CN202940039U

CN202940039U - 海上油气工程用耐高温软非屏蔽仪表电缆

Info

Publication number: CN202940039U
Application number: CN 201220606958
Authority: CN
Inventors: 李永江; 陆云春
Original assignee: Jiangsu Yuanyang Dongze Cable Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Yuanyang Dongze Cable Co Ltd
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2022-11-16

Abstract

本实用新型涉及一种海上油气工程用耐高温软非屏蔽仪表电缆，0.35～2.5mm²的镀锡退火绞合铜导体外周挤包有化学交联聚烯烃绝缘层构成绝缘线芯，绝缘线芯两两绞合形成对绞组，各所述对绞组的绞合节距不大于120mm且所有对绞组均采用各不相同的绞合节距，所有对绞组以16～24倍的绞合节径比右向绞合构成缆芯，所述缆芯的外周挤包有内护套，所述内护套的外周包覆有铜合金丝编织铠装层，所述铜合金丝编织铠装层的外周绕包有防水包带，所述防水包带的外周挤包有外护套。该非屏蔽仪表电缆的绝缘层耐高温、耐老化性能优异，使用寿命长。

Description

海上油气工程用耐高温软非屏蔽仪表电缆

技术领域

本实用新型涉及一种仪表电缆，特别涉及一种海上油气工程用耐高温软非屏蔽仪表电缆。

背景技术

随着海上油气能源的开采，油气工程用电缆越来越多，性能要求越来越高，尤其是作为电缆重量主要构成部分的绝缘和金属铠装需要最大限度的得到降低，同时需要满足对电缆的机械保护、电缆具备适应油气工程环境多潮气侵蚀渗透以及电缆能够安全运行25年左右的使用寿命要求。现有技术中为了减轻电缆重量几乎全部采用无内套电缆或采用镀锌钢丝编织作为铠装、辐照交联聚烯烃为绝缘和护套，但即便如此就整体工程配套角度而言，电缆减轻的重量也不超过10%。现有技术采用辐照交联聚烯烃作为绝缘，其耐热等级最高为150℃，远不能满足护套交联的需求，而且辐照交联聚烯烃绝缘和护套的防水渗透性能很差，无法满足与潮气的长期接触。

公开号为CN 201758046 U的中国专利公开了一种交联控制电缆，其采用交联聚乙烯绝缘，导体外依次设置内屏蔽层、绝缘层和外屏蔽层，在三相绝缘线芯外在依次设置绕包层和外护套，三相绝缘线芯与绕包层之间的空隙设有填充物，在绝缘线芯上还设有铜带屏蔽层，该铜带屏蔽层绕包在外屏蔽层表面。该专利采用了交联聚乙烯绝缘，虽然结构简单，成本低廉，但其并不能满足海上油气工程电缆耐高温、大载流量、多潮气侵蚀的要求。

公开号为CN101565527A的中国实用新型专利公开了一种石油平台用125℃辐照交联低烟无卤阻燃聚烯烃护套料，其虽然满足了125℃的耐高温热老化性能要求，但其仅能用于电缆护套，绝缘性能较差，不适于作为绝缘材料。

公开号为CN102617923A的中国实用新型专利公开了一种辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃绝缘料，其耐热老化仅为135℃，根据相关标准规定，此材料仅能承受长期最高工作温度90℃，无法满足海上油气工程电缆高温作业环境要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种海上油气工程用耐高温软非屏蔽仪表电缆，其绝缘层耐高温、耐老化性能优异，使用寿命长。

为实现以上目的，本实用新型所提供的一种海上油气工程用耐高温软非屏蔽仪表电缆，0.35~2.5mm2的镀锡退火绞合铜导体外周挤包有化学交联聚烯烃绝缘层构成绝缘线芯，绝缘线芯两两绞合形成对绞组，各所述对绞组的绞合节距不大于120mm且所有对绞组均采用各不相同的绞合节距，所有对绞组以16~24倍的绞合节径比右向绞合构成缆芯，所述缆芯的外周挤包有内护套，所述内护套的外周包覆有铜合金丝编织铠装层，所述铜合金丝编织铠装层的外周绕包有防水包带，所述防水包带的外周挤包有外护套。

相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：该电缆在镀锡退火绞合铜导体外挤包有化学交联聚烯烃绝缘层，耐高温、耐老化性能优异，使用寿命长；铜合金丝编织铠装层既可以隔磁，避免涡流磁滞造成的损耗，增大载流量，机械强度又比铜更大，而成本则比铜低廉，并且具有优异的防海水腐蚀性能，对于电缆的长久安全运行大有益处。

附图说明

图1为本实用新型海上油气工程用耐高温软非屏蔽仪表电缆的结构示意图。

图中：1.镀锡退火绞合铜导体；2.化学交联聚烯烃绝缘层；3.内护套；4.铜合金丝编织铠装层；5.防水包带；6.外护套。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，本实用新型的海上油气工程用耐高温软非屏蔽仪表电缆，按以下步骤制造：在0.35mm2的镀锡退火绞合铜导体1外周挤包化学交联聚烯烃绝缘层2构成绝缘线芯，绝缘线芯两两绞合形成对绞组，各对绞组的绞合节距不大于120mm且所有对绞组均采用各不相同的绞合节距，所有对绞组以16倍的绞合节径比右向绞合构成缆芯，接着在缆芯的外周挤包内护套3，在内护套3的外周包覆铜合金丝编织铠装层4，在铜合金丝编织铠装层4的外周绕包防水包带5，在防水包带5的外周挤包外护套6。

其中，化学交联聚烯烃绝缘层2的最小厚度不小于标称值的90%，最大厚度不大于标称值的110%，且任一垂直截面测得的直径偏差不超过10%。化学交联聚烯烃绝缘层2所用绝缘橡胶的制备步骤如下：（1）按以下组分及重量含量准备原料，乙烯/醋酸乙烯酯共聚物：12份；高密度聚乙烯：6份；乙烯-甲基丙烯酸共聚物：2份；交联剂过氧化二异丙苯：0.5份；抗氧剂β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八酯：0.4份；抗氧剂N,N’-二-β-萘基对苯二胺：0.2份；润滑剂硬脂酸：0.2份；阻燃剂氢氧化铝：25份；阻燃剂赤磷：0.6份；紫外线吸收剂2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑： 0.05份；（2）先将密炼机温度升至130℃，依次加入上述乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、高密度聚乙烯和乙烯-甲基丙烯酸共聚物，并塑化混炼均匀，然后加入抗氧剂β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八酯、抗氧剂N,N’-二-β-萘基对苯二胺、紫外线吸收剂2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、阻燃剂氢氧化铝和阻燃剂赤磷，并混炼均匀后下料；将混炼机温度升至60℃，将上述混合料投入该混炼机中，加入润滑剂硬脂酸和交联剂过氧化二异丙苯混炼均匀，然后将混炼胶料移至三辊开炼机上打三角包并经薄通4次，辊温控制在55℃，前辊温度比后辊温度高3℃，薄通完成后切割、冷却备用；化学交联聚烯烃绝缘层2采用冷喂料方式在双螺杆挤橡机上挤出，螺杆的长径比为15:1，双螺杆挤橡机的机身一区温度为105℃，机身二区温度为115℃，机头温度为125℃，模具温度为135℃，挤橡机螺杆冷却方式为水冷却。化学交联聚烯烃绝缘层2挤出时，模芯的承线长度与挤出的外径比为1：1，模芯与模套之间的间隙为1mm；绝缘橡胶从双螺杆挤橡机的机头挤出后进入交联管道，交联管道的温度为160℃。

镀锡退火绞合铜导体1采用IEC 60228标准中的第2类镀锡退火绞合铜丝，镀锡采用电镀方式替代传统的热镀锡方式，避免了导体镀锡不均匀以及锡层厚度不均匀；容易出现锡瘤附着导体表面的弊端，避免导体氧化现象发生后；铜与绝缘发生化学反应，降低绝缘层电气性能和物理机械性能的风险。

铜合金丝编织铠装层4的原料组分及重量含量如下，铜：铁：铅：锌=89.0：0.03：0.01：10。铠装编织丝的直径为0.31 mm，抗拉强度为260MPa，断裂伸长率不小于25%。

实施例二

本实用新型的海上油气工程用耐高温软非屏蔽仪表电缆，按以下步骤制造：1.25mm2的镀锡退火绞合铜导体1外周挤包化学交联聚烯烃绝缘层2构成绝缘线芯，绝缘线芯两两绞合形成对绞组，各对绞组的绞合节距不大于120mm且所有对绞组均采用各不相同的绞合节距，所有对绞组以20倍的绞合节径比右向绞合构成缆芯，接着在缆芯的外周挤包内护套3，在内护套3的外周包覆铜合金丝编织铠装层4，在铜合金丝编织铠装层4的外周绕包防水包带5，在防水包带5的外周挤包外护套6。

其中，化学交联聚烯烃绝缘层2的最小厚度不小于标称值的90%，最大厚度不大于标称值的110%，且任一垂直截面测得的直径偏差不超过10%。化学交联聚烯烃绝缘层2所用绝缘橡胶的制备步骤如下：（1）按以下组分及重量含量准备原料，乙烯/醋酸乙烯酯共聚物：12份；高密度聚乙烯：6份；乙烯-甲基丙烯酸共聚物：2份；交联剂过氧化二异丙苯：0.8份；抗氧剂β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八酯：0.7份；抗氧剂N,N’-二-β-萘基对苯二胺：0.3份；润滑剂硬脂酸：0.6份；阻燃剂氢氧化铝：28份；阻燃剂赤磷：0.8份；紫外线吸收剂2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑： 0.08份；（2）先将密炼机温度升至140℃，依次加入上述乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、高密度聚乙烯和乙烯-甲基丙烯酸共聚物，并塑化混炼均匀，然后加入抗氧剂β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八酯、抗氧剂N,N’-二-β-萘基对苯二胺、紫外线吸收剂2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、阻燃剂氢氧化铝和阻燃剂赤磷，并混炼均匀后下料；将混炼机温度升至65℃，将上述混合料投入该混炼机中，加入润滑剂硬脂酸和交联剂过氧化二异丙苯混炼均匀，然后将混炼胶料移至三辊开炼机上打三角包并经薄通5次，辊温控制在60℃，前辊温度比后辊温度高4℃，薄通完成后切割、冷却备用；化学交联聚烯烃绝缘层2采用冷喂料方式在双螺杆挤橡机上挤出，螺杆的长径比为20:1，双螺杆挤橡机的机身一区温度为110℃，机身二区温度为120℃，机头温度为130℃，模具温度为140℃，挤橡机螺杆冷却方式为水冷却。化学交联聚烯烃绝缘层2挤出时，模芯的承线长度与挤出的外径比为1：1.1，模芯与模套之间的间隙为1.2mm；绝缘橡胶从双螺杆挤橡机的机头挤出后进入交联管道，交联管道的温度为170℃。

镀锡退火绞合铜导体1采用IEC 60228标准中的第2类镀锡退火绞合铜丝，镀锡采用电镀方式替代传统的热镀锡方式。

铜合金丝编织铠装层4的原料组分及重量含量如下，铜：铁：铅：锌=90：0.04：0.03：10。铠装编织丝的直径为0.32mm，抗拉强度为300MPa，断裂伸长率不小于25%。

实施例三

本实用新型的海上油气工程用耐高温软非屏蔽仪表电缆，按以下步骤制造： 2.5mm2的镀锡退火绞合铜导体1外周挤包化学交联聚烯烃绝缘层2构成绝缘线芯，绝缘线芯两两绞合形成对绞组，各对绞组的绞合节距不大于120mm且所有对绞组均采用各不相同的绞合节距，所有对绞组以24倍的绞合节径比右向绞合构成缆芯，接着在缆芯的外周挤包内护套3，在内护套3的外周包覆铜合金丝编织铠装层4，在铜合金丝编织铠装层4的外周绕包防水包带5，在防水包带5的外周挤包外护套6。

其中，化学交联聚烯烃绝缘层2的最小厚度不小于标称值的90%，最大厚度不大于标称值的110%，且任一垂直截面测得的直径偏差不超过10%。化学交联聚烯烃绝缘层2所用绝缘橡胶的制备步骤如下：（1）按以下组分及重量含量准备原料，乙烯/醋酸乙烯酯共聚物：12份；高密度聚乙烯：6份；乙烯-甲基丙烯酸共聚物：2份；交联剂过氧化二异丙苯：1份；抗氧剂β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八酯：0.9份；抗氧剂N,N’-二-β-萘基对苯二胺：0.4份；润滑剂硬脂酸：1份；阻燃剂氢氧化铝：30份；阻燃剂赤磷：1份；紫外线吸收剂2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑：0.1份；（2）先将密炼机温度升至150℃，依次加入上述乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、高密度聚乙烯和乙烯-甲基丙烯酸共聚物，并塑化混炼均匀，然后加入抗氧剂β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八酯、抗氧剂N,N’-二-β-萘基对苯二胺、紫外线吸收剂2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、阻燃剂氢氧化铝和阻燃剂赤磷，并混炼均匀后下料；将混炼机温度升至70℃，将上述混合料投入该混炼机中，加入润滑剂硬脂酸和交联剂过氧化二异丙苯混炼均匀，然后将混炼胶料移至三辊开炼机上打三角包并经薄通6次，辊温控制在65℃，前辊温度比后辊温度高5℃，薄通完成后切割、冷却备用；化学交联聚烯烃绝缘层2采用冷喂料方式在双螺杆挤橡机上挤出，螺杆的长径比为25:1，双螺杆挤橡机的机身一区温度为115℃，机身二区温度为125℃，机头温度为135℃，模具温度为145℃，挤橡机螺杆冷却方式为水冷却。化学交联聚烯烃绝缘层2挤出时，模芯的承线长度与挤出的外径比为1：1.2，模芯与模套之间的间隙为1.5mm；绝缘橡胶从双螺杆挤橡机的机头挤出后进入交联管道，交联管道的温度为180℃。

铜合金丝编织铠装层4的原料组分及重量含量如下，铜：铁：铅：锌=91.0： 0.05：0.05：10。铠装编织丝的直径为0.33 mm，抗拉强度为345MPa，断裂伸长率不小于25%。

实施例一至实施例三中，铠装编织丝的物理机械性能如下：1）韧度：将长度为50~70mm的试样的一端夹牢在虎台钳的水平而平行的磨圆对边之间，垂直伸于虎台钳上。将弹簧秤连接到试样的另一自由端上，用手握住弹簧秤使施加于试样的张力为1.0±0.1牛。在保持此张力的条件下使试样交替向两个方向垂直于磨圆的虎台钳边弯曲90°，弯曲速率为45~50次/分钟，试样进行90°弯曲而不折断的次数不小于10次。2）弹性：在直径为6.4mm的钢质圆柱试棒上，将长度为254mm的编织丝试样的一端固定于试棒上，使其与试棒的曲面相接触且与试棒轴线成垂直状态，将试样的另一端挂置在弹簧秤上，用手拉弹簧秤使试样在试棒上绕4圈，保持试样张力为1.1±0.1牛。最后将试样从弹簧秤上松下来，并让其处于圈绕状态，试棒上形成的线圈外径在中部测量不大于9.5mm。

对实施例一至实施例三的绝缘层进行绝缘电阻（15.6℃时）测试结果如表1所示。

表 1

	单位	标准要求	实施例一	实施例二	实施例三
						绝缘电阻（15.6℃）	MΩ·km	≥3050	3870	4620	4080

对实施例一至实施例三中的绝缘层进行加速吸水试验，在浸入75℃水下测试介电常数和交流电容增加率，结果如表2。表中记录的数值分别为第14天与第1天、第7天的差值。

表 2

	单位	标准要求	实施例一	实施例二	实施例三
						介电常数		6.0	3.4	2.8	3.1
电容增加率14-1（d）	%	≤3.0	0.4	0.5	0.6
						电容增加率14-7（d）	%	≤1.5	0.1	0.1	0.2
14天后的电容稳定系数	%	≤0.5	0.1	0.1	0.2

对实施例一至实施例三的绝缘层进行老化前机械性能测试结果如表3：

表 3

	单位	标准要求	实施例一	实施例二	实施例三
						抗张强度	N/mm2	≥12.5	14.5	15.6	17.1
断裂伸长率	%	≥250	310	380	295

对实施例一至实施例三的绝缘层进行空气箱老化后的机械性能测试，测试结果如表4，老化条件：温度160±1℃，时间：168h。

表 4

对实施例一至实施例三中的绝缘层进行热变形试验的测试结果如表5，试验条件：处理温度150℃。

表 5

对实施例一至实施例三的成品电缆进行耐臭氧试验，试验结果如表6，试验条件：温度90±2℃，时间24h，臭氧浓度0.030％。

表 6

	标准要求	实施例一	实施例二	实施例三
					耐臭氧试验	表面无开裂	无开裂	无开裂	无开裂

对实施例一至实施例三中的绝缘层进行VW-1燃烧试验结果如表7。

表 7

对实施例一至实施例三中的绝缘层热进行热延伸试验，结果如表8，试验条件：处理温度175±1℃，持续时间15 min，机械应力20 N/cm2。

表 8

对实施例一至实施例三的绝缘线芯进行耐紫外线老化试验结果如表9，试验条件：采用6kW疝灯进行照射并配以0.12～0.15MPa的水压喷水，按照120分钟为一个周期进行周期紫外线照射，其中18分钟同时喷水、光照，另102分钟单独光照，共曝光照射1000小时，然后将试样置于室温环境下20小时，观察试样外观，外观应无龟裂，并进行抗张强度和断裂伸长率试验，二者的保留率均应不小于75%。

表 9

对实施例一至实施例三的成品电缆进行防海水潮气侵蚀试验，试验结果如表10，试验条件：将三根长为1.1m的成品电缆试样置于温度为60±1℃的含盐（NaCl）质量浓度为20%的溶液中浸泡10天。电缆浸泡时采用U型弯曲，试样两端各有30cm露出水面；浸泡结束后电缆能通过 AC3.5kV/5min的耐压试验；将电缆缠绕在直径为9倍电缆试样外径的圆轴上，绝缘表面目测可见裂纹。

表 10

对实施例一至实施例三的成品电缆进行低温弯曲试验，试验结果如表11，试验条件：成品电缆在–40℃试验箱放置4h后，保持此温度将试样在直径为12倍的电缆外径的圆轴上缠绕3圈，然后拉回到原位置，接着再向相反方向缠绕3圈，再拉直。该程序继续进行9次，使总次数达到10次。结束后目测可见裂纹，并进行AC3.5kV/5min的耐压试验。

表 11

对实施例一至实施例三的成品电缆进行低温冲击试验，试验结果如表12，试验条件：将长度为0.13m的被测电缆试样置于-35℃试验箱放置4h，然后将试样依次置于尺寸为50mm*100mm的木制板上，将重1.36kg具有钢头的冲击件从距离试样高度为915mm的高度自由落下，钢头的直径为28.5mm，具有直径为25mm的呈圆角的冲击面，落下时，钢头冲击面垂直向下冲击试样的顶部，观察试样的绝缘层有无开裂。

表 12

对实施例一至实施例三的成品电缆进行耐油老化性能试验，试验结果如表13，试验条件：将三根长为1.1m的成品电缆试样置于温度为100±1℃的IRM902热油中浸泡4天。电缆浸泡时采用U型弯曲，试样两端各有30cm露出油面。浸泡结束后对电缆进行AC3.5kV/5min的耐压试验；将电缆缠绕在直径为9倍电缆试样外径的圆轴上，目测可见裂纹及绝缘是否从导体剥离。

表 13

乙烯/醋酸乙烯酯共聚物简称为EVA，可以选用南京零度塑料材料有限公司或上海溢源化工有限公司的产品。

高密度聚乙烯简称为HDPE，采用符合《GB1116-1989高密度聚乙烯树脂》标准的产品。

乙烯-甲基丙烯酸共聚物可以选用上海洽普化工有限公司或杭州冠嘉塑化有限公司的产品。

交联剂过氧化二异丙苯又称交联剂 DCP，可以选用烟台恒诺化工科技有限公司或上海方锐达化学品有限公司产品。

抗氧剂β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八酯又称抗氧剂1076，英文名称antioxidant 1076，可以选用宜兴市天使合成化学公司或青岛海化阻燃材料有限公司的产品。

抗氧剂N,N’-二-β-萘基对苯二胺又称抗氧剂DNP，可以选用北京西尔普科技有限公司或广州市耿达贸易有限公司的产品。

润滑剂硬脂酸又称润滑剂SA，学名：十八烷酸，分子式CH3（CH2）16COOH，执行《GB/T 9103-1988 工业硬脂酸》中的标准。

阻燃剂氢氧化铝又称为水合氧化铝，可以选用济南泰星精细化工有限公司的产品。

阻燃剂赤磷质量标准参照《GB 4947-2003》执行，可以选用如皋市富强阻燃剂有限公司的产品。

紫外线吸收剂2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑又称紫外线吸收剂UV-326，可以选用上海研润光机科技有限公司或山东青岛华恩化工有限公司的产品。

本实用新型所用原料，除以上厂家外，均可以选用市场上其它符合要求的同类产品。

以上所述仅为本实用新型之较佳可行实施例而已，非因此局限本实用新型的专利保护范围。除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。

Claims

1.一种海上油气工程用耐高温软非屏蔽仪表电缆，其特征在于：0.35~2.5mm2的镀锡退火绞合铜导体外周挤包有化学交联聚烯烃绝缘层构成绝缘线芯，绝缘线芯两两绞合形成对绞组，各所述对绞组的绞合节距不大于120mm且所有对绞组均采用各不相同的绞合节距，所有对绞组以16~24倍的绞合节径比右向绞合构成缆芯，所述缆芯的外周挤包有内护套，所述内护套的外周包覆有铜合金丝编织铠装层，所述铜合金丝编织铠装层的外周绕包有防水包带，所述防水包带的外周挤包有外护套。