第25卷第5期 石油化工技术与经济 Technology&Economics in Petrochemicals 2009年l0月 高压交联聚乙烯电缆绝缘基料生产可行性探讨 龚 俊 (中国石化上海石油化工股份有限公司塑料事业部,200540) 摘要: 通过对国内外高压交联聚乙烯电缆绝缘料及其基料的市场分析,分析了高压交联聚乙烯电缆绝 缘料及其基料的市场需求,提出了110 kV交联聚乙烯绝缘料基料的质量要求,并探讨了其在中国石化上海 石油化工股份有限公司2PE装置上生产的可行性,还提出了相应的管理改进措施和设备改造建议。 关键词: 高压交联聚乙烯 电缆绝缘料基料可行性探讨 文献标识码:A 文章编号:1674—1099(2009)05—0025—05 中图分类号:TM247 电力电缆的用途是输送或分配大功率电能, 通过分析高压交联聚乙烯电缆绝缘料及基料的质 量要求,就上海石化2PE装置开发、生产1i0 kV 电力电缆用可交联聚乙烯超净绝缘料基料的可行 性作初步探讨。 1生产情况和质量要求 1.1国内外的生产厂商情况 被喻为国民经济的“血管”。按照耐压等级,电力 电缆可分为3种:低压电缆(0~6 kV)、中压电缆 (7~35 kV)、高压电缆(35 kV以上)。电力电缆 的绝缘料包括聚氯乙烯(PVC)、低密度聚乙烯 (LDPE)和交联聚乙烯(XLPE)。其中,PVC电缆 在发生火灾时会燃烧产生有毒气体和大量黑烟, 故其应用受到;LDPE电缆燃烧会分解成水 和二氧化碳,对环境友好,是电缆绝缘料的理想材 我国高压电力电缆行业已拥有交联电力电缆 的制造厂商390家,但与电力电缆相配套的国产 交联聚乙烯绝缘料的最高耐压等级仅达到35 kV,1 10 kV及以上高压等级的交联聚乙烯绝缘料 长期被进口产品占据,主要由BOREALIS和DOW 料,但由于LDPE的热变形温度低(40~50 cC), 熔融温度范围为102~l12℃,从而使其应用受到 一定的 I2 ;而交联聚乙烯因其三维网状结 构,除保持了普通LDPE的低介电常数和高介电 强度的性能外,还具有了更高的耐热性、耐环境应 力开裂性和抗蠕变性等特性,因而是目前用作高 压电缆绝缘料的首选材料 J。 “十一五”期间,合理解决国家电力资源不平 衡问题和总体降低电缆运行成本已成为电力行业 的主题之一。随着电网基础建设、城网建设、电气 化铁路、城市地铁与轻轨地铁建设的快速发展和 大型电站、变电站的建设及改造,我国高压交联电 两家供应商提供,牌号为:LE4201S、HFDE一 4201EC、HFDG一4201NT等。高压交联聚乙烯绝 缘料的生产长期以来一直是我国绝缘材料制造企 业的一个瓶颈,滞后于高压电力电缆生产,主要原 因是国内缺乏高净化和稳定的交联聚乙烯绝缘基 料,目前世界上只有Borealis、Dow和Exxion等少 数几家企业能够提供这种基料,国内上海石化、燕 山石化、齐鲁石化和扬巴公司只能提供35 kV等 级以下的LDPE交联电力电缆基料。 1.2 电缆绝缘料的标准和质量要求 力电缆的使用量将急剧增加,高压交联聚乙烯绝 缘料市场同步增长,其中使用量最大的是110 kV 高压交联聚乙烯电缆绝缘料,高压电缆绝缘料及 基料市场需求巨大。 中国石化上海石油化工股份有限公司(以下 国外高压交联聚乙烯电缆绝缘料的生产已经 有几十年历史,国内因为对这种绝缘料的净化处 理达不到要求而无法生产。国内外高压交联聚乙 简称上海石化)有3套由日本三菱油化引进的高 收稿日期:2009・08—03。 压聚乙烯生产装置(其中,2套属于1PE装置,1 套属于2PE装置),2PE装置曾经开发中压(35 kV以下)交联聚乙烯电缆绝缘料基料。因此,拟 作者简介:龚俊,男,1963年出生,工程师,1998年毕业于华 东理工大学化工工艺及过程专业,长期从事聚烯烃树脂的生 产技术管理工作。 石油化工技术与经济 Technology&Economics in Petrochemicals 第25卷第5期 2009年l0月 烯绝缘料标准中对其性能指标要求见表1 E4],抗 张强度和断裂伸长率测试时的拉伸速率为250± 50 mm/min。从表1可见,与国外高压交联电缆 绝缘料相比,目前国内的产品主要在电性能、杂质 水平、杂质种类方面有较大的差距。 对照国内外高压交联聚乙烯绝缘料的性能指 标,并根据有关电缆研究所和生产骨干企业的经 验,本文提出了110 kV高压交联聚乙烯电缆绝缘 料的质量要求供参考,见表2。 表1国内外高压交联聚乙烯绝缘料的性能指标 项 目 国外 国内 密度(23 ̄C)/(g・Clll ) 0.922±0.002 0.922±0.0o2 老化前抗张强度/MPa ≥17 ≥17 老化前断裂伸长率,% >420 1>I500 热延伸试验(200℃,0.2 MPa) 负荷伸长率,% ≤8O ≤100 永久变形率,% ≤5 ≤10 凝胶质量分数,% ≥80 ≥82 介电常数 ≤2.30 ≤2.35 介质损耗角正切 ≤5×10一 ≤5×10一 介电强度/(kV・m//1 ) ≥35 >/22 体积电阻率(23℃)/(Q・cm) ≥1.0×10 ≥1.0×10 杂质最大尺寸 ≤0.05 ≤0.10 (1kg的样品中)/mm 表2 110 kV高压交联聚乙烯电缆绝缘料的质量要求 项 目 性能指标 原料密度(23 )/(g・cm。) 原料熔融指数(190%/2.16 kg)/(g・rain ) ~ ~m ≥ 老化前抗张强度/MPa 老化前断裂伸长率,% 热延伸试验(200℃,0.2 MPa) 负荷伸长率,% 永久变形率,% 凝胶质量分数,% 介电常数 介质损耗角正切 介电强度/(kV・mm ) 体积电阻率(23℃)/(n・C/It) 杂质最大尺寸(1 kg的样品中)/mm 1.3 电缆绝缘基料的质量要求 根据表2中的110 kV高压交联聚乙烯电缆 绝缘料的质量要求和表1中的国外高压交联聚乙 烯绝缘料的性能指标,可推出表3所列出的 110 kV压交联聚乙烯电缆绝缘基料的质量要求, 对照表4给出的上海石化2PE装置自行开发和 生产的35 kV交联聚乙烯电缆绝缘料基料 (DJ210)的质量指标,可以看出,DJ210的电性能 指标能够满足1 10 kV交联聚乙烯电缆绝缘料基 料的质量要求,而有关杂质指标,在现有的DJ2l0 生产指标中没有具体要求,需进一步讨论确定。 表3 110 kV高压交联聚乙烯电缆绝缘基料的质量要求 项 目 性能指标 原料密度(23℃)/(g・cm。) 原料熔融指数(190 ̄C/2.16 kg)/(g・min 老化前抗张强度/MPa 老化前断裂伸长率,% Ⅸ儿一 一 一介电常数 介质损耗角正切 密熔介介 度融电质 介电强度/(kV・mm ) 指常损 体积电阻率(23℃)/(n・cm)℃ 数数角 耗 杂质最大尺寸(1 kg的样品中)/mm ℃ ∞ 正 . 切 表4 35 kV高压交联聚乙烯电缆绝缘基料(DJ21 一胁 ,'M 0)的质量要求 ) 项 目 / ( 性能指标 g .眦 n 一 22 荟}∞ n n O 1 ≤ C m 划 ^{ 4×≤ ~可行性分析 ~上海石化2PE装置生产的35 kV可交联聚乙 ≥ 一一。 o邬 烯电缆基料(DJ210)在国内市场有较高的占有 率,质量稳定,尤其因其熔融指数稳定、电性能指 标好,而常被交联电缆厂作为60 kV的交联基料 使用。 由此可见,该装置的工艺和设备是符合生产 可交联电缆基料的。然而,由于该装置现有生 产条件的局限,有时在基料中出现黑粒子和杂 质等现象,严重影响了产品向高等级可交联电 缆基料的发展,需要对设备进行适当的改造,杜 绝黑粒子和杂质的产生以满足生产1 10 kV基料 的条件,杜绝黑粒子和杂质的产生。从该装置 历年生产情况进行比较,可交联电缆基料的生 产成本大大低于其他品种,单位利润是所有品 种中最高的,所以,生产110 kV从成本和利润方 面看是可行的。 一第5期(2009) 龚俊.高压交联聚乙烯电缆绝缘基料生产可行性探讨 2.1 35 kV可交联聚乙烯绝缘料的基料(DJ210) 生产情况 2.1.1 生产流程 流程,由图1可见,乙烯经两段压缩后,与过氧化 物(PO)引发剂等一起进入反应器,反应器出来的 聚合物熔体再通过高压和低压分离系统后送到挤 图1为35 kV可交联聚乙烯绝缘基料的生产 出机造粒,最后进行包装。 图1 35 kV可交联聚乙烯绝缘基料生产流程 2.1.2生产过程分析 留积聚物;模头过滤网未清洗干净造成杂质混入; 由图1可知,从乙烯到熔融态聚乙烯都是在 振动筛的窗口盖板每班次要几次打开操作,使盖 连续性封闭式管道和容器中,不与外界接触,没有 板无法保证运转中始终密封,造成杂质混入;输送 污染,只要按标准控制好乙烯、丙烯、引发剂空气、 管线、三通阀和产品贮槽中有生产其他牌号时残 引发剂(PO)、载体(IP溶剂)及压缩机内部油的 留的粉尘;由于输送风用的是空气,未经严格过 质量即可。但从造粒机到包装的工艺流程中,聚 滤,灰尘进入系统,有些甚至结成垢;国产输送风 乙烯树脂与外界不完全隔绝,易受到污染而影响 机由于结构缺陷使油可能随输送风进入系统污染 其洁净度,造成介电常数和介质损耗指标的降低, 粒子;产品贮槽内部没有清洗设备,两个月一次的 这是目前2PE装置生产110 kV高压交联聚乙烯 水洗无法将黏在壁上的杂质洗清等。 电缆绝缘基料的瓶颈。 综合上述分析可以看出,污染产生的原因有: 2.1.3 污染树脂问题的分析 ①由于生产其他牌号,使系统中有添加剂残留物; 聚乙烯产品从低压分离器一包装过程中,有 ②长周期运转后无法清洗所造成的污染;③原有 如下两类因素造成污染。 设备无法满足生产洁净电缆基料的要求;④输送 (1)产生黑粒子和焦黄粒子的原因 风的不洁净无法满足洁净电缆基料的要求。因 挡板阀动作时,将外面的被氧化树脂带进系 此,通过对2PE装置改造,并合理地安排生产牌 统;V一208靠近LV一214出口处,由于停车氮封 号,该装置是可以满足生产1 10 kV电缆基料要求 不好和运转中瞬时的负压吸入空气使残留IP溶 的。 剂氧化结焦;模头过滤网切换时,将外面的被氧化 2.1.4管理措施 树脂带进系统;造粒机到包装的一系列设备中存 对产生黑粒子、焦黄粒子和杂质产生的因 在死角,使表层污染的粒子或有添加剂的其他品 素,在生产管理中必须采取措施进行防止,如: 种的粒子混入正品中;系统中油类物分离不清或 及时清除挡板阀处的氧化树脂;模头过滤网切 未及时排清;系统中某一单元出故障使水汽进人 换时,清除旁边的氧化树脂,并对待用过滤网进 系统等。 行氮气吹净,杜绝焦黄粒子和杂质带人树脂;加 (2)产生杂质的原因 强各分离系统排料的检查,确保各系统及时排 切粒水系统存在生产其他牌号时的添加剂残 清;加强巡检和状态检测,确保设备运行正常, 石油化工技术与经济 Technology&Economics in Petrochemicals 第25卷第5期 2009年10月 杜绝因故障使水汽进入系统;定期对挤出风送 系统进行清洗和吹扫,避免杂质和污染粒子的 残留而混入。 时的8项改造外,还需增加以下几项改造内容: (1)至少增加1台B501风机,供生产高等级 电缆基料时专用; (2)增加4只100 t的不锈钢产品专用贮槽, 2.2设备改造 根据2PE装置两种不同的生产方式,一为全 每只贮槽均配有抽气和除尘系统; (3)增加2台风机将新增专用贮槽中的料输 送到槽车装料站或包装机; 年生产不同等级的电缆基料,二为与轻膜料Q281 等品种切换生产,该装置若要生产1 lO kV电缆基 料,则所需改造的设备是不同的。 2.2.1 全年生产不同等级的电缆基料 停车进行全系统清洗后生产电缆基料,按生 产实际状况对树脂洁净度的保障程度,采取由低 等级向高等级再向低等级,遇异常时进行切换贮 槽分产品等级,最后停车处理的循环方式进行生 产。此生产方式排除了其他生产品种的添加剂污 染,需改造的项目相对较少。 具体改造的项目有: (1)增加V208氮气自动控制系统,杜绝挡板 阀和V208氧化或结焦的可能; (2)PCW板式冷却器的冷却水由动力提供的 循环冷却水(CW)改成纯水(DW)循环使用,并增 加冷冻机组对DW进行制冷,杜绝CW可能窜人 PCW造成污染,还可避免粒子结团; (3)振动筛、离心干燥器与称量机外和包装 机外分别建一个密闭室,正压通风,避免灰尘污染 粒子; (4)解决国产风机向内漏油的问题,杜绝输 送风夹带油污; (5)解决输送风不洁净的问题:风机房进行 改造,即百叶窗通风口加装过滤网,风机吸入过滤 网由现在的定型棉改成较高等级的过滤器,风机 冷却器后加水分离器等; (6)V503 A~F过滤板结构改造,消除过滤 板中存在的死角; (7)更新在线MI仪和缩短MI仪采样时间, 提高在线检测的及时性和准确性; (8)增加4只50 t不锈钢专用槽,组成槽车 装料站,确保110 kV交联电缆基料在包装和运输 中少受污染。 2.2.2与轻膜料交叉生产 该生产方式除了需要上述常年生产电缆基料 (4)增加现有产品贮槽的水清洗设备; (5)每次生产电缆基料前必须先停车,对造 粒到包装的设备进行清洗后再开车生产电缆基 料,并由低级向高级过渡。 2.3生产方式的选择 与轻膜料等其他含添加剂的品种切换生产, 不可避免地有其他品种的粒子混入电缆基料,或 有添加剂残留影响电缆基料的质量。同时对生产 管理带来了很大的难度,也大大增加了生产运行 成本。全年生产不同等级的电缆基料,是连续生 产一个品种的生产方式,这种方式不但能保证产 品的质量,而且不用切换生产而增加成本。国内 电缆料的需求大于2PE装置的生产能力,也为全 年生产电缆基料提供了可能。所以,全年生产电 缆基料的方式是合理、可取的。 3结束语 110 kV高压交联聚乙烯电缆绝缘料及其基 料的需求日益增加,市场前景看好;开发110 kV 高压交联聚乙烯电缆绝缘基料是一个填补国内空 白的重大课题,其关键是要控制产品中的杂质含 量。在上海石化2PE装置上通过改造和采取一 定的管理措施,开发并生产这种1 10 kV交联电缆 绝缘的基料是可行的。 参考文献 1洪定一.塑料工业手册聚烯烃(第一版)[M].北京:化学工 业出版社,1999:387. 2张建耀.交联电缆用LDPE树脂性能及其应用[J].现代塑料 加工应用,2005,17(6):8—11. 3应启良,魏东,高小庆,等.我国高压及超高压交联聚乙烯绝 缘电力电缆的应用与发展[J].电线电缆,2001(3):3—8. 4高然生,宋鸿文.110 kV级交联聚乙烯电缆绝缘料的国产化[J]. 电线电缆,2004(3):34—35. 第5期(2009) 龚俊.高压交联聚乙烯电缆绝缘基料生产可行性探讨 Discussion on the Feasibility of Producing Insulating Material Base for High Voltage Cross Linking PE Cable Gong Jun (Plastics Division,SINOPEC Shanghai Petrochemical Co.,Ltd.200540) ABSTRACT Based on market analysis of insulating material and its base for high voltage CROSS linking PE cable at home and abroad,this paper analyzed its market demand,put forward the quality demand for 1 10kV cross linking PE insulating base,discussed the feasibility of production in 2PE plant of SINOPEC Shanghai Petrochemical Company Limited,and raised some proposals on management improvement and equipment reformation. Key words:high voltage cross linking PE,cable insulating material base,feasibility,discussion IFP开发C 芳烃异构化用新型EU一1催化材料 法国IFP公司公布了C。芳烃(如乙苯)异构 IFP开发的沸石合成方法直接在载体上沉积 化用新型EU一1沸石基多孔复合材料的制备方 沸石晶体,不再使用黏合剂。其催化剂制备过程 法(JP2009062270,公开日2009年3月26 13),其 为:用含氮化合物水溶液浸渍含硅铝氧化物的固 特点是不使用黏合剂,工艺简单。 体,在120~220 oC下水热处理,将得到的固体干 目前工业上EU一1型异构化沸石催化剂的 燥、焙烧,得到多孔复合材料,在其无定形芯上分散 制备方法为在含水介质中将硅铝化合物、结构剂 EU一1沸石晶体。该催化剂可用于c 芳烃异构化 和含氮有机化合物进行混合,在一定温度和压力 反应。乙苯异构化反应条件为:温度340~430 oC, 下生成沸石晶体,然后焙烧除去结构剂,再经离子 氢气分压0.7~1.2 MPa,进料空速2~6 h~。将该 交换得到酸性EU一1沸石。该法得到的EU一1 催化剂反应结果与采用沸石EU一1晶体但芯不 沸石为粉末,需要用黏合剂成型,其中沸石粉末与 是无定形的多孔复合材料催化剂相比,二甲苯产 基体的均匀化过程比较复杂。 率提高20%~40%。 (杨学萍) Dow与Algenol合作新建CO 制乙醇试验厂 德国Dow化学公司与美国Algenol Biofuels 研究人员目前正致力于进一步提高海藻转化 公司合作,采用Algenol公司的生物技术,新建 率,下一步将着重降低生物反应器的成本,进而对 CO 制乙醇试验厂。这座投资5 000万美元的生 反应工艺进行优化。研究人员将通过对不同来源 物炼厂计划建于Dow位于美国德克萨斯州的 CO 的测试,确定适宜的反应条件;此外,还将对 Freeport基地,该基地同时将为新厂提供CO,、研 净化处理条件以及乙醇下游加工工艺进行测试和 发和服务支持。 筛选。 该项目采用海藻为原料,装置包括3 100个 Algenol公司的此项技术,仅使用CO:、海藻、 生物反应器,乙醇总生产能力将达378 t/a。项目 盐水以及阳光为原料,但与以玉米为原料的生物 建成后,CO 消耗量将达2 t/d,远远超出美国能 制乙醇工艺相比,乙醇收率可提升15倍,因此,公 源部所规定的1 t/d的标准。 司对该工艺的前景充满乐观。 (袁明)