了其優點和推廣意義。

瓷鎧；耐泥漿；防火

0　引 言

海洋領域的開采已經成為應對環境污染和緩解能源危機的焦點性技術和發展方向。作為油氣勘探開發不可缺少的配置產品，石油平臺用電纜也呈現出多樣性。但因經受日照、風化、潮濕、磨損、沖擊等多種不利環境的影響，尤其是經常受到耐水基泥漿或油基泥漿的腐蝕，市場上普通的石油平臺用電纜存在僵硬、笨重、彎曲比較困難，常有開裂或破損現象，抗損性差，且使用壽命短等問題，因此石油平臺裝配用新型電纜的開發已成為亟待解決的問題。本文將介紹如何開發石油平臺用瓷鎧型耐泥漿防火電纜。

1　性能與結構

1.1 環境要求

因海洋石油開采的工作特殊性，經常會受到海風、海浪、地震、海嘯等惡劣的工作環境的影響，故對電纜的使用提出了更高的要求。

（1）平臺包含控制室、起居艙室、機械艙室和儲油艙室，室內、艙內的機器設備等，且走廊多、通道窄，因空間的局限性與自身的載重性，電纜必須外徑小、重量輕。

（2）在遠離陸地的生產作業過程中，產生爆炸氣體和可燃液體蒸汽等，是不可避免的，且平臺上可接觸的可燃物的種類及數量較多，一旦發生火災，逃生和外部救援都相當困難，極易形成重特大傷亡事故，造成重大經濟損失。因此電纜必須具有防火功能，在一定的時間里保持電力與信號的傳輸，讓救援人員在無毒無煙霧、透光率極高的惡劣環境下進行疏散人員、物資救援等工作。

（3）因平臺的供電特殊性，配電網的布線相對較復雜，為保證精密儀器在有限的空間里發揮準確的功效，電纜必須具備優越的抗電磁干擾性能特點。

（4）平臺長期泊在海面上，為避免電纜在使用過程中經常受到泥漿、油泥等物質的腐蝕，出現開裂或破損現象，應采用聚醚型聚氨脂彈性體混合物作為護套，它不僅耐腐蝕、阻燃也增加了電纜的使用壽命。

1.2 電纜結構

按照上述要求，設計出新型石油平臺用瓷鎧型耐泥漿防火電纜的結構，導體采用圓形結構，3芯，規格為95 mm2，電壓等級為0.6/1 kV。圖1為該電纜的結構示意圖。

圖1　石油平臺用瓷鎧型耐泥漿防火電纜的結構

2　材料選擇

2.1 導體

在這種要求苛刻的零缺陷的使用場所，必須保證電纜具有最優良的電氣性能。選用體積電阻率不大于0.016 80 mm2/m的優質銅材，經工藝優化使得單絲在退火后的斷裂伸長率達到30%以上，鍍錫時沒有一點漏隙，涂層均勻，以增強導體的防腐性和防氧化性能；要嚴格控制拉絲的尺寸，最佳的絞距設計與導體緊壓系數的優化，確保了導體外觀圓整，在同一個平面上沒有明顯的凹凸不平現象，使得絕緣層有效地緊密包覆在導體上，從而避免出現場強擊穿現象。

2.2 絕緣

為了把耐火和絕緣集為一體，簡化工序，減小電纜外徑，降低電纜重量和制造成本，采用了新型瓷鎧阻燃型陶瓷化硅橡膠云母帶。它垂直燃燒時不延燃，且根本燒不著，也就滿足了電纜絕緣本體不燃的設計。用打火機火焰（溫度只有500～600℃）能夠快速燒硬，且阻燃性能達到燒不著的VW-1，其電氣性能與機械性能極其優良，不延燃、不滴落、不脆化、不脫落，具體性能指標見表1。

表1　新型瓷鎧阻燃型陶瓷化硅橡膠云母帶的主要性能

2.3 耐火阻燃隔火隔熱層

為了保證產品能滿足最高耐火等級BS 6387標準中的C、W、Z項，在瓷鎧云母帶絕緣外，線芯成纜時繞包瓷鎧抗開裂高阻燃陶瓷化耐火復合帶。它能夠在溫度500～600℃有焰、無焰情況下，燒成堅硬的陶瓷狀鎧體。溫度越高、燒蝕時間越長，燒后的陶瓷狀鎧體越堅硬，不脫落，且陶瓷狀鎧體耐高溫可達3000℃，對內層起到很好的隔火隔熱效果，具體性能指標見表2。

表2　新型瓷鎧抗開裂高阻燃陶瓷化耐火復合帶的主要性能

2.4 屏蔽層

此種設計不僅有效地控制了電場、磁場和電磁波由一個區域對另一個區域的感應和輻射，抑制了電磁干擾在空間的傳播，切斷輻射干擾的傳播途徑，還可以增大電纜的機械強度，使電纜具有一定的柔軟性，便于敷設。另外鍍錫銅絲具有很好的抗腐蝕性，能提高電纜的使用壽命。

2.5 護套

需在惡劣的環境下使電纜正常運行，重點攻關的是耐泥漿、油泥等物質的腐蝕性和無鹵阻燃性能，所以護套材料選用聚醚型聚氨酯，它不僅具有優異的抗撕裂強度、韌性好，而且還具有耐磨、耐日照、耐寒、耐油、耐水、耐老化、耐氣候、耐臭氧等特性。

3　工藝控制

3.1 工藝流程

根據設計要求，該電纜的生產工藝流程為：拉絲→絞合→繞包硅橡膠云母帶→成纜繞包硅橡膠復合帶→編織屏蔽→擠包外護套→成品檢驗。

3.2 關鍵工序

（1）集絕緣與耐火層為一體的陶瓷化硅橡膠云母帶的繞包。帶材硅橡膠云母帶重疊螺旋形成一個管筒狀絕緣層，要平整地繞包在導體上，與繞包帶的寬度、重疊率、收放線張力等有很大關系，需要做合理的控制。

（2）因聚醚型聚氨酯塑料是在聚氨酯樹脂中添加阻燃劑共混起來的，故在操作工藝上一定要保證其良好的相容性及成品的穩定性。建議采用螺桿壓縮比前端（擠出端、計量端）為1︰1，后端為1.2︰1的擠塑機，且采用螺桿水冷卻系統緩解因熔料在生產中螺桿旋轉剪切、摩擦產生的高溫；協調好牽引速度與螺桿速度，以確保電纜外徑均勻，不斷優化擠塑機溫度的分布，提高塑料擠出質量，使電纜護套表面光滑、圓整，充分塑化，達到預期的物理特性。

4　性能測試

電纜典型規格4×50-0.6/1 kV經檢測驗證，其性能指標均達到設計要求，產品主要性能見表3。

表3　電纜主要性能

5　結束語

產品委托中國電線電纜質量監督檢驗中心進行性能測試，其性能指標均符合Q/320282 DHY 011—2014《石油平臺用瓷鎧型耐泥漿防火電纜》的設計要求。

通過對電纜結構的優化設計，采用新型瓷鎧阻燃型陶瓷化硅橡膠云母帶和瓷鎧抗開裂高阻燃陶瓷化耐火復合帶，使得電纜外徑小、重量輕、機械強度高、韌性好、耐寒、耐老化、耐氣候、耐磨、耐火、耐泥漿、耐油，而且具有低煙、無鹵、無毒、阻燃等性能，完全能適應石油平臺苛刻的作業環境。

［1］ JG/T 313—2014 額定電壓0.6/1 kV及以下金屬護套無機礦物絕緣電纜及終端［S］.

［2］ ZC/J-03C-000-301—2014 新型瓷鎧阻燃型陶瓷化硅橡膠云母帶［S］.

［3］ ZC/J-03C-000-302—2014 新型瓷鎧抗開裂高阻燃陶瓷化耐火復合帶［S］.

［4］ BS 6387—1994 Testmethood for resistance to fire of cab1es required tomaintain circuit integrity under fire conditions［S］.

DeveloPm ent of M ud Resistant and FireProof Ceram ic A rm or Cab le for 0 il Platform s

BAIqing-mei
（Jiangsu Sinostat Cab1e Co.，Ltd.，Wuxi214206，China）

The using environment and requirements，the structure and materia1 se1ection of the mud resistant and fireProof ceramic armor cab1e for oi1P1atformswas Presented and it's advantages and Promoting significance were Put forward.

ceramic armor；mud resistant；fireProof cab1e

TM246.9

A

1672-6901（2016）03-0018-03

2015-06-16

柏慶梅（1972-），女，高級工程師.

作者地址：江蘇宜興市環科園氿南路8號［214206］.