唐崇健，胡同兵，朱殿忠，劉繼勇

(寶勝科技創(chuàng)新股份有限公司，江蘇寶應(yīng)225800)

0 前言

交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣電力電纜已在我國電力行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，并將逐步取代聚氯乙烯(PVC)絕緣電纜。其主要原因是XLPE絕緣電纜與PVC絕緣電纜相比具有優(yōu)異的性能，且符合環(huán)保要求。

目前，低壓XLPE電力電纜采用的是硅烷XLPE材料和交聯(lián)工藝。硅烷交聯(lián)的前提是，能使合適的羥氧基硅烷結(jié)合在聚乙烯的聚合鏈上，或者通過聚合反應(yīng)制造乙烯-乙烯硅烷異分子共聚物(EVS)，使得原子團(tuán)嫁接獲得成功;然后在濕氣和凝結(jié)催化劑參與下，水解產(chǎn)生硅醇基，并凝結(jié)成鏈聯(lián)接的硅氧結(jié)構(gòu)。而硅烷交聯(lián)方式有兩種，一種是將絕緣單線浸在70～90℃溫水池中(圖1)交聯(lián)，稱為溫水交聯(lián);另一種就是將絕緣單線放在溫度85～95℃蒸汽房中(見圖2)，其壓力保持在0.08～0.1 MPa下進(jìn)行交聯(lián)，稱為蒸汽交聯(lián)。

我公司以往生產(chǎn)硅烷交聯(lián)電纜采用的是溫水交聯(lián)方式。隨著硅烷XLPE絕緣電纜需求量的大增，溫水交聯(lián)工序已經(jīng)成為生產(chǎn)硅烷交聯(lián)產(chǎn)品的瓶頸。為了提高生產(chǎn)效率，通過反復(fù)論證并結(jié)合硅烷XLPE電纜交聯(lián)溫度要求，確定了用蒸汽交聯(lián)替代溫水交聯(lián)生產(chǎn)工藝。我公司自行設(shè)計(jì)的蒸汽交聯(lián)房通過使用并對(duì)產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。本文主要介紹蒸汽交聯(lián)房的設(shè)計(jì)與運(yùn)用，并對(duì)溫水交聯(lián)方式與蒸汽交聯(lián)方式進(jìn)行比較。

圖1 溫水交聯(lián)池

圖2 蒸汽交聯(lián)房

1 蒸汽交聯(lián)房的設(shè)計(jì)

蒸汽交聯(lián)房設(shè)計(jì)應(yīng)遵循操作安全性高、保溫性能好、充汽均勻、密封性好、電控準(zhǔn)等原則，因此在恒溫、恒壓狀態(tài)下要使蒸汽滲透到絕緣單線各層間的縫隙里，以達(dá)到均勻交聯(lián)的效果。

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

蒸汽交聯(lián)房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分鋼板焊接結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)兩種。鋼板焊接結(jié)構(gòu)的蒸汽交聯(lián)房特點(diǎn)是強(qiáng)度高、可移位、造價(jià)大、保溫性能差;而磚混結(jié)構(gòu)蒸汽交聯(lián)房特點(diǎn)是造價(jià)低、保溫性能好、不易移位。我公司根據(jù)保溫性好、造價(jià)低的特點(diǎn)選用了磚混結(jié)構(gòu)蒸汽交聯(lián)房。

我們?cè)O(shè)計(jì)的蒸汽交聯(lián)房尺寸為:長5000mm×寬5000mm×高3000mm，共7間。每間房?jī)?nèi)可放置4只PN2000全鋼瓦楞結(jié)構(gòu)線盤，如圖3所示。因線盤需直接用手推進(jìn)推出，因此，蒸汽交聯(lián)房的室內(nèi)與室外等高，并在室內(nèi)安裝軌道以防線盤之間、線盤與房?jī)?nèi)壁發(fā)生碰撞。

為獲取良好保溫性能，蒸汽交聯(lián)房三面外層采用磚混結(jié)構(gòu)，內(nèi)層放置8mm厚的巖棉進(jìn)行隔熱保溫，同時(shí)內(nèi)壁采用1mm不銹鋼板進(jìn)行封閉，中間采用不銹鋼的龍骨，以保證保溫層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

圖3 線盤的放置

蒸汽交聯(lián)房密封性優(yōu)劣取決于其大門的密封性。因此其必須具有密封性好、保溫性好、強(qiáng)度高且開、關(guān)自由等特點(diǎn)。

蒸汽交聯(lián)房大門的設(shè)計(jì)框架采用50mm×50mm的方管，中間夾巖棉保溫，內(nèi)外面用不銹鋼板封面，保證其保溫性和強(qiáng)度;大門采用可180°旋轉(zhuǎn)鉸鏈，保證其開、關(guān)自由;為了方便線盤的推進(jìn)推出，蒸汽房大門下不能設(shè)有門檻，故采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)結(jié)構(gòu)，即大門關(guān)閉后，旋轉(zhuǎn)手輪，將門下方的密封條與地板壓實(shí)，而該密封條可在200℃高溫下連續(xù)使用，這樣才能保證大門關(guān)閉后的密封性。

當(dāng)蒸汽進(jìn)入房?jī)?nèi)及絕緣層間隙后，由于絕緣單線吸熱而使其液化產(chǎn)生水。因此，不僅要保證產(chǎn)生的水通過地漏流到下水道，還要確保蒸汽交聯(lián)房?jī)?nèi)的蒸汽不通過下水道泄漏，故借鑒了座便器沖水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用“U”型結(jié)構(gòu)下水裝置。

1.2 管路設(shè)計(jì)

管路設(shè)計(jì)如圖4所示，應(yīng)主要從安全、恒壓、均勻充汽等幾個(gè)方面考慮。

圖4 管路設(shè)計(jì)圖

為減少蒸汽鍋爐或電加熱器的投資，我們采用熱電廠直接提供壓力為1.6 MPa蒸汽?？偣艿赖恼羝瓦_(dá)蒸汽房前必須進(jìn)行減壓，所以在分氣缸前加一級(jí)減壓閥，使其壓力降為0.08～0.1 MPa，每間蒸氣交聯(lián)房通過電磁閥來控制蒸汽流量和壓力。

為了保證充汽的均勻性，房?jī)?nèi)管道采用 32mm的不銹鋼管道，距離地面1 m處三面環(huán)繞，管道上下對(duì)稱鉆取數(shù)十個(gè)出汽孔，每孔直徑為3mm。

為了保證操作人員的安全，應(yīng)減少人員與蒸汽管路接觸的可能性，在管路設(shè)計(jì)時(shí)除了分氣缸和手動(dòng)閥設(shè)在控制室內(nèi)，其他管路、減壓閥、電磁閥等均置于蒸汽房頂。

1.3 電控設(shè)計(jì)

硅烷交聯(lián)電纜的交聯(lián)度與溫度、時(shí)間、蒸汽壓力有密切的關(guān)系，因此，電控設(shè)計(jì)必須從以下幾方面著手，進(jìn)行精確控制:

(1)蒸汽交聯(lián)房?jī)?nèi)溫度控制。借鑒擠出機(jī)溫控原理，采用溫控儀與電磁閥組合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控溫的方式。根據(jù)蒸汽加溫?zé)釕T量小的特點(diǎn)，優(yōu)化溫控儀的PID參數(shù)。在加溫、保溫階段可以設(shè)定不同的溫度，選用RKC-402高精度溫控儀和ZCZG-2.5蒸汽用電磁閥，通過手動(dòng)開啟進(jìn)汽閥大小，采用E分度熱電偶(擠出機(jī)一般也采用)，保證每間蒸汽房蒸煮溫度變化能控制在1℃范圍內(nèi)。而溫水交聯(lián)池采用PT(鉑銠合金)熱電阻進(jìn)行測(cè)溫，溫差在4℃。

(2)交聯(lián)時(shí)間控制。采用可精確到分鐘時(shí)間控制器來控制蒸煮時(shí)間，有利于操作人員根據(jù)不同絕緣厚度的絕緣單線掌握和調(diào)整工藝時(shí)間。

(3)安全聯(lián)鎖和壓力控制。為保證和控制準(zhǔn)確，利用壓力傳感器，確保蒸汽房?jī)?nèi)的壓力恒定，并設(shè)有超壓報(bào)警裝置，保證蒸汽房不超壓，同時(shí)對(duì)每間蒸汽房門內(nèi)側(cè)均設(shè)置了安全聯(lián)鎖開關(guān)，蒸汽房門一旦打開，就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉蒸汽電磁閥，確保生產(chǎn)安全。

2 蒸汽交聯(lián)房的應(yīng)用

蒸汽房完工后，進(jìn)行小批量試制。以規(guī)格為YJV-0.6/1 kV 70mm2硅烷XLPE電纜絕緣線芯為試驗(yàn)樣品，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全程跟蹤并百分之百取樣，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果合理調(diào)整蒸汽時(shí)間，蒸汽壓力設(shè)定0.08 MPa。試制過程如下:

(1)設(shè)定溫度為90℃，通蒸汽時(shí)間4 h(開始根據(jù)溫水交聯(lián)時(shí)間設(shè)定)，停汽保溫1 h后開門取樣，試驗(yàn)全部合格;

(2)設(shè)定溫度85℃，通蒸汽時(shí)間3.5 h，停汽保溫1.5 h后開門取樣，試驗(yàn)全部合格;

(3)設(shè)定溫度85℃，通蒸汽時(shí)間2 h，停汽保溫1 h，取樣試驗(yàn)合格率為90%;

(4)設(shè)定溫度85℃，通蒸汽時(shí)間3 h，保溫2 h，取樣試驗(yàn)全部合格。

試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表

為保證產(chǎn)品具有更高的合格裕度，確定通蒸汽3.5 h和停汽保溫1.5 h作為規(guī)格為YJV-0.6/1 kV 70mm2硅烷XLPE電纜絕緣線芯的蒸汽交聯(lián)工藝時(shí)間。

經(jīng)過多批電纜的試制，得出如表2所示的蒸汽交聯(lián)工藝參數(shù)。

表2 不同規(guī)格絕緣單線蒸汽交聯(lián)工藝參數(shù)

3 蒸汽交聯(lián)和溫水交聯(lián)的比較

3.1 投資

我公司溫水交聯(lián)池加溫使用的是電廠同樣的蒸汽，兩種交聯(lián)方式的加熱源頭一樣。溫水交聯(lián)池一般置于地下，如果容積和蒸汽房一樣大的話，從土建造價(jià)來看，溫水交聯(lián)池不僅挖槽還要做防水，僅此就比蒸汽交聯(lián)房造價(jià)高10%左右。溫水池的保溫層也是使用巖棉加外層不銹鋼板防護(hù)，但不銹鋼板的厚度要采用3mm以上，且要具有防水性能，這就增加了制造費(fèi)用。

3.2 工作效率

若溫水交聯(lián)池與蒸汽交聯(lián)房都為:長5000mm×寬5000mm×高3000mm，采用溫水交聯(lián)法，每個(gè)水池只能放置2～3只PN2000全鋼瓦楞結(jié)構(gòu)線盤，而每間蒸汽房每次至少可容納4盤，生產(chǎn)效率得到提升，加快了半制品的流道。

3.3 操作和使用

蒸汽房采用的是全方位管道供熱方案，既保證房?jī)?nèi)具有一定的壓力，又保證蒸汽滲透、發(fā)熱均勻，使硅烷交聯(lián)絕緣的交聯(lián)度更加均衡，同時(shí)，蒸汽房操作方便，直接將線盤推進(jìn)房間即可。而溫水池放置線盤需行車配合，因行車起吊晃動(dòng)碰傷線芯或池壁現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，一旦封頭不嚴(yán)或電纜絕緣碰傷，在溫水交聯(lián)過程中就會(huì)導(dǎo)致電纜進(jìn)水，從而形成電纜的致命缺陷。

4 結(jié)束語

綜合上述，采用溫水交聯(lián)方式和蒸汽交聯(lián)方式都可以生產(chǎn)出合格的XLPE電纜產(chǎn)品，但蒸汽交聯(lián)相比于溫水交聯(lián)具有如下的優(yōu)點(diǎn):

(1)投資省，經(jīng)濟(jì)性好，提高了產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力;

(2)安全性高，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控溫控壓，無需人員值守，有效節(jié)約了人力成本;

(2)工藝性能好，較好地解決了溫水交聯(lián)的電纜端頭進(jìn)水和電纜碰傷問題;

(3)生產(chǎn)效率高，操作方便，解決了制約生產(chǎn)的瓶頸問題;

(4)環(huán)保節(jié)水，電纜表面干凈，避免了因溫水交聯(lián)池中水循環(huán)利用產(chǎn)生污垢沾染電纜表面，解決了溫水交聯(lián)池污水定期排放換水問題。