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）

大長度海底電纜鉛套生產(chǎn)工藝控制要點

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）

針對海底電纜長度長，鉛套需長時間連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)、工藝難以控制的特點，通過設備選型布局、工裝模具選配以及工藝過程控制，解決了鉛套長時間連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的難點問題。

鉛套；工藝控制；大長度；海底電纜

0　引 言

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

與聚合物護套和綜合護套相比，鉛套能夠阻擋水分的入侵和潮氣的滲透。然而如何長時間穩(wěn)定生產(chǎn)鉛護套成為生產(chǎn)大長度海底電纜的一個重點問題。本文將針對鉛套生產(chǎn)工藝特點，從設備選型布局、線芯保護、鉛套質(zhì)量控制等方面進行闡述。

1　設備選型布局

目前，活塞式間隙壓鉛機逐漸被螺桿式連續(xù)擠鉛機所取代，螺桿式擠鉛機的擠出壓力比間隙式壓鉛機壓力小，通過溫度的控制很好地解決了鉛套厚度不穩(wěn)定的問題。因為鉛或鉛合金本身機械強度低，往往在生產(chǎn)大長度海底電纜的鉛護套時，同時配備一臺擠塑機，使聚乙烯護套一起聯(lián)動擠出生產(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。

液體鉛進入螺桿式擠鉛機機身后，在機身內(nèi)移動過程中逐漸冷卻，凝固擠出成型，在模套和均壓環(huán)的作用下推動線芯移動。這樣的工藝特點，決定了鉛套和聚乙烯護套聯(lián)動生產(chǎn)時，應以鉛護套生產(chǎn)速度為基準。擠鉛機在長時間開機的情況下，需要定時加入硬脂酸清洗螺桿，在加入硬脂酸后會出現(xiàn)短時間內(nèi)的負載電流降低，生產(chǎn)線速度降低的問題。這就需要在擠鉛機和擠塑機中間配置儲線裝置，便于擠塑機進行速度調(diào)整。我公司根據(jù)鉛套生產(chǎn)工藝特點，確定了大長度海底電纜生產(chǎn)所需擠鉛機和擠塑機的布局，如圖1所示。

2　工裝模具選用

2.1 過線導輥

眾所周知，鉛和鉛合金非常柔軟，在生產(chǎn)過程中必須防止機械損傷。根據(jù)以往的生產(chǎn)經(jīng)驗，常見的問題有：因過線導輥未對齊造成鉛套開裂；因過線導輥有尖銳點造成鉛套劃傷；因過線導輥材質(zhì)過硬導致鉛套與導輥接觸面擠壓變形。經(jīng)過不斷的改良，選用邵氏硬度為50～60的橡膠在尼龍過線導輥上進行包膠處理，可以解決鉛套開裂、劃傷及擠壓變形等問題。

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比，可見模具材料對鉛套生產(chǎn)的重要性。

對比三組試驗發(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，整體長度增加0.1 mm；3Cr2NiMo鋼的模具未見明顯結(jié)構(gòu)變形。從以上試驗結(jié)果可知，3Cr2NiMo鋼經(jīng)熱處理后，加工成的模具可滿足大長度海纜鉛套的生產(chǎn)要求。

圖1　擠鉛機及擠塑機布局圖1—鉛爐 2—輸鉛管 3—擠鉛機機身 4—儲線輪 5—擠塑機放線牽引 6—瀝青涂覆裝置7—擠塑機 8—冷卻水槽 9—擠塑機收線牽引

表1　不同擠鉛模具材料的使用效果對比

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　工藝過程控制

3.1 擠鉛機溫度

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

其中，針對機身溫度分布不均引起的問題，可以采用模座溫度補償來解決，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)實踐經(jīng)驗，總結(jié)出擠鉛工藝溫度參考范圍如表3所示。

表2　擠鉛機各部位溫度對鉛套質(zhì)量的影響

表3　擠鉛機溫度參數(shù)（單位：℃）

3.2 擠鉛機速度

擠鉛機的速度是影響鉛套質(zhì)量的另一個重要因素。起車時，要以低轉(zhuǎn)速4.5～5 r/min啟動。由于剛開始時機身內(nèi)鉛的溫差大，擠鉛線速度要小，防止因提速過猛而造成鉛護套裂口。當鉛的溫度趨于動態(tài)平衡時，可以緩緩提高擠鉛線速度，正常開車時螺桿轉(zhuǎn)速在8～10 r/min。

擠鉛機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，擠鉛線速度就會降低。同樣，鉛層厚度越大，擠鉛線速度應降低，不然會因為速度過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，嚴重影響鉛套質(zhì)量。此外，應維持整個擠鉛過程中速度基本不變，從而保證鉛套厚度均勻。

3.3 擠鉛擠塑聯(lián)動

為了防止螺桿因粘有鉛灰等雜質(zhì)而導致出鉛異?；蛲＼嚨葐栴}，根據(jù)負載電流波動情況，約每3 h加一次硬脂酸，進行螺桿清洗。單次硬脂酸加入量約1 g，氮氣壓力0.4～0.5 MPa，閥門打開時間0.1～0.2 s，閥門打開角度60°～120°。

盡管如此，硬脂酸的加入仍然會引起擠鉛線速度的降低。因此，與擠塑機聯(lián)動生產(chǎn)時，需要在擠鉛機及擠塑機間配備上下振幅式儲線裝置，如圖3所示。

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

此外，為了強化質(zhì)量監(jiān)管，對鉛套厚度進行在線監(jiān)測，確保大長度海纜連續(xù)生產(chǎn)鉛套的均勻性，避免擠包缺陷的出現(xiàn)。通過定時記錄負載電流、鉛套厚度、各區(qū)溫度等關(guān)鍵參數(shù)，可以有效地對產(chǎn)品進行質(zhì)量追溯。

圖3　上下振幅式儲線裝置1—橫導輥 2—豎導輥

4　結(jié)束語

海底電纜長期在水下運行，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過程簡單等特點，成為高壓甚至是超高壓海底電力電纜徑向阻水層的首選。我公司對鉛套生產(chǎn)工藝的控制，解決了鉛套長時間連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的難點問題，同時為大長度海纜的連續(xù)生產(chǎn)提供了可靠的技術(shù)支撐。

［1］ 沈歸舫.嵊泗大長度海底電力電纜［J］.電線電纜譯叢，1994，10（4）：7-8.

［2］ 沈佩芳.220kV大長度光纖復合海底電力電纜的研制［J］.電線電纜，2010（6）：1-3.

［3］ Worzyk T.Submarine Power cab1es：design，insta11ation，rePair，environmenta1asPects［M］.SPringer Science&Business Media，2009.

［4］ 王國忠，游靖華.海底電力電纜徑向擋水層［J］.電線電纜，2013（3）：9-12.

［5］ Kenneth E Bow著，王國忠譯.中壓電纜的防水綜合護層［J］.電線電纜，1996（6）：9-13.

［6］ 王金鋒，鄭曉泉，孔志達，等.防水型交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜結(jié)構(gòu)分析［J］.電線電纜，2009（6）：4-8.

［7］ 楊玉智，田紅葉.阻水型電力電纜的主要結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵工藝［J］.電線電纜，2003（1）：14-16.

［8］ 官文彤，王賢燦，徐曉立.淺談高壓XLPE電纜金屬護套的選用［J］.福建電力與電工，2006，26（3）：21-22.

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)濟開發(fā)區(qū)通達路8號［215500］.