兩根長達955米、直徑270毫米、拉力達2200噸的聚酯纜繩,組成一條“捆龍索”,將我國首個深水自營大氣田——陵水17-2氣田的半潛平臺,成功系泊在位于海南島南部150公里的深藍海面上。這是目前我國自主研制的同類產品中直徑最大、斷裂強度最高的系泊纜繩。
纜繩是遠洋航運、海洋工程、海上設施等領域所需的關鍵裝備。近年來,隨著我國建設海洋強國的步伐加快,對纜繩國產化的需求也越來越緊迫。我國產業用紡織品行業的相關企業和研發機構正不斷努力,生產和研發質量更輕、拉力更大、韌性更強的纜繩,為我國的遠洋事業貢獻紡織力量。
一根“有擔當”的繩子
今年6月,在距深圳東南約240公里的深海,由浙江四兄繩業有限公司(以下簡稱“四兄繩業”)自主研制生產的8根共4條(2根組成一條)國產化聚酯纜繩,猶如“定海神針”,將亞洲首艘圓筒型浮式生產儲卸油裝置“海葵一號”牢牢固定在海面,并擔負起了長期穩定運行的使命。
“‘海葵一號’是集原油生產、存儲、外輸等功能于一體的高端海洋裝備,為我國深水油氣田高效開發提供了全新選擇。”中國海油深圳分公司流花油田開發項目常務副總經理王火平表示,“海葵一號”是我國首次對國產聚酯纜繩的規模化應用,有效推動了我國深海錨泊系統在設計、制造和安裝等方面的技術提升與突破。
在工業和信息化部、國家發展改革委于2022年聯合印發的《關于產業用紡織品行業高質量發展的指導意見》(以下簡稱《意見》)中,海洋工程用紡織品被列入重點領域提升行動之中。《意見》提出,要開發高性能海工纜、信號纜、系泊纜、錨固纜等產品,提升產品的高長度、高強度、抗蠕變、耐鹽霧、耐老化等性能。《意見》還提出,推動我國海洋工程用紡織品模擬測試及實際工況測試,加快在油氣開采、海上救援、深海探測、深海養殖等領域的推廣應用。


今年4月, “雪龍”號極地考察破冰船返航停靠青島,標志著我國第40次南極考察圓滿結束。青島海麗雅集團有限公司(以下簡稱“海麗雅集團”)助力此次南極考察,完成了在南極3000米的深海布放首套深水生態潛標以及布放回收10套基礎型潛標的重要任務。
“針對此次南極考察,集團專門設計研發的潛標錨系纜繩,具有強度高、延伸率小的特性,并且可在零下40℃-360℃巨大的溫差范圍內正常工作。同時,纜繩皮層高密度編織工藝織成的保護套,具有防日曬、防老化、防鉤絲的作用,可使纜繩的使用壽命延長30%。”此次隨“雪龍”號同往南極完成布纜任務的海麗雅集團技術中心研發工程師尹進財表示,研發人員經過近百次試驗,通過功能性涂層、冷熱牽伸等工藝創新,滿足了南極海洋環境對潛標纜繩的特殊要求,為南極科考提供了重要的技術支持,推動了我國纜繩行業的進一步發展。
一根“闖難關”的繩子
從獨木舟到遠洋航運,繩纜制造是人類古老而又從未消亡的產業。直到上世紀80年代末,我國制造纜繩所用的原材料主要還是用于傳統手工制繩的棉、麻、絲、毛等天然纖維,以及用于機器制纜的鋼絲等金屬。然而,要發展現代海洋工業,用強度高、耐腐蝕、質量輕的纖維材料制作的纜繩必不可少。
從過去用植物纖維手工制繩,到目前用化學纖維機械化制繩,四兄繩業通過“陵水17-2氣田”“海葵一號”等項目攻堅克難,從一家傳統制造工廠“蝶變”成國家級高新技術企業。
“深海系泊聚酯纜繩的制造技術一直掌握在國外少數企業手中,我國需要高價購買。‘海葵一號’系泊聚酯纜繩的成功應用,突破了這一‘卡脖子’產品的技術壁壘。”四兄繩業總經理李茂巨表示,“海葵一號”是國內首次對圓筒型海洋裝備進行海上回接。由于圓筒型結構重心高、受風面大,容易發生旋轉,加大了系泊聚酯纜繩的研發難度。
“海葵一號”系泊聚酯纜繩能經受百年一遇超級臺風以及10余米高海浪的沖擊,同時還能滿足深海環境對纜繩強度、剛度、抗蠕變、抗疲勞、抗泥沙和海水侵蝕等方面的要求。在研制過程中,四兄繩業通過大量樣品繩的試驗,最終形成了一套和深海系泊纜繩要求相適應的聚酯纜繩編織工藝,實現了關鍵技術的自主可控。
超高分子量聚乙烯纜繩的強度與相同直徑的鋼纜基本相同,但重量僅為鋼纜的1/8。海麗雅集團采用特殊后整理技術研制的超高分子量聚乙烯纜繩,具有耐低溫、抗磨損、抗張力疲勞、抗紫外線、耐酸堿腐蝕、耐鹽水、使用壽命長等特點,非常適合深海作業。
我國“蛟龍號”載人潛水器在馬里亞納海溝創造7062米深潛記錄時,用的正是海麗雅集團研制的一根長9000米、直徑僅為5毫米、具備30噸拉力的應急浮標纜繩,在關鍵時刻能夠提起22噸重的載人潛水器。“我們要堅持走科技創新之路,一心一意把‘這根繩子’做到極致。”海麗雅集團董事長張旭明說。
一根“防回彈”的繩子
斷裂是纜繩的固有風險。纜繩一旦斷裂,回彈時會危及人員生命與設備財產安全。據統計,當一根化纖系泊纜繩突然斷裂時,瞬間釋放的能量會使纜繩以每秒200多米的速度反彈回來,由此造成人員受傷的比例超過40%,死亡率高達13%。在上世紀50年代化纖纜繩被廣泛使用之前,馬尼拉麻一直是系泊纜繩的主要原料。馬尼拉麻在完全斷裂前的1-3秒鐘內,會產生一種獨特的爆裂聲,可以起到預警作用。而化纖纜繩斷裂時不會發出此類聲音,如何降低纜繩的斷裂反彈風險,是研發人員面對的重要課題。
“目前,為避免因纜繩斷裂快速回彈造成的傷害,最好的解決方法是推薦使用防回彈纜繩。”四兄繩業研發工程師侯兵兵介紹,防回彈纜繩是一種發生斷裂時不會立即完全斷裂,而是具備一定預警時間的特種纜繩。四兄繩業經過上千次的實驗,將“高伸長”和“低伸長”纖維材料組件按一定比例結合,研制開發出多種防回彈纜繩。這些新型纜繩已被國內外多家船級社廣泛使用。
“一種方法是將‘高伸長’與‘低伸長’繩股組件進行混合編織。當纜繩受到外力拉伸時,最初只是幾股‘低伸長’的組件斷裂,隨后相鄰繩股的結構會進行重排,讓纜繩仍保留足夠強度,不會立即斷裂。”侯兵兵介紹了兩種防回彈纜繩的設計方法,“另一種是采用內外芯結合的方式。當外部承重結構拉伸斷裂時,內芯‘高伸長’組件不會和外部‘低伸長’結構組件同時斷裂,而會承載意外斷裂纜繩的回彈力,使得瞬間回彈力的傷害降到最低。”
今年7月,由四兄繩業作為第一起草單位,牽頭聯合江南造船集團、中國船舶集團第704研究所、中遠海運散運、中國船級社、上海海事大學等多家單位制定的《船用系泊拖帶低回彈纜繩》國家標準(GB/T 43675-2024)正式實施。該標準的實施,規范了防回彈纜繩產品的性能要求、試驗方法、檢驗規程等,確保產品的質量和性能符合行業要求,保障系泊作業的安全和效率。“目前,《國際海上人命安全公約(SOLAS)》等國際公約對船舶安全的要求越來越嚴苛。防回彈纜繩的研發和標準體系的建立是未來高端海工纜繩的發展趨勢。”侯兵兵說。
編輯 / 王丹陽
來源:中國紡織報