Файл: Месенжник Я.З. Кабели для нефтегазовой промышленности.pdf

изоляции из ориентированного пленочного фторлона-4 и ка­ ландрированной пленки фторлона-4Д, видимо, наилучшим является способ запечки ее в газовой, в частности воздуш­ ной, среде. Он обеспечивает отсутствие в изоляции загряз­ нений в связи с технологией запечки изоляции в средах расплавленных металлов или солей.

Основным рабочим узлом установки (рис. 16), разрабо­ танной в ТашНИКИ, является жаропрочная стальная труба

Рис. 16. Схема установки для термообработки изоляции из ленточного фторлона-4(-4Д):

1 - отдающее устройство; 2 —изолированная жила;

3 —труба с контактным нагревом; 4—охлаждающее устрой­ ство; 5 — приемное устройство.

длиной 4 м и диаметром 40 мм (камера нагрева), по кото­ рой пропускается вторичный ток трансформатора (контакт­ ный нагрев). По трубе аварийного охлаждения в камеру нагрева при аварийных остановках подается сжатый воздух для предотвращения сгорания изоляции, находящейся в ка­ мере части жилы. Контактный нагрев позволяет быстрый подъем температуры, но не обеспечивает постоянства тем­ пературы трубы по длине вследствие более интенсивного охлаждения ее концов.

В опытах 1966 — 1967 гг. температура, фиксируемая тер­ мопарой в средней части трубы, составляла 400 ± 10"С,

160

Лигіейнай скорость термообработки не превышала 5 мІмиН. Качество спекания лент по длине жилы было неравномер­ ным. Количество дефектов — в большинстве случаев по­ вреждения изоляции до токопроводящей жилы, существен­ но снижающие сопротивления изоляции, — на строительную

Рис. і7. Распределение температуры по длине трубы установки (а) и зависимбйТь скорости термообработки от температуры (б).

При таком режиме была произведена термообработка изоля­ ции 4 строительных длин (по 7 800—8 000 м) жилы геофизичес­ ких кабелей. Время термообработки одной строительной дли-

11-3612

из ленточного Ф-4 (Ф-4Д) жил геофизических кабелей производится при других температурах, то необходимая ско­ рость протягивания жилы определяется кривой на рис. 17, б.

Наряду с уменьшением абсолютного числа дефектов

установки, большие колебания температуры около заданного значения и т. д.), так как в случае отсутствия дефектов на полную толщину изоляции рѵиз после починки на два порядка выше, чем у жил, имевших починки на полную толщину изоляции.

Одним из путей ликвидации возможности прогаров изо­ ляции в нагревательной трубе при аварийном и нормальном

ной длины до 40 час. и более. За такой большой промежу­ ток времени возможна остановка установки по различным причинам: аварийное отключение электроэнергии, поломка механической части электрического оборудования и т. д., что может привести в полную негодность строительную длину жилы. Дальнейшей модернизацией установки преду­ сматривается увеличение технологической скорости и повы­ шение качества запечки, одним из необходимых условий которых является выравнивание температуры вдоль трубы.

Применение индукционного (или электрического) нагрева с дополнительными обмотками для компенсации краевого эффекта—один из способов ликвидации неравномерного по длине нагрева трубы. Так, использование этого способа в 1971 г. позволило не только повысить качество термообра­ ботки фторлоновой пленочной изоляции, но и существенно

средней части трубы 570°С — 11 м/мин. Наличие инерцион­ ного звена — нагревательной трубы — при существующей

162

системе позиционного регулирования температуры вызывает

ного нагрева жилы для термообработки пленочной фторлоновой изоляции. Значительные работы в этом направлении проведены во ВНИИКП [133— 135].

Сравнением трех возможных способов спекания фторлоновой пленочной изоляции (нагрев изоляции в воздушной среде, жидком теплоносителе и со стороны токопроводящей жилы) выявлено, что время установления стационарного про­ цесса теплопередачи, необходимого для спекания всего объема изоляции, при прочих равных условиях: для первого составляет несколько минут, второго — 40-3 90 сек., треть­ его—не более 5 — 10 сек. Темпы нагревания, соответствен­

высокочастотного нагрева жилы целесообразно при повышен­ ных сечениях проводников, по крайней мере, более 2 мм1. При длине индуктора, равной 2 м, номинальной колебатель­ ной мощности установки, равной 60 кет, и диапазоне час­ тот 60-374 кгц технологическая скорость термообработки изоляции находится, в зависимости от диаметра жилы и тол­

симумом. Учитывая небольшое сечение токопроводящих жил каротажных кабелей, можно ожидать, что термообработка их изоляции путем высокочастотного нагрева жилы, видимо, не сможет обеспечить получение технологических скоростей, необходимых для изготовления жил строительными дли­ нами 8 км и более.

Можно ожидать, что оптимальная производительность процесса запечки при условии равномерного пропекания всего объема изоляции достижима ее нагревом одновременно изнутри и извне, причем энергетически выгоднее нагрев извне производить не в воздушной или газовой средах, а в среде жидкого теплоносителя (лучше всего в теплостой­ кой диэлектрической жидкости, например, силиконовой).

Применение диэлектрического нагрева ленточного Ф- 4 проблематично вследствие малого значения tg 5. По-види­ мому, более перспективно применение для нагрева инфра­ красных излучателей. Действительно, при нагревании жилы

163

в трубе вклад теплопроводности и конвекции в т6шіогіереі дачу очень незначителен [151], основная передача тепла происходит за счет теплового излучения. Для рабочего диапазона температур запекания 400 4-580°С длина волны максимума излучаемой энергии составляет 4,28 4-3,39 мк и находится в области инфракрасного (ИК) излучения [137]. Таким образом, теплопередача к изоляции жилы при про­ хождении ее через нагреваемые любым способом трубы происходит через ИК-излучение. Такой тип нагрева, кроме его инерционности, имеет малый к. п. д., требует высокой чистоты обработки внутренней поверхности трубы. Опти­ мальный вариант исключения перечисленных недостатков — применение нагрева изоляции при помощи кварцевых (трубчатых) ИКнагревателей, достоинством которых явля­ ются безынерционность, возможность концентрации переда­

КП позволило уменьшить длину зоны нагрева в 4 раза при

внутри трубы, имеющей охлаждающую водяную рубашку. Анализ показывает, что оптимальным вариантом для за­ печки изоляции жил строительной длиной 10 км и выше явля­ ется установка, обеспечивающая нагрев изоляции ИКизлуча­ телями, с предварительным нагревом токопроводящей жилы токами высокой частоты с целью выравнивания температуры

по толщине изоляции.

Однако несмотря на оптимальность установки с ИКна­ гревателем, она, по-видимому, не обладает высокой экс­ плуатационной надежностью. Поэтому не исключено, что будущие установки для спекания пленочной изоляции бу­ дут основаны на применявшемся до сих пор принципе. Од­ нако отдельные элементы должны быть существенно усо­ вершенствованы. В частности, необходима надежная герме­ тизация рабочего объема, в котором производится термо­ обработка, и проведение процесса запечки в инертной сре­ де с периодическим или непрерывным удалением выделяю­ щихся газообразных продуктов. Прототипом может служить один из вариантов установки ОКБ КП, в котором изолиро­ ванная жила подается через водяной затвор в вертикальную трубу, составленную из 4- х муфельных печей; газообраз­ ные продукты термообработки выводятся через верхнюю часть трубы.

Температура и экспозиция запечки и охлаждения значи­ тельно влияют на электрические и механические характе­ ристики изоляции. Длительная выдержка при 310°С и мед-

164

ленное охлаждение повышают степень кристалличности,

боких скважин с комбинированной пленочной изоляцией из фторлона-4 и-4Д показывает, что на электрические харак­ теристики запеченной изоляции, кроме температуры, значи­ тельно влияют и степень вытяжки пленки при наложении, степень ориентации, стабильность режима при термообра­ ботке и др. В диапазоне времен запечки 604-200 сек. при 380°С удельное сопротивление запеченной изоляции возрас­

степени кристалличности фторлона, так как из-за малой теп­ лопроводности охлаждение его при большей экспозиции тер­ мообработки происходит в течение более длительного времени.

Запечка пленочной изоляции уменьшает ее электриче­ скую прочность. Средние значения пробивных напряжений составляют для незапеченной изоляции 18,8, запеченной — 11,4 кв (температура запечки 580°С).

При 200°С сопротивление изоляции из ориентированных лент фторлона-4, защищенной герметизирующей оболочкой из полихлоропреновой резины, составляет 840 Момкм. При температурах ниже 190°С удельное эквивалентное сопро­ тивление образцов, изолированных пленочными фторлоном-4 и - 4Д в различных комбинациях, превышает 1018 ом ■см. Изоляция из пленочного запеченного фторлона4Д сохра­

рядка и более, однако, это снижение обратимо и при ох­ лаждении рѵ полностью восстанавливается. При этом в процессе проведения цикла нагрев — охлаждение образу­ ется „гистерезисная“ петля, где обычно, за исключением крайних точек, р V охл.>р V н агр .

Приведем результаты испытания образцов, взятых от го­ тового кабеля КОБДТ10 с комбинированной изоляцией

165