悬链式交联生产线抖动排查探讨

王国忠， 蔡海荣

（江苏通光强能输电线科技有限公司，海门226100）

0 引 言

国内某电工机械公司提供的一条悬链交联生产线，安装投产已有5 年多，主要生产10，35 kV 的交联聚乙烯（XLPE）绝缘线芯，也生产过10 kV 架空绝缘线。 几年来，设备功能基本正常。 在生产小规格35 kV 绝缘线芯时，曾出现过线芯抖动现象，不过很快得到了解决，也摸索了一些绝缘线芯抖动的处置经验。 但最近一次，整条生产线出现了未曾遇到的抖动情况，网上搜寻资料，又没这方面的介绍。 这是在制造35 kV 绝缘时，发生的整条交联管抖动，但绝缘线芯并不振动的现象。 这种情况，虽然对制品质量没什么影响，但剧烈地抖动对设备及建筑物存在破坏隐患。

1 悬链式交联生产线抖动现象

正常生产了35 kV 300 mm2XLPE 绝缘线芯后，更换规格，进行400 mm2三层共挤生产。 第一天，系统各方面正常。 从第二天起，生产线的交联管（加热段、过渡段和冷却段）就产生抖动现象，抖动持续时间在1 ～30 min 之间不等，每次抖动间隔10 min到10 h 也不等。 也就是说，10 h 不抖动了，又突然间开始抖动；或者刚平息没几分钟，又开始抖动了。 抖动时，整条交联管往复伸缩，有时轻微，有时剧烈。 剧烈时，三楼地面也感到振动，三楼的三台挤出机上的加料斗明显左右晃动。 好在交联管抖动时，绝缘线芯倒无什么偏心，制品质量没多大影响。但如此反复无常地抖动，后果不堪设想。

2 抖动原因查找及解决办法

图1 是这条半悬链生产线交联管路示意图，其中AB段、BC段和CD段分别是加热段、过渡段和冷却段。 加热段、过渡段采用了悬链形式，而冷却段，采用直线形式。 直线部分水平向下倾斜约0.5°。D是交联线的下封口位置。 三台挤塑机位于A处，分别是ϕ65／20 内屏蔽挤出机、ϕ150／25 绝缘挤出机和ϕ90／20 外屏蔽挤出机，挤出机通过三层共挤机头与上密封装置（伸缩管）连接，伸缩管后面便是交联管，由8 段加热、2 段过渡、12 段水冷却构成，全长共132 m。 冷却段是通过两台（一台使用、一台备用）并联立式离心泵（功率为18.5 kW，排放速率为12.5 m3／h，扬程为200 m），从容积为100 m3水池中抽水，从下封闭处将冷水打入冷却段，流入图中的C点位置的水气平衡罐（又叫差压罐）。 差压罐通过翻板液位计控制罐内水位。 当水位高于翻板液位计上限时，气动球阀自动打开，差压罐内的水排回水池。 水位低于翻板液位计下限时，气动球阀关闭。 如此循环，来补充冷水和控制管路内水气平衡。生产过程中，差压罐内，下面是水，上面是氮气和水蒸气混合物。 差压管进水部位设有过滤网，以防止切割电缆皮及交联附属物堵塞回水管。

图1 悬链式交联生产线管路

在2 节过渡段（又称预冷段）的中间连接处，即图中BC段的中间位置，有一路氮气排空装置，由高温阀控制，通过旋涡气泵排放，停车时开启，避免管内异味进入主机房，正常生产时处于关闭状态，抖动因素应该与此装置无关；这个中间连接处，还有一路氮气排出口和一路排污口，在1.0 MPa 压力下，它们的排放速率均为0.4 m3／h。 氮气排出口和排污口在管道此处上下对称。 氮气排出口用高温阀连接在预冷管路的上方，向外定时排放，将混入氮气中的水蒸气排出至室外的地下渗井，以防混合水蒸气上行至加热段，影响交联质量和水气平衡；而排污口则是先通过一段圆柱形容器连接在预冷段管路下方。交联副产物先是停留在圆柱容器内，再通过高温阀定时向外排放，以免堵塞管路。 排气或排污都是以气体形式释放。

通过连续几小时的观察发现，几乎每次抖动，都发生在排气或排污后，差压罐的翻板液位计上升（俗称补水）过程中。 如果排气或排污后，差压罐内不是立即补水，而在向外排水，就不会发生抖动。 反之，即便在排气或排污后，差压罐内即刻补水，又不一定每次都发生抖动。 分析认为，在排气或排污后，氮气压力会立即“减小”。 加热段、预冷段管路的内径为ϕ211 mm，生产的35 kV 400 mm2的绝缘线芯的平均直径为48.4 mm，伸缩管长约1 m，加热段、预冷段每段长为6 m，则管路内氮气体积约为：

排出时间为5 s，在1.0 MPa 压力下，体积减少了约5.56× 10-4m3，在压力不变时，体积减少了约0.275‰。 实际上，管路内的体积是不变的，压强会发生变化，由1.0 MPa 减小到0.999 7 MPa。 然而，正常生产时，氮气的压力波动约为0.1 MPa，所以，这种排气或排污引起的如此微小的压力波动可以忽略，不影响正常工作。 但在特定条件下，这种“减小”在差压管内液面上升，罐内混合气压强增大的叠加作用下，诱发了冷却管内的冷水上行，上行的冷水在惯性作用下，压缩了氮气，使得管内氮气压力加大，氮气压力增大后，又反弹，回推冷水，迫使冷水下行，惯性带动氮气压强“减小”，气体压力的“减小”再诱使冷水上行，如此反复，造成冷却管内冷水不断地来回振荡，带动交联管路不断地伸缩，产生共振。这个过程，快则几分钟，慢则半小时，等水气平衡了，抖动停止。 这也可以解释为什么抖动时间有长有短的问题。 但为什么不是每次排气后补水（液位计上升）时都发生抖动呢？ 原因可能是，因为气压和水压都有波动，不抖动时补水时的压力波动没能进一步压缩氮气。 在以前，生产从未发过这种抖动现象，直至400 mm2这一规格正常生产了1 d 后，才出现这一现象。 只能解释为，随着生产的持续，废料和杂物随着交联管逐渐下行到差压罐位置，积聚到一定时间后，差压罐内过滤网被大面积堵塞，压力平衡作用减弱到了极限所致。 要验证这一说法，只有停机，打开差压罐检查。 面临的难题是，这一规格绝缘线芯生产还需约9 d 时间，如果马上停机检修，生产损失较大，还影响交货期。

为了减少或消除这种抖动现象，便于生产，本工作作了如下调整：将排气、排污的开关延时，由原来的5 s 降至3 s，这样，排出的气体更少，压力变化更小，减少了气压变化对抖动的诱发能量。 这一调整后，抖动频率明显减少，但偶尔仍有抖动。 又将差压罐的排水阀门尽量关小，使得排水时间变长，同样，翻板液位计上升时间也变长，差压罐内的气压变化也减缓了，进一步减少了抖动的诱发概率。 为将抖动概率减少到极限，再将交联管下封口处的排水阀打开一点，少量排水，可减少进水压力的影响。 通过一系列的调整后，交联线几乎没有发生抖动，终于顺利地完成了生产。

3 结束语

在生产任务结束后，作业人员检修了设备，并打开了差压罐，进水处的滤网被绝缘皮等杂物堵塞了，回水严重受阻。 清理后，各种开关调整到正常位置，重新投入生产，这种抖动现象再也没发生过。

交联管发生抖动而又不允许立即停机检修时，在排除抖动，保证连续生产时，改变排气、排污开关延时时间，或者排气、排污的间隔时间，应注意观察绝缘外屏蔽表面的质量，防止绝缘外屏蔽表面受交联副产物的污染严重，影响制品质量；差压罐的排水阀门调节大小时，切忌调节太猛，而影响压力平衡和绝缘线芯的冷却程度；下封口处的排水阀打开时，应注意观察离心泵抽水机的工作状况和水池水位的变化，有些公司的下封口处的排水是直接排出到室外，而不进入循环水池，这样，就应及时调节水池水位，防止水池内的循环水被抽干。

通过本次的抖动排除，在要求作业人员定期清理交联管内交联副产物时，还应定期清理差压罐等其他部件上的杂物。