两根长达955米、直径270毫米、拉力达2200吨的聚酯缆绳,组成一条“捆龙索”,将我国首个深水自营大气田——陵水17-2气田的半潜平台,成功系泊在位于海南岛南部150公里的深蓝海面上。这是目前我国自主研制的同类产品中直径最大、断裂强度最高的系泊缆绳。
缆绳是远洋航运、海洋工程、海上设施等领域所需的关键装备。近年来,随着我国建设海洋强国的步伐加快,对缆绳国产化的需求也越来越紧迫。我国产业用纺织品行业的相关企业和研发机构正不断努力,生产和研发质量更轻、拉力更大、韧性更强的缆绳,为我国的远洋事业贡献纺织力量。
一根“有担当”的绳子
今年6月,在距深圳东南约240公里的深海,由浙江四兄绳业有限公司(以下简称“四兄绳业”)自主研制生产的8根共4条(2根组成一条)国产化聚酯缆绳,犹如“定海神针”,将亚洲首艘圆筒型浮式生产储卸油装置“海葵一号”牢牢固定在海面,并担负起了长期稳定运行的使命。
“‘海葵一号’是集原油生产、存储、外输等功能于一体的高端海洋装备,为我国深水油气田高效开发提供了全新选择。”中国海油深圳分公司流花油田开发项目常务副总经理王火平表示,“海葵一号”是我国首次对国产聚酯缆绳的规模化应用,有效推动了我国深海锚泊系统在设计、制造和安装等方面的技术提升与突破。
在工业和信息化部、国家发展改革委于2022年联合印发的《关于产业用纺织品行业高质量发展的指导意见》(以下简称《意见》)中,海洋工程用纺织品被列入重点领域提升行动之中。《意见》提出,要开发高性能海工缆、信号缆、系泊缆、锚固缆等产品,提升产品的高长度、高强度、抗蠕变、耐盐雾、耐老化等性能。《意见》还提出,推动我国海洋工程用纺织品模拟测试及实际工况测试,加快在油气开采、海上救援、深海探测、深海养殖等领域的推广应用。


今年4月, “雪龙”号极地考察破冰船返航停靠青岛,标志着我国第40次南极考察圆满结束。青岛海丽雅集团有限公司(以下简称“海丽雅集团”)助力此次南极考察,完成了在南极3000米的深海布放首套深水生态潜标以及布放回收10套基础型潜标的重要任务。
“针对此次南极考察,集团专门设计研发的潜标锚系缆绳,具有强度高、延伸率小的特性,并且可在零下40℃-360℃巨大的温差范围内正常工作。同时,缆绳皮层高密度编织工艺织成的保护套,具有防日晒、防老化、防钩丝的作用,可使缆绳的使用寿命延长30%。”此次随“雪龙”号同往南极完成布缆任务的海丽雅集团技术中心研发工程师尹进财表示,研发人员经过近百次试验,通过功能性涂层、冷热牵伸等工艺创新,满足了南极海洋环境对潜标缆绳的特殊要求,为南极科考提供了重要的技术支持,推动了我国缆绳行业的进一步发展。
一根“闯难关”的绳子
从独木舟到远洋航运,绳缆制造是人类古老而又从未消亡的产业。直到上世纪80年代末,我国制造缆绳所用的原材料主要还是用于传统手工制绳的棉、麻、丝、毛等天然纤维,以及用于机器制缆的钢丝等金属。然而,要发展现代海洋工业,用强度高、耐腐蚀、质量轻的纤维材料制作的缆绳必不可少。
从过去用植物纤维手工制绳,到目前用化学纤维机械化制绳,四兄绳业通过“陵水17-2气田”“海葵一号”等项目攻坚克难,从一家传统制造工厂“蝶变”成国家级高新技术企业。
“深海系泊聚酯缆绳的制造技术一直掌握在国外少数企业手中,我国需要高价购买。‘海葵一号’系泊聚酯缆绳的成功应用,突破了这一‘卡脖子’产品的技术壁垒。”四兄绳业总经理李茂巨表示,“海葵一号”是国内首次对圆筒型海洋装备进行海上回接。由于圆筒型结构重心高、受风面大,容易发生旋转,加大了系泊聚酯缆绳的研发难度。
“海葵一号”系泊聚酯缆绳能经受百年一遇超级台风以及10余米高海浪的冲击,同时还能满足深海环境对缆绳强度、刚度、抗蠕变、抗疲劳、抗泥沙和海水侵蚀等方面的要求。在研制过程中,四兄绳业通过大量样品绳的试验,最终形成了一套和深海系泊缆绳要求相适应的聚酯缆绳编织工艺,实现了关键技术的自主可控。
超高分子量聚乙烯缆绳的强度与相同直径的钢缆基本相同,但重量仅为钢缆的1/8。海丽雅集团采用特殊后整理技术研制的超高分子量聚乙烯缆绳,具有耐低温、抗磨损、抗张力疲劳、抗紫外线、耐酸碱腐蚀、耐盐水、使用寿命长等特点,非常适合深海作业。
我国“蛟龙号”载人潜水器在马里亚纳海沟创造7062米深潜记录时,用的正是海丽雅集团研制的一根长9000米、直径仅为5毫米、具备30吨拉力的应急浮标缆绳,在关键时刻能够提起22吨重的载人潜水器。“我们要坚持走科技创新之路,一心一意把‘这根绳子’做到极致。”海丽雅集团董事长张旭明说。
一根“防回弹”的绳子
断裂是缆绳的固有风险。缆绳一旦断裂,回弹时会危及人员生命与设备财产安全。据统计,当一根化纤系泊缆绳突然断裂时,瞬间释放的能量会使缆绳以每秒200多米的速度反弹回来,由此造成人员受伤的比例超过40%,死亡率高达13%。在上世纪50年代化纤缆绳被广泛使用之前,马尼拉麻一直是系泊缆绳的主要原料。马尼拉麻在完全断裂前的1-3秒钟内,会产生一种独特的爆裂声,可以起到预警作用。而化纤缆绳断裂时不会发出此类声音,如何降低缆绳的断裂反弹风险,是研发人员面对的重要课题。
“目前,为避免因缆绳断裂快速回弹造成的伤害,最好的解决方法是推荐使用防回弹缆绳。”四兄绳业研发工程师侯兵兵介绍,防回弹缆绳是一种发生断裂时不会立即完全断裂,而是具备一定预警时间的特种缆绳。四兄绳业经过上千次的实验,将“高伸长”和“低伸长”纤维材料组件按一定比例结合,研制开发出多种防回弹缆绳。这些新型缆绳已被国内外多家船级社广泛使用。
“一种方法是将‘高伸长’与‘低伸长’绳股组件进行混合编织。当缆绳受到外力拉伸时,最初只是几股‘低伸长’的组件断裂,随后相邻绳股的结构会进行重排,让缆绳仍保留足够强度,不会立即断裂。”侯兵兵介绍了两种防回弹缆绳的设计方法,“另一种是采用内外芯结合的方式。当外部承重结构拉伸断裂时,内芯‘高伸长’组件不会和外部‘低伸长’结构组件同时断裂,而会承载意外断裂缆绳的回弹力,使得瞬间回弹力的伤害降到最低。”
今年7月,由四兄绳业作为第一起草单位,牵头联合江南造船集团、中国船舶集团第704研究所、中远海运散运、中国船级社、上海海事大学等多家单位制定的《船用系泊拖带低回弹缆绳》国家标准(GB/T 43675-2024)正式实施。该标准的实施,规范了防回弹缆绳产品的性能要求、试验方法、检验规程等,确保产品的质量和性能符合行业要求,保障系泊作业的安全和效率。“目前,《国际海上人命安全公约(SOLAS)》等国际公约对船舶安全的要求越来越严苛。防回弹缆绳的研发和标准体系的建立是未来高端海工缆绳的发展趋势。”侯兵兵说。
编辑 / 王丹阳
来源:中国纺织报