橡膠電纜連續(xù)硫化生產(chǎn)線水汽平衡系統(tǒng)設(shè)計探討

孫竹，宋海峰

(南京藝工電工設(shè)備有限公司，江蘇南京211199)

0 引言

橡膠電纜因其包覆材料的特有性質(zhì)在生產(chǎn)過程中廣泛采用連續(xù)硫化生產(chǎn)工藝，做為生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)之一的水汽平衡控制系統(tǒng)其可靠性和穩(wěn)定性對橡膠電纜制品的品質(zhì)起著至關(guān)重要的作用。

1 橡膠電纜的生產(chǎn)流程

橡膠電纜的生產(chǎn)過程實質(zhì)上就是膠料的硫化過程。硫化即膠料通過生膠分子間交聯(lián)，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的過程。連續(xù)硫化工藝則是擠包和硫化連接成一道工序的硫化工藝。

橡膠電纜包覆層的硫化在硫化管內(nèi)進行，硫化管道的布置形式通常有半懸鏈?zhǔn)胶蛢A斜式兩種，本文以半懸鏈?zhǔn)綖槔D1中電纜線芯被上牽引牽至一定高度(形成懸鏈)經(jīng)模具擠出包覆，再經(jīng)過充滿飽和蒸汽的硫化管道硫化，隨后進入冷卻管道冷卻，硫化完成后的電纜冷卻后經(jīng)下牽引牽出管道，作為成品被收卷在收線設(shè)備上。

圖1 生產(chǎn)流程圖

2 水汽平衡系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硫化管道壓力和溫度的選擇

橡膠電纜包覆層硫化反應(yīng)的加熱介質(zhì)通常采用飽和蒸汽，飽和蒸汽的溫度與其壓力有關(guān)，當(dāng)蒸汽的壓力達到一定數(shù)值時，蒸汽的溫度也隨之達到相應(yīng)的數(shù)值。在實際生產(chǎn)過程中，蒸汽的壓力和溫度滿足Antoine公式［1］:ln(P)=A-B/(T+C)，其中A、B、C為Antoine常數(shù)，T為飽和蒸汽的溫度，P為飽和蒸汽壓力。也可以直接查表得到，如表1［1］。

表1 飽和蒸汽壓力與其溫度的關(guān)系

續(xù)表1

包覆層膠料的硫化時間很大程度上取決于飽和蒸汽的溫度，不同配方的膠料硫化溫度不盡相同，需要試驗得到相應(yīng)數(shù)據(jù)。在已知某種膠料一種溫度下的硫化時間時，可以通過公式(其中，τ為硫化時間，T為硫化溫度，K=2)求得在其他溫度下的硫化時間，并可以求得在對應(yīng)溫度下電纜的生產(chǎn)速度。例如，要硫化一根10mm2的橡皮絕緣電纜，經(jīng)配方試驗確定在143℃溫度下，硫化時間為30min。假定線芯以80m/min的速度通過溫度為143℃的硫化管道，則硫化長度應(yīng)為80×30=2 400m才能滿足硫化過程。這樣長的硫化管道很明顯是不可取的。如果將硫化溫度由143℃提高到203℃，根據(jù)公式可以求得203℃下的硫化時間為0.468 8min，如果采用50m長的硫化管來硫化，則生產(chǎn)線速度ν=50÷0.468 8=106.7m/min。

此外，蒸汽壓力的作用還可以使電纜包覆層更加致密。

2.2 硫化管道和冷卻管道長度的選擇

由于受廠房的限制，硫化管的長度有限。如果加熱段管道過短，會導(dǎo)致電纜硫化不充分，影響生產(chǎn)速度；如果加熱管道太長，冷卻管道長度必然要縮短，這時水位可能會過低，電纜又會因熱交換不夠?qū)е吕鋮s不充分，影響產(chǎn)品品質(zhì)。因此必須合理的選擇加熱段和冷卻段管道的長度，并且把冷卻水位控制在比較合理的區(qū)段內(nèi)。

硫化管道長度的選擇通常有兩種方法:

1)計算法

可根據(jù)公式:L=V×t×s(其中:L—硫化管道長度，m；V—生產(chǎn)線速度，m/min；t—硫化時間，min/mm，通常 t=0.25 ～1.5；s—膠料厚度，mm)

例如:生產(chǎn)一根導(dǎo)體截面積為10mm2，包覆厚度為1.6mm，生產(chǎn)線速度不小于30m/min的橡膠電纜所需的硫化段長度為:Lmin=30×0.5×1.6=24m(這里t取0.5)。以此類推，可計算出其他規(guī)格品種所需的硫化段長度 Lmin1～k，最終 L=max(Lmin1～k)。

2)類比法

根據(jù)國內(nèi)外成熟生產(chǎn)線的布置情況及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，類比設(shè)計出類似生產(chǎn)線的硫化段長度，這里不做闡述。

可根據(jù)電纜生產(chǎn)廠家的膠料情況以及要求的生產(chǎn)線速度初算出所需的硫化段長度，再根據(jù)廠房實際情況以及冷卻效果確定最小許用冷卻段長度，通常冷卻段長度取1.15～2倍的硫化段長度。

2.3 水汽平衡系統(tǒng)的控制原理及組成

由于管道內(nèi)的蒸汽壓力存在波動，同時在生產(chǎn)過程中也需要根據(jù)生產(chǎn)速度調(diào)節(jié)管道內(nèi)蒸汽的壓力，以獲得有利的生產(chǎn)參數(shù)。因此，生產(chǎn)線的控制轉(zhuǎn)化為水汽平衡的控制。按各部分功能，整個水汽平衡系統(tǒng)可分為以下3個部分:1)蒸汽壓力控制部分；2)外循環(huán)部分；3)內(nèi)循環(huán)部分。蒸汽壓力控制部分控制著管道內(nèi)的蒸汽壓力，外循環(huán)部分控制管道內(nèi)實際的水位，兩個部分控制上相互獨立，通過管道壓力相互聯(lián)系。冷卻部分水泵的供給保持了水位在設(shè)定高度同時抵消了蒸汽壓力的波動，實現(xiàn)動態(tài)平衡。內(nèi)循環(huán)部分起著增強冷卻效果減輕水位波動的作用。

a)蒸汽壓力控制部分

蒸汽壓力的控制關(guān)鍵在于對管道內(nèi)蒸汽壓力實時監(jiān)測及管道內(nèi)壓力反饋。如圖2所示，蒸汽壓力控制部分主要由蒸汽控制閥組和遠傳壓力表組成。遠傳壓力表將實時監(jiān)測到的管道壓力信號送至控制系統(tǒng)，經(jīng)運算處理后與系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)進行比較，由控制系統(tǒng)控制蒸汽閥組的進汽閥開啟或關(guān)閉，管道內(nèi)蒸汽的實際壓力與設(shè)定壓力保持一致。在蒸汽控制閥組內(nèi)增設(shè)了安全閥，限定管道內(nèi)的最大壓力，保障安全。

圖2 水汽平衡系統(tǒng)組成圖

b)外循環(huán)控制部分

水位的控制關(guān)鍵在于對管道內(nèi)實際水位的實時監(jiān)測和反饋，如圖2所示，外循環(huán)控制部分由冷卻水供給閥組和差壓變送器組成。差壓變送器一端連接有一定高度差的小型儲水罐，另一端連接冷卻管道的末端，兩端均勻與管道相通。假設(shè)管道內(nèi)壓力為P0差壓變送器兩端的壓差△P則取決于管道內(nèi)水位的實際高低與小型儲水罐的高度差△H。基于此，差壓變送器采集到了管道內(nèi)的水位信號，并將該信號送至控制系統(tǒng)，經(jīng)控制系統(tǒng)運算處理后與設(shè)定的水位參數(shù)進行比較，控制冷卻水供給閥組的開啟或關(guān)閉，從而保證水位的動態(tài)平衡。圖3為外循環(huán)控制流程圖

c)內(nèi)循環(huán)部分

如圖2所示，內(nèi)循環(huán)閥組即內(nèi)循環(huán)部分，將管道內(nèi)的冷卻水從水位上部抽回冷卻管末端，其中設(shè)有強冷裝置，增強了管道內(nèi)冷卻水的冷卻效果，可以有效的減輕冷卻水對管道內(nèi)線纜的擾動。循環(huán)閥組在主管道上設(shè)置有多個取水口，可以適應(yīng)不同的水位，并且在取水口上安裝有傳感器，一旦蒸汽到達取水口，此處的閥組會自動關(guān)閉，保障安全。

圖3 外循環(huán)控制流程圖

3 結(jié)語

水汽平衡系統(tǒng)作為傾斜式或半懸鏈?zhǔn)较鹉z硫化生產(chǎn)線中重要的控制系統(tǒng)之一，其穩(wěn)定性值得進一步研究，本水汽平衡系統(tǒng)水汽控制平穩(wěn)可靠，生產(chǎn)過程中對電纜的擾動小，已在安徽等地多條“0+3”橡膠連續(xù)硫化生產(chǎn)線中得到驗證。

［1］范仲元.水和蒸汽熱力性質(zhì)圖表［M］.北京:中國電力出版社，2004.

［2］傅政.橡膠材料性能與設(shè)計應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003.