大長(zhǎng)度海底電纜鉛套生產(chǎn)工藝控制要點(diǎn)

任思佳， 狄　健， 宋程成， 李　?。ńK亨通高壓電纜有限公司，江蘇常熟215500）

大長(zhǎng)度海底電纜鉛套生產(chǎn)工藝控制要點(diǎn)

任思佳， 狄健， 宋程成， 李健
（江蘇亨通高壓電纜有限公司，江蘇常熟215500）

針對(duì)海底電纜長(zhǎng)度長(zhǎng)，鉛套需長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)、工藝難以控制的特點(diǎn)，通過(guò)設(shè)備選型布局、工裝模具選配以及工藝過(guò)程控制，解決了鉛套長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的難點(diǎn)問(wèn)題。

鉛套；工藝控制；大長(zhǎng)度；海底電纜

0　引 言

近年來(lái)，隨著海上風(fēng)電項(xiàng)目、海上石油平臺(tái)及新島嶼資源的開(kāi)發(fā)，海底電纜需求量與日俱增，單根海纜長(zhǎng)度越來(lái)越長(zhǎng)，電壓等級(jí)由原先的10～35 kV逐漸上升到220 kV乃至500 kV。海上風(fēng)電及島嶼供電等常采用鉛套+聚乙烯護(hù)套的徑向阻水結(jié)構(gòu)海底電纜。

與聚合物護(hù)套和綜合護(hù)套相比，鉛套能夠阻擋水分的入侵和潮氣的滲透。然而如何長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定生產(chǎn)鉛護(hù)套成為生產(chǎn)大長(zhǎng)度海底電纜的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題。本文將針對(duì)鉛套生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，從設(shè)備選型布局、線芯保護(hù)、鉛套質(zhì)量控制等方面進(jìn)行闡述。

1　設(shè)備選型布局

目前，活塞式間隙壓鉛機(jī)逐漸被螺桿式連續(xù)擠鉛機(jī)所取代，螺桿式擠鉛機(jī)的擠出壓力比間隙式壓鉛機(jī)壓力小，通過(guò)溫度的控制很好地解決了鉛套厚度不穩(wěn)定的問(wèn)題。因?yàn)殂U或鉛合金本身機(jī)械強(qiáng)度低，往往在生產(chǎn)大長(zhǎng)度海底電纜的鉛護(hù)套時(shí)，同時(shí)配備一臺(tái)擠塑機(jī)，使聚乙烯護(hù)套一起聯(lián)動(dòng)擠出生產(chǎn)，從而避免了鉛套間發(fā)生粘連、拉壞、橫向竹節(jié)環(huán)等現(xiàn)象。

液體鉛進(jìn)入螺桿式擠鉛機(jī)機(jī)身后，在機(jī)身內(nèi)移動(dòng)過(guò)程中逐漸冷卻，凝固擠出成型，在模套和均壓環(huán)的作用下推動(dòng)線芯移動(dòng)。這樣的工藝特點(diǎn)，決定了鉛套和聚乙烯護(hù)套聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)以鉛護(hù)套生產(chǎn)速度為基準(zhǔn)。擠鉛機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)機(jī)的情況下，需要定時(shí)加入硬脂酸清洗螺桿，在加入硬脂酸后會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)的負(fù)載電流降低，生產(chǎn)線速度降低的問(wèn)題。這就需要在擠鉛機(jī)和擠塑機(jī)中間配置儲(chǔ)線裝置，便于擠塑機(jī)進(jìn)行速度調(diào)整。我公司根據(jù)鉛套生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，確定了大長(zhǎng)度海底電纜生產(chǎn)所需擠鉛機(jī)和擠塑機(jī)的布局，如圖1所示。

2　工裝模具選用

2.1 過(guò)線導(dǎo)輥

眾所周知，鉛和鉛合金非常柔軟，在生產(chǎn)過(guò)程中必須防止機(jī)械損傷。根據(jù)以往的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，常見(jiàn)的問(wèn)題有：因過(guò)線導(dǎo)輥未對(duì)齊造成鉛套開(kāi)裂；因過(guò)線導(dǎo)輥有尖銳點(diǎn)造成鉛套劃傷；因過(guò)線導(dǎo)輥材質(zhì)過(guò)硬導(dǎo)致鉛套與導(dǎo)輥接觸面擠壓變形。經(jīng)過(guò)不斷的改良，選用邵氏硬度為50～60的橡膠在尼龍過(guò)線導(dǎo)輥上進(jìn)行包膠處理，可以解決鉛套開(kāi)裂、劃傷及擠壓變形等問(wèn)題。

2.2 擠鉛模具

鉛套模具在工作環(huán)境溫度290～310℃，壓力24～34 MPa下，需要保持完好的結(jié)構(gòu)尺寸和光潔度，才能保證擠出的鉛套表面光滑圓整。表1為不同擠鉛模具材料的使用效果對(duì)比，可見(jiàn)模具材料對(duì)鉛套生產(chǎn)的重要性。

對(duì)比三組試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，45#鋼材質(zhì)的模具在模套成型區(qū)粘有少量鉛渣，鉛套表面有明顯劃痕，如圖2所示，并且模芯內(nèi)孔收縮約1 mm；5CrMnMo鋼材質(zhì)的模芯內(nèi)孔收縮1 mm，整體長(zhǎng)度增加0.1 mm；3Cr2NiMo鋼的模具未見(jiàn)明顯結(jié)構(gòu)變形。從以上試驗(yàn)結(jié)果可知，3Cr2NiMo鋼經(jīng)熱處理后，加工成的模具可滿足大長(zhǎng)度海纜鉛套的生產(chǎn)要求。

圖1　擠鉛機(jī)及擠塑機(jī)布局圖1—鉛爐 2—輸鉛管 3—擠鉛機(jī)機(jī)身 4—儲(chǔ)線輪 5—擠塑機(jī)放線牽引 6—瀝青涂覆裝置7—擠塑機(jī) 8—冷卻水槽 9—擠塑機(jī)收線牽引

表1　不同擠鉛模具材料的使用效果對(duì)比

圖2　不同擠鉛模具鉛套表面質(zhì)量1—45#鋼 2—5CrMnMo鋼 3-3Cr2NiMo鋼

3　工藝過(guò)程控制

3.1 擠鉛機(jī)溫度

鉛套生產(chǎn)工藝中溫度是極其重要的控制點(diǎn)之一。擠鉛機(jī)內(nèi)部各個(gè)溫度體系相互關(guān)聯(lián)、相互影響，并與鉛管質(zhì)量息息相關(guān)。擠鉛機(jī)各部位溫度對(duì)鉛套質(zhì)量的影響見(jiàn)表2。

其中，針對(duì)機(jī)身溫度分布不均引起的問(wèn)題，可以采用模座溫度補(bǔ)償來(lái)解決，從而保證鉛上下左右各向溫度分布均一，使得鉛管各向擠出性能相近、穩(wěn)定。根據(jù)我公司多年擠鉛生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出擠鉛工藝溫度參考范圍如表3所示。

表2　擠鉛機(jī)各部位溫度對(duì)鉛套質(zhì)量的影響

表3　擠鉛機(jī)溫度參數(shù)（單位：℃）

3.2 擠鉛機(jī)速度

擠鉛機(jī)的速度是影響鉛套質(zhì)量的另一個(gè)重要因素。起車(chē)時(shí)，要以低轉(zhuǎn)速4.5～5 r/min啟動(dòng)。由于剛開(kāi)始時(shí)機(jī)身內(nèi)鉛的溫差大，擠鉛線速度要小，防止因提速過(guò)猛而造成鉛護(hù)套裂口。當(dāng)鉛的溫度趨于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，可以緩緩提高擠鉛線速度，正常開(kāi)車(chē)時(shí)螺桿轉(zhuǎn)速在8～10 r/min。

擠鉛機(jī)的線速度由電纜直徑和鉛層厚度共同決定。通常，電纜直徑越大，擠鉛量就越多，擠鉛線速度就會(huì)降低。同樣，鉛層厚度越大，擠鉛線速度應(yīng)降低，不然會(huì)因?yàn)樗俣冗^(guò)快而使得鉛套冷卻不充分，最終造成鉛套表面有裂紋、波浪等缺陷，嚴(yán)重影響鉛套質(zhì)量。此外，應(yīng)維持整個(gè)擠鉛過(guò)程中速度基本不變，從而保證鉛套厚度均勻。

3.3 擠鉛擠塑聯(lián)動(dòng)

為了防止螺桿因粘有鉛灰等雜質(zhì)而導(dǎo)致出鉛異?；蛲＼?chē)等問(wèn)題，根據(jù)負(fù)載電流波動(dòng)情況，約每3 h加一次硬脂酸，進(jìn)行螺桿清洗。單次硬脂酸加入量約1 g，氮?dú)鈮毫?.4～0.5 MPa，閥門(mén)打開(kāi)時(shí)間0.1～0.2 s，閥門(mén)打開(kāi)角度60°～120°。

盡管如此，硬脂酸的加入仍然會(huì)引起擠鉛線速度的降低。因此，與擠塑機(jī)聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)時(shí)，需要在擠鉛機(jī)及擠塑機(jī)間配備上下振幅式儲(chǔ)線裝置，如圖3所示。

儲(chǔ)線裝置中，橫導(dǎo)輥長(zhǎng)度為2～3 m，豎直導(dǎo)輥應(yīng)高出橫導(dǎo)輥30 cm，以防止線芯在橫導(dǎo)輥上滑落而受損。所有導(dǎo)輥均為包膠導(dǎo)輥，避免鉛套在導(dǎo)輥上滾動(dòng)時(shí)，鉛套與導(dǎo)輥接觸面發(fā)生擠壓變形。這種上下振幅式導(dǎo)輥組合，可以存儲(chǔ)5～10 m線芯，給予擠塑機(jī)足夠時(shí)間調(diào)整速度，配合擠鉛機(jī)生產(chǎn)，此方案經(jīng)實(shí)踐證明可以穩(wěn)定可靠運(yùn)行，避免因擠鉛擠塑速度不一致引起的鉛套被拉脫節(jié)、擦壞等問(wèn)題。

此外，為了強(qiáng)化質(zhì)量監(jiān)管，對(duì)鉛套厚度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，確保大長(zhǎng)度海纜連續(xù)生產(chǎn)鉛套的均勻性，避免擠包缺陷的出現(xiàn)。通過(guò)定時(shí)記錄負(fù)載電流、鉛套厚度、各區(qū)溫度等關(guān)鍵參數(shù)，可以有效地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量追溯。

圖3　上下振幅式儲(chǔ)線裝置1—橫導(dǎo)輥 2—豎導(dǎo)輥

4　結(jié)束語(yǔ)

海底電纜長(zhǎng)期在水下運(yùn)行，徑向阻水性能就顯得尤為重要。鉛套憑借其優(yōu)越的韌性、密封性、耐腐蝕性以及封焊修補(bǔ)過(guò)程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，成為高壓甚至是超高壓海底電力電纜徑向阻水層的首選。我公司對(duì)鉛套生產(chǎn)工藝的控制，解決了鉛套長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的難點(diǎn)問(wèn)題，同時(shí)為大長(zhǎng)度海纜的連續(xù)生產(chǎn)提供了可靠的技術(shù)支撐。

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Process Control During Lead Sheath Production for Long Length Submarine Cable

REN Si-jia，DIJian，SONG Cheng-cheng，LIJian
（Jiangsu Hengtong HV Power Cab1e System Co.，Ltd.，Changsha 215500，China）

Due to the 1ong 1ength of submarine cab1e，it requires 1ead extruder shou1d be stab1e for a 1ong time.What's more，the 1ead sheath Production Process is difficu1t to contro1.In order to fix a11 these issues，the PaPer shows some ideas about equiPment se1ection 1ayout，reasonab1ematching too1ing，and detai1ed Process contro1measures.

1ead sheath；Production Process contro1；1ong 1ength；submarine cab1e

TM247.9

A

1672-6901（2016）03-0021-03

2015-08-28

任思佳（1986-），男，助理工程師.

作者地址：江蘇常熟市經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)通達(dá)路8號(hào)［215500］.