石油平臺用耐泥漿電力電纜的研制論文
摘要：石油平臺用電纜安裝在環境復雜的石油平臺上，在使用過程中還會經常受到泥漿、油泥等物質的腐蝕，所以該電纜應具有環保、阻燃性高、機械性能強、耐泥漿和耐油的特點。介紹了該電纜的結構、材料、生產工藝和性能檢測。
關鍵詞：石油平臺；耐泥漿；工藝；測試；研制
中圖分類號：TM247.1文獻標識碼：A文章編號：1672-6901(2016)01-0026-04
0引言
隨著國家對海洋石油開發力度的加大，石油平臺用電纜的用量必然也會增加。雖然我國石油平臺用普通電纜早已實現國產化，但長期以來，我國石油平臺用耐泥漿電力電纜幾乎完全依靠進口，鑒于這種情況，我公司研制開發了額定電壓0.6/1kV石油平臺用耐泥漿電力電纜。
1性能要求
由于石油平臺上結構復雜、人員密集、可燃物多、電機設備多、用電量大、相對孤立，一旦發生火災，人員逃生困難，救援難度大，必然會造成嚴重的人員傷亡和經濟損失。電纜長期受到石油平臺上的泥漿或油泥的腐蝕，會加速護套老化，降低其機械性能、阻燃和防腐等性能，減少電纜的使用壽命。根據電纜的使用環境情況及IEC60092-353、NEKTS606相關標準的要求［1-2］，研制的額定電壓0.6/1kV石油平臺用耐泥漿電力電纜(以下簡稱石油平臺用耐泥漿電力電纜)應具有環保、阻燃性能高、機械性能強、耐泥漿和耐油的特點。
2結構設計和材料選擇
(1)為了使電纜具有良好的彎曲性能、耐腐蝕性以及優異的電性能，導體采用退火絞合鍍錫軟銅線，其性能應符合GB/T3956—2008標準中第1種或第2種鍍錫絞合導體的規定。
(2)絕緣采用輻照交聯乙丙橡膠。乙丙橡膠具有優異的電性能，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，長期使用溫度為90℃;具有較強的機械性能;具有較好的化學穩定性，對各種極性的化學藥品和酸堿有較大的抗耐性，長時間接觸后性能變化不大。
(3)電纜纜芯間采用阻燃無機填充材料進行填充，纜芯成纜后采用雙層無鹵低煙高阻燃帶重疊繞包。
(4)內護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度。
(6)外護套采用無鹵低煙阻燃聚氨酯。該材料具有環保、阻燃性高、機械性能強、耐泥漿和耐油等特點。設計的石油平臺用耐泥漿電力電纜結構。
3生產工藝
石油平臺用耐泥漿電力電纜的主要生產工藝流程。對生產過程中的主要工序工藝控制如下：
(1)導體用單線采用德國NIEHOFF公司的“雙頭”大拉機進行拉絲退火、連續鍍錫。在線材拉絲過程中，應適時調整拉絲液的濃度、溫度及pH值。單線表面應光亮、無氧化、無毛刺，且鍍層應均勻連續。
(2)在導體的絞合過程中，節距應均勻一致，節徑比控制在12～14，這樣可以提高電纜的彎曲性能。導體表面應光滑圓整、無脫錫。
(3)乙丙橡膠絕緣料在擠出時存在以下問題：容易出現在螺桿上打滑的現象;在喂料口處經常發生梗塞現象;不能夠實現自供料。為了解決上述問題，應采用單螺紋等距不等深螺桿，螺桿的長徑比以25∶1為宜;螺桿應有水循環冷卻系統;螺桿加料區應有鋸齒狀深溝;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量。在絕緣擠出后，采用電子加速器輻照交聯，使絕緣的物理機械性能和電氣性能得到很大提高。輻照時，應根據電纜規格、絕緣厚度調整設備能級和束流強度，以達到最好的輻照效果。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;反之，會造成絕緣過交聯。因此合適的電子加速器高壓是確保輻照效果的前提。
(4)成纜時，所有絕緣線芯應絞合在一起，絞合方向為右向。纜芯的絞合節徑比不大于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填充繩進行適當填充，使纜芯保持圓整;纜芯外采用無鹵低煙高阻燃帶重疊繞包，平均搭蓋率應不小于15%。
(5)編織鎧裝層時，編織角度應控制在45°～55°之間，編織密度應不小于85%。保證鎧裝層平整、無跳絲，不允許整體接續，露出的線頭應修整齊，每一米長允許更換一次金屬線錠。
(6)無鹵低煙阻燃聚氨酯護套料的擠出溫度范圍為20℃左右，與其他護套料相比，溫度范圍比較窄。如果擠出時溫度低于其熔融溫度，材料塑化不完全，擠出的護套表面會粗燥暗淡;如果擠出時溫度高于其熔融溫度，材料會成流涎狀，無法加工成型。無鹵低煙阻燃聚氨酯護套料在擠出壓力過大時會成為流涎狀，難以成型，故不適合采用擠壓式模具，應采用模芯略帶一點外承徑的半擠壓式模具。當纜芯外徑比較大時，半擠壓式模具模芯的承徑區長度一般取1.5～2.5mm，模套承徑區的長度最好不小于1.5mm，否則電纜外護套擠出外觀不平整。模套承徑區也不能太長，否則會導致機筒內材料的壓力過大，使機筒內熔融的流涎狀聚氨酯護套料發生倒流，與剛進螺桿塑化段的`顆粒狀聚氨酯護套料黏附在一起，機頭出膠量發生較大的波動，造成電纜外護套外徑不均勻。模套的口徑應和所擠出線纜外徑基本一致，如模套口徑過大，會因擠出壓力不夠導致電纜凹凸不平;如模套口徑過小，則會因擠出壓力太大導致電纜外徑不均。
4技術創新點
(1)相比采用傳統的蒸汽交聯的乙丙橡膠絕緣，輻照交聯乙丙橡膠絕緣的耐熱等級增高，電纜的電氣性能、耐熱老化性能、耐臭氧性、機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護套，既可作為內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構，既增強了電纜的抗拉力，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套料，經過嚴格生產工藝的控制，使得電纜具有耐泥漿、耐油、高阻燃、環保等優異性能。
5主要性能測試
我公司研制出的產品適用于額定電壓0.6/1kV石油平臺系統的電力傳輸。參照相關標準［1-4］對電纜樣品的主要性能進行了試驗。該電纜的主要性能符合相關標準的要求。
6結束語
本文介紹了我公司研制的石油平臺用耐泥漿電力電纜的結構設計、材料選擇、生產工藝和性能測試，希望能給同業以參考，共同促進石油平臺用電纜的國產化。
參考文獻：
［1］IEC60092-353：2011船用電氣設備第353部分：額定電壓1kV和3kV的電力電纜［S］．
［2］NEKTS606：2009海上平臺用無鹵/防泥漿電纜［S］．
［3］IEC60092-350：2008船用電氣設備第353部分：船舶及海上平臺電力、控制、儀表用電纜，一般結構及試驗方法［S］．
［4］EN50363-10-2Insulating，sheathingandcoveringmaterialsforlowvoltageenergycables-Part10-2：Miscellaneoussheathingcompounds-Thermoplasticpolyurethane［S］．
［5］山西省化工研究所．聚氨酯彈性體手冊［M］．北京：化學工業出版社，2001：189-217．
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