專利名稱：：一種油田專用電纜及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種電力電纜，具體涉及一種適合油田專用的低壓電力電纜。
背景技術(shù)：
：目前"磕頭機"(抽油機)用電力電纜絕緣普遍有開裂現(xiàn)象，這不但影響電纜使用性能，而且直接關(guān)系到人身安全和油井的安全"。由于油田環(huán)境惡劣，氣候溫差大，致使油田上使用的交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝電纜機械性能下降，并導致電纜絕緣幵裂，不僅加大了維護的工作量和維護費用，而且給油井運行安全帶來了隱患。最早抽油機(磕頭機)用電力電纜選用O.6/lkVVV22銅芯聚氯乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜，由于油田地處沙漠或戈壁灘，地理環(huán)境十分惡劣，夏天地表溫度在+5(TC高溫，陽光照射強烈加速絕緣的老化，冬天在一30。C左右，而且經(jīng)常接觸堿的腐蝕，而聚氯乙烯絕緣抗低溫性能很差，在高溫下聚氯乙烯中的增塑劑易揮發(fā)，使絕緣發(fā)脆，再加上油、堿的侵蝕造成了絕緣的開裂現(xiàn)象，直接影響到電纜的性能，使電纜普遍存在絕緣開裂現(xiàn)象，后來更換為0.6/lkVYJV22銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜，情況有所改善，但是一直還是存在著絕緣開裂問題。石油單位迫切要求，研發(fā)耐應(yīng)力開裂、耐氣候老化的電纜，作為磕頭機的動力傳輸使用
發(fā)明內(nèi)容長、并具有優(yōu)良的耐高溫、耐寒、耐紫外線照射、耐環(huán)境應(yīng)力開裂、耐氣候老化優(yōu)良等電氣和機械性能要求，從產(chǎn)品原材料配方上、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)加工工藝技術(shù)方面設(shè)計出的具有耐光氧化老化、抗開裂、機械強度高的油田專用電纜及其制造方法。解決本發(fā)明技術(shù)問題的技術(shù)方案是本發(fā)明油田專用電纜包括導體、絕緣層、外護套，導體外包耐高溫、耐寒、耐環(huán)境應(yīng)力開裂、耐氣候老化絕緣層，外護套為耐光氧化老化、抗開裂、機械強度高的外套。優(yōu)選的是該油田專用電纜的絕緣層采用硅烷交聯(lián)混合料制成，該硅烷交聯(lián)混合料的重量百分比組成為硅垸交聯(lián)(A+B)料97%-98%;炭黑2%-3%;硅烷交聯(lián)(A+B)料是接枝聚乙烯A料與催化劑母料B料(催化劑母料B料可采用二月硅酸二丁基錫脂(DBDTL)，二者的重量份配比為接枝聚乙烯A料催化劑母料B料二(9297):(38)，優(yōu)選接枝聚乙烯A料催化劑母料B料二95:5。接枝聚乙烯A料由聚乙烯樹脂、硅烷、引發(fā)劑制成，催化劑母料B料由抗氧劑、催化劑制成。外護套采用阻燃聚氯乙烯料制成。本發(fā)明油田專用電纜結(jié)構(gòu)中導體外的絕緣層具有耐高溫、耐寒、耐環(huán)境應(yīng)力開裂、耐氣候老化，又有耐光氧化老化、堿耐性、耐油、阻燃、耐熱老化、抗開裂、機械強度高，可大大提高電纜的安全可靠性和使用壽命。本發(fā)明耐光氧化老化油田專用電纜的制造方法，包括以下步驟1.拉絲將金屬導體材料拉成絲，即導線；2.絞線將拉成絲的多根導線絞成股；3.絕緣材料混合加工及擠出將規(guī)定比列的用作絕緣材料的硅烷交聯(lián)混合料混合均勻，由擠塑機擠出，成型在絞成股的絞線外作為絕緣層；4.交聯(lián)采用英國道康寧公司開發(fā)的SioplasE法，使硅垸交聯(lián)混合料進行交聯(lián)，即硅垸交聯(lián)混合料用擠塑機擠在電纜導體上后，放在70度90度的溫水中交聯(lián)，經(jīng)過交聯(lián)使得聚乙烯分子鏈接枝，從原來的線狀分子變?yōu)榫W(wǎng)狀分子；5.成纜將多股絕緣線芯絞合成纜，將無紡布層在多股絕緣線芯成纜時，繞包在多股成纜絕緣線芯外面。6.鎧裝將鋼帶包覆在成纜的纜線外；可在鎧裝前在無紡布層外用擠塑機擠出PVC內(nèi)護套；7.外護套擠出將用作外護套材料的阻燃聚氯乙烯料由擠塑機擠出，成型在已鎧裝的纜線外；8.成品檢驗、包裝入庫優(yōu)選的是，步驟3中用作絕緣材料的硅烷交聯(lián)混合料為硅烷交聯(lián)(A+B)料和炭黑，重量百分比組成為硅烷交聯(lián)(A+B)料97%-98%、炭黑2%-3.0%;進一步優(yōu)選的是硅烷交聯(lián)(A+B)料是接枝聚乙烯A料與催化劑母料B料(催化劑母料B料采用二月硅酸二丁基錫脂(DBDTL))，二者的重量份配比為接枝聚乙烯A料9297、催化劑母料B料37;進一步優(yōu)選的是將接枝聚乙烯A料95重量份、催化劑母料B料5重量份的比例均勻混合；進一步優(yōu)選的是將接枝聚乙烯A料與催化劑母料B料二月硅酸二丁基錫脂(DBDTL)按規(guī)定的比例均勻混合，再與炭黑混合均勻后的混合物儲存期不超過3小時，需要邊混邊擠塑。優(yōu)選的是，步驟6中，在鎧裝前，用無紡布層包覆在成纜的線芯夕卜，在無紡布層外再用擠塑機成型PVC內(nèi)護套，在內(nèi)護套外進行鎧裝。本發(fā)明油田專用電力電纜是一種低壓耐候性電力電纜，它代替目前油井磕頭機用的普通YJV22交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝電力電纜，克服了普通電力電纜不適用于惡劣自然環(huán)境的缺點，有較好的市場前景。新疆是中國石油重要產(chǎn)地，克拉瑪依油田、吐哈油田主要是磕頭機抽油，因此對這種耐光氧化老化油專用電纜將會有很大需求，全國其它類似新疆惡劣氣候并采用磕頭機抽油的地區(qū)也適合采用此電纜，本發(fā)明將會帶來較好的社會經(jīng)濟效益。圖1為本發(fā)明耐光氧化老化油田專用電纜結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本發(fā)明耐光氧化老化油田專用電纜生產(chǎn)工藝流程圖具體實施例方式以下結(jié)合實施例附圖，對本發(fā)明作進一步的描述。圖1是本發(fā)明油田專用電纜的一種具體結(jié)構(gòu)示意圖，包括導體、絕緣層、內(nèi)護套、鎧裝層、外護套，內(nèi)護套內(nèi)有無紡布層，導體是由多根金屬導線形成絞合線，外包耐高溫、耐寒、耐環(huán)境應(yīng)力開裂、耐氣候老化絕緣層，具有外包絕緣層的多根絞合線置于無紡布層內(nèi)，在無紡布層內(nèi)多根絞合線之間可有填充料，填充料可采用PP填充料，外護層為耐光氧化老化、抗開裂、機械強度高的外護套。導體l為銅導體，絕緣層2的絕緣材料選取硅烷交聯(lián)混合料絕緣材料，填充料3采用PP填充料即PP撕裂膜，無紡布層4為無紡布繞包，將四根分別包有絕緣層的銅導體線和填充料包覆為一體，無紡布層之外為內(nèi)護套5，內(nèi)護套5為PVC內(nèi)護套，鋼帶鎧裝6在內(nèi)護套5外，鋼帶鎧裝6外為外護套7，外護套7采用阻燃聚氯乙烯料即為阻燃PVC護套。目前交聯(lián)聚乙烯絕緣材料有輻照交聯(lián)料和硅垸交聯(lián)料。輻照交聯(lián)料的生產(chǎn)設(shè)備投資大，而硅垸交聯(lián)料的生產(chǎn)可在普通塑料擠出機上擠出，無需專用設(shè)備。本實施例中采用硅垸交聯(lián)料。在電纜的生產(chǎn)過程中，硅垸交聯(lián)料的接枝和成型是在擠出過程中一次完成，交聯(lián)是在煮線池中完成，交聯(lián)的速度可依靠改變溫度和時間來進行調(diào)節(jié)及控制。目前國內(nèi)大部分低壓電纜，基本上都是采用交聯(lián)聚乙烯絕緣為主，因為交聯(lián)聚乙烯(交聯(lián)聚乙烯是硅烷交聯(lián)絕緣材料加配合劑經(jīng)過交聯(lián)后形成的)具有以下優(yōu)異性能a、交聯(lián)聚乙烯分子結(jié)構(gòu)對稱，不含有極性基團，是一種非極性材料，其介電常數(shù)小、因此具有卓越的介電性能。b、低溫性能好，在低溫條件下長期使用，不脆裂、不硬化。c、交聯(lián)聚乙烯是一種最穩(wěn)定、最惰性的聚合物，具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性，且耐水性、耐老化性能優(yōu)良。d、由于交聯(lián)聚乙烯分子為非級性分子，其介質(zhì)損耗角小。e、交聯(lián)聚乙烯料的擠出和加工中無有毒氣體釋放，比重小，易于加工。由于聚乙烯不含有氯原子，同聚氯乙烯料相比，使用交聯(lián)聚乙烯料也是現(xiàn)代環(huán)保在電纜行業(yè)的趨勢。f、交聯(lián)聚乙烯的耐溫等級較高，電纜正常運行時可達90°C。由于本發(fā)明此耐光氧化老化油田專用電纜具有不同于普通電力電纜特性，所以在擠出成型時，會體現(xiàn)出獨特的工藝性能要求。要實現(xiàn)這種工藝性能，就必須采用不同于一般電力電纜擠出工藝及加工工藝。圖2是本發(fā)明耐光氧化老化油田專用電纜生產(chǎn)工藝流程圖，生產(chǎn)過程按以下步驟1.拉絲將金屬銅導體材料拉成絲，即導線；2.絞線將拉成絲的多根導線絞成股；3.絕緣材料混合加工及擠出將規(guī)定比例的用作絕緣材料的硅烷交聯(lián)混合料混合均勻，由擠塑機擠出，成型在絞成股的絞線外作為絕緣層；用作絕緣材料的硅烷交聯(lián)混合料為硅垸交聯(lián)(A+B)料和炭黑，重量百分比組成為硅垸交聯(lián)(A+B)料97.5X、炭黑2.5%;硅烷交聯(lián)(A+B)料是接枝聚乙烯A料與催化劑母料B料，二者的重量份配比為接枝聚乙烯A料催化劑母料B料二95:5，將接枝聚乙烯A料與催化劑母料B料二月硅酸二丁基錫脂(DBDTL)按95:5的比例均勻混合，再與炭黑混合均勻后的混合物儲存期不超過3小時，需要邊混邊擠塑。4.交聯(lián)采用英國道康寧公司開發(fā)的Si叩lasE法，使硅烷交聯(lián)混合料進行交聯(lián)，即硅垸交聯(lián)混合料用擠塑機擠在電纜導體上后，放在70度90度的溫水中交聯(lián)，經(jīng)過交聯(lián)使得聚乙烯分子鏈接枝，從原來的線狀分子變?yōu)榫W(wǎng)狀分子；5.成纜將多股絞線絞合成纜6.鎧裝將鋼帶包覆在成纜的線芯外；在鎧裝前，可用無紡布層包覆在成纜的線芯外，在無紡布層外再用擠塑機成型PVC內(nèi)護套，在內(nèi)護套外進行鎧裝；7.外護套擠出將用作護套材料的阻燃聚氯乙烯料由擠塑機擠出，成型在已鎧裝的纜線外；8.成品檢驗、包裝入庫其生產(chǎn)步驟除按以上所述之外，還需注意以下所述主要關(guān)鍵技術(shù)絕緣材料的配方、混合加工及擠出工藝是本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)本發(fā)明的特點，以及擠出工藝性能要點，對這種耐光氧化老化油田專用電纜的擠包即擠塑工藝進行了科學的改進和創(chuàng)新，分別從線芯的預(yù)熱、絕緣的分段溫水冷卻、模具選擇等入手。以解決應(yīng)力開裂、絕緣表面不光滑等問題。絕緣材料(含硅烷的聚乙烯A料和催化劑母料B料是絕緣材料)與配合劑(炭黑)的合理配比(絕緣材料與配合劑的重量份配比是硅垸交聯(lián)(A+B)料97%-98%、炭黑2%—3%、混合加工，形成一個合理的配方達到最佳效果)及擠出工藝是本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)，這種耐光氧化老化油田專用電纜要求解決關(guān)鍵問題是絕緣料具有耐氣候老化和耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能。絕緣與配合劑的合理配比、準確計算、加入后混合的分散均勻性(混合料要反復(fù)攪拌，用肉眼看使黑色的炭黑料基本均勻地分散在硅烷交聯(lián)(A+B)料中就可以了)都是很關(guān)鍵的因素。因此本發(fā)明耐光氧化老化油田專用電纜的制造方法還包括以下發(fā)明要點(a)線芯的預(yù)熱在以上所述的制造方法的步驟3中，對絕緣材料混合加工和擠出工藝中，在擠塑機機頭前加入了一套導體加熱裝置，在導體進入擠塑機前先進入加熱裝置中加熱至80—10(TC，優(yōu)選9(TC,起到提前預(yù)熱的作用，然后進入擠塑機機頭，油田專用電力電纜在生產(chǎn)過程中，對電纜導體預(yù)熱溫度以9(TC左右為宜，藉以提高電纜絕緣的抗拉強度和減少交聯(lián)聚乙烯內(nèi)應(yīng)力的存在，防止絕緣的開裂。(b)絕緣分段溫水冷卻為了解決絕緣層應(yīng)力開裂的關(guān)鍵，采用分段溫水冷卻，帶有絕緣層的電纜以810米/分鐘線速度出擠塑機后，對絕緣分段溫水冷卻，第一段水溫為7090°C，第一段水槽長13米；第二段水溫為4060°C，第二段水槽長10米；第三段水溫為3020°C,第三段水槽長7米；溫水冷卻后，分子內(nèi)部的應(yīng)力大大受到緩解，使內(nèi)應(yīng)力得以松弛，可降低和避免應(yīng)力開裂。溫水冷卻且要保證絕緣完全浸入水中，達到均勻冷卻，這樣才會表面光滑、沒有缺陷，保證電纜符合標準的要求。為了保證分段溫水冷卻，在各段水槽中設(shè)置一套自動控溫、自動上水的加熱供水裝置，即在各段水槽中設(shè)置了用熱電偶自動控溫裝置將溫度設(shè)置在一定范圍內(nèi)，當超過最高設(shè)置溫度它就斷電，溫度就降下來。當超過最低設(shè)置溫度它就通電，又開始加溫。自動上水供水裝置和抽水馬桶的原理一樣水加滿時水浮堵住加水口，水少時水浮下垂又開始加水。(C)用于絕緣材料的擠出成型的模具的選擇擠塑模具分為擠壓式和擠管式。采用擠管式模具擠出時，其外觀質(zhì)量不是很好，表面有些粗糙，且會在聚乙烯分子內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，由于應(yīng)力的存在，在熱收縮試驗中，其熱收縮值偏大，造成不合格。采用擠壓式模具擠出的聚乙烯電纜其外觀質(zhì)量好，表面光滑、圓整，且其物理機械性能熱收縮試驗合格。經(jīng)反復(fù)試驗，最終決定采用擠壓式模具。(d)擠出時的溫度確定對于不同絕緣材料，其擠出溫度的設(shè)定值都不一樣。經(jīng)多次開車試驗，發(fā)現(xiàn)溫度過高，容易出現(xiàn)老膠、缺膠現(xiàn)象；溫度過低，則表面粗糙，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，最終確定了一組最佳擠出溫度如表1。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>產(chǎn)品的特性本發(fā)明是一種低壓耐候型電力電纜，它克服了普通電力電纜不適用于野外露天敷設(shè)的缺點，解決了諸如新疆地區(qū)氣候溫差較大、戶外陽光中紫外線照射強烈，油田抽油機(磕頭機)等連接用電纜在使用過程中，絕緣出現(xiàn)應(yīng)力開裂、導體外露等情況，消除了安全隱患，這樣就可以幫助油田企業(yè)減少人力和物力對電纜的維護，節(jié)省大量費用和時間，同時消除絕緣老化、開裂等安全生產(chǎn)隱患，確保油田高效安全生產(chǎn)。本發(fā)明耐光氧化老化油田專用電力電纜具有優(yōu)異的耐紫外線、耐氣候老化的性能、良好的耐環(huán)境應(yīng)力開裂的性能、卓越的介電性能、耐溫等級較高、優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、耐水性、耐老化性能、耐低溫性能等特點，適合長期在大氣中暴露，作為抽油機(磕頭機)的動力傳輸使用，其表面及各項性能基本保持不變。本發(fā)明耐光氧化老化油田專用電纜曾在某采油廠油田井掛網(wǎng)試驗運行兩年多，電纜運行正常、電纜不發(fā)熱、電纜表面無變色、絕緣層無老化開裂現(xiàn)象，現(xiàn)場檢測電流運行很穩(wěn)定。權(quán)利要求1.一種油田專用電纜，包括導體、絕緣層、外護套，導體外包耐高溫、耐寒、耐環(huán)境應(yīng)力開裂、耐氣候老化絕緣層，外護套為耐光氧化老化、抗開裂、機械強度高的外套。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油田專用電纜，其特征在于電纜絕緣層采用硅烷交聯(lián)混合料制成；外護套采用阻燃聚氯乙烯料制成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的油田專用電纜，其特征在于絕緣層材料組分的重量百分比組成為硅烷交聯(lián)(A+B)料97%-98%;炭黑2%-3%。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的油田專用電纜，其特征在于硅烷交聯(lián)(A+B)料是由接枝聚乙烯A料與催化劑母料B料按重量份(9297):(38)，優(yōu)選接枝聚乙烯A料催化劑母料B料二95:5。5.—種油田專用電纜的制造方法包括以下步驟(1).拉絲將金屬導體材料拉成絲，即導線；(2).絞線將拉成絲的多根導線絞成股；(3).絕緣材料混合加工及擠出將規(guī)定比列的用作絕緣材料的硅烷交聯(lián)混合料混合均勻，由擠塑機擠出，成型在絞成股的絞線外作為絕緣層；(4).交聯(lián)使硅烷交聯(lián)混合料進行交聯(lián)，即硅垸交聯(lián)混合料用擠塑機擠在電纜導體上后，放在70度90度的溫水中交聯(lián)，經(jīng)過交聯(lián)使得聚乙烯分子鏈接枝，從原來的線狀分子變?yōu)榫W(wǎng)狀分子；(5).成纜將多股絕緣線芯絞合成纜；(6).鎧裝將鋼帶包覆在成纜的纜線外；(7).外護套擠出將用作外護套材料的阻燃聚氯乙烯料，由擠塑機擠出，成型在已鎧裝的纜線外。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的油田專用電纜的制造方法，其特征在于步驟3中對絕緣材料混合加工和擠出時，在擠塑機機頭前有導體加熱裝置，在導體進入擠塑機前先進入加熱裝置中加熱至8(TC—100。C，優(yōu)選90。C，起到提前預(yù)熱的作用，藉以提高電纜絕緣的抗拉強度和減少交聯(lián)聚乙烯內(nèi)應(yīng)力的存在，防止絕緣的開裂，然后進入擠塑機機頭。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的油田專用電纜的制造方法，其特征在于步驟3中用作絕緣材料的硅烷交聯(lián)混合料中包括硅垸交聯(lián)(A+B)料和炭黑，重量百分比組成為硅垸交聯(lián)(A+B)料97%-98%、炭黑2%-3%，硅烷交聯(lián)(A+B)料包括接枝聚乙烯A料與催化劑母料B料，二者的重量份配比為接枝聚乙烯A料催化劑母料B料二(9297):(38)，優(yōu)選接枝聚乙烯A料催化劑母料B料二95:5。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的油田專用電纜的制造方法，其特征在于步驟3中絕緣材料混合加工及擠出后分段溫水冷卻，帶有絕緣層的電纜以810米/分鐘線速度出擠塑機后，對絕緣分段溫水冷卻，第一段水溫為7090°C，第一段水槽長13米；第二段水溫為4060。C，第二段水槽長10米；第三段水溫為3020°C，第三段水槽長7米；溫水冷卻后，分子內(nèi)部的應(yīng)力大大受到緩解，使內(nèi)應(yīng)力得以松弛，可降低和避免應(yīng)力開裂。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的油田專用電纜的制造方法，其特征在于步驟3中絕緣材料混合加工后擠出用的擠塑模具采用擠壓式模具。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的油田專用電纜的制造方法，其特征在于步驟3中絕緣材料擠出的擠出溫度為加料區(qū)12014(TC，機身一區(qū)130135°C，機身二區(qū)155160°C,機頸160165。C，機頭169170。C。全文摘要一種油田專用電纜，包括導體、絕緣層、外護套，導體外包耐高溫、耐寒、耐環(huán)境應(yīng)力開裂、耐氣候老化絕緣層，外護套為耐光氧化老化、抗開裂、機械強度高的外套。油田專用電纜的制造方法包括拉絲、絞線、絕緣材料混合加工及擠出、交聯(lián)、成纜、鎧裝、外護套擠出、成品檢驗、包裝入庫。本發(fā)明油田專用電纜結(jié)構(gòu)中導體外的絕緣層具有耐高溫、耐寒、耐環(huán)境應(yīng)力開裂、耐氣候老化，又有耐光氧化老化、堿耐性、耐油、阻燃、耐熱老化、抗開裂、機械強度高，可大大提高電纜的安全可靠性和使用壽命。文檔編號H01B9/00GK101419853SQ200710151490公開日2009年4月29日申請日期2007年10月24日優(yōu)先權(quán)日2007年10月24日發(fā)明者張彥學,張金玉,衛(wèi)陳申請人:特變電工股份有限公司