蒸汽交联房的设计与应用

2010-03-26唐崇健胡同兵朱殿忠刘继勇

电线电缆 2010年3期

唐崇健，胡同兵，朱殿忠，刘继勇

(宝胜科技创新股份有限公司，江苏宝应225800)

0 前言

交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆已在我国电力行业中得到广泛的应用，并将逐步取代聚氯乙烯(PVC)绝缘电缆。其主要原因是XLPE绝缘电缆与PVC绝缘电缆相比具有优异的性能，且符合环保要求。

目前，低压XLPE电力电缆采用的是硅烷XLPE材料和交联工艺。硅烷交联的前提是，能使合适的羟氧基硅烷结合在聚乙烯的聚合链上，或者通过聚合反应制造乙烯-乙烯硅烷异分子共聚物(EVS)，使得原子团嫁接获得成功;然后在湿气和凝结催化剂参与下，水解产生硅醇基，并凝结成链联接的硅氧结构。而硅烷交联方式有两种，一种是将绝缘单线浸在70～90℃温水池中(图1)交联，称为温水交联;另一种就是将绝缘单线放在温度85～95℃蒸汽房中(见图2)，其压力保持在0.08～0.1 MPa下进行交联，称为蒸汽交联。

我公司以往生产硅烷交联电缆采用的是温水交联方式。随着硅烷XLPE绝缘电缆需求量的大增，温水交联工序已经成为生产硅烷交联产品的瓶颈。为了提高生产效率，通过反复论证并结合硅烷XLPE电缆交联温度要求，确定了用蒸汽交联替代温水交联生产工艺。我公司自行设计的蒸汽交联房通过使用并对产品各项指标检测完全符合标准要求。本文主要介绍蒸汽交联房的设计与运用，并对温水交联方式与蒸汽交联方式进行比较。

图1 温水交联池

图2 蒸汽交联房

1 蒸汽交联房的设计

蒸汽交联房设计应遵循操作安全性高、保温性能好、充汽均匀、密封性好、电控准等原则，因此在恒温、恒压状态下要使蒸汽渗透到绝缘单线各层间的缝隙里，以达到均匀交联的效果。

1.1 结构设计

蒸汽交联房结构设计分钢板焊接结构和砖混结构两种。钢板焊接结构的蒸汽交联房特点是强度高、可移位、造价大、保温性能差;而砖混结构蒸汽交联房特点是造价低、保温性能好、不易移位。我公司根据保温性好、造价低的特点选用了砖混结构蒸汽交联房。

我们设计的蒸汽交联房尺寸为:长5000mm×宽5000mm×高3000mm，共7间。每间房内可放置4只PN2000全钢瓦楞结构线盘，如图3所示。因线盘需直接用手推进推出，因此，蒸汽交联房的室内与室外等高，并在室内安装轨道以防线盘之间、线盘与房内壁发生碰撞。

为获取良好保温性能，蒸汽交联房三面外层采用砖混结构，内层放置8mm厚的岩棉进行隔热保温，同时内壁采用1mm不锈钢板进行封闭，中间采用不锈钢的龙骨，以保证保温层结构的强度。

图3 线盘的放置

蒸汽交联房密封性优劣取决于其大门的密封性。因此其必须具有密封性好、保温性好、强度高且开、关自由等特点。

蒸汽交联房大门的设计框架采用50mm×50mm的方管，中间夹岩棉保温，内外面用不锈钢板封面，保证其保温性和强度;大门采用可180°旋转铰链，保证其开、关自由;为了方便线盘的推进推出，蒸汽房大门下不能设有门槛，故采用旋转压实结构，即大门关闭后，旋转手轮，将门下方的密封条与地板压实，而该密封条可在200℃高温下连续使用，这样才能保证大门关闭后的密封性。

当蒸汽进入房内及绝缘层间隙后，由于绝缘单线吸热而使其液化产生水。因此，不仅要保证产生的水通过地漏流到下水道，还要确保蒸汽交联房内的蒸汽不通过下水道泄漏，故借鉴了座便器冲水结构设计，采用“U”型结构下水装置。

1.2 管路设计

管路设计如图4所示，应主要从安全、恒压、均匀充汽等几个方面考虑。

图4 管路设计图

为减少蒸汽锅炉或电加热器的投资，我们采用热电厂直接提供压力为1.6 MPa蒸汽。总管道的蒸汽送达蒸汽房前必须进行减压，所以在分气缸前加一级减压阀，使其压力降为0.08～0.1 MPa，每间蒸气交联房通过电磁阀来控制蒸汽流量和压力。

为了保证充汽的均匀性，房内管道采用 32mm的不锈钢管道，距离地面1 m处三面环绕，管道上下对称钻取数十个出汽孔，每孔直径为3mm。

为了保证操作人员的安全，应减少人员与蒸汽管路接触的可能性，在管路设计时除了分气缸和手动阀设在控制室内，其他管路、减压阀、电磁阀等均置于蒸汽房顶。

1.3 电控设计

硅烷交联电缆的交联度与温度、时间、蒸汽压力有密切的关系，因此，电控设计必须从以下几方面着手，进行精确控制:

(1)蒸汽交联房内温度控制。借鉴挤出机温控原理，采用温控仪与电磁阀组合实现自动控温的方式。根据蒸汽加温热惯量小的特点，优化温控仪的PID参数。在加温、保温阶段可以设定不同的温度，选用RKC-402高精度温控仪和ZCZG-2.5蒸汽用电磁阀，通过手动开启进汽阀大小，采用E分度热电偶(挤出机一般也采用)，保证每间蒸汽房蒸煮温度变化能控制在1℃范围内。而温水交联池采用PT(铂铑合金)热电阻进行测温，温差在4℃。

(2)交联时间控制。采用可精确到分钟时间控制器来控制蒸煮时间，有利于操作人员根据不同绝缘厚度的绝缘单线掌握和调整工艺时间。

(3)安全联锁和压力控制。为保证和控制准确，利用压力传感器，确保蒸汽房内的压力恒定，并设有超压报警装置，保证蒸汽房不超压，同时对每间蒸汽房门内侧均设置了安全联锁开关，蒸汽房门一旦打开，就会自动关闭蒸汽电磁阀，确保生产安全。

2 蒸汽交联房的应用

蒸汽房完工后，进行小批量试制。以规格为YJV-0.6/1 kV 70mm2硅烷XLPE电缆绝缘线芯为试验样品，对产品进行全程跟踪并百分之百取样，根据试验结果合理调整蒸汽时间，蒸汽压力设定0.08 MPa。试制过程如下:

(1)设定温度为90℃，通蒸汽时间4 h(开始根据温水交联时间设定)，停汽保温1 h后开门取样，试验全部合格;

(2)设定温度85℃，通蒸汽时间3.5 h，停汽保温1.5 h后开门取样，试验全部合格;

(3)设定温度85℃，通蒸汽时间2 h，停汽保温1 h，取样试验合格率为90%;

(4)设定温度85℃，通蒸汽时间3 h，保温2 h，取样试验全部合格。

试验结果如表1所示。

表1 试验结果数据表

为保证产品具有更高的合格裕度，确定通蒸汽3.5 h和停汽保温1.5 h作为规格为YJV-0.6/1 kV 70mm2硅烷XLPE电缆绝缘线芯的蒸汽交联工艺时间。

经过多批电缆的试制，得出如表2所示的蒸汽交联工艺参数。

表2 不同规格绝缘单线蒸汽交联工艺参数

3 蒸汽交联和温水交联的比较

3.1 投资

我公司温水交联池加温使用的是电厂同样的蒸汽，两种交联方式的加热源头一样。温水交联池一般置于地下，如果容积和蒸汽房一样大的话，从土建造价来看，温水交联池不仅挖槽还要做防水，仅此就比蒸汽交联房造价高10%左右。温水池的保温层也是使用岩棉加外层不锈钢板防护，但不锈钢板的厚度要采用3mm以上，且要具有防水性能，这就增加了制造费用。

3.2 工作效率

若温水交联池与蒸汽交联房都为:长5000mm×宽5000mm×高3000mm，采用温水交联法，每个水池只能放置2～3只PN2000全钢瓦楞结构线盘，而每间蒸汽房每次至少可容纳4盘，生产效率得到提升，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热方案，既保证房内具有一定的压力，又保证蒸汽渗透、发热均匀，使硅烷交联绝缘的交联度更加均衡，同时，蒸汽房操作方便，直接将线盘推进房间即可。而温水池放置线盘需行车配合，因行车起吊晃动碰伤线芯或池壁现象经常发生，一旦封头不严或电缆绝缘碰伤，在温水交联过程中就会导致电缆进水，从而形成电缆的致命缺陷。