石油平台用耐泥浆电力电缆的研制论文
摘要：石油平台用电缆安装在环境复杂的石油平台上，在使用过程中还会经常受到泥浆、油泥等物质的腐蚀，所以该电缆应具有环保、阻燃性高、机械性能强、耐泥浆和耐油的特点。介绍了该电缆的结构、材料、生产工艺和性能检测。
关键词：石油平台；耐泥浆；工艺；测试；研制
中图分类号：TM247.1文献标识码：A文章编号：1672-6901(2016)01-0026-04
0引言
随着国家对海洋石油开发力度的加大，石油平台用电缆的用量必然也会增加。虽然我国石油平台用普通电缆早已实现国产化，但长期以来，我国石油平台用耐泥浆电力电缆几乎完全依靠进口，鉴于这种情况，我公司研制开发了额定电压0.6/1kV石油平台用耐泥浆电力电缆。
1性能要求
由于石油平台上结构复杂、人员密集、可燃物多、电机设备多、用电量大、相对孤立，一旦发生火灾，人员逃生困难，救援难度大，必然会造成严重的人员伤亡和经济损失。电缆长期受到石油平台上的泥浆或油泥的腐蚀，会加速护套老化，降低其机械性能、阻燃和防腐等性能，减少电缆的使用寿命。根据电缆的使用环境情况及IEC60092-353、NEKTS606相关标准的要求［1-2］，研制的额定电压0.6/1kV石油平台用耐泥浆电力电缆(以下简称石油平台用耐泥浆电力电缆)应具有环保、阻燃性能高、机械性能强、耐泥浆和耐油的特点。
2结构设计和材料选择
(1)为了使电缆具有良好的弯曲性能、耐腐蚀性以及优异的电性能，导体采用退火绞合镀锡软铜线，其性能应符合GB/T3956—2008标准中第1种或第2种镀锡绞合导体的规定。
(2)绝缘采用辐照交联乙丙橡胶。乙丙橡胶具有优异的电性能，尤其是耐电晕性;具有突出的耐老化性能，在阳光下曝晒三年不见裂纹;具有较高的耐热性，长期使用温度为90℃;具有较强的机械性能;具有较好的化学稳定性，对各种极性的化学药品和酸碱有较大的抗耐性，长时间接触后性能变化不大。
(3)电缆缆芯间采用阻燃无机填充材料进行填充，缆芯成缆后采用双层无卤低烟高阻燃带重叠绕包。
(4)内护套采用无卤低烟阻燃聚烯烃。既能满足电缆阻燃性能的要求，又能提高电缆的机械性能。
(5)铠装层采用镀锡圆铜丝编织。镀锡圆铜丝具有良好的防腐蚀性能。编织铠装能够提高电缆的纵向拉伸强度。
(6)外护套采用无卤低烟阻燃聚氨酯。该材料具有环保、阻燃性高、机械性能强、耐泥浆和耐油等特点。设计的石油平台用耐泥浆电力电缆结构。
3生产工艺
石油平台用耐泥浆电力电缆的主要生产工艺流程。对生产过程中的主要工序工艺控制如下：
(1)导体用单线采用德国NIEHOFF公司的“双头”大拉机进行拉丝退火、连续镀锡。在线材拉丝过程中，应适时调整拉丝液的浓度、温度及pH值。单线表面应光亮、无氧化、无毛刺，且镀层应均匀连续。
(2)在导体的绞合过程中，节距应均匀一致，节径比控制在12～14，这样可以提高电缆的弯曲性能。导体表面应光滑圆整、无脱锡。
(3)乙丙橡胶绝缘料在挤出时存在以下问题：容易出现在螺杆上打滑的现象;在喂料口处经常发生梗塞现象;不能够实现自供料。为了解决上述问题，应采用单螺纹等距不等深螺杆，螺杆的长径比以25∶1为宜;螺杆应有水循环冷却系统;螺杆加料区应有锯齿状深沟;螺杆的压缩比以1∶1.2左右为宜。这样不仅能够解决上述问题，还能够提高挤出效率和挤出质量。在绝缘挤出后，采用电子加速器辐照交联，使绝缘的物理机械性能和电气性能得到很大提高。辐照时，应根据电缆规格、绝缘厚度调整设备能级和束流强度，以达到最好的辐照效果。如果电子加速器高压过低，电子能量过小，容易造成绝缘欠交联;反之，会造成绝缘过交联。因此合适的电子加速器高压是确保辐照效果的前提。
(4)成缆时，所有绝缘线芯应绞合在一起，绞合方向为右向。缆芯的绞合节径比不大于12。为了提高电缆的阻燃性能，缆芯中央和外围间隙采用阻燃无机填充绳进行适当填充，使缆芯保持圆整;缆芯外采用无卤低烟高阻燃带重叠绕包，平均搭盖率应不小于15%。
(5)编织铠装层时，编织角度应控制在45°～55°之间，编织密度应不小于85%。保证铠装层平整、无跳丝，不允许整体接续，露出的线头应修整齐，每一米长允许更换一次金属线锭。
(6)无卤低烟阻燃聚氨酯护套料的挤出温度范围为20℃左右，与其他护套料相比，温度范围比较窄。如果挤出时温度低于其熔融温度，材料塑化不完全，挤出的护套表面会粗燥暗淡;如果挤出时温度高于其熔融温度，材料会成流涎状，无法加工成型。无卤低烟阻燃聚氨酯护套料在挤出压力过大时会成为流涎状，难以成型，故不适合采用挤压式模具，应采用模芯略带一点外承径的半挤压式模具。当缆芯外径比较大时，半挤压式模具模芯的承径区长度一般取1.5～2.5mm，模套承径区的长度最好不小于1.5mm，否则电缆外护套挤出外观不平整。模套承径区也不能太长，否则会导致机筒内材料的压力过大，使机筒内熔融的流涎状聚氨酯护套料发生倒流，与刚进螺杆塑化段的`颗粒状聚氨酯护套料黏附在一起，机头出胶量发生较大的波动，造成电缆外护套外径不均匀。模套的口径应和所挤出线缆外径基本一致，如模套口径过大，会因挤出压力不够导致电缆凹凸不平;如模套口径过小，则会因挤出压力太大导致电缆外径不均。
4技术创新点
(1)相比采用传统的蒸汽交联的乙丙橡胶绝缘，辐照交联乙丙橡胶绝缘的耐热等级增高，电缆的电气性能、耐热老化性能、耐臭氧性、机械物理性能也得到了提升。
(2)挤包一层无卤低烟阻燃聚烯烃内护套，既可作为内衬层保证电缆的圆整，便于铠装;又可作为隔氧层，提高电缆的阻燃性能。
(3)采用镀锡软铜丝编织铠装结构，既增强了电缆的抗拉力，又能使电缆具有屏蔽外界电磁干扰和抗腐蚀的性能。
(4)采用新型无卤低烟阻燃聚氨酯护套料，经过严格生产工艺的控制，使得电缆具有耐泥浆、耐油、高阻燃、环保等优异性能。
5主要性能测试
我公司研制出的产品适用于额定电压0.6/1kV石油平台系统的电力传输。参照相关标准［1-4］对电缆样品的主要性能进行了试验。该电缆的主要性能符合相关标准的要求。
6结束语
本文介绍了我公司研制的石油平台用耐泥浆电力电缆的结构设计、材料选择、生产工艺和性能测试，希望能给同业以参考，共同促进石油平台用电缆的国产化。
参考文献：
［1］IEC60092-353：2011船用电气设备第353部分：额定电压1kV和3kV的电力电缆［S］．
［2］NEKTS606：2009海上平台用无卤/防泥浆电缆［S］．
［3］IEC60092-350：2008船用电气设备第353部分：船舶及海上平台电力、控制、仪表用电缆，一般结构及试验方法［S］．
［4］EN50363-10-2Insulating，sheathingandcoveringmaterialsforlowvoltageenergycables-Part10-2：Miscellaneoussheathingcompounds-Thermoplasticpolyurethane［S］．
［5］山西省化工研究所．聚氨酯弹性体手册［M］．北京：化学工业出版社，2001：189-217．
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