NO323516B1 - Undervanns-kraftkabel og oppvarmingssystem - Google Patents

Abstract

En undersjøisk kraftkabel omfatter minst én leder (7) som er omgitt av et lag av isolasjonsmateriale (9), innbefattende indre (8) og ytre (10) halvledende lag. Den isolerte lederen er omsluttet av et flertall armeringselementer (11), der hvert armeringselement består av fibre (lla) innesluttet i et halvledende lag (llb).

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en elektrisk under-sjøisk kabel med en elektrisk leder, en isolasjon og en kappe.

For kraftforsyning til elektriske innretninger på havbunnen er det kjent med undervannskabler som inneholder en eller flere ledere med en isolasjon og en ytre kappe. I kabler for midlere høyspenning omfatter isolasjonen en indre skjerm nær lederens overflate og en annen skjerm på isola-sjonens ytre overflate. Kabelen er vanligvis armert for å være beskyttet mot skade som kan forårsakes av ytre slag-eller støtkrefter, for eksempel av fiskeredskaper eller fallende objekter.

For å hindre blokkering av oljerørledninger ved fysing oljekomponenter, særlig når strømningen blir stoppet, er elektriske oppvarmingssystemer benyttet.

GB 2 341 442 A beskriver et eksempel på et oppvarmingssystem som kan brukes for rørledninger på sjøbunnen. I dette systemet er metallrøret i rørledningen elektrisk og termisk isolert og koplet til en kraftforsyning som fører strøm gjennom metallrøret, slik at en effektiv oppvarming oppnås ved hjelp av vekselstrøm.

US-patent nr. 6,417,457 Bl angår en elektrisk under-sjøisk kabel med en elektrisk leder, en isolasjon og en kappe, hvor kappen omfatter to polymerlag, hvor det ytre laget av kappen har en mekanisk hardhet som er større enn hardheten av isolasjonen og hvor en hardhet av kappens indre lag er mindre enn hardheten av isolasjonen. En metallskjerm under kappen, som omfatter skjermledere, f.eks. kopperbånd, kan brukes til jording for derved å unngå kapasitiv opp-ladning av en halvledende skjerm som omslutter isolasjonen. For å forbedre motstanden mot aksielle krefter vil kappen omfatte fibre laget av dielektrisk materiale, som f.eks. aramid. Fibrene er plassert i eller nær opp til kappens harde lag for å sikre en effektiv overføring av krefter.

En undersjøisk kabel for kopling av rørledningen og kraftforsyningen kan under installasjon bli klemt mellom rør-ledningen og harde objekter. Når rørledningen ekspanderer og trekker seg sammen under operasjon, blir kabelen generelt utsatt for strekk- og glidningskrefter mot sjøbunnen. Disse problemene forverres hvis rørledningen strekker seg over daler mellom knauser eller steinblokker på havbunnen.

En tilstrekkelig beskyttelse kan oppnås med en stål-armering hvis kabelen fører både matestrømmen og retur-strømmen. Det direkte elektriske oppvarmingssystemet vil imidlertid behøve kun en enkelt leder, fordi metallrøret til rørledningen brukes som leder. I dette tilfellet vil en vekselstrøm forårsake svært store elektriske tap hvis en metallarmering er påført kabelen.

Denne kabelen tilfredsstiller ikke de meget spesielle krav for en direkte elektrisk, såkalt "piggyback" kabel som er anbrakt langs en undersjøisk olje- eller gassrørledning. Metallskjermen akkumulerer ladestrøm til sin jordede ende. En betydelig ulempe med denne løsningen er at metallskjermen tar opp en spenning til jord (kamelpukkel-form). Skjermen vil "stjele" den ønskede strømmen fra rørledningen.

Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelse å unngå disse ulempene og å utvikle en elektrisk undervannskabel med en metallfri kappe som beskytter kabelen mot ytre krefter.

I henhold til oppfinnelsen er kappen laget av halvledende polymermateriale med et antall armeringselementer av dielektrisk materiale, som er innesluttet i kappen.

Hovedfordelen med undervannskabelen ifølge oppfinnelsen er at den halvledende kappen vil føre kabelens radielt orienterte, kapasitive ladestrøm ut til det omgivende sjø-vannet for deretter å finne sin vei "hjem<*> via det elektrisk ledende sjøvannet.

De ikke-metalliske armeringselementene forbedrer den aksielle styrken av kabelen uten å hindre at den radielt orienterte, kapasitive ladestrøm føres ut til kappen.

En ytterligere fordel med undervannskabelen ifølge oppfinnelsen, er at den på grunn av armeringselementene kan installeres på store dybder.

Armeringselementene blir påført det ytre halvledende laget og til slutt blir den ytre kappen ekstrudert over armeringslaget.

I en fordelaktig utførelse består armeringselementene av karbonfibre, polyaramidfibre eller fibre av høyorientert (eng. "highly oriented") polyetylen. Disse buntene av slike fibrer er omgitt av en kappe av et polymermateriale som fortrinnsvis er halvledende.

Alternativt er armeringselementene tråder av fiberforsterket plast.

Armeringselementene kan være runde eller kan ha et flatt tverrsnitt.

Den foreslåtte kabelen er egnet for bruk i et elektrisk oppvarmingssystem for et isolert metallrør, særlig en rør-ledning lagt på store dybder, hvor en strøm føres gjennom rørets vegg. Kabelen forbinder røret med en kraftforsyning, normalt gjennom en armert stigekabel fra sjøbunnen til over-flaten, hvor den er koplet til en forsyningsenhet. Systemet er fortrinnsvis et åpent system hvor en del av strømmen flyter gjennom sjøvannet.

Det ovennevnte, samt andre formål, trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse, vil bli klarere i den følgende detaljerte beskrivelsen av foretrukne utførelser som er illustrert i de vedføyde tegninger: Fig. 1 viser et oppvarmingssystem med en elektrisk kabel ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 viser et tverrsnitt av en kabel ifølge oppfin nelsen; Fig. 3a-3b viser tverrsnitt av forskjellige armeringselementer.

På fig. 1 er det illustrert et oppvarmingssystem for en rørledning, som omfatter en kabel ifølge den foreliggende oppfinnelse. Et isolert metallrør 1 (dvs. rørledningen) forbinder en brønnramme (ikke vist) på sjøbunnen med en prosesseringsenhet (ikke vist) installert på en plattform 2. Metallrøret 1 har en ytre termisk isolasjon som sørger for at råolje som kommer fra brønnrammen, har en tilstrekkelig lav viskositet inntil den når plattformen 2. Hvis oljestrømmen blir stoppet, vil det oppstå hydratplugger og voksavleiringer som kan blokkere rørledningen når oljetransporten skal gj enopptas.

For å unngå dette problemet kan røret 1 varmes opp. En eller flere seksjoner av røret 1 er koplet til en kraft-forsyningsenhet (ikke vist) installert på plattformen 2, med en stigekabel 3 som inneholder ett eller flere lederpar med en isolert mate- og returleder. Stigekabelen 3 er beskyttet av en armering og en ytre kappe.

I den nedre ende av stigekabelen 3 er det en statisk seksjon 4 av stigekabelen 3, til hvis ende en armert mate-kabel 5 med to ledere 5a, 5b er koplet. Lederen 5a er for-bundet med metallrøret 1, og lederen 5b er koplet til lederen i en piggyback-kabel 6. Piggyback-kabelens 6 leder er for-bundet med den fjerne ende av metallrøret 1.

Piggyback-kabelen 6 har et tverrsnitt som er vist på fig. 2.

Lederen 7 består av snodde koppertråder. For å hindre langsgående vanninntrengning og forenkle reparasjon, er mellomrom i lederen 7 fylt med en hydrofobisk forbindelse som blokkerer for vann.

Lederen 7 er omgitt av en indre skjerm 8 av halvledende, kryssbundet polyetylen, en isolasjon 9 av kryssbundet polyetylen og en ytre skjerm 10 bestående av halvledende kryssbundet polyetylen. Den indre skjermen 8, isolasjonen 9 og den ytre skjermen 10 er påført lederen 7 i en enkelt trippel-ekstruderingsprosess og kryssbundet ved tilføring av varme til lagene 8, 9 og 10.

Et lag av armeringselementer 11 er viklet på den ytre skjermen 10. Hvert armeringselement 11 består av en bunt lia av fibre med høy styrke, slik som polyaramidfibre, karbonfibre, osv. Det foretrekkes polyetylen-harpiksfibre utviklet av DSM og solgt på markedet under det registrerte varemerket Dyneema. Dyneema er en høyorientert polyetylenfiber som er 40% sterkere enn konkurrerende aramidfibre.

Hver bunt lia er belagt med et lag 11b av polymermateriale som fortrinnsvis er halvledende.

Tverrsnittet av armeringselementene 11 kan være sirkulært {fig. 3a) eller flatt {fig. 3b). Armeringselementene 11 gir høy styrke til undervannskabelen 6 slik at den kan installeres på store dybder. En halvledende kappe 12 er påført på laget av armeringselementer 11 ved ekstrudering. Den halvledende kappe 12 tillater at radial ladestrøm kan flyte gjennom kappen 12 ut i sjøvannet.

Claims (10)

1. Undersjøisk kraftkabel omfattende en leder (7) omgitt av et lag av høyspenningsisolasjonsmateriale (9), innbefattende indre og ytre halvledende lag {8, 10), hvor den isolerte lederen er omsluttet av et antall armeringselementer (11), karakterisert ved at hvert armeringselement (11) består av fibre (lia) av ikke-metallisk materiale som er innesluttet i et halvledende lag (11b).

2. Kabel ifølge krav 1, der armeringselementene (11) er innesluttet i et ytre halvledende lag (12).

3. Kabel ifølge krav 1 eller 2, der armeringselementene (11) består av karbonfibre.

4. Kabel ifølge krav 1 eller 2, der armeringselementene (11) består av polyaramidfibre.

5. Kabel ifølge krav 1 eller 2, der armeringselementene (11) består av fiberforsterket plast.

6. Kabel ifølge krav 1 eller 2, der armeringselementene (11) består av orienterte polyetylen-plastfibre.

7. Kabel ifølge et av de foregående kravene, der hvert armeringselement (11) består av en bunt (lia) av fibre med høy styrke som er omgitt av en kappe (11b) av et polymermateriale.

8. Kabel ifølge krav 7, der minst to bunter (lia) av fibre er omsluttet av en felles kappe (11b) av polymermateriale, hvor kappen (11b) har et tilnærmet flatt eller tilnærmet ovalt tverrsnitt.

9. Kabel ifølge krav 7 eller 8, der kappen (11b) består av et halvledende polymermateriale.

10. Oppvarmingssystem for råoljerørledninger omfattende en termisk isolert rørledning (1) i hvilken i det minste en del av rørledningen (1) tjener som et varmeelement, der varmeelementet har forbindelser til en undervannskabel (6) ved motsatte ender av lengden av rørledningen (1) som definerer varmeelementet, karakterisert ved at undervannskabelen (6) er en undersjøisk kraftkabel ifølge et av kravene 1-9.