Cáp biển: Giới thiệu chuyên sâu

Cáp hàng hải phải mang nguồn điện, lệnh điều khiển hoặc dữ liệu liên lạc trong khi tiếp xúc với các điều kiện có thể nhanh chóng làm hỏng hệ thống dây điện thông thường. Độ ẩm, muối, độ rung, dầu, tải trọng cơ học, không gian định tuyến hạn chế và các yêu cầu về an toàn cháy nổ đều ảnh hưởng đến việc xây dựng và lắp đặt cáp. Do đó, việc lựa chọn chỉ theo kích thước dây dẫn hoặc điện áp có thể tạo ra các vấn đề về độ tin cậy chỉ xuất hiện sau khi vận hành thử. Phần giới thiệu này giải thích các loại cáp hàng hải khác nhau như thế nào, các lớp bảo vệ hoạt động như thế nào và cách các kỹ sư có thể kết hợp hiệu suất của cáp với tự động hóa hàng hải, các giàn khoan năng lượng, dầu khí ngoài khơi và các trang trại gió ngoài khơi.

Tại sao điều kiện hàng hải lại thay đổi yêu cầu về cáp

Cáp hàng hải hoạt động trong môi trường được kết nối với nhau chứ không phải trong một mối nguy hiểm riêng biệt. Nước mặn và không khí ẩm có thể tấn công các kim loại hở, trong khi hơi nước ngưng tụ có thể xâm nhập vào các đệm kín kém hoặc vỏ bọc bị hư hỏng. Rung động liên tục có thể làm lỏng các giá đỡ, các điểm dừng ứng suất và làm tăng độ mỏi ở gần các kết nối thiết bị. Dầu, dung dịch khoan, hóa chất tẩy rửa, tiếp xúc với tia cực tím, thay đổi nhiệt độ và tác động cơ học có thể ảnh hưởng thêm đến vỏ cáp, lớp cách điện và tuổi thọ của cáp. Do đó, các tiêu chuẩn cáp hàng hải đề cập đến các điều kiện về điện, cơ khí, môi trường, vật liệu, lắp đặt và vận hành cùng nhau thay vì coi chúng là các lựa chọn mua riêng biệt.

Khả năng chống nước cũng phải phù hợp với mức độ tiếp xúc thực tế. Cáp được lắp đặt trong không gian lưu trú được bảo vệ phải đối mặt với những rủi ro khác với cáp được truyền qua boong hở, qua vùng nước bắn hoặc dưới đáy biển. MỘT Cáp chống nước sử dụng các cấu trúc cách nhiệt, vỏ bọc hoặc bịt kín chống nước để giảm sự xâm nhập của hơi ẩm khi lắp đặt ẩm ướt, ngoài trời, dưới lòng đất và trên biển. Tuy nhiên, ký hiệu chống thấm nước không tự động xác nhận tính phù hợp cho việc chìm vĩnh viễn, áp suất thủy tĩnh cao, chuyển động động hoặc độ sâu nước cụ thể. Những điều kiện đó phải xuất hiện trong đặc tả dự án.

Nguy cơ ăn mòn vượt ra ngoài việc tiếp xúc trực tiếp với nước biển. Muối lắng đọng có thể tồn tại trên thiết bị tiếp xúc, trong khi hơi hóa chất và hơi ẩm có thể làm suy giảm các polyme không phù hợp hoặc các thành phần kim loại không được bảo vệ. MỘT Cáp chống ăn mòn dành cho môi trường ẩm ướt, mặn, có tính ăn mòn hóa học hoặc công nghiệp thông qua các lớp phủ bảo vệ, vật liệu cách nhiệt và vỏ bọc. Các kỹ sư vẫn nên kiểm tra khả năng tương thích với hóa chất chính xác, nồng độ dự kiến, thời gian tiếp xúc và nhiệt độ vận hành. Khả năng chống ăn mòn nói chung rất hữu ích nhưng khả năng tương thích dành riêng cho ứng dụng sẽ xác định xem cáp có còn đáng tin cậy theo thời gian hay không.

Hành vi cháy cũng quan trọng không kém vì tàu và các cơ sở ngoài khơi có các tuyến đường kín, nơi khói và khí ăn mòn có thể cản trở việc sơ tán hoặc làm hỏng thiết bị. Sự lan truyền ngọn lửa, mật độ khói và khí thoát ra trong quá trình đốt cháy là những đặc tính hiệu suất riêng biệt, do đó, một kết quả thử nghiệm không chứng minh được mọi đặc tính an toàn cháy nổ. Các tiêu chuẩn quốc tế cung cấp các quy trình riêng biệt để đánh giá sự lan truyền ngọn lửa, sự tạo khói, hàm lượng halogen và độ ăn mòn của khí. Sự kết hợp cần thiết phụ thuộc vào tàu, thiết bị ngoài khơi, khu vực lắp đặt, chức năng mạch điện và các quy tắc phân loại hiện hành.

Nối cáp với chức năng điện

Thuật ngữ cáp hàng hải bao gồm một số dòng sản phẩm với các mục đích cơ và điện khác nhau. Việc chọn đúng họ bắt đầu bằng chức năng mạch, tiếp theo là điện áp, dòng điện, đặc tính tín hiệu, môi trường lắp đặt và các yêu cầu quy định. Sử dụng cáp nguồn cho mạch tín hiệu nhạy cảm có thể tạo ra nhiễu điện từ, trong khi sử dụng cáp cố định trong kết nối chuyển động liên tục có thể gây ra hỏng hóc cơ học sớm. Do đó, các hệ thống cố định trên tàu và các ứng dụng liên quan đến uốn cong thường xuyên hoặc liên tục đòi hỏi các kết cấu cáp khác nhau.

Tự động hóa hàng hải phụ thuộc vào tín hiệu ổn định từ cảm biến, bộ truyền động, bộ điều khiển khả trình, thiết bị giám sát và hệ thống an toàn. MỘT Cáp điều khiển điện có thể sử dụng dây dẫn bằng đồng có lớp cách điện PVC hoặc XLPE, trong khi lớp bọc hoặc lá chắn tùy chọn giúp giảm nhiễu điện từ. Lớp bọc thép có thể tăng thêm khả năng bảo vệ cơ học ở những nơi có thể bị nghiền nát hoặc va đập. Thiết kế cuối cùng phải phản ánh điện áp tín hiệu, số lượng lõi, phương pháp nối đất, điện dung cho phép, nguồn nhiễu và liệu tuyến đường có đi qua gần động cơ, bộ chuyển đổi hoặc bộ cấp dòng cao hay không.

Mạch truyền thông yêu cầu một quá trình lựa chọn khác nhau. Cáp dữ liệu đồng có thể hữu ích cho các mạng ngắn hơn trên bo mạch, nhưng cáp quang cung cấp khả năng truyền tải công suất cao mà không dẫn dòng điện. MỘT Cáp quang ngoài khơi kết hợp sợi quang với các bộ phận chặn nước, bộ phận chịu lực, áo giáp và vỏ bọc bên ngoài cho các tuyến liên lạc ngoài khơi và dưới nước. Cấu hình áo giáp phải được chọn theo độ căng lắp đặt, độ sâu nước, điều kiện đáy biển, sự xâm lược từ bên ngoài và các yêu cầu phục hồi thay vì chỉ riêng băng thông.

Các mạch điện có phạm vi từ tải phụ trợ nhỏ đến hệ thống truyền tải trung thế và cao thế. Thiết kế của họ phải xem xét dòng điện liên tục, độ sụt áp, mức cách điện, lực ngắn mạch, nhóm, nhiệt độ môi trường và các điều kiện nhiệt xung quanh tuyến đường. Hệ thống điện của tàu ngầm gây ra các mối lo ngại bổ sung như lực kéo, giới hạn uốn, áp lực nước, chuyển động của đáy biển, tác động bên ngoài và khả năng tiếp cận sửa chữa. Do đó, việc coi cáp phân phối trên tàu và cáp xuất khẩu dưới biển là những sản phẩm có thể hoán đổi cho nhau có thể tạo ra những rủi ro nghiêm trọng về mặt kỹ thuật và thương mại.

Cách các lớp xây dựng bảo vệ hiệu suất

Hiệu suất của cáp đến từ kết cấu hoàn chỉnh chứ không chỉ từ lớp vỏ bên ngoài. Dây dẫn mang dòng điện, trong khi sợi quang truyền tín hiệu ánh sáng trong cáp truyền thông. Vật liệu cách nhiệt ngăn cách các dây dẫn mang điện và phải chịu được điện áp, nhiệt độ và ứng suất điện quy định. Chất độn, băng keo và lớp phủ bên trong duy trì hình dạng cáp và tạo nền tảng ổn định cho tấm chắn hoặc áo giáp. Các tiêu chuẩn cáp hàng hải quốc tế đề cập đến việc xây dựng và thử nghiệm cáp điện cố định, cáp điều khiển và cáp thiết bị đo đạc được sử dụng trên tàu và các thiết bị ngoài khơi cũng như các đặc tính của vật liệu cách điện và vỏ bọc.

Che chắn và áo giáp thực hiện các công việc khác nhau. Một dây bện bằng đồng, màn chắn giấy bạc hoặc tấm chắn kim loại khác giúp kiểm soát nhiễu điện từ và cung cấp đường dẫn xác định cho dòng điện cảm ứng khi được nối đất chính xác. Áo giáp chủ yếu bảo vệ chống lại lực kéo, va đập, nghiền nát, hoạt động đánh bắt cá, các mối nguy hiểm khi neo và các tải trọng cơ học khác. Tùy thuộc vào thiết kế, áo giáp cũng có thể góp phần vào hiệu suất nối đất hoặc dòng điện sự cố, nhưng điều này phải được xác nhận thay vì giả định. Việc bổ sung lớp giáp nặng mà không xem xét bán kính uốn, trọng lượng cáp, thiết kế đầu cuối và thiết bị lắp đặt có thể khiến hệ thống khó lắp đặt và bảo trì hơn.

Các lớp chặn nước hạn chế sự di chuyển của nước theo chiều dọc hoặc hướng tâm sau khi vỏ bọc bị hư hỏng. Lớp đệm ngăn cách các lớp kim loại, trong khi lớp vỏ bên ngoài chống lại sự tiếp xúc với môi trường và hư hỏng khi xử lý. các Dòng cáp ngầm HV bao gồm các tùy chọn dây dẫn bằng đồng hoặc nhôm, lớp cách điện XLPE, lớp chặn nước và áo giáp dây thép hoặc băng thép. Các tùy chọn điện áp được liệt kê mở rộng từ 66 kV đến 400 kV, với cấu hình lõi đơn và ba lõi. Các kỹ sư dự án vẫn phải phối hợp thiết kế dây dẫn, liên kết, tổn thất, định mức nhiệt, độ căng lắp đặt, phụ kiện và điều kiện tuyến đường như một hệ thống cáp.

Không có vật liệu nào là vượt trội ở mọi nơi. XLPE có thể cung cấp các đặc tính điện và nhiệt phù hợp cho nhiều ứng dụng năng lượng, trong khi PVC, PE, hợp chất cao su và vật liệu không halogen ít khói phục vụ các nhu cầu về hiệu suất và môi trường khác nhau. Vỏ bọc chính xác phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc với dầu, ánh sáng mặt trời, độ mài mòn, tiếp xúc với nước, nhiệt độ, tính linh hoạt và yêu cầu đốt cháy. Do đó, tên vật liệu phải được kết nối với hiệu suất thử nghiệm và điều kiện vận hành được ghi lại, không được coi là đảm bảo độc lập.

Lựa chọn cáp hàng hải cho các ứng dụng ngoài khơi

Thông số kỹ thuật đáng tin cậy nhất bắt đầu từ ứng dụng và lộ trình cài đặt. Các kỹ sư nên xác định nhiệm vụ của mạch, mức độ tiếp xúc, chuyển động, vùng cháy, trạng thái khu vực nguy hiểm, tải trọng cơ học, các phê duyệt cần thiết và khả năng tiếp cận bảo trì dự kiến ​​trước khi so sánh các kết cấu cáp. Các dự án ở nước ngoài cũng có thể yêu cầu phê duyệt phân loại, chứng nhận sản phẩm, xem xét tài liệu thiết kế và khảo sát lắp đặt.

Tự động hóa hàng hải

Việc lựa chọn cáp tự động hóa hàng hải nên tập trung vào tính toàn vẹn của tín hiệu và khả năng kết thúc có thể dự đoán được. Các bộ truyền động tần số thay đổi, động cơ, công tắc tơ, thiết bị vô tuyến và bộ cấp nguồn dòng điện cao có thể gây nhiễu điện vào các mạch điều khiển gần đó. Loại tấm chắn, cách sắp xếp theo cặp hoặc lõi, cách nối đất và cách ly vật lý phải phối hợp với nhau để quản lý nhiễu. Các kỹ sư cũng nên xem xét tính linh hoạt của dây dẫn, không gian vào tủ, nhận dạng, bán kính uốn cong và khả năng tương thích của tuyến vì cáp phù hợp về mặt kỹ thuật vẫn có thể trở nên không đáng tin cậy khi được lắp đặt với đường dẫn hoặc đầu cuối kém.

Trang trại năng lượng và gió ngoài khơi

Các dự án năng lượng ngoài khơi sử dụng nhiều dòng cáp biển trong một hệ thống. Cáp mảng và cáp xuất truyền tải điện, các bộ phận quang học hỗ trợ liên lạc và giám sát, còn cáp điều khiển kết nối các thiết bị đóng cắt, cảm biến, tua-bin, trạm biến áp và hệ thống bảo vệ. Thiết kế cáp phải tính đến các điều kiện đáy biển, chiến lược chôn lấp, nhịp tự do, tính chất nhiệt, giới hạn tàu lắp đặt và giao diện với nền móng hoặc trạm biến áp ngoài khơi. Thiết kế khái niệm, sản xuất, thử nghiệm, vận chuyển, lắp đặt, chạy thử, vận hành, bảo trì và ngừng hoạt động phải được coi là các giai đoạn được kết nối trong quản lý rủi ro cáp ngầm.

Nền tảng dầu khí

Các giàn khoan dầu khí bổ sung hydrocarbon, dung dịch khoan, khu vực nguy hiểm, mật độ thiết bị cao và yêu cầu ngừng hoạt động khắt khe. Việc lựa chọn cáp phải giải quyết được khả năng kháng hóa chất, hiệu suất cháy, bảo vệ cơ học, khả năng tương thích điện từ và các yêu cầu phân loại khu vực của quá trình lắp đặt. Các lối vào, đệm, nối đất và phương pháp lắp đặt cáp ở khu vực nguy hiểm phải nhất quán với khái niệm bảo vệ và thiết bị đã được chứng nhận.

Các tuyến đường ngầm và kết nối

Các tuyến đường dưới biển yêu cầu nhiều hơn thông số kỹ thuật về điện áp hoặc số lượng sợi quang. Khảo sát tuyến đường, độ sâu nước, thành phần đáy biển, lực căng lắp đặt, trọng lượng cáp, bán kính uốn tối thiểu, độ sâu chôn lấp, thiết kế đường ngang và tác động bên ngoài ảnh hưởng đến hệ thống bảo vệ và áo giáp cần thiết. Phương pháp tiếp cận bờ và kéo giàn có thể tạo ra ứng suất cơ học cao hơn so với hoạt động ở trạng thái ổn định dưới đáy biển. Các kỹ sư cũng nên xem xét chiến lược sửa chữa, chiều dài dự phòng, quy trình nối, giám sát và tính khả dụng của tàu vì khả năng tiếp cận cáp ảnh hưởng mạnh mẽ đến rủi ro trong vòng đời và thời gian ngừng hoạt động.

Độ tin cậy của cài đặt, thử nghiệm và vòng đời

Việc lắp đặt đúng sẽ bảo tồn các đặc tính được tích hợp trong cáp biển. Các tuyến đường nên tránh các cạnh sắc, nhiệt độ quá cao, rò rỉ hóa chất, vùng va chạm và các nhịp không được hỗ trợ. Các mạch điện, điều khiển, thiết bị đo và truyền thông có thể yêu cầu tách biệt để giảm nhiễu hoặc bảo vệ các hệ thống dự phòng khỏi một lỗi chung. Các bộ phận hỗ trợ phải hạn chế cáp mà không làm nát nó, trong khi các đệm và lỗ xuyên phải duy trì độ kín, giảm lực căng, nối đất liên tục và hiệu suất ngăn cháy. Giới hạn độ căng kéo và bán kính uốn tối thiểu của nhà sản xuất sẽ chi phối việc xử lý trong suốt quá trình bảo quản và lắp đặt.

Chất lượng đầu cuối thường quan trọng như bản thân cáp. Liên kết tấm chắn không đúng có thể làm tăng tiếng ồn, lớp cách nhiệt được chuẩn bị kém có thể làm suy yếu hiệu suất điện và lớp đệm không tương thích có thể tạo điều kiện cho hơi ẩm xâm nhập hoặc không bảo đảm được áo giáp. Người lắp đặt nên sử dụng các phụ kiện đã được phê duyệt có kích thước phù hợp với đường kính và kết cấu cáp thực tế. Đầu cáp phải được bịt kín trong quá trình bảo quản và kéo, đặc biệt là trong môi trường ẩm ướt hoặc ngoài khơi. Việc nhận dạng, hồ sơ lộ trình, báo cáo thử nghiệm và bản vẽ chấm dứt cũng giúp việc kiểm tra và khắc phục sự cố sau này nhanh hơn và ít gián đoạn hơn.

Việc kiểm tra phải được xác định trước khi bắt đầu cài đặt. Tùy thuộc vào hệ thống, việc kiểm tra có thể bao gồm tính liên tục của dây dẫn, điện trở cách điện, tính liên tục của tấm chắn, độ suy giảm sợi, nhận dạng pha, tính toàn vẹn của vỏ bọc, nối đất và xác minh chức năng. Các hệ thống điện áp cao hơn và dưới biển yêu cầu các quy trình thử nghiệm dành riêng cho dự án được phối hợp với các mối nối, đầu cuối và thiết bị được kết nối. Các kết quả cơ bản cần được lưu giữ để những lần kiểm tra sau này có thể xác định được tình trạng hư hỏng thay vì dựa vào các kết quả đạt hoặc không đạt riêng biệt. Quá trình phân loại cũng có thể bao gồm phê duyệt thiết bị, xem xét tài liệu thiết kế, chứng nhận và khảo sát sau khi lắp đặt trên tàu.

Việc bảo trì nên tập trung vào các vị trí có nhiều khả năng xảy ra hư hỏng nhất: các tuyến, mối nối, tuyến đường lộ thiên, bề mặt chuyển động, điểm hỗ trợ, độ xuyên thấu và các khu vực bị ảnh hưởng bởi hóa chất hoặc nhiệt. Người kiểm tra nên tìm kiếm các vết nứt, mài mòn, ăn mòn, hỗ trợ lỏng lẻo, thấm nước, đổi màu, vòng đệm bị hư hỏng và xu hướng kiểm tra bất thường. Việc bảo trì cáp dưới biển khó tiếp cận hơn nên việc bảo vệ tuyến đường, giám sát, hồ sơ lắp đặt, chiến lược dự phòng và lập kế hoạch sửa chữa trở nên đặc biệt quan trọng. Độ tin cậy của vòng đời bắt đầu trong quá trình đặc tả và thiết kế tuyến đường, không phải sau khi lỗi đầu tiên xuất hiện.

Phần kết luận

Việc lựa chọn cáp hàng hải phải kết nối nhiệm vụ điện với mức độ tiếp xúc với môi trường, tải trọng cơ học, hành vi cháy, thực hành lắp đặt và các yêu cầu phê duyệt. Các hệ thống đáng tin cậy là kết quả của việc phối hợp các loại cáp, vòng đệm, mối nối, giá đỡ, nối đất, đi dây và kiểm tra thay vì đánh giá từng hạng mục một cách riêng biệt. Yongchuang là nhà sản xuất và nhà cung cấp cung cấp các tùy chọn cáp điện, điều khiển, thông tin liên lạc, chống nước, chống ăn mòn và cáp ngầm cho các ứng dụng tự động hóa hàng hải và ngoài khơi. Dòng sản phẩm của nó có thể hỗ trợ kết nối cáp tốt hơn khi thông số kỹ thuật dựa trên tuyến đường và điều kiện vận hành đã được xác minh.

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Sự khác biệt chính giữa cáp biển và cáp thông thường là gì?

Trả lời: Cáp hàng hải được thiết kế và thử nghiệm với sự kết hợp của độ ẩm, muối, độ rung, ứng suất cơ học, yêu cầu chống cháy và các điều kiện lắp đặt thường thấy trên tàu và các cơ sở ngoài khơi.

Hỏi: Mọi cáp chống nước có thể được lắp đặt vĩnh viễn dưới nước không?

Trả lời: Không. Việc ngâm chìm vĩnh viễn yêu cầu phải xác minh độ sâu nước, áp suất, khả năng chặn nước, tải trọng cơ học và mức lắp đặt. Mô tả chống thấm chung không tự động xác nhận khả năng phù hợp dưới đáy biển.

Hỏi: Tại sao tấm chắn được sử dụng trong cáp tự động hóa hàng hải?

Đáp: Việc che chắn giúp hạn chế nhiễu điện từ ảnh hưởng đến tín hiệu điều khiển, đo lường và truyền thông, nhưng hiệu suất cũng phụ thuộc vào việc nối đất, đầu cuối, bố trí cáp và cách ly khỏi mạch điện.

Hỏi: Cần kiểm tra những gì trước khi lựa chọn cáp biển?

A: Xác nhận chức năng mạch, điện áp, dòng điện, loại tín hiệu, điều kiện tuyến đường, chuyển động, hóa chất, hiệu suất cháy, tải cơ học, bán kính uốn, phê duyệt, phụ kiện và các yêu cầu phân loại hiện hành.

Hỏi: Có phải luôn cần phải có áo giáp khi lắp đặt cáp biển không?

Trả lời: Không. Áo giáp được chọn khi cần bảo vệ cơ học hoặc độ bền kéo. Các tuyến đường trong nhà được bảo vệ có thể sử dụng cáp không bọc thép khi các quy định của dự án và đánh giá rủi ro cho phép.

Hỏi: Những tiêu chuẩn nào thường được xem xét cho cáp biển?

Trả lời: Bộ tiêu chuẩn IEC 60092 đề cập đến việc xây dựng, vật liệu, lựa chọn và lắp đặt cáp trên tàu, trong khi bộ tiêu chuẩn IEC 61892 đề cập đến việc lắp đặt điện trên các thiết bị di động và cố định ngoài khơi.