海洋工程用电缆,覆盖了平台采油和气用各种常规作业电缆,也包括海底油、气资源钻探用电缆以及其他海底沉船、寻宝、地质和矿藏等探测电缆。海洋工程电缆设计并不太复杂,但制造技术较难,必须先具备大型装备,进行加工管道等元件的绞合成缆,其次是大型装铠设备,还有是特种试验设备。
海洋工程电缆,已经形成一个独立的电缆产品体系,从功能和结构来看,包括信号、同轴、双绞线组、高电压、大电流、光纤、流体、气体、钢丝铠装、芳纶加固棒铠装、中性浮力(比重基本与海水相等)、脐带缆和各种类型的复合缆。还有用于移动运行车(ROV)、拖曳声纳、潜艇声纳、海广州珠江电缆洋地质调查、海洋石油勘探、海洋石油地震系统、水下摄像、埋设电缆装备、海底工作站、海洋传感器等。尽管海洋工程电缆看起来似乎琳琅满目,实质上仍然不出电力、控制、信号、仪表、通信、视频、数字传输和光传输等功能范畴。不少场合需要结合使用条件,电缆具有复合广州珠江电缆结构和综合性能,并常需规定电缆直径的上限值。
1. 石油平台常用电缆
按照使用场合或功效,大致可分为以下几种,实际上结构和功能存在交叉:
1) 水上使用电缆
水上使用电缆,一般用于已电力、控制和仪表为主,电压大多数为1000 V级以下,有部分为3300 V。铜导体截面范围,大多在0.5~50 mm2 ,截面广州珠江电缆不一定按照铜导体标准系列,需按照电缆直径上限值调整,可采用交联聚乙烯、乙丙橡胶绝缘,电缆护套大多数采用耐水解的聚氨酯弹性体,基本不需铠装,广州珠江电缆一般也不需要有芳纶复合加强构件,见图1-1(a)。
2) 浅水使用电缆
浅水使用电缆,虽然敷设在水中广州珠江电缆,但水深很浅,所以也不需铠装和加强构件,电缆功能和结构与水上使用电缆差不多,见图1-1(b)。
3) 带状电缆
带状电缆使用数量较少,但便于电缆收放卷绕,广州珠江电缆有的以钢丝绳为主,见图1-1(c)。
4) 铠装电缆
铠装电缆是指镀锌双钢丝铠装电缆,钢丝外挤包护套,其材料可用高密度聚乙烯、聚氨酯、低烟无卤聚烯烃等,这类产品常标有电缆允许承载吨位值。电缆内部结构按用途而定,现代铠装电缆已经过很大的改革,具有很多综合功能,其中也包括光纤,见图1-1(d)。
5) 承重电缆
承重电缆是指芳纶加强件承担负重的电缆,有芳纶复合棒、芳纶纤维绳挤包护套和芳纶纤维编织三种类型,比铠装电缆有更多的优点,目前还是价格较贵。碳纤维的应用,今后也有可能,见图1-1(e)。
6) 综合光缆
光缆应用,将会引起更大的改革,虽有单纯的光缆,实际上多数产品结构,仍属于光-电综合缆,其中包括数据传输线组或同轴对,大多数光-电综合缆,用芳纶复合棒或芳纶纤维绳挤包护套或芳纶纤维编织加强,外护套大多挤包聚氨酯,是前沿品种之一,见图1-1(f)。
7) 管道检测用电缆,
具有综合结构,包括同轴对,多个双绞线组,部分需有缠绕铝和聚酯复合带构成单元屏蔽,有的需要镀锡铜线编织总屏蔽,这部分电缆根据它的负重条件,设置芳纶加强构件或玻璃丝加强构件或芳纶纤维编织加强,电缆护套材料,应根据周围环境而定,有高密度聚乙烯、热塑弹性体、无卤阻燃聚烯烃、交联聚乙烯、阻燃聚氨酯等,
8) 电视电缆
电视电缆用于监测场合,通常包含多个同轴对,还包含控制芯、通信线对和仪表芯,必要时需由铜线编织构成总屏蔽,有需要时由芳纶纤维编织构成加强层,
2. 水下探测用电缆
1) 移动运行车(ROV)脐带缆和中性电缆
随着水下作业深度越来越深,作业精度提高,移动运行车(ROV)已广泛应用。现代的ROV,采用了更高清晰度的摄像和声纳,大容量、高带宽、低损耗的光纤传输成为主流,2--6根光纤加多根电源加少量铜导体信号线,成为ROV缆的内部标准配置,中层采用高密度聚亚胺脂(PUR),可在水下6000 m工作,脐带缆外层采用多层不锈钢丝铠装承重,TMS与ROV之间的中性缆,内层由芳纶纤维承重,外层采用耐压发泡材料,以保证光-电缆与海水的比重基本相同。
2) 声纳电缆
随着声学、数字、测控技术的高速发展,过去常用的多芯铠装拖曳电缆,已经不能满足声纳系统的要求,一系列完整的新型声纳电缆已经问世,如铠装同轴电缆,应用于侧扫声纳、鱼群探测声纳、吊放声纳等;光电拖曳缆,应用于现代先进的合成孔径声纳及主被动声纳阵列系统中;双绞线电缆用于舷侧声纳系统中,内部导线由4根屏蔽电源线和409个4线组组成。
3) 光电拖曳电缆
随着探索深度增加,水下拖曳设备体积和重量的不断增加和数据容量的不断增大,拖曳缆的设计要求也越来越高。根据目前市场的要求,安全工作载荷和破断力以及缆的外径可按要求选择定制,光-电拖曳电缆具有良好的拖曳特性。经典的拖曳缆设计,有三根光纤和三根电源芯,外层由三层铠装钢丝组成,外径仅为17.30mm,工作拉力却可达6吨。
4) 海洋地球物理和地震电缆
高性能的海洋地震炮缆,内部包含各种不同孔径的高压气孔,耐压力等级分3000psi、2000psi以及更小,结构中包括
44~122 芯的双绞或四绞数据线,以控制气枪的开合,双钢丝铠装承重的破断拉力可达60吨,最外为PUR外护套,起防水及保护作用。
海底地震仪(OBS)脐带缆,内部有电源线、信号线、单模或多模光纤,外层可为双层/三层不锈钢钢丝铠装,也可用芳纶纤维加固件铠装,拉断力可达77吨。
5) 同轴电缆
科学考察船以及CTD调查、吊放声纳等,长距离的铠装同轴缆是最常使用的,特性阻抗一般为50Ω或75Ω,通过信号搭载方式,中心导体可为水下设备供电及双向传输信号;由两层或三层钢丝铠装,或芳纶纤维加固件承重;不采用编织铜线屏蔽,改用缠绕的编织屏蔽带,以预防吊放物体过重,造成缆在通过滑轮时横向压力过大,使屏蔽层受挤压断裂,造成特性阻抗及抗电磁干扰等电气性能下降。