漫談化學(xué)交聯(lián)電纜工藝和裝備的技術(shù)進(jìn)步
電線電纜行業(yè)五十多年來,在規(guī)模、品種、設(shè)備、工藝、材料、科研和理論各方面都有了長足的進(jìn)步,在機(jī)械工業(yè)中起著舉足輕重的地位,但和世界先進(jìn)企業(yè)比起來還有不少差距,特別表現(xiàn)在設(shè)備和工藝裝備的技術(shù)進(jìn)步等方面,現(xiàn)就有關(guān)交聯(lián)(XLPE)電纜生產(chǎn)過程中的一些設(shè)備和工藝裝備談一談發(fā)展及現(xiàn)狀。
1、交聯(lián)機(jī)組的技術(shù)進(jìn)步
交聯(lián)聚乙烯絕緣電線電纜生產(chǎn)的主導(dǎo)設(shè)備是交聯(lián)機(jī)組,目前引進(jìn)的交聯(lián)機(jī)組和國產(chǎn)機(jī)組約各占一半,F(xiàn)在,國產(chǎn)交聯(lián)機(jī)組在技術(shù)上幾乎可以與進(jìn)口設(shè)備相比美,歷史上的交聯(lián)設(shè)備大規(guī)模的引進(jìn),迅速地縮短了我國(XLPE)生產(chǎn)技術(shù)上的差距。
從1970年沈陽自制第一臺1+1濕法交聯(lián)機(jī)組開始,幾年內(nèi)就有十多條濕法機(jī)組投入生產(chǎn)。八十年代從國外買進(jìn)了二手機(jī)組,有的廠引進(jìn)了美國機(jī)組,出現(xiàn)了1+2的干法交聯(lián),此時使用的電纜料大部分是進(jìn)口。
九十年代初通過技術(shù)整頓,使生產(chǎn)廠才意識到先進(jìn)設(shè)備,材料處理和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的清潔等的重要性,于是大量地引進(jìn)了三層共擠、干法交聯(lián)、外徑或分層顯示、PLC程序控制等。工作地和材料間也實(shí)現(xiàn)了凈化處理。
這些技術(shù)的改進(jìn)、表現(xiàn)在產(chǎn)品的質(zhì)量提高了,減少了絕緣中的雜質(zhì)和微孔,半導(dǎo)電層界面光滑,外徑均一,偏芯度減少了,提高了電纜的局部放電水平。
在交聯(lián)機(jī)組改進(jìn)的同時一些先進(jìn)的控制系統(tǒng)也在不斷地提高,像德國SIKORA公司93年提供的外徑指示儀為WODER X303,只能指示外徑等參數(shù),到94年已提高為X-8000,可以分層指示外徑、厚度等偏芯參數(shù),并提供了CSS2純凈度掃描監(jiān)控,在線雜質(zhì)檢測系統(tǒng),多數(shù)交聯(lián)機(jī)上配備了線芯預(yù)熱裝置,交聯(lián)管進(jìn)口處配置了防偏芯的處理裝置EHT或線芯轉(zhuǎn)動裝置TWINROT,絕緣應(yīng)力松弛裝置RELEXATION等,中高壓電纜采用超凈或特超凈料,半導(dǎo)體也采用了超光滑料,材料間和操作間也都進(jìn)行了凈化處理,這些都標(biāo)志著交聯(lián)機(jī)組進(jìn)入了更高一代的技術(shù)水平。
使用這些新設(shè)備不但提高了質(zhì)量,也節(jié)省了材料,降低了產(chǎn)品成本,自從采用了X-8000和線芯轉(zhuǎn)動裝置后,調(diào)整好偏心,基本上可以保持設(shè)定的厚度和偏心度,偏心度在4%以下,肉眼觀察不出偏心現(xiàn)象。有一批35kV240mm2交聯(lián)電纜在安裝時發(fā)現(xiàn)電纜附件內(nèi)徑太大,經(jīng)過逐盤檢查電纜絕緣厚度和外徑完全符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,這是由于電纜附件按老習(xí)慣,采用加厚絕緣厚度來配置的,造成配套不適用。由于采用X-8000可以直觀地看到整批電纜的外徑變化,不用擔(dān)心絕緣厚度小于最薄點(diǎn)的規(guī)定,更不需加大厚度來保證絕緣尺寸,材料可以大量地節(jié)省下來,就比例來看不計(jì)算半導(dǎo)體用量,僅絕緣料即可節(jié)省4-6%,從長遠(yuǎn)來看采用先進(jìn)的技術(shù)是合算的。
九十年代初期,歐洲一些電纜廠的交聯(lián)機(jī)組在改造,改造的主要內(nèi)容就是加長交聯(lián)管,有的廠廠房長度不夠,冷卻管就沖出了廠房外裸在露天,下牽引處加一簡易小房,交聯(lián)好的線芯再引入主廠房收線,這種改造主題很明顯----就是提高交聯(lián)的速度,比較典型的是德國KAISER電纜廠,中壓交聯(lián)機(jī)管道總長是220m。
這種加長交聯(lián)管的設(shè)備在九十年代末期在國內(nèi)引進(jìn)的設(shè)備中也有多臺,像遠(yuǎn)東、馬橋、常州和吳江等廠,交聯(lián)機(jī)長度在174-----200m之間。
交聯(lián)管加長后其效果如何,日本在80年代就有文章介紹,如表一,表中比較了干法和濕法速度的不同,并比較了線芯預(yù)熱和不預(yù)熱的速度比較,交聯(lián)的條件是,懸鏈?zhǔn)浇宦?lián)機(jī),交聯(lián)管全長都是120m。
當(dāng)交聯(lián)管由120m加長到182.8m后(懸垂長度為78.2m)以35kV500mm2為例,線速達(dá)到5.64m/min提高近50%。
德國TROESTER也作過計(jì)算,老設(shè)備加熱管38m,冷卻管67m(全長105m),新設(shè)備加熱管為66m,冷卻管99m(全長165m),線芯都進(jìn)行了預(yù)熱120℃,對300mm235kV銅芯速度可由3.2m/min提高到4.9m/min,提高了1.53倍,對300mm210kV銅芯,可由6.9m/min提高到12m/min,提高1.74倍,加熱管加長了28m,為1.74倍,對中低壓電纜來說,線速與加長管子的倍數(shù)成正比。
對加熱管加長可以提高速度都可以理解,改造起來也比較簡單。
對于交聯(lián)機(jī)組和德國SIKORA的測偏系統(tǒng),在今年的線纜會議上有了一些最新的了解,除了所說的那些外還有一下幾個:
1、距業(yè)內(nèi)人士說德國SIKORA的測偏系統(tǒng)對內(nèi)屏的厚度和偏心度實(shí)際上沒有實(shí)施測量,只對絕緣層和外屏進(jìn)行測量,內(nèi)屏的數(shù)據(jù)是通過計(jì)算得出來的;
2、快速交聯(lián)線:麥拉菲爾研制的快速交聯(lián)線的理論速度能達(dá)到120m/min,其一個最大的特點(diǎn)就是生產(chǎn)線長;
3、麥拉菲爾的CTC系統(tǒng):該系統(tǒng)是連續(xù)還規(guī)格而不需要停車的系統(tǒng),在會上演示了240~95mm2的更換。該系統(tǒng)的使用對提高生產(chǎn)效率和降低產(chǎn)品廢品率是很有效的。假設(shè)連續(xù)開車2個禮拜,每2天更換一次規(guī)格,其生產(chǎn)效率可以提高5%,廢品率可以降低73%;
4、交聯(lián)料:抗水樹的交聯(lián)聚乙烯(TR-XLPE)在以后的電纜行業(yè)是一個大的趨勢,在1993年北美地區(qū)使用的全是普通的XLPE,而在2000年北美已經(jīng)全部使用TR-XLPE,F(xiàn)在在國內(nèi)部分電力公司招標(biāo)文件中,已經(jīng)要求使用TR-XLPE。
2、化學(xué)交聯(lián)聚乙烯絕緣料
我國是一個塑料生產(chǎn)大國,也是塑料消費(fèi)的大國,聚乙烯年產(chǎn)約200萬噸,其中電纜工業(yè)用可交聯(lián)的樹脂牌號太少,僅金山石化的DJ-210或200,大慶的19E,茂名和齊魯也有一部分牌號,數(shù)量都很少很難買到,而多用薄膜料代替。
目前交聯(lián)聚乙烯絕緣料都是二次加工的質(zhì)量很不穩(wěn)定,只能用于10kV等級;對于35kV以上等級大部分采用進(jìn)口料,35kV及以下電纜料每年將達(dá)到4萬噸以上,這對于石化工業(yè)來說是一個小數(shù),不值得在這方面投資。從國外來看卻不是如此,以北歐化工為例,95年年產(chǎn)聚乙烯44萬噸,電纜料占35%,按人民幣計(jì)算一般聚乙烯為6000元/噸,交聯(lián)料近12000元/噸,增值近一倍,經(jīng)濟(jì)效益還是可觀的,因此,國內(nèi)電纜料二次加工廠家已有30余家,而且大部分設(shè)備都是引進(jìn)的。聚乙烯本身的電氣性能非常優(yōu)越,經(jīng)過二次加工后容易進(jìn)入各種雜質(zhì),使交聯(lián)料性能下降了,特別是電纜料用樹脂都是小袋(25kg)包裝,在裝袋、運(yùn)輸、拆袋等各個環(huán)節(jié)上都有雜質(zhì)進(jìn)入,工序越長,雜質(zhì)進(jìn)入機(jī)會越多,在混料過程中尚無雜質(zhì)檢測的情況下,應(yīng)減少加工次數(shù)。
98年電線電纜譯叢介紹了日本三菱公司MDTV生產(chǎn)工藝的文章,MDTV主要生產(chǎn)高壓或超高壓交聯(lián)電纜,三菱公司樣本中一篇文章“交聯(lián)聚乙烯絕緣雜質(zhì)清潔體系”如圖1所示,處理后的雜質(zhì)數(shù)如表2所示。
在日本這樣的系統(tǒng)稱為自混系統(tǒng),最大的特點(diǎn)是樹脂用罐車進(jìn)入除塵室,減少了大量污染。如果交聯(lián)料中的雜質(zhì)不加以控制,材料和操作間的凈化處理就等于虛設(shè),根據(jù)表2數(shù)據(jù)材料已達(dá)到了超凈級,用于35kV交聯(lián)電纜足以達(dá)到要求了,只要將袋裝樹脂處理清潔,借鑒圖1系統(tǒng)就可以自己混料,大大地降低成本。
自混料用聚乙烯約為7000元/噸,加上交聯(lián)劑,抗氧劑或耐候黑色添加劑等,每噸再增加約1000元,將節(jié)省下來的錢,增添雜質(zhì)檢測儀和凈化裝置,可以提高交聯(lián)電纜的整體質(zhì)量。
3、交聯(lián)電纜用導(dǎo)電線芯
歐洲一些電纜廠使用銅鋁導(dǎo)電線芯采用單芯實(shí)導(dǎo)體,不但在架空絕緣電纜上使用,在電力電纜上也使用。
實(shí)芯導(dǎo)體優(yōu)點(diǎn)很多,在(IEC)導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)列入了這一結(jié)構(gòu),但在國內(nèi)尚未推開,它的優(yōu)點(diǎn)如下:
⑴導(dǎo)體外徑最小,無空隙不會吸潮。
⑵導(dǎo)體外面最光滑,可以不用內(nèi)半導(dǎo)體。
⑶銅鋁導(dǎo)體都已退火,柔軟性可以滿足施工要求。
⑷電纜附件配套容易,已有的附件廠做過。
⑸由于外徑小,各種材料都可少用,因此成本是最低的。
⑹由于以上原因特別適用于絕緣架空電纜。
關(guān)于絞合導(dǎo)體在國內(nèi)發(fā)展的趨勢是,管絞(小截面),籠絞、叉絞到框絞,框絞也是近些年發(fā)展起來的,在96、98年亞洲電線電纜展覽會上展出過一種意大利的新型絞合設(shè)備(大型束線機(jī)),其資料介紹不但可以生產(chǎn)緊壓圓線,并可以生產(chǎn)緊壓扇形線,資料中介紹了圓形緊壓導(dǎo)體的尺寸如表3,生產(chǎn)范圍可到240mm2(四層結(jié)構(gòu)),八種規(guī)格僅用了兩個單線直徑,單線從成盤的線卷中放出來經(jīng)過帶牽引的壓輪,將單線壓或拉成一定形狀,分層進(jìn)入分線板進(jìn)行絞合,其生產(chǎn)能力和框絞做一比較,如表4和表5。
從表5中看出仍是單倍節(jié)距,從兩個表的比較看出用束線的生產(chǎn)能力大約比框絞高2-3倍,這說明了大截面已由籠絞、叉絞、框絞進(jìn)入第四代的束線。
在國外這種設(shè)備的使用還不普遍,但其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)說明它是有生命力的。
4、纜芯成纜
目前成纜機(jī)大部分是籠絞,一部分用了盤絞,它們都是龐大的設(shè)備,像籠絞成纜機(jī)一般轉(zhuǎn)速不大于150rpm(小型)、大型的不大于20rpm、盤絞機(jī)也只有10~50rpm,生產(chǎn)效率是很低的。對于固定敷設(shè)用的電力電纜和控制電纜如果使用S-Z成纜則生產(chǎn)效率可以大大提高,并且可以和擠出機(jī)組組成連續(xù)的生產(chǎn)線,S-Z成纜-包帶-擠外護(hù)套。
西門子公司就有這一形式的生產(chǎn)線,生產(chǎn)規(guī)格為塑力纜5×16mm2分色的絕緣線芯是成盤放線,距離很長,經(jīng)平臺(可能有儲線裝置)進(jìn)入雙輪轉(zhuǎn)動的S-Z頭,連續(xù)的包帶扎緊后進(jìn)入擠出機(jī)擠包外護(hù)套,速度大約在150m/min左右,生產(chǎn)線全部是計(jì)算機(jī)控制。目前國外的S-Z形式很多,像英國鋁線鎧裝機(jī)是一種,在通訊電纜中用的更多.