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一種伴熱電纜及其制備方法與應用與流程

文檔序號:29648584發布日期:2022-04-13 22:07來源:國知局
一種伴熱電纜及其制備方法與應用與流程

1.本發明屬于電線電纜技術領域,尤其涉及一種伴熱電纜及其制備方法與應用。


背景技術:

2.海上石油是國家重要戰略資源,開采難度大,在原油輸送過程中也面臨一系列的挑戰,輸油管道鋪設在海底,海底環境溫度低,而原油濃稠度大,在低溫環境中,會出現流動不暢的情況,這就需要對輸油管道進行加熱,需要加熱管道的伴熱電纜,伴熱電纜要具有加熱速度快、防水、抗海水壓力的性能,還要能時時監測輸油管道周圍的環境溫度,為方便海上敷設,電纜要有良好的彎曲性能。但是,現有技術中的電纜抗壓能力較弱、彎曲性能較差、耐熱性差且重量較大,不能滿足現實需求。
3.cn204143898u公開了一種110kv高輸送容量電纜,旨在提供一種在保證高壓電纜的絕緣性能,滿足電纜運行可靠性的前提下,減小絕緣層的質量、厚度,從而提高電纜的散熱能力、相同外徑電纜的電力傳輸能力,降低電纜成本的電纜。它包括導體、繞包在導體外的繞包半導電尼龍帶層、超光滑半導電層、絕緣層、超光滑絕緣屏蔽層、半導電緩沖阻水帶層、金屬護套、瀝青防腐層、非金屬外護套及石墨涂層,所述絕緣層自內而外依次包括內xlpe絕緣層,內彈性橡膠絕緣層,發泡絕緣層,外彈性橡膠絕緣層及外xlpe絕緣層。但是該電纜彎曲性能較差且結構復雜,無法滿足海底作業要求。
4.cn110136870a公開了一種磁懸浮系統用直流高壓鋁合金電纜,在鋁合金導體的外側依次包覆有半導電屏蔽帶、交聯聚乙烯絕緣層、鍍錫銅絲編織屏蔽層、鋁合金帶聯鎖金屬護套層和無鹵低煙聚烯烴外護套;所述的鋁合金導體采用鋁合金導線緊壓絞合而成,先將單根鋁合金絲經過梯形拉絲模具,拉制成梯形單絲,最內層鋁合金單絲為圓形,圓形單絲外層包裹梯形單絲絞合,每層絞合方向相反,且都經過聚晶模具緊壓。但是,該電纜的耐熱性較差且彎曲性能差,無法滿足現實需求。
5.cn214476577u公開了一種鋼芯鋁絞伴熱電纜,包括鋼芯,鋼芯由鋼絞線絞合而成,鋼芯的外部絞合有鋁合金絞線,鋁合金絞線的外部繞包有絕緣層,絕緣層的外部繞包有抗沖擊隔熱層,抗沖擊隔熱層的表面設有凹槽,沿抗沖擊隔熱層的表面設有電磁屏蔽層,凹槽內設有發熱導線,電磁屏蔽層的外部繞包有護套層。但是該鋼芯鋁絞伴熱電纜的質量較高、抗壓能力弱,結構復雜且彎曲性能較差。
6.目前公開的伴熱電纜都有著無法避免的缺陷,存在著抗壓能力弱、彎曲性能差、耐熱性能差、重量較大且結構復雜的問題。因此,開發一種新的伴熱電纜及其制備方法非常重要。


技術實現要素:

7.針對現有技術存在的不足,本發明的目的在于提供一種伴熱電纜及其制備方法與應用,本發明所述伴熱電纜結構設計合理,具有縱向阻水、徑向防水、抗海水壓力、彎曲性能好、輕便的特點;本發明所述外護套外接測溫單元,在加熱輸油管道的同時,測溫單元還能
監測輸油管周圍的溫度,控制室根據溫度與原油的流動情況,確定通過導體最合適的電流。
8.為達此目的,本發明采用以下技術方案:
9.第一方面,本發明提供了一種伴熱電纜,所述伴熱電纜包括導體,所述導體外周依次層疊包裹有半導電層、絕緣層、金屬護套與外護套;
10.所述外護套外接測溫單元。
11.本發明提供的伴熱電纜結構設計合理,具有縱向阻水、徑向防水、抗海水壓力、彎曲性能好、輕便的特點;本發明所述外護套外接測溫單元,在加熱輸油管道的同時,測溫單元還能監測輸油管周圍的溫度,控制室根據溫度與原油的流動情況,確定通過導體最合適的電流。
12.作為本發明一種優選的技術方案,所述導體的材質包括金屬或合金。
13.優選地,所述合金包括鋁合金;進一步優選地,所述合金包括稀土高鐵鋁合金。
14.優選地,所述導體為實心導體。
15.本發明所述導體采用實心稀土高鐵鋁合金導體,導體重量輕,且具有防腐蝕性能,導體具有較高的韌性,這使得電纜在安裝時易彎曲、易壓接,適應海上敷設環境。
16.優選地,所述導體的橫截面積為10-70mm2,例如可以是10mm2、16mm2、25mm2、35mm2、40mm2、50mm2、60mm2或70mm2,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
17.作為本發明一種優選的技術方案,所述半導電層包括半導電尼龍帶。
18.優選地,所述半導電層為單層半導電層。
19.優選地,所述半導電層的厚度為0.05-0.5mm,例如可以是0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm或0.5mm,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
20.優選地,所述半導電層的搭蓋率為5%-10%,例如可以是5%、6%、7%、8%、9%或10%,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
21.優選地,所述絕緣層的材質為絕緣材料,所述絕緣材料包括硅橡膠。
22.本發明所述絕緣層可以保護內層不受機械損傷和化學腐蝕,不接觸水蒸氣受潮,防止接觸導體觸電,增強電氣性能,延長使用壽命。
23.本發明所述絕緣層采用耐高溫的硅橡膠,這可以保證導體最高運行溫度達到180℃,導體通電流而發熱以實現輸油管道加熱,同時不影響伴熱電纜的使用壽命;同時,硅橡膠具有較好的彈性,在伴熱電纜發生彎曲時不易破損,能夠增強伴熱電纜的彎曲性能。
24.優選地,所述絕緣層的厚度為1.0-10.5,例如可以是1.0mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm、4.5mm、5.0mm、5.5mm、6.0mm、7.0mm、8.0mm、9.0mm、10.0mm、或10.5mm,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
25.作為本發明一種優選的技術方案,所述金屬護套為皺紋金屬護套,所述皺紋金屬護套包括皺紋鋁護套。
26.本發明所述皺紋形式的金屬護套的彎曲性能好,能進行大長度生產且現場敷設時放線方便,若金屬帶不進行軋制,會大大降低伴熱電纜的彎曲性能。
27.優選地,所述皺紋鋁護套的軋紋深度為2.0-2.5mm,例如可以是2.0mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm或2.5mm,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數
99.33wt%,例如可以是99.19、99.21、99.23、99.25、99.27、99.29、99.31或99.33,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
50.本發明限定了鋁的質量分數為99.19wt%-99.33wt%,當導體原料中的鋁含量過低時,會導致導體電阻升高、抗拉強度增大,退火后,達不到要求的抗拉強度和斷裂伸長率,導體柔軟度受影響,進而影響伴熱電纜的彎曲性能,當導體原料中的鋁含量過高時,會導致導體抗蠕變性能下降,影響導體的穩定性。
51.優選地,以導體原料的總質量分數為100wt%計,所述鐵的質量分數為0.5wt%-0.6wt%,例如可以是0.50wt%、0.52wt%、0.54wt%、0.56wt%、0.58wt%或0.60wt%,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
52.優選地,以導體原料的總質量分數為100wt%計,所述硅的質量分數為0.05wt%-0.07wt%,例如可以是0.050wt%、0.055wt%、0.060wt%、0.065wt%或0.070wt%,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
53.優選地,以導體原料的總質量分數為100wt%計,所述稀土金屬的質量分數為0.12wt%-0.14wt%,例如可以是0.120wt%、0.125wt%、0.130wt%、0.135wt%或0.140wt%,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
54.優選地,步驟(1)所述連鑄連軋得到鋁合金桿,所述鋁合金桿的外徑為12-15mm,例如可以是12mm、12.5mm、13mm、13.5mm、14mm、14.5mm或15mm,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
55.優選地,步驟(1)所述擠壓成型由擠鋁機進行,所述擠鋁機的機頭溫度為430-470℃,例如可以是430℃、440℃、450℃、460℃或470℃,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
56.優選地,步驟(1)所述退火包括依次進行的升溫、保溫與冷卻。
57.優選地,所述升溫的速率為6-20℃/min,例如可以是6℃/min、8℃/min、10℃/min、12℃/min、14℃/min、16℃/min、18℃/min或20℃/min,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用,所述升溫的終點溫度為保溫的溫度。優選地,所述保溫的溫度為390-410℃,保溫時間為1-5h。
58.本發明限定了保溫的溫度為390-410℃,例如可以是390℃、395℃、400℃、405℃或410℃,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用;保溫溫度偏低時,會導致退火不充分,退火后導體的抗拉強度、斷裂伸長率達不到要求,影響導體的柔韌性,不利于現場敷設,當保溫溫度偏高時,會導致導體內部金屬原子運動劇烈,影響導體表觀,基于金屬導體的固有物理特性,超過一定溫度退火,導體機械性能不再隨溫度的增加而有變化,還會消耗更多的電能,不利于節約能源。
59.本發明限定了保溫時間為1-5h,例如可以是1h、2h、3h、4h或5h,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
60.優選地,所述冷卻為自然冷卻至室溫。
61.作為本發明一種優選的技術方案,步驟(3)所述熱風烘道硫化工藝中絕緣材料依次通過第一烘道、第二烘道、第三烘道與第四烘道。
62.優選地,所述第一烘道的溫度為230-290℃,例如可以是230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃或290℃,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同
樣適用。
63.優選地,所述第二烘道的溫度為250-310℃,例如可以是250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃或310℃,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
64.優選地,所述第三烘道的溫度為210-270℃,例如可以是210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃或270℃,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
65.優選地,所述第四烘道的溫度為180-230℃,例如可以是180℃、190℃、200℃、210℃、220℃或230℃,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
66.優選地,所述熱風烘道硫化工藝的出線速度為10-15m/min,例如可以是10m/min、11m/min、12m/min、13m/min、14m/min或15m/min,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
67.優選地,所述絕緣材料為硅橡膠。
68.優選地,步驟(4)所述金屬護套通過焊接金屬帶兩端的方式形成,所述焊接包括氬弧焊。
69.本發明所述氬弧焊焊接工藝使得皺紋鋁護套具有良好的氣密性,起到徑向防水作用,還能抵抗海水壓力。
70.優選地,所述金屬帶為鋁帶,所述金屬帶的厚度為0.5-5mm,例如可以是0.5mm、1.0mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm或5.0mm,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
71.優選地,步驟(4)所述焊接之前通過化學氣相沉積在金屬帶的一側表面沉積石墨烯鍍層。
72.優選地,步驟(4)所述焊接之后通過軋制形成皺紋金屬護套。
73.優選地,步驟(5)所述擠出成型的收線速度為25-35m/min,例如可以是25m/min、27m/min、29m/min、30m/min、32m/min、34m/min或35m/min,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
74.優選地,步驟(5)所述擠出成型中熱塑性材料依次通過擠塑機內溫度為155-175℃的第一區、溫度為160-180℃的第二區、溫度為163-183℃的第三區、溫度為170-190℃的第四區、溫度為175-195℃的第五區、溫度為175-195℃的第六區、溫度為170-190℃的第七區與溫度為175-195℃的第八區
75.本發明限定了第一區的溫度為155-175℃,例如可以是155℃、160℃、165℃、170℃或175℃,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
76.本發明限定了第二區的溫度為160-180℃,例如可以是160℃、165℃、170℃、175℃或180℃,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
77.本發明限定了第三區的溫度為163-183℃,例如可以是163℃、168℃、170℃、175℃、180℃或183℃,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
78.本發明限定了第四區的溫度為170-190℃,例如可以是170℃、175℃、180℃、185℃
或190℃,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
79.本發明限定了第五區的溫度為175-195℃,例如可以是175℃、180℃、185℃、190℃或195℃,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
80.本發明限定了第六區的溫度為195℃,例如可以是175℃、180℃、185℃、190℃或195℃,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
81.本發明限定了第七區的溫度為170-190℃,例如可以是170℃、175℃、180℃、185℃或190℃,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
82.本發明限定了第八區的溫度為175-195℃,例如可以是175℃、180℃、185℃、190℃或195℃,但并不僅限于所列舉的數值,該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
83.作為本發明一種優選的技術方案,所述制備方法包括以下步驟:
84.(1)以質量百分數為100wt%計,加入99.19wt%-99.33wt%的鋁、0.5wt%-0.6wt%的鐵、0.05wt%-0.07wt%的硅與0.12wt%-0.14wt%的稀土金屬為原料進行連鑄連軋得到外徑為12-15mm的鋁合金桿,由機頭溫度為430-470℃的擠鋁機進行擠壓成型,以6-20℃/min的升溫速率升溫至390-410℃并保溫1-5h,自然冷卻至室溫,得到導體;
85.(2)步驟(1)所得導體上覆蓋半導電尼龍帶,得到半導電層;
86.(3)步驟(2)所得半導電層上擠出絕緣材料,采用熱風烘道硫化工藝,絕緣材料依次通過溫度為230~290℃的第一烘道、溫度為250~310℃的第二烘道、溫度為210~270℃第三烘道與溫度為180~230℃的第四烘道,出線速度為10-15m/min,得到絕緣層;
87.(4)通過化學氣相沉積在金屬帶表面沉積石墨烯鍍層,未被石墨烯鍍層覆蓋的金屬帶一側表面朝向絕緣層,在步驟(3)所得絕緣層表面通過氬弧焊焊接金屬帶后軋制,得到皺紋金屬護套;
88.(5)熱塑性材料依次通過擠塑機內溫度為155-175℃的第一區、溫度為160-180℃的第二區、溫度為163-183℃的第三區、溫度為170-190℃的第四區、溫度為175-195℃的第五區、溫度為175-195℃的第六區、溫度為170-190℃的第七區與溫度為175-195℃的第八區,在25-35m/min的收線速度下進行擠出成型來連接材料熱電偶補償導線與步驟(4)所得皺紋金屬護套,得到外護套、連接筋與測溫單元。
89.第三方面,本發明提供了一種第一方面所述的伴熱電纜的應用,所述伴熱電纜用于加熱輸油管道及監測輸油管道周圍環境溫度。
90.與現有技術相比,本發明的有益效果為:
91.(1)伴熱電纜的結構設計合理,具有縱向阻水、徑向防水、抗海水壓力、彎曲性能好、輕便等特點;
92.(2)外護套外接測溫單元,在加熱輸油管道的同時,測溫單元還能監測輸油管周圍的溫度,控制室根據溫度與原油的流動情況,確定通過導體最合適的電流;
93.(3)導體采用實心稀土高鐵鋁合金導體,導體重量輕,且具有防腐蝕性能,導體經過退火,具有較高的韌性,這使得電纜在安裝時易彎曲、易壓接,適應海上敷設環境;
94.(3)絕緣層采用耐高溫的硅橡膠,這可以保證導體最高運行溫度達到180℃,導體通電流而發熱以實現輸油管道加熱,同時不影響伴熱電纜的使用壽命;
95.(4)金屬護套層采用石墨烯鍍層皺紋鋁護套,石墨烯具有良好的導熱性能,能快速把金屬套內的熱量導出,起到加熱輸油管道的作用;皺紋形式的鋁護套彎曲性能好,能進行
大長度生產且現場敷設時放線方便;氬弧焊焊接工藝使得皺紋鋁護套具有良好的氣密性,起到徑向防水作用,還能抵抗海水壓力。
附圖說明
96.圖1為本發明一個具體實施方式中伴熱電纜的截面結構示意圖。
97.其中,1-導體;2-半導電層;3-絕緣層;4-金屬護套;5-外護套;6-連接筋;7-測溫單元;8-熱電偶補償導線。
具體實施方式
98.需要理解的是,在本發明的描述中,術語“中心”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系,僅是為了便于描述本發明和簡化描述,而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作,因此不能理解為對本發明的限制。此外,術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的,而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。
99.需要說明的是,在本發明的描述中,除非另有明確的規定和限定,術語“設置”、“相連”、“連接”應做廣義理解,例如,可以是固定連接,也可以是可拆卸連接,或一體連接;可以是機械連接,也可以是電連接;可以是直接相連,也可以通過中間媒介間接相連,可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言,可以通過具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
100.下面通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。
101.第一方面,本發明提供了一種伴熱電纜,所述伴熱電纜如圖1所示,包括導體1,所述導體1外周依次層疊包裹有半導電層2、絕緣層3、金屬護套4與外護套5;
102.所述外護套5外接測溫單元7。
103.本發明提供的伴熱電纜結構設計合理,具有縱向阻水、徑向防水、抗海水壓力、彎曲性能好、輕便的特點;本發明所述外護套5外接測溫單元7,在加熱輸油管道的同時,測溫單元7還能監測輸油管周圍的溫度,控制室根據溫度與原油的流動情況,確定通過導體1最合適的電流。
104.進一步地,所述導體1的材質包括金屬或合金。
105.進一步地,所述合金包括鋁合金;進一步優選地,所述合金包括稀土高鐵鋁合金。
106.進一步地,所述導體1為實心導體。
107.本發明所述導體1采用實心稀土高鐵鋁合金導體,導體1重量輕,且具有防腐蝕性能,導體1具有較高的韌性,這使得電纜在安裝時易彎曲、易壓接,適應海上敷設環境。
108.進一步地,所述導體1的橫截面積為10-70mm2。
109.進一步地,所述半導電層2包括半導電尼龍帶。
110.進一步地,所述半導電層2為單層半導電層。
111.進一步地,所述半導電層2的厚度為0.05-0.5mm。
112.進一步地,所述半導電層2的搭蓋率為5%-10%。
113.進一步地,所述絕緣層3的材質為絕緣材料,所述絕緣材料包括硅橡膠。
114.本發明所述絕緣層3可以保護內層不受機械損傷和化學腐蝕,不接觸水蒸氣受潮,防止接觸導體1觸電,增強電氣性能,延長使用壽命。
115.本發明所述絕緣層3采用耐高溫的硅橡膠,這可以保證導體1最高運行溫度達到180℃,導體1通電流而發熱以實現輸油管道加熱,同時不影響伴熱電纜的使用壽命。
116.進一步地,所述絕緣層3的厚度為1.0-10.5mm。
117.進一步地,所述金屬護套4為皺紋金屬護套,所述皺紋金屬護套包括皺紋鋁護套。
118.本發明所述皺紋形式的鋁護套彎曲性能好,能進行大長度生產,現場敷設時放線方便。
119.進一步地,所述皺紋鋁護套的軋紋深度為2.0-2.5mm。
120.進一步地,所述皺紋鋁護套的軋紋間距為10-20mm。
121.進一步地,所述皺紋鋁護套外表面設置有有石墨烯鍍層。
122.本發明所述石墨烯具有良好的導熱性能,能快速把金屬套內的熱量導出,起到加熱輸油管道的作用。
123.進一步地,所述石墨烯鍍層的厚度為0.01-0.1mm。
124.進一步地,所述外護套5的材質包括熱塑性材料,所述熱塑性材料包括熱塑性聚乙烯。
125.進一步地,所述外護套5的厚度為1.0-2.0mm。
126.進一步地,所述外護套5通過連接筋6外接所述測溫單元7。
127.進一步地,所述連接筋6的材質包括熱塑性聚乙烯。
128.進一步地,所述連接筋6的寬度為1-10mm。
129.進一步地,所述連接筋6的厚度為0.5-1.5mm。
130.進一步地,所述測溫單元7包括熱電偶補償導線8與外熱塑性聚乙烯層。
131.進一步地,所述熱電偶補償導線8的截面為圓角矩形。
132.進一步地,所述外熱塑性聚乙烯層的厚度為0.1-0.5mm。
133.進一步地,所述護套5、連接筋6與測溫單元7為一體式結構。
134.實施例1
135.本實施例提供了一種伴熱電纜,所述伴熱電纜包括橫截面積為50mm2的實心導體,所述實心導體外周依次層疊包裹有半導電尼龍帶層、厚度為5.0mm的硅橡膠絕緣層、皺紋鋁護套與厚度為1.5mm的熱塑性聚乙烯外護套;
136.所述半導電層的厚度為0.25mm,搭蓋率為8%;
137.所述皺紋鋁護套的軋紋深度為2.5mm,軋紋間距為15mm,所述皺紋鋁護套表面設置有厚度為0.01mm的石墨烯鍍層;
138.所述熱塑性聚乙烯外護套通過寬度為5mm與厚度為0.01mm的熱塑性聚乙烯連接筋外接測溫單元,所述測溫單元包括截面為圓角矩形的熱電偶補償導線與厚度為0.3mm的外熱塑性聚乙烯層。
139.所述伴熱電纜的制備方法包括以下步驟:
140.(1)以質量百分數為100wt%計,加入99.23wt%的鋁、0.575wt%的鐵、0.065wt%的硅與0.13wt%的稀土金屬為原料進行連鑄連軋得到外徑為12mm的鋁合金桿,由機頭溫度
為440℃的擠鋁機進行擠壓成型,以12℃/min的升溫速率升溫至400℃并保溫2.5h,自然冷卻至室溫,得到實心導體;
141.(2)步驟(1)所得實心導體上覆蓋半導電尼龍帶,得到半導電尼龍帶層;
142.(3)步驟(2)所得半導電尼龍帶層上擠出硅橡膠,采用熱風烘道硫化工藝,硅橡膠依次通過溫度為290℃的第一烘道、溫度為250℃的第二烘道、溫度為225℃第三烘道與溫度為205℃的第四烘道,出線速度為14m/min,得到硅橡膠絕緣層;
143.(4)通過化學氣相沉積在鋁帶表面沉積石墨烯鍍層,未被石墨烯鍍層覆蓋的鋁帶一側表面朝向硅橡膠絕緣層,在步驟(3)所得硅橡膠絕緣層表面通過氬弧焊焊接鋁帶后軋制,得到皺紋鋁護套;(5)熱塑性聚乙烯依次通過擠塑機內溫度為170℃的第一區、溫度為175℃的第二區、溫度為175℃的第三區、溫度為180℃的第四區、溫度為180℃的第五區、溫度為185℃的第六區、溫度為180℃的第七區與溫度為185℃的第八區,在35m/min的收線速度下進行擠出成型來連接熱電偶補償導線與步驟(4)所得皺紋鋁護套,得到熱塑性聚乙烯外護套、熱塑性聚乙烯連接筋與測溫單元。
144.實施例2
145.本實施例提供了一種伴熱電纜,所述伴熱電纜包括橫截面積為10mm2的實心導體,所述實心導體外周依次層疊包裹有半導電尼龍帶層、厚度為8.0mm的硅橡膠絕緣層、皺紋鋁護套與厚度為2.0mm的熱塑性聚乙烯外護套;
146.所述半導電層的厚度為0.05mm,搭蓋率為7%;
147.所述皺紋鋁護套的軋紋深度為2.3mm,軋紋間距為18mm,所述皺紋鋁護套表面設置有厚度為0.012mm的石墨烯鍍層;
148.所述熱塑性聚乙烯外護套通過寬度為3mm與厚度為1.5mm的熱塑性聚乙烯連接筋外接測溫單元,所述測溫單元包括截面為圓角矩形的熱電偶補償導線與厚度為0.1mm的外熱塑性聚乙烯層。
149.所述伴熱電纜的制備方法包括以下步驟:
150.(1)以質量百分數為100wt%計,加入99.26wt%的鋁、0.55wt%%的鐵、0.07wt%的硅與0.12wt%的稀土金屬為原料進行連鑄連軋得到外徑為13mm的鋁合金桿,由機頭溫度為450℃的擠鋁機進行擠壓成型,以6℃/min的升溫速率升溫至405℃并保溫2h,自然冷卻至室溫,得到實心導體;
151.(2)步驟(1)所得實心導體上覆蓋半導電尼龍帶,得到半導電尼龍帶層;
152.(3)步驟(2)所得半導電尼龍帶層上擠出硅橡膠,采用熱風烘道硫化工藝,硅橡膠依次通過溫度為280℃的第一烘道、溫度為265℃的第二烘道、溫度為240℃第三烘道與溫度為220℃的第四烘道,出線速度為15m/min,得到硅橡膠絕緣層;
153.(4)通過化學氣相沉積在鋁帶表面沉積石墨烯鍍層,未被石墨烯鍍層覆蓋的鋁帶一側表面朝向硅橡膠絕緣層,在步驟(3)所得硅橡膠絕緣層表面通過氬弧焊焊接鋁帶后軋制,得到皺紋鋁護套;
154.(5)熱塑性聚乙烯依次通過擠塑機內溫度為172℃的第一區、溫度為175℃的第二區、溫度為175℃的第三區、溫度為183℃的第四區、溫度為183℃的第五區、溫度為183℃的第六區、溫度為178℃的第七區與溫度為180℃的第八區,在25m/min的收線速度下進行擠出成型來連接熱電偶補償導線與步驟(4)所得皺紋鋁護套,得到熱塑性聚乙烯外護套、熱塑性
聚乙烯連接筋與測溫單元。
155.實施例3
156.本實施例提供了一種伴熱電纜,所述伴熱電纜包括橫截面積為70mm2的實心導體,所述實心導體外周依次層疊包裹有半導電尼龍帶層、厚度為10.5mm的硅橡膠絕緣層、皺紋鋁護套與厚度為1.0mm的熱塑性聚乙烯外護套;
157.所述半導電層的厚度為0.5mm,搭蓋率為5%;
158.所述皺紋鋁護套的軋紋深度為2.4mm,軋紋間距為15mm,所述皺紋鋁護套表面設置有厚度為0.015mm的石墨烯鍍層;
159.所述熱塑性聚乙烯外護套通過寬度為10mm與厚度為0.5mm的熱塑性聚乙烯連接筋外接測溫單元,所述測溫單元包括截面為圓角矩形的熱電偶補償導線與厚度為0.5mm的外熱塑性聚乙烯層。
160.所述伴熱電纜的制備方法包括以下步驟:
161.(1)以質量百分數為100wt%計,加入99.3wt%的鋁、0.525wt%的鐵、0.05wt%的硅與0.125wt%的稀土金屬為原料進行連鑄連軋得到外徑為13.5mm的鋁合金桿,由機頭溫度為460℃的擠鋁機進行擠壓成型,以20℃/min的升溫速率升溫至410℃并保溫2h,自然冷卻至室溫,得到實心導體;
162.(2)步驟(1)所得實心導體上覆蓋半導電尼龍帶,得到半導電尼龍帶層;
163.(3)步驟(2)所得半導電尼龍帶層上擠出硅橡膠,采用熱風烘道硫化工藝,硅橡膠依次通過溫度為245℃的第一烘道、溫度為280℃的第二烘道、溫度為255℃第三烘道與溫度為230℃的第四烘道,出線速度為10m/min,得到硅橡膠絕緣層;
164.(4)通過化學氣相沉積在鋁帶表面沉積石墨烯鍍層,未被石墨烯鍍層覆蓋的鋁帶一側表面朝向硅橡膠絕緣層,在步驟(3)所得硅橡膠絕緣層表面通過氬弧焊焊接鋁帶后軋制,得到皺紋鋁護套;
165.(5)熱塑性聚乙烯依次通過擠塑機內溫度為170℃的第一區、溫度為173℃的第二區、溫度為175℃的第三區、溫度為180℃的第四區、溫度為185℃的第五區、溫度為185℃的第六區、溫度為185℃的第七區與溫度為185℃的第八區,在27m/min的收線速度下進行擠出成型來連接熱電偶補償導線與步驟(4)所得皺紋鋁護套,得到熱塑性聚乙烯外護套、熱塑性聚乙烯連接筋與測溫單元。
166.實施例4
167.本實施例提供了一種伴熱電纜,所述伴熱電纜包括橫截面積為35mm2的實心導體,所述實心導體外周依次層疊包裹有半導電尼龍帶層、厚度為2.5mm的硅橡膠絕緣層、皺紋鋁護套與厚度為1.8mm的熱塑性聚乙烯外護套;
168.所述半導電層的厚度為0.3mm,搭蓋率為6%;
169.所述皺紋鋁護套的軋紋深度為2.2mm,軋紋間距為14mm,所述皺紋鋁護套表面設置有厚度為0.014mm的石墨烯鍍層;
170.所述熱塑性聚乙烯外護套通過寬度為8mm與厚度為0.8mm的熱塑性聚乙烯連接筋外接測溫單元,所述測溫單元包括截面為圓角矩形的熱電偶補償導線與厚度為0.2mm的外熱塑性聚乙烯層。
171.所述伴熱電纜的制備方法包括以下步驟:
172.(1)以質量百分數為100wt%計,加入99.31wt%的鋁、0.513wt%的鐵、0.055wt%的硅與0.122wt%的稀土金屬為原料進行連鑄連軋得到外徑為14.5mm的鋁合金桿,由機頭溫度為470℃的擠鋁機進行擠壓成型,以17℃/min的升溫速率升溫至390℃并保溫4.5h,自然冷卻至室溫,得到實心導體;
173.(2)步驟(1)所得實心導體上覆蓋半導電尼龍帶,得到半導電尼龍帶層;
174.(3)步驟(2)所得半導電尼龍帶層上擠出硅橡膠,采用熱風烘道硫化工藝,硅橡膠依次通過溫度為260℃的第一烘道、溫度為295℃的第二烘道、溫度為270℃第三烘道與溫度為180℃的第四烘道,出線速度為12m/min,得到硅橡膠絕緣層;
175.(4)通過化學氣相沉積在鋁帶表面沉積石墨烯鍍層,未被石墨烯鍍層覆蓋的鋁帶一側表面朝向硅橡膠絕緣層,在步驟(3)所得硅橡膠絕緣層表面通過氬弧焊焊接鋁帶后軋制,得到皺紋鋁護套;
176.(5)熱塑性聚乙烯依次通過擠塑機內溫度為174℃的第一區、溫度為175℃的第二區、溫度為175℃的第三區、溫度為182℃的第四區、溫度為181℃的第五區、溫度為180℃的第六區、溫度為185℃的第七區與溫度為180℃的第八區,在30m/min的收線速度下進行擠出成型來連接熱電偶補償導線與步驟(4)所得皺紋鋁護套,得到熱塑性聚乙烯外護套、熱塑性聚乙烯連接筋與測溫單元。
177.實施例5
178.本實施例提供了一種伴熱電纜,所述伴熱電纜包括橫截面積為60mm2的實心導體,所述實心導體外周依次層疊包裹有半導電尼龍帶層、厚度為3.0mm的硅橡膠絕緣層、皺紋鋁護套與厚度為1.8mm的熱塑性聚乙烯外護套;
179.所述半導電層的厚度為0.4mm,搭蓋率為9%;
180.所述皺紋鋁護套的軋紋深度為2.5mm,軋紋間距為20mm,所述皺紋鋁護套表面設置有厚度為0.016mm的石墨烯鍍層;
181.所述熱塑性聚乙烯外護套通過寬度為6mm與厚度為1.2mm的熱塑性聚乙烯連接筋外接測溫單元,所述測溫單元包括截面為圓角矩形的熱電偶補償導線與厚度為0.4mm的外熱塑性聚乙烯層。
182.所述伴熱電纜的制備方法包括以下步驟:
183.(1)以質量百分數為100wt%計,加入99.26wt%的鋁、0.542wt%的鐵、0.06wt%的硅與0.138wt%的稀土金屬為原料進行連鑄連軋得到外徑為15mm的鋁合金桿,由機頭溫度為430℃的擠鋁機進行擠壓成型,以10℃/min的升溫速率升溫至395℃并保溫4h,自然冷卻至室溫,得到實心導體;
184.(2)步驟(1)所得實心導體上覆蓋半導電尼龍帶,得到半導電尼龍帶層;
185.(3)步驟(2)所得半導電層上擠出硅橡膠,采用熱風烘道硫化工藝,硅橡膠依次通過溫度為275℃的第一烘道、溫度為310℃的第二烘道、溫度為210℃第三烘道與溫度為190℃的第四烘道,出線速度為13m/min,得到硅橡膠絕緣層;
186.(4)通過化學氣相沉積在鋁帶表面沉積石墨烯鍍層,未被石墨烯鍍層覆蓋的鋁帶一側表面朝向硅橡膠絕緣層,在步驟(3)所得硅橡膠絕緣層表面通過氬弧焊焊接鋁帶后軋制,得到皺紋鋁護套;
187.(5)熱塑性聚乙烯依次通過擠塑機內溫度為175℃的第一區、溫度為175℃的第二
區、溫度為175℃的第三區、溫度為185℃的第四區、溫度為185℃的第五區、溫度為180℃的第六區、溫度為184℃的第七區與溫度為185℃的第八區,在32m/min的收線速度下進行擠出成型來連接熱電偶補償導線與步驟(4)所得皺紋鋁護套,得到熱塑性聚乙烯外護套、熱塑性聚乙烯連接筋與測溫單元。
188.實施例6
189.本實施例提供了一種伴熱電纜,除伴熱電纜的制備方法的步驟(1)中以98.45wt%的鋁、1.19wt%的鐵、0.100wt%的硅與0.260wt%的稀土金屬為原料外,其余均與實施例1相同。
190.實施例7
191.本實施例提供了一種伴熱電纜,除伴熱電纜的制備方法的步驟(1)中以99.58wt%的鋁、0.400wt%的鐵、0.01wt%的硅與0.01wt%的稀土金屬為原料外,其余均與實施例1相同。
192.實施例8
193.本實施例提供了一種伴熱電纜,除伴熱電纜的制備方法的步驟(1)中在370℃下保溫2.5h外,其余均與實施例1相同。
194.實施例9
195.本實施例提供了一種伴熱電纜,除伴熱電纜的制備方法的步驟(1)中在430℃下保溫2.5h外,其余均與實施例1相同。
196.實施例10
197.本實施例提供了一種伴熱電纜,除將硅橡膠絕緣層替換為聚丙烯絕緣層外,其余均與實施例1相同。
198.實施例11
199.本實施例提供了一種伴熱電纜,除伴熱電纜的制備方法的步驟(4)中省略軋制外,其余均與實施例1相同。
200.實施例12
201.本對比例提供了一種伴熱電纜,除伴熱電纜的制備方法的步驟(4)中未在鋁帶表面沉積石墨烯鍍層外,其余均與實施例1相同。
202.對實施例1-12得到的伴熱電纜進行測試,測試方法如下:
203.(1)將導體按照gb/t4909.3制備抗拉強度試驗和斷裂伸長率試驗的標準試樣;
204.(2)將導體按照gb/t30552制備抗壓蠕變試驗的標準試樣;
205.(3)將伴熱電纜按照gb/t12706.2制備彎曲試驗的標準試樣,其中試驗圓柱體的直徑為8d,d為電纜外徑;
206.(4)對試樣按照gb/t10295-88采用導熱率測定儀測定試樣材料的導熱率;
207.測試前,將試樣置于溫度為23
±
2℃、相對濕度為50%的環境下48h,然后分別將各試樣進行力學和導熱測試。
208.所得結果如表1所示。
209.表1
210.[0211][0212]
由表1的數據可得:
[0213]
(1)實施例1-5中伴熱電纜的導體具有較高的斷裂伸長率,導體柔韌性好,伴熱電纜具有較強的力學性能、彎曲性能,伴熱電纜還具有較強的導熱率;伴熱電纜結構設計合理,具有縱向阻水、徑向防水、抗海水壓力、彎曲性能好、輕便的特點;本發明所述外護套外接測溫單元,在加熱輸油管道的同時,測溫單元還能監測輸油管周圍的溫度,控制室根據溫度與原油的流動情況,確定通過導體最合適的電流。
[0214]
(2)通過實施例1與實施例6-7的對比可知,導體原料中的鋁含量會影響伴熱電纜的性能,當導體原料中的鋁含量過低時,會導致退火后導體的抗拉強度、斷裂伸長率不符合要求,影響導體的柔韌性,當導體原料中的鋁含量過高時,會導致導體抗蠕變性能下降。(3)通過實施例1與實施例8-9的對比可知,步驟(1)中的保溫溫度會影響伴熱電纜的性能,保溫溫度偏低時,會導致退火不充分,退火后導體的抗拉強度、斷裂伸長率不符合要求,影響導體的柔韌性,當保溫溫度偏高時,會導致能源的浪費,基于金屬材料的本身性能,達到一定的退火溫度、退火時間后,導體的機械性能不再隨溫度升高而變化。
[0215]
(4)通過實施例1與實施例10的對比可知,硅橡膠的使用有利于提升伴熱電纜的性能,本發明所述絕緣層采用耐高溫的硅橡膠,這可以保證導體最高運行溫度達到180℃,導體通電流而發熱以實現輸油管道加熱,同時不影響伴熱電纜的使用壽命;同時,硅橡膠具有較好的彈性,在伴熱電纜發生彎曲時不易破損,能夠增強伴熱電纜的彎曲性能。
[0216]
(5)通過實施例1與實施例11的對比可知,皺紋形式的金屬護套有利于提升伴熱電纜的性能,本發明所述皺紋形式的金屬護套的彎曲性能好,能進行大長度生產且現場敷設時放線方便,若金屬帶不進行軋制,會大大降低伴熱電纜的彎曲性能。
[0217]
(6)通過實施例1與實施例12的對比可知,金屬帶表面的石墨烯鍍層會影響伴熱電纜的性能,本發明所述石墨烯具有良好的導熱性能,能增強伴熱電纜的導熱率,能快速把金屬套內的熱量導出,起到加熱輸油管道的作用。
[0218]
綜上所述,本發明所述伴熱電纜的結構設計合理,具有縱向阻水、徑向防水、抗海水壓力、彎曲性能好、輕便等特點;外護套外接測溫單元,在加熱輸油管道的同時,測溫單元還能監測輸油管周圍的溫度,控制室根據溫度與原油的流動情況,確定通過導體最合適的電流;導體采用實心稀土高鐵鋁合金導體,導體重量輕,且具有防腐蝕性能,導體經過退火,
具有較高的韌性,這使得電纜在安裝時易彎曲、易壓接,適應海上敷設環境;絕緣層采用耐高溫的硅橡膠,這可以保證導體最高運行溫度達到180℃,導體通電流而發熱以實現輸油管道加熱,同時不影響伴熱電纜的使用壽命;金屬護套層采用石墨烯鍍層皺紋鋁護套,石墨烯具有良好的導熱性能,能快速把金屬套內的熱量導出,起到加熱輸油管道的作用;皺紋形式的鋁護套彎曲性能好,能進行大長度生產且現場敷設時放線方便;氬弧焊焊接工藝使得皺紋鋁護套具有良好的氣密性,起到徑向防水作用,還能抵抗海水壓力。
[0219]
申請人聲明,以上所述僅為本發明的具體實施方式,但本發明的保護范圍并不局限于此,所屬技術領域的技術人員應該明了,任何屬于本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內,可輕易想到的變化或替換,均落在本發明的保護范圍和公開范圍之內。
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