石油平臺(tái)用耐泥漿電力電纜的研制

胡光輝，　范小樹

（安徽龍庵電纜集團(tuán)有限公司，安徽無為238300）

石油平臺(tái)用耐泥漿電力電纜的研制

胡光輝，范小樹

（安徽龍庵電纜集團(tuán)有限公司，安徽無為238300）

石油平臺(tái)用電纜安裝在環(huán)境復(fù)雜的石油平臺(tái)上，在使用過程中還會(huì)經(jīng)常受到泥漿、油泥等物質(zhì)的腐蝕，所以該電纜應(yīng)具有環(huán)保、阻燃性高、機(jī)械性能強(qiáng)、耐泥漿和耐油的特點(diǎn)。介紹了該電纜的結(jié)構(gòu)、材料、生產(chǎn)工藝和性能檢測(cè)。

石油平臺(tái)；耐泥漿；工藝；測(cè)試；研制

0　引　言

隨著國家對(duì)海洋石油開發(fā)力度的加大，石油平臺(tái)用電纜的用量必然也會(huì)增加。雖然我國石油平臺(tái)用普通電纜早已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，但長(zhǎng)期以來，我國石油平臺(tái)用耐泥漿電力電纜幾乎完全依靠進(jìn)口，鑒于這種情況，我公司研制開發(fā)了額定電壓0.6/1 kV石油平臺(tái)用耐泥漿電力電纜。

1　性能要求

由于石油平臺(tái)上結(jié)構(gòu)復(fù)雜、人員密集、可燃物多、電機(jī)設(shè)備多、用電量大、相對(duì)孤立，一旦發(fā)生火災(zāi)，人員逃生困難，救援難度大，必然會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。電纜長(zhǎng)期受到石油平臺(tái)上的泥漿或油泥的腐蝕，會(huì)加速護(hù)套老化，降低其機(jī)械性能、阻燃和防腐等性能，減少電纜的使用壽命。

根據(jù)電纜的使用環(huán)境情況及IEC 60092-353、NEK TS 606相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求[1-2]，研制的額定電壓0.6/1 kV石油平臺(tái)用耐泥漿電力電纜（以下簡(jiǎn)稱石油平臺(tái)用耐泥漿電力電纜）應(yīng)具有環(huán)保、阻燃性能高、機(jī)械性能強(qiáng)、耐泥漿和耐油的特點(diǎn)。

2　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇

（1）為了使電纜具有良好的彎曲性能、耐腐蝕性以及優(yōu)異的電性能，導(dǎo)體采用退火絞合鍍錫軟銅線，其性能應(yīng)符合GB/T 3956—2008標(biāo)準(zhǔn)中第1種或第2種鍍錫絞合導(dǎo)體的規(guī)定。

（2）絕緣采用輻照交聯(lián)乙丙橡膠。乙丙橡膠具有優(yōu)異的電性能，尤其是耐電暈性；具有突出的耐老化性能，在陽光下曝曬三年不見裂紋；具有較高的耐熱性，長(zhǎng)期使用溫度為90℃；具有較強(qiáng)的機(jī)械性能；具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)各種極性的化學(xué)藥品和酸堿有較大的抗耐性，長(zhǎng)時(shí)間接觸后性能變化不大。

（3）電纜纜芯間采用阻燃無機(jī)填充材料進(jìn)行填充，纜芯成纜后采用雙層無鹵低煙高阻燃帶重疊繞包。

（4）內(nèi)護(hù)套采用無鹵低煙阻燃聚烯烴。既能滿足電纜阻燃性能的要求，又能提高電纜的機(jī)械性能。

（5）鎧裝層采用鍍錫圓銅絲編織。鍍錫圓銅絲具有良好的防腐蝕性能。編織鎧裝能夠提高電纜的縱向拉伸強(qiáng)度。

（6）外護(hù)套采用無鹵低煙阻燃聚氨酯。該材料具有環(huán)保、阻燃性高、機(jī)械性能強(qiáng)、耐泥漿和耐油等特點(diǎn)。

設(shè)計(jì)的石油平臺(tái)用耐泥漿電力電纜結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　石油平臺(tái)用耐泥漿電力電纜的結(jié)構(gòu)

3　生產(chǎn)工藝

石油平臺(tái)用耐泥漿電力電纜的主要生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。

圖2　石油平臺(tái)用耐泥漿電力電纜的生產(chǎn)工藝流程

對(duì)生產(chǎn)過程中的主要工序工藝控制如下：

（1）導(dǎo)體用單線采用德國NIEHOFF公司的“雙頭”大拉機(jī)進(jìn)行拉絲退火、連續(xù)鍍錫。在線材拉絲過程中，應(yīng)適時(shí)調(diào)整拉絲液的濃度、溫度及pH值。單線表面應(yīng)光亮、無氧化、無毛刺，且鍍層應(yīng)均勻連續(xù)。

（2）在導(dǎo)體的絞合過程中，節(jié)距應(yīng)均勻一致，節(jié)徑比控制在12～14，這樣可以提高電纜的彎曲性能。導(dǎo)體表面應(yīng)光滑圓整、無脫錫。

（3）乙丙橡膠絕緣料在擠出時(shí)存在以下問題：容易出現(xiàn)在螺桿上打滑的現(xiàn)象；在喂料口處經(jīng)常發(fā)生梗塞現(xiàn)象；不能夠?qū)崿F(xiàn)自供料。為了解決上述問題，應(yīng)采用單螺紋等距不等深螺桿，螺桿的長(zhǎng)徑比以25∶1為宜；螺桿應(yīng)有水循環(huán)冷卻系統(tǒng)；螺桿加料區(qū)應(yīng)有鋸齒狀深溝；螺桿的壓縮比以1∶1.2左右為宜。這樣不僅能夠解決上述問題，還能夠提高擠出效率和擠出質(zhì)量。

在絕緣擠出后，采用電子加速器輻照交聯(lián)，使絕緣的物理機(jī)械性能和電氣性能得到很大提高。輻照時(shí)，應(yīng)根據(jù)電纜規(guī)格、絕緣厚度調(diào)整設(shè)備能級(jí)和束流強(qiáng)度，以達(dá)到最好的輻照效果。如果電子加速器高壓過低，電子能量過小，容易造成絕緣欠交聯(lián)；反之，會(huì)造成絕緣過交聯(lián)。因此合適的電子加速器高壓是確保輻照效果的前提。

電子加速器參數(shù)選擇如表1所示。

表1　電子加速器參數(shù)選擇

（4）成纜時(shí)，所有絕緣線芯應(yīng)絞合在一起，絞合方向?yàn)橛蚁颉＠|芯的絞合節(jié)徑比不大于12。為了提高電纜的阻燃性能，纜芯中央和外圍間隙采用阻燃無機(jī)填充繩進(jìn)行適當(dāng)填充，使纜芯保持圓整；纜芯外采用無鹵低煙高阻燃帶重疊繞包，平均搭蓋率應(yīng)不小于15%。

（5）編織鎧裝層時(shí)，編織角度應(yīng)控制在45°～55°之間，編織密度應(yīng)不小于85%。保證鎧裝層平整、無跳絲，不允許整體接續(xù)，露出的線頭應(yīng)修整齊，每一米長(zhǎng)允許更換一次金屬線錠。

（6）無鹵低煙阻燃聚氨酯護(hù)套料的擠出溫度范圍為20℃左右，與其他護(hù)套料相比，溫度范圍比較窄。如果擠出時(shí)溫度低于其熔融溫度，材料塑化不完全，擠出的護(hù)套表面會(huì)粗燥暗淡；如果擠出時(shí)溫度高于其熔融溫度，材料會(huì)成流涎狀，無法加工成型。

無鹵低煙阻燃聚氨酯護(hù)套料的擠出設(shè)置溫度如表2所示。

表2　外護(hù)套擠出溫度設(shè)置

無鹵低煙阻燃聚氨酯護(hù)套料在擠出壓力過大時(shí)會(huì)成為流涎狀，難以成型，故不適合采用擠壓式模具，應(yīng)采用模芯略帶一點(diǎn)外承徑的半擠壓式模具。

當(dāng)纜芯外徑比較大時(shí)，半擠壓式模具模芯的承徑區(qū)長(zhǎng)度一般取1.5～2.5 mm，模套承徑區(qū)的長(zhǎng)度最好不小于1.5 mm，否則電纜外護(hù)套擠出外觀不平整。模套承徑區(qū)也不能太長(zhǎng)，否則會(huì)導(dǎo)致機(jī)筒內(nèi)材料的壓力過大，使機(jī)筒內(nèi)熔融的流涎狀聚氨酯護(hù)套料發(fā)生倒流，與剛進(jìn)螺桿塑化段的顆粒狀聚氨酯護(hù)套料黏附在一起，機(jī)頭出膠量發(fā)生較大的波動(dòng)，造成電纜外護(hù)套外徑不均勻。

模套的口徑應(yīng)和所擠出線纜外徑基本一致，如模套口徑過大，會(huì)因擠出壓力不夠?qū)е码娎|凹凸不平；如模套口徑過小，則會(huì)因擠出壓力太大導(dǎo)致電纜外徑不均。

4　技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）相比采用傳統(tǒng)的蒸汽交聯(lián)的乙丙橡膠絕緣，輻照交聯(lián)乙丙橡膠絕緣的耐熱等級(jí)增高，電纜的電氣性能、耐熱老化性能、耐臭氧性、機(jī)械物理性能也得到了提升。

（2）擠包一層無鹵低煙阻燃聚烯烴內(nèi)護(hù)套，既可作為內(nèi)襯層保證電纜的圓整，便于鎧裝；又可作為隔氧層，提高電纜的阻燃性能。

（3）采用鍍錫軟銅絲編織鎧裝結(jié)構(gòu)，既增強(qiáng)了電纜的抗拉力，又能使電纜具有屏蔽外界電磁干擾和抗腐蝕的性能。

（4）采用新型無鹵低煙阻燃聚氨酯護(hù)套料，經(jīng)過嚴(yán)格生產(chǎn)工藝的控制，使得電纜具有耐泥漿、耐油、高阻燃、環(huán)保等優(yōu)異性能。

5　主要性能測(cè)試

我公司研制出的產(chǎn)品適用于額定電壓0.6/ 1 kV石油平臺(tái)系統(tǒng)的電力傳輸。

參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1-4]對(duì)電纜樣品的主要性能進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。該電纜的主要性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表3　石油平臺(tái)用耐泥漿電力電纜主要性能試驗(yàn)結(jié)果

注：環(huán)保試驗(yàn)參照ROHS指令（《電氣、電子設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指令》）的要求進(jìn)行測(cè)試。

6　結(jié)束語

本文介紹了我公司研制的石油平臺(tái)用耐泥漿電力電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、生產(chǎn)工藝和性能測(cè)試，希望能給同業(yè)以參考，共同促進(jìn)石油平臺(tái)用電纜的國產(chǎn)化。

[1]IEC 60092-353：2011船用電氣設(shè)備第353部分：額定電壓1 kV和3 kV的電力電纜[S].

[2]NEK TS 606：2009海上平臺(tái)用無鹵/防泥漿電纜[S].

[3]IEC 60092-350：2008船用電氣設(shè)備第353部分：船舶及海上平臺(tái)電力、控制、儀表用電纜，一般結(jié)構(gòu)及試驗(yàn)方法[S].

[4]EN 50363-10-2Insulating，sheathing and coveringmaterials for low voltage energy cables-Part 10-2：Miscellaneous sheathing compounds-Thermoplastic polyurethane[S].

[5]山西省化工研究所.聚氨酯彈性體手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001：189-217.

Research of Oil Platform s M ud Resistant Power Cable

HU Guang-hui，F(xiàn)AN Xiao-shu
（Anhui Longan Cable Group Co.，Ltd.，Wuwei238300，China）

Oil platform cable laid in the complex environment of the oil platform，in the course will often suffermud，sludge and other corrosive substances，so that the cable should have environmental protection，high flame retardant，high mechanical properties，resistance to mud and oil-performance features.The structure，materials，production processes and performance testing of the cable.

oil platform；resistant tomud；crafts；test；research

TM247.1

A

1672-6901（2016）01-0026-04

2015-03-26

胡光輝（1986-），男，工程師.

作者地址：安徽無為縣高新大道蔣家灣大橋[238300].