一种低压气密电缆及其制作方法与其在深海油气船舶及海装中的应用与流程

1.本发明涉及一种低压气密电缆及其制作方法与其在深海油气船舶及海装中的应用，属于电缆技术领域。


背景技术：

2.石油是推动经济发展的血液，全球每天的石油消耗量高达8000万桶。近10年来，新发现的油气田中有60％的油气田位于海上，预计未来全球油气储量的40％都将集中于深海区域。fpso(floating production storage and offloading)是集生产、储油、卸油为一体的海上浮式生产储卸油装置，该装置涉及石油加工，非安全区域内存在有害气体，如使用常规电缆，虽然其缆芯间被填充，但仍存在微小的空隙，气体仍可在缆芯中沿电缆轴向自由窜动，从而使海上浮式生产储卸油装置中非安全区域内的有害气体通过电缆缆芯间隙传播至安全区域，影响人员安全。另外，由于该装置生产油品种类多，虽然常规耐油电缆采用辐照交联以达到耐油要求，但辐照交联的交联度波动大，生产的产品耐油性能稳定性差。因此，常规电缆长期工作在该装置的油污环境中，护套会被缓慢腐蚀，降低电缆寿命。
3.因此，提供一种新型的低压气密电缆及其制作方法与其在深海油气船舶及海装中的应用已经成为本领域亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种低压气密电缆。
5.本发明的另一个目的还在于提供以上所述低压气密电缆的制作方法。
6.本发明的又一个目的还在于提供以上所述低压气密电缆在深海油气船舶及海装中的应用。
7.为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种低压气密电缆，其中，所述低压气密电缆包括：
8.缆芯、内衬层、屏蔽层及外护套，所述内衬层包覆于所述缆芯外，所述屏蔽层包覆于所述内衬层外，所述外护套包覆于所述屏蔽层外；
9.其中，所述缆芯包括中心绝缘线芯及多根外层绝缘线芯，所述中心绝缘线芯外设置有异形内填充，所述异形内填充的外缘设置有多个凹槽，多根所述外层绝缘线芯对应设置于多个所述凹槽内，且外层绝缘线芯的外表面紧贴凹槽内壁；
10.任意相邻两根外层绝缘线芯之间所形成的空隙内设置有异形外填充，且所述异形外填充的截面形状与所述空隙的形状相同。
11.本发明中，所述异形内填充的外缘设置的凹槽的数量与所述外层绝缘线芯的数量相同，并且所述凹槽的直径尺寸与所述外层绝缘线芯的横截面直径尺寸相同。
12.作为本发明以上所述低压气密电缆的一具体实施方式，其中，所述中心绝缘线芯及多根外层绝缘线芯分别包括线芯导体及绕包于所述线芯导体外表面的绝缘层。
13.作为本发明以上所述低压气密电缆的一具体实施方式，其中，所述绝缘层的材质为epr绝缘料，其原料组成包括：
14.乙丙橡胶90-95重量份；
15.低密度聚乙烯5-10重量份；
16.硅烷偶联剂改性陶土50-60重量份；
17.滑石粉30-50重量份；
18.氧化锌8-10重量份；
19.硬脂酸1-2重量份；
20.pe蜡2-4重量份；
21.石蜡油10-15重量份；
22.防老剂mb1-2重量份；
23.防老剂rd1-2重量份；
24.偶联剂kh5501-2重量份；
25.交联剂tac1-2重量份；
26.硫化剂bibp2-3重量份。
27.本发明中，绝缘层的原料组成中所包含的各组分均为市售常规物质，均可通过商购获得，如所述硅烷偶联剂改性陶土可购自山西鑫晶泰科技有限公司。
28.作为本发明以上所述低压气密电缆的一具体实施方式，其中，所述屏蔽层采用镀镍pbo材料编织而成。
29.其中，所述镀镍pbo材料为市售常规物质，可通过商购获得。
30.作为本发明以上所述低压气密电缆的一具体实施方式，其中，所述内衬层的材质为低烟无卤橡胶。
31.作为本发明以上所述低压气密电缆的一具体实施方式，其中，所述低烟无卤橡胶的原料组成包括：
32.65-85重量份的乙烯醋酸乙烯酯eva40lx、20-30重量份的乙烯醋酸乙烯酯eva421、1-2重量份的防老剂rd、10-15重量份的硼酸锌、90-120重量份的氢氧化铝、60-90重量份的氢氧化镁、1-2重量份的硅烷偶联剂a172、1-2重量份的硬脂酸锌、5-10重量份的癸二酸二辛酯(dos)、0.5-1.5重量份的交联剂tac、2-3重量份的硫化剂bibp及2-4重量份的色粉。
33.本发明中，低烟无卤橡胶的原料组成中所包含的各组分均为市售常规物质，均可通过商购获得。
34.作为本发明以上所述低压气密电缆的一具体实施方式，其中，所述外护套由化学交联低烟无卤护套料制成。
35.作为本发明以上所述低压气密电缆的一具体实施方式，其中，所述化学交联低烟无卤护套料由化学交联护套a料和化学交联护套b料按重量比为95:5混合均匀后制得；
36.其中，化学交联护套a料包括：30-40重量份的ldpe、50-65重量份的eva、5-15重量份的poe、1-5重量份的润滑剂pa-1、0.5-1重量份的抗氧剂1010、120-150重量份的氢氧化铝、2-5重量份的乙烯基硅烷及0.2-1重量份的过氧化二异丙苯(dcp，用作硫化剂)；
37.化学交联护套b料包括：80-100重量份的ldpe、10-30重量份的eva、1-5重量份的润滑剂pa-1、0.5-1重量份的抗氧剂1010、120-150重量份的氢氧化铝及1-5重量份的有机锡
c101。
38.本发明中，化学交联低烟无卤护套料中所包含的各组分均为市售常规物质，均可通过商购获得。
39.作为本发明以上所述低压气密电缆的一具体实施方式，其中，所述异形内填充和所述异形外填充的材质均为epr绝缘料，其原料组成包括：
40.乙丙橡胶90-95重量份；
41.低密度聚乙烯5-10重量份；
42.硅烷偶联剂改性陶土50-60重量份；
43.滑石粉30-50重量份；
44.氧化锌8-10重量份；
45.硬脂酸1-2重量份；
46.pe蜡2-4重量份；
47.石蜡油10-15重量份；
48.防老剂mb1-2重量份；
49.防老剂rd1-2重量份；
50.偶联剂kh5501-2重量份；
51.交联剂tac1-2重量份；
52.硫化剂bibp2-3重量份。
53.另一方面，本发明还提供了以上所述低压气密电缆的制作方法，其中，所述制作方法包括：
54.(1)根据所述低压气密电缆的结构设计异形内填充，于所述中心绝缘线芯外挤出所述异形内填充，形成小缆芯；
55.(2)根据所述低压气密电缆中任意相邻两根外层绝缘线芯之间所形成的空隙的形状设计异形外填充，并挤出所述异形外填充；
56.(3)将小缆芯放置于中心，并将外层绝缘线芯排列于异形内填充的外缘所设置的凹槽内，再将异形外填充排列于相邻两根外层绝缘线芯之间所形成的空隙内，最后按此排列绞合成缆，得到缆芯；
57.(4)于所述缆芯外采用连续硫化方式挤出内衬层；
58.(5)于所述内衬层外编织屏蔽层；
59.(6)于所述屏蔽层外挤出外护套，再对所述外护套进行交联化处理后得到所述低压气密电缆。
60.又一方面，本发明还提供了以上所述的低压气密电缆在深海油气船舶及海装中的应用。
61.本发明提供的低压气密电缆的缆芯中采用具有特定形状的异形内填充和异形外填充，使得中心绝缘线芯、异形内填充、外层绝缘线芯及异形外填充之间依次紧贴，从而使所述低压气密电缆具有纵向气密性。在将所述低压气密电缆用于深海油气船舶及海装时，可防止有害气体通过电缆缆芯间隙传播至安全区域。
62.本发明提供的低压气密电缆的外护套采用化学交联双耐油外护套，其具有长期耐irm902矿物油、irm903燃料油性能。在将所述低压气密电缆用于深海油气船舶及海装时，可
阻止油污对电缆的腐蚀。
63.本发明提供的低压气密电缆的屏蔽层采用镀镍pbo材料编织而成，其中镀镍pbo材料的密度不超过2.5g/cm3，不但满足电缆屏蔽性能的要求，还有效地降低了电缆的整体重量。具体而言，本发明采用镀镍pbo材料编织而成的屏蔽层代替金属丝编织得到的铠装结构屏蔽层，可将电缆的整体重量降低10％以上，从而可有效为船舶、平台等减重。
附图说明
64.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
65.图1为本发明实施例1提供的低压气密电缆的结构示意图。
66.图2为本发明实施例2提供的低压气密电缆的制作方法的工艺流程图。
67.图3为本发明实施例1提供的低压气密电缆中所使用的异形内填充及小缆芯的结构示意图。
68.图4为本发明实施例1提供的低压气密电缆中所使用的异形外填充的结构示意图。
69.主要附图标号说明：
70.1、缆芯；
71.11、异形外填充；
72.2、小缆芯；
73.21、异形内填充；
74.3、中心绝缘线芯；
75.31、线芯导体；
76.32、绝缘层；
77.4、内衬层；
78.5、屏蔽层；
79.6、外护套；
80.7、外层绝缘线芯。
具体实施方式
81.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
82.在本发明中，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“中”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
83.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领
域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
84.此外，术语“设置”、“连接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
85.本发明所公开的“范围”以下限和上限的形式给出。可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。给定的范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的。选定的下限和上限限定了特别范围的边界。所有以这种方式进行限定的范围是可组合的，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是可以预料到的。此外，如果列出的最小范围值为1和2，列出的最大范围值为3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。
86.在本发明中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本发明中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。
87.在本发明中，如果没有特别的说明，本发明所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
88.在本发明中，如果没有特别的说明，本发明所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。
89.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
90.实施例1
91.本实施例提供了一种低压气密电缆，其结构示意图如图1所示，从图1中可以看出，所述低压气密电缆包括：
92.缆芯1、内衬层4、屏蔽层5及外护套6，所述内衬层4包覆于所述缆芯1外，所述屏蔽层5包覆于所述内衬层4外，所述外护套6包覆于所述屏蔽层5外；
93.其中，所述缆芯1包括一根中心绝缘线芯3及六根外层绝缘线芯7，所述中心绝缘线芯1外设置(套设)有异形内填充21，所述异形内填充21的外缘设置有六个凹槽/嵌隙，六根所述外层绝缘线芯7对应设置于六个所述凹槽内，且所述凹槽的直径尺寸与所述外层绝缘线芯7的横截面直径尺寸相同，以使外层绝缘线芯7的外表面紧贴凹槽内壁；
94.任意相邻两根外层绝缘线芯7之间所形成的空隙内设置有异形外填充11，且所述异形外填充11的截面形状与所述空隙/嵌隙的形状相同。
95.本实施例中，一根中心绝缘线芯3及六根外层绝缘线芯7分别包括线芯导体31及绕包于所述线芯导体31外表面的绝缘层32；
96.其中，所述线芯导体31为镀锡导体，导体结构为7/0.84，即镀锡导体包含7根单丝，7根单丝正规绞合成导体，每根单丝直径为0.84mm，导体标称外径为2.0mm。
97.本实施例中，所述异形内填充21、所述异形外填充11及绝缘层32的材质均为epr绝缘料，该epr绝缘料的原料组成包括：
98.乙丙橡胶95重量份；
99.低密度聚乙烯5重量份；
100.硅烷偶联剂改性陶土55重量份；
101.滑石粉40重量份；
102.氧化锌10重量份；
103.硬脂酸1.5重量份；
104.pe蜡3重量份；
105.石蜡油12重量份；
106.防老剂mb1重量份；
107.防老剂rd2重量份；
108.偶联剂kh5501重量份；
109.交联剂tac1.5重量份；
110.硫化剂bibp2.5重量份；
111.其中，绝缘层32的标称厚度为1.0mm，绝缘外径，即中心绝缘线芯3及外层绝缘线芯的外径为4.0mm。
112.本实施例中，所述缆芯1的外径为12.7mm。
113.本实施例中，所述内衬层4的材质为低烟无卤橡胶，其原料组成包括：
114.75重量份的乙烯醋酸乙烯酯eva40lx、25重量份的乙烯醋酸乙烯酯eva421、1重量份的防老剂rd、10重量份的硼酸锌、100重量份的氢氧化铝、90重量份的氢氧化镁、1重量份的硅烷偶联剂a172、1.5重量份的硬脂酸锌、8重量份的dos、0.8重量份的交联剂tac、2重量份的硫化剂bibp及2重量份的色粉；
115.其中，所述内衬层4的标称厚度为1.2mm，包覆内衬层4后所得产品的外径为15.1mm。
116.本实施例中，所述屏蔽层5采用镀镍pbo材料编织而成，编织屏蔽层5后所得产品的外径为16.1mm。
117.本实施例中，所述外护套6由化学交联低烟无卤护套料制成，所述化学交联低烟无卤护套料由化学交联护套a料和化学交联护套b料按重量比为95:5混合均匀后制得；
118.其中，化学交联护套a料包括：30重量份的ldpe、55重量份的eva、15重量份的poe、1.5重量份的润滑剂pa-1、0.5重量份的抗氧剂1010、150重量份的氢氧化铝、2重量份的乙烯基硅烷及0.2重量份的dcp；
119.化学交联护套b料包括：85重量份的ldpe、15重量份的eva、1重量份的润滑剂pa-1、0.8重量份的抗氧剂1010、120重量份的氢氧化铝及3重量份的有机锡c101；
120.其中，所述外护套6的标称厚度为1.6mm，所得低压气密电缆的外径为19.3mm。
121.实施例2
122.本实施例提供了实施例1所述的低压气密电缆的制作方法，其工艺流程图大致如图2所示，从图2中可以看出，所述制作方法包括：
123.制作纤芯导体：
124.将7根镀锡导体单丝正规绞合成镀锡导体，其中，每根单丝的直径为0.84mm，所得镀锡导体的标称外径为2.0mm；
125.制作中心绝缘线芯及外层绝缘线芯：
126.采用所述epr绝缘料使用φ65连续硫化生产线于所述纤芯导体，即镀锡导体外挤出绝缘层，形成中心绝缘线芯及外层绝缘线芯；其中，绝缘层的标称厚度为1.0mm，中心绝缘线芯及外层绝缘线芯的外径为4.0mm，φ65连续硫化生产线中使用的连硫管道的压力为1.5mpa，水位为30％；
127.制作异形内填充并形成小缆芯：
128.根据所述低压气密电缆的结构设计异形内填充，如图3所示，其中，圆弧半径r＝2.0mm，厚度t＝0.2mm，高度h＝4.2mm，再采用epr绝缘料并使用挤出机于所述中心绝缘线芯外直接挤出所述异形内填充，形成小缆芯；
129.制作异形外填充：
130.根据所述低压气密电缆中任意相邻两根外层绝缘线芯之间所形成的空隙的形状设计异形外填充，如图4所示，其中，大圆弧半径r2为6.2mm，小圆弧半径r1为2.0mm，l1＝0.36mm，l2＝6.2mm，再采用epr绝缘料并使用挤出机直接挤出所述异形外填充；
131.成缆：
132.将所述小缆芯放置于中心位置，将六根外层绝缘线芯排列于异形内填充的外缘所设置的凹槽/嵌隙内，再将异形外填充排列于相邻两根外层绝缘线芯之间所形成的空隙/嵌隙内，最后按此排列绞合成缆，保证填充的紧密性，得到缆芯，所述缆芯的外径为12.7mm；
133.制作内衬层：
134.采用低烟无卤橡胶材料使用φ90连续硫化生产线于所述缆芯外挤出内衬层，所得内衬层的标称厚度为1.2mm，包覆内衬层后所得产品的外径为15.1mm，φ90连续硫化生产线所使用的连硫管道的压力为1.0mpa，水位为30％。由于内衬层蒸汽硫化是于高温高压(压力为1.0mpa，温度区间为200-220℃)条件下进行的，可使异形内填充和异形外填充接触处紧密融合，填充更加紧密；
135.制作屏蔽层：
136.于所述内衬层外采用镀镍pbo材料(购自大连义邦科技有限公司，镍层厚度为1.0
±
0.05μm)编织屏蔽层，编织密度不小于80％，编织屏蔽层后所得产品的外径为16.1mm；
137.制作外护套：
138.采用化学交联低烟无卤护套料使用90挤出机于所述屏蔽层外挤出外护套，所得外护套的标称厚度为1.6mm，所得低压气密电缆的外径为19.3mm；
139.对外护套进行交联化处理：
140.将挤出外护套后所得产品浸入90℃热水中煮24h，以保证外护套充分交联。采用该种交联方式可使外护套交联度稳定，保证了低压气密电缆耐irm902矿物油、irm903燃料油的稳定性。
141.综上所述，本发明实施例提供的低压气密电缆的缆芯中采用具有特定形状的异形内填充和异形外填充，使得中心绝缘线芯、异形内填充、外层绝缘线芯及异形外填充之间依次紧贴，从而使所述低压气密电缆具有纵向气密性。在将所述低压气密电缆用于深海油气船舶及海装时，可防止有害气体通过电缆缆芯间隙传播至安全区域。
142.本发明实施例提供的低压气密电缆的外护套采用化学交联双耐油外护套，其具有长期耐irm902矿物油、irm903燃料油性能。在将所述低压气密电缆用于深海油气船舶及海装时，可阻止油污对电缆的腐蚀。
143.本发明实施例提供的低压气密电缆的屏蔽层采用镀镍pbo材料编织而成，其中镀镍pbo材料的密度不超过2.5g/cm3，不但满足电缆屏蔽性能的要求，还有效地降低了电缆的整体重量。具体而言，本发明实施例采用镀镍pbo材料编织而成的屏蔽层代替金属丝编织得到的铠装结构屏蔽层，可将电缆的整体重量降低10％以上，从而可有效为船舶、平台等减重。
144.以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。