NO328383B1 - Direkte elektrisk oppvarmingssystem med hoy virkningsgrad - Google Patents
Direkte elektrisk oppvarmingssystem med hoy virkningsgrad Download PDFInfo
- Publication number
- NO328383B1 NO328383B1 NO20080833A NO20080833A NO328383B1 NO 328383 B1 NO328383 B1 NO 328383B1 NO 20080833 A NO20080833 A NO 20080833A NO 20080833 A NO20080833 A NO 20080833A NO 328383 B1 NO328383 B1 NO 328383B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- pipeline
- magnetic core
- sheath
- cable
- electric heating
- Prior art date
Links
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 8
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 5
- 238000009417 prefabrication Methods 0.000 claims 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 abstract description 19
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/01—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells specially adapted for obtaining from underwater installations
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L53/00—Heating of pipes or pipe systems; Cooling of pipes or pipe systems
- F16L53/30—Heating of pipes or pipe systems
- F16L53/35—Ohmic-resistance heating
- F16L53/37—Ohmic-resistance heating the heating current flowing directly through the pipe to be heated
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L53/00—Heating of pipes or pipe systems; Cooling of pipes or pipe systems
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/0004—Devices wherein the heating current flows through the material to be heated
- H05B3/0009—Devices wherein the heating current flows through the material to be heated the material to be heated being in motion
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B2214/00—Aspects relating to resistive heating, induction heating and heating using microwaves, covered by groups H05B3/00, H05B6/00
- H05B2214/03—Heating of hydrocarbons
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49002—Electrical device making
- Y10T29/49082—Resistor making
- Y10T29/49083—Heater type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
Oppfinnelsen vedrører et direkte elektrisk oppvarmingssystem for undersjøisk stålrørledning (10) med en piggyback-kabel (13) som er anordnet på rørledningen (10), der minst en magnetisk kjerne av manteltype (16) omgir rørledningen (10) med dennes piggyback-kabel (13). Den magnetiske kjernen av manteltype (16) kan være kontinuerlig eller diskret anordnet på rørledningen (10). Fremgangsmåter for å anordne den magnetiske kjernen av manteltype (16) rundt rørledningen (10) med piggyback-kabel (13), presenteres også. Et direkte elektrisk oppvarmingssystem ifølge oppfinnelsen forbedrer andelen av rørledningsstrøm ved å introdusere magnetisk kopling mellom piggyback-kabel (13) og rørledning (10), og derved vesentlig redusere effektforbruk og strøm i sjøvann.
Description
Bakgrunn for oppfinnelsen
Oppfinnelsens område
Den foreliggende oppfinnelsen vedrører generelt området direkte elektriske oppvarmingssystemer (DEH-systerner) som typisk brukes i forbindelse med undersjøiske rørledninger for olje eller kondensater. Mer spesifikt vedrører oppfinnelsen et DEH-system som omfatter en magnetisk kjerne som omgir rørledningen for å øke andelen elektrisk strøm som flyter i rørledningen og redusere andelen strøm som flyter i sjøvann.
Teknikkens stand
Temperaturen til oljen eller kondensatet i de underjordiske reservoarene er typisk omtrent 90 °C. Brønnstrømmen av olje eller kondensat inneholder flere flytende substanser som fryser når temperaturen faller. Dette er et problem når rørledningen kjøles ned i sjøvann, spesielt under en ned-stengning av produksjonen. Dette kan forårsake at gjennom-strømningen i rørledningen hindres, eller til og med blokkeres, på grunn av dannelsen av hydrater eller voks-plugger. For å løse dette problemet brukes hovedsakelig kjemisk behandling. Denne fremgangsmåten medfører imidlertid betraktelige operasjonelle kostnader og utgjør en risiko for miljøet dersom en lekkasje skulle oppstå.
Som et alternativ til kjemisk behandling, er elektrisk oppvarming blitt etablert. Tre fremgangsmåter kan brukes: i) elektriske varmekabler, ii) oppvarming ved elektromagnetisk induksjon, eller iii) direkte elektrisk oppvarming av rørledningen. Det første alternativet har vist seg å være heller lite effektivt, og det andre veldig kostbart.
Det direkte elektriske oppvarmingssystemet er basert på det faktum at en elektrisk strøm i en metalleder genererer varme på grunn av ohmske tap. Strømforsyningen forbindes da direkte med rørledningens ender.
For å varme opp olje- eller gassrørledninger i den hensikt å hindre at hydrat og is dannes på rørledningens vegger, har søker i foreliggende sak utviklet et direkte elektrisk oppvarmingssystem som er beskrevet blant annet i den britiske patentsøknaden med nummer 2.373.321 A. For strømforsyning til et slikt oppvarmingssystem, er det vanlig praksis å installere en strømforsyningskabel som en såkalt "piggyback" kabel, der piggyback-kabelen tradisjonelt er blitt installert samtidig med at rørledningen legges. Mer spesifikt stroppes en slik enlederkabel til rørledningen under installasjon av denne. Returstrømmen burde selvsagt i helhet flyte gjennom rørledningsveggen for å oppnå den oppvarmingseffekten som det siktes mot.
BB 2 341 442 A presenterer et eksempel på et oppvarmingssystem som kan brukes for rørledninger på havbunnen. I dette systemet er det metalliske røret av rørledningen elektrisk og termisk isolert og forbundet med en strømforsyning som mater en strøm gjennom det metalliske røret, hvorved en effektiv oppvarming oppnås ved vekselstrøm.
I US 6,509,557 presenteres apparat og fremgangsmåte for elektrisk oppvarming av undersjøiske rørledninger. Et elektrisk isolerende lag plasseres over røret i det segmentet av rørledningen som skal oppvarmes, og det besørges at elektrisk strøm flyter aksialt gjennom stålveggen av røret. I en utførelsesform (endematet) brukes en isolert forbindelse ved nærenden av rørledningen til å påtrykke spenning på enden av segmentet. Ved den fjerne enden brukes en elektrisk konnektor for å lede den elektriske strømmen til en retur-kabel eller til en sjøvannselektrode. Det er tilveiebrakt en buffersone av rørledningen forbi den fjerne enden. Separat elektrisk oppvarming kan også brukes i buffersonen. Elektriske reaktansspoler kan brukes i forskjellige arrangementer for å redusere lekkasjestrøm i rørledningen utenfor det oppvarmede segmentet. I en utførelsesform (sentermatet) påtrykkes spenning ved eller nær midtpunktet av segmentet som skal varmes opp via en elektrisk konnektor og ingen isolert forbindelse brukes. Buffersoner, oppvarming av buffersoner og elektriske reaktansspoler kan også anvendes i denne utførelsesformen.
Den foreliggende utførelsen av direkte elektrisk oppvarming (DEH) for undersjøiske rørledninger, er basert på en såkalt "åpen" konfigurasjon, i denne sammenhengen betyr dette "åpen for kontakt med sjøvann", det vil si at rørledningen ikke er elektrisk isolert fra sjøvannet. Dette betyr at det er elektrisk kontakt mellom rørledning og sjøvann ved begge ender av rørledningen (kabelforbindelsespunkter). Ofte vil rørledningen også ha anoder distribuert langs sin lengde, og derved introduseres tilleggskontaktpunkter mellom rørledning og sjøvann.
Som en konsekvens av det som er beskrevet ovenfor, splittes den elektriske strømmen som tilføres via piggyback-kabelen inn i et åpent DEH-system, i to komponenter: a) Komponenten som flyter i den metalliske rørledningen, og derved gir den ønskede oppvarmingseffekten. b) En komponent som flyter i sjøvann parallelt med rørledningen. Denne komponenten er uønsket siden den
ikke bidrar til oppvarming av rørledningen, samtidig som den øker nominell strømverdi for kablene så vel som nominell effekt for det totale systemet.
Den tekniske utfordringen er derved å finne metode for å presse strøm fra sjøvann og inn i rørledningen. Det betraktes imidlertid som svært viktig å opprettholde filosofien om et "åpent" system, det vil si å ikke introdusere noen krav angående elektrisk isolasjon av rørledningen (i forhold til
sjøvann).
I de beste av de løsningene på dette problemet som allerede finnes, vil rørledningsstrømmen være av en størrelsesorden på omtrent 60-70% av strømmen i piggyback-kabelen, mens den tilsvarende strømmen som flyter gjennom sjøvann vil være 40-30%.
Effektiviteten til et DEH-system i følge dagens tekniske stand, er derved relativt dårlig. -Nødvendigheten av å tilføre en vesentlig høyere kabelstrøm for å oppnå den ønskede rørledningsstrøm og oppvarmingseffekt, medfører økte kabelkostnader og/eller ohmske tap. Den viktigste konsekvensen sett fra sluttbrukernes synspunkt, er at overflateutstyret blir stort og tungt. Dersom man kunne få en større andel av den tilførte kabelstrømmen til å flyte i rørledningen, ville de tekniske og økonomiske konsekvensene for overflateutstyret være betydelige.
Dersom det for eksempel er mulig å forbedre andelen av rørledningsstrøm fra 60% til 85% (i forhold til strøm i piggyback-kabelen), så ville dette redusere tilført strøm til piggyback-kabelen til omtrent 65% (samtidig som den samme rørledningsstrøm og oppvarming oppnås). Videre ville også effektkravet til overflateutstyret bli redusert med 35%-40%, noe som medfører store besparinger i volum og vekt for overflateutstyret.
Relevant erfaring med tilsvarende problemer har man fra strømforsyningssysterner for jernbane. De fleste jernbaner får strømforsyning i form av enfaset, høyspent vekselstrøm (AC). Strømforsyning til tog skjer via en kontaktledning, mens skinnegangen selv kan brukes som den andre lederen som er nødvendig for å lukke den elektriske kretsen. Av diverse praktiske og sikkerhetsmessige grunner må skinnegangen forbli på et spenningsnivå nær jordpotensialet. Det er også viktig å begrense lekkasjestrøm i jord, og derved elektromagnetisk støy, langs jernbanen. Skinnegangen er som oftest direkte forbundet til jord på flere steder, og definerer derved et strømforsyningssystem som er svært analogt til et DEH-system. For å begrense mengden av lekkasjestrøm i jorden, er det vanlig å installere en dedikert returleder parallelt med jernbanen. Denne returlederen kan så være magnetisk forbundet med høyspente forsyningskabler via en såkalt sugetransformator som har et viklingsforhold på 1:1. Derved tvinges det frem strømbalanse mellom strømmen som mates inn i luftlinjen og strømmen som flyter i returlederen.
Kort oppsummering av oppfinnelsen
Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et direkte elektrisk oppvarmingssystem for undersjøiske stålrørledninger, omfattende en piggyback-kabel som er anordnet på rørled-ningen, en elektrisk strømforsyningsenhet som typisk er anordnet på en overflatekonstruksjon og en forsyningskabel, der minst en magnetisk kjerne av manteltype omgir rørled-ningen med dennes piggyback-kabel.
Den minst ene magnetiske kjernen består av laminert elektrisk stål, tilsvarende konvensjonelle transformatorkjerner. Laminering av kjernen skal også sikre at kjernen selv ikke kan danne en kontinuerlig, aksial, elektrisk ledende bane parallelt med rørledningen, da den ville lede bort en del av strømmen og derved redusere den totale systemeffektiviteten. Dette er grunnen til at en kontinuerlig, ikke-laminert kjerne, for eksempel i form av et aksialt splittet, magnetisk stålrør, ikke kan brukes for å oppnå de ønskede effektivi-tets forbedringene.
I følge ett aspekt ved oppfinnelsen kan den magnetiske kjernen av manteltype anordnes kontinuerlig på rørledningen slik at den strekker seg ut langs i hovedsak hele lengden av rørledningen. Den magnetiske kjernen av manteltype kan konstrueres som et tynt, kontinuerlig element av laminert elektrisk stål med en tykkelse som typisk tilsvarer den av rørledningen. Videre kan en kontinuerlig kjerne gi beskyttelse mot mekaniske påkjenninger for alle elementene inne i denne.
Ifølge et annet aspekt kan den magnetiske kjernen av manteltype anordnes diskret på rørledningen og strekke seg ut over en begrenset del av rørledningen. Den magnetiske kjernen av manteltype kan konstrueres som et diskret element av elektrisk stål. Tykkelsen av et diskret element vil typisk være større enn tykkelsen av et kontinuerlig element for en tilsvarende anvendelse. En diskret magnetisk kjerne kan anordnes på hver rørledningsseksjon som definert mellom par av distribuerte rørledningsanoder. Diskrete kjerner kan videre omfatte to aksialt delte halvdeler for å tillate montering rundt en kontinuerlig rørledning med piggyback-kabel .
Både for kontinuerlige og diskrete anvendelser vil den magnetiske kjernen av manteltype typisk være konstruert for ikke å gå i magnetisk metning ved maksimal direkte elektrisk oppvarmingsstrøm.
Den magnetiske kjernen av manteltype kan ha forskjellige former i det radiale tverrsnittet, slik som for eksempel sirkulært, ovalt, rektangulært eller triangulært.
Et annet aspekt ved oppfinnelsen er en fremgangsmåte for å anordne en kontinuerlig kjerne ved å vikle elektrisk stål rundt rørledningen med piggyback-kabel under installasjon. For diskrete kjerner presenteres en fremgangsmåte for anordning der kjernene er prefabrikerte i aksialt delte halvdeler, og halvdelene monteres rundt rørledningen under installasjon.
Et direkte elektrisk oppvarmingssystem ifølge den foreliggende oppfinnelsen, løser et problem ved løsninger ifølge teknikkens stand, ved å forbedre andelen rørledningsstrøm ved å introdusere en magnetisk kopling mellom piggyback-kabelen og rørledningen, og derved betraktelig redusere effektforbruk og strøm i sjøvann.
Kortfattet beskrivelse av tegningene
Oppfinnelsen og fordelene ved denne kan forstås lettere ved å referere til den følgende detaljerte beskrivelsen og de vedheftede tegningene, i hvilke: Figur 1 skjematisk viser en systemoversikt av et direkte elektrisk oppvarmingssystem. Figur 2 presenterer et tverrsnitt av en magnetisk kjerne av manteltype over rørledning med piggyback-kabel, og illustrerer derved den prinsipielle løsningen ifølge den foreliggende oppfinnelsen, der kjernen av manteltype har en sirkulær eller elliptisk form. Figur 3 presenterer et tverrsnitt av en magnetisk kjerne av manteltype over rørledning med piggyback-kabel, der kjernen av manteltype har en rektangulær form. Figur 4 presenterer et tverrsnitt av en magnetisk kjerne av manteltype over rørledning med piggyback-kabel, der kjernen av manteltype har en triangulær form. Figur 5 illustrerer plasseringen av diskret magnetisk kjerne av manteltype i forhold til rørledningsanoder. Figur 6 illustrerer kontinuerlig magnetisk kjerne av manteltype. Figur 7 illustrerer "sugetransformatorprinsippet" ved å presentere magnetiske flukslinjer ved en ikke- magnetisk kjerne som omgir rørledningen. Figur 8 illustrerer "sugetransformatorprinsippet" ved å presentere magnetiske flukslinjer ved en magnetisk kjerne som omgir rørledningen.
Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen
Figur 1 presenterer en oversikt over en rørledning 10 med et direkte elektrisk oppvarmingssystem.
Et elektrisk strømforsyningsenhet er anordnet på overflate-konstruksjonen 20 som omfattes av det totale anlegget eller plattformen som vedrøres. Fra strømforsyningsenheten finnes det en toleder forsyningskabel eller stigekabel 17 som strekker seg ned til de aktuelle undersjøiske installa-sjonene. Den nedre enden av kabel 18 er forbundet ved en side med den nære enden 13b av piggyback-kabelen 13, og ved den andre siden (den andre lederen) er forbundet som vist ved 13a med den fjerne enden av rørledningen 10.
Rørledningen 10 har en ytre termisk isolasjon 12 som sikrer at råoljen eller kondensatet som kommer fra brønntemplet har en tilstrekkelig lav viskositet inntil den når plattformen 20. Dersom flyten i rørledningen stoppes, forekommer det dannelse av hydratplugger og voksavsetninger som kan blokkere rørledningen når fluidtransporten skal gjenopptas.
For å unngå dette problemet, kan rørledningen 10 varmes opp. En eller flere seksjoner av rørledningen 10 er forbundet med strømforsyningsenheten som er installert på plattformen 20 ved stigekabelen 17 som er nevnt ovenfor, og som inneholder en eller flere lederpar. Stigekabelen 17 er vanligvis beskyttet ved armering og en ytre kappe.
Lederen 14 av piggyback-kabelen 13 er forbundet med den fjerne enden av rørledningen 10. Ved 13a er det vist et elektrisk forbindelsespunkt mellom piggyback-kabelen 13 og rørledningen 10, for strømforsyning til sistnevnte ved dennes fjerne ende.
I Figur 1 under rørledningen 10, finnes det et diagram som viser en kurve 30 som representerer spenningen i piggyback-kabelen i forhold til "elektrisk jord", det vil si den omgivende armeringen og sjøvannet. Derved går kurven 30 ned til null ved den fjerne enden 13a av piggyback-kabelen 13 og rørledningen 10.
Utformingen av det direkte elektriske oppvarmingssystemet krever at en av de to lederne forbindes til den nære enden 13b av rørledningen 10 for å varmes opp og jordes på dette stedet. Overflateenden av lederen vil ha en spenning i forhold til jord som er lik det langsgående spenningsfallet langs denne lederen. Den andre lederen er forbundet med piggyback-kabelen 13 som løper langs hele lengden av rørledningen 10, og er forbundet med den fjerne enden av rørledningen 13a.
Siden rørledningen 10 er et kontinuerlig jordet metallisk element fra ende til ende, er det ikke gjennomførbart å sette sugetransformatorer av konvensjonelt design inn i DEH-kretsen. Det er imidlertid gjennomførbart å konstruere en magnetisk kjerne av manteltype 16 som vil omgi både rørledning 10 og piggyback-kabel 13 - med eller uten et mekanisk beskyttelsessystem ("Mechanical Protection System" - MPS). I prinsippet vil hver slik magnetisk kjerne 16 bli en sugetransformator av manteltype med et forholdstall 1:1. Piggyback-kabelen 13 vil utgjøre primærviklingen, mens rørledningen 10 vil utgjøre sekundærviklingen av denne 1:1 transformatoren av manteltype. Denne transformatorkonfigura-sjonen vil derved virke for å sikre at rørledningsstrømmen er av liknende størrelsesorden som strømmen i piggyback-kabelen 13. Transformatorer av manteltype er velkjente fra bruk i anvendelser med stor strøm og lav spenning slik som smelteverk.
Figurene 2-4 nedenfor presenterer tverrsnitt av alternative konfigurasjoner som er basert på den samme prinsipielle løsningen. Den magnetiske kjernen av manteltype 16 omgir både piggyback-kabelen 13 og rørledningen 10, og vil derved medvirke til å balansere ut differansen i strøm i disse to lederne/viklingene. Rørledningen 10 omfatter et stålrør 11 og en termisk isolasjon 12, og piggyback-kabelen 13 omfatter vanligvis en kabelleder 14 og en elektrisk isolasjon 15.
Den sirkulære/elliptiske kjerneformen i Figur 2 vil typisk ha den laveste magnetiske reluktansen for en gitt kjerne-tykkelse. Den rektangulære formen i Figur 3 kan ha fordeler relatert til praktiske aspekter ved fremstilling. Den triangulære formen i Figur 4 vil ha mindre tendens til å bevege seg sideveis eller rulle/tippe over under og etter installasjon.
Når en mantelkjerne av magnetisk stål 16 anordnes på en kontinuerlig måte slik at den omgir rørledning 10 og piggyback-kabel 13, vil den også gi beskyttelse mot mekanisk påkjenning for alle elementene inne i denne.
Forskjellige praktiske fremgangsmåter for å anordne den magnetiske mantelkjernen 16 er gjennomførbare. Konvensjonelt elektrisk flattstål (forsynt som spoler) brukes normalt for å bygge en laminert, magnetisk kjerne. Den påkrevde mengden av elektrisk stål, og derved tykkelsen av mantelkjernen 16, vil først og fremst avhenge av kabelstrømmen og elkraft-frekvensen, og må dimensjoneres for hvert enkelt tilfelle. Dimensjoneringen skal sikre at den magnetiske mantelkjernen 16 gir en tilfredsstillende magnetisk reluktans, og også at den ikke tvinges inn i magnetisk metning siden dette ville komme i konflikt med dens formål.
Den kanskje enkleste fremgangsmåten å se for seg, er en tilleggsprosess under installasjon av rørledningen der viklet stål vikles på rørledningen 10 med piggyback-kabel 13 (og
MPS) .
I begge tilfeller vil en ikke-metallisk form eller underlag forenkle arbeidet. Stålkorrosjonsaspekter kan også forventes å påvirke pakkingen og overflatebehandlingen av den komplette kj ernen.
En annen fremgangsmåte er å fremstille kjernen 16 et annet sted, på en tilpasset form med tilstrekkelige innvendige dimensjoner til å passe rundt den komplette rørledningen 10 med piggyback-kabel 13 og mekanisk beskyttelsessystem (dersom dette brukes). I dette tilfellet vil det være nødvendig å dele den fremstilte kjernen aksialt for å tillate montering på rørledningen, og effektiviteten til kjernen vil bli redusert ved luftåpninger som introduseres ved slik splitting. Utforminger av mantelkjernen slik de er vist i Figurene 2-4, kan fortsatt anvendes. Igjen forventes det at korrosjonsaspekter kan diktere det detaljerte designet av kjernen og fremgangsmåtene for fremstilling.
Undersjøiske rørledninger 10 vil normalt være utstyrt med offeranoder 19 for konvensjonell (likestrøm, DC) korrosjonsbeskyttelse. Disse anodene er i metallisk kontakt med stålrørledningen 10 samtidig som de er eksponert for sjøvann. Avstanden mellom anoder 19 kan variere betraktelig fra rørledning 10 til rørledning 10. Noen rørledninger 10 kan ha anoder 19 som er fordelt jevnt langs den fulle lengden, mens andre kan ha banker av anoder 19 kun ved endene.
Tilstedeværelsen av distribuerte anoder 19 langs rørledningen 10 vil også influere på flyten av vekselstrøm (AC) langs rørledningen 10, og derved influere på oppvarmingseffekten som oppnås i rørledningen 10. Enhver anode representerer en potensiell lekkasje av strøm fra rørledningen 10 til/fra s j øvann. Figur 5 illustrerer en fordelaktig utførelsesform av oppfinnelsen der minst en magnetisk kjerne 16 er plassert mellom hvert par av rørledningsanoder 19. Dette vil i stor grad hindre eller redusere "tap" av vekselstrøm fra rørledningen og inn i sjøvann ved anodene 19. Figurene 7 og 8 presenterer de magnetiske flukslinjene for to tilfeller nedenfor; en ikke-magnetisk kjerne og en (moderat) magnetisk kjerne. Det fremkommer at det sistnevnte tilfellet produserer nesten null fluks utenfor kjernen.
Den foreliggende oppfinnelsen reduserer strømflyt i sjøvann betraktelig sammenliknet med de beste løsningene ifølge teknikkens stand, i det strøm forflyttes fra sjøvann inn i rørledningen 10. Som en konsekvens av dette, gitt at strømmen i rørledningen er den dimensjonerende størrelsen for direkte elektriske oppvarmingssystemer, vil kabelstrømmen og den elektrisk effekten for overflateutstyret bli vesentlig redusert.
Claims (15)
1. Direkte elektrisk oppvarmingssystem for undersjøisk stålrørledning (10), omfattende en piggyback-kabel (13) som er anordnet på rørledningen (10), en elektrisk strøm-forsyningsenhet som typisk er anordnet på en overflatekonstruksjon (20) og forsyningskabler (17, 18), karakterisert ved at
minst en magnetisk kjerne av manteltype (16) omgir rørledningen (10) med dens piggyback-kabel (13).
2. System ifølge krav 1, der den minst ene magnetiske kjernen av manteltype (16) er kontinuerlig anordnet på rørledningen (10) og strekker seg langs i hovedsak hele lengden av rørledningen (10).
3. System ifølge krav 1, der den minst ene magnetiske kjernen av manteltype (16) er diskret anordnet på rørledningen (10) og strekker seg langs en begrenset del av rørledningen (10).
4. System ifølge krav 1 eller 2, der den minst ene magnetiske kjernen av manteltype (16) er konstruert som et tynnvegget, kontinuerlig element av elektrisk stål.
5. System ifølge krav 4, der det kontinuerlig elementet har en tykkelse som typisk er liknende det av rørledningen (10).
6. System ifølge krav 1 eller 3, der den minst ene magnetiske kjernen av manteltype (16) er konstruert som et diskret element av elektrisk stål, der, for liknende anvendelser, tykkelsen av det diskrete elementet er større enn tykkelsen av det kontinuerlige elementet ifølge krav 4 eller 5.
7. System ifølge krav 1, 3 eller 6, der minst en magnetisk kjerne (16) er anordnet på hver rørledningsseksjon som definert ved par av distribuerte rørledningsanoder.
8. System ifølge hvilke som helst av kravene ovenfor, der den magnetiske kjernen (16) er laminert og omfatter elektrisk stål.
9. System ifølge hvilke som helst av kravene ovenfor, der den magnetiske kjernen (16) er konstruert for ikke å gå i magnetisk metning ved maksimum direkte elektrisk oppvarmingsstrøm.
10. System ifølge hvilke som helst av kravene 1 og 3-9, der den magnetiske kjernen av manteltype (16) omfatter to aksialt delte halvdeler for å tillate montering rundt en kontinuerlig rørledning (10) med piggyback-kabel.
11. System ifølge hvilke som helst av kravene ovenfor, der den magnetiske kjernen av manteltype (16) har en sirkulær eller oval form i et hvilket som helst radialt tverrsnitt.
12. System ifølge hvilke som helst av kravene 1-10, der den magnetiske kjernen av manteltype (16) har en rektangulær eller triangulær form i et hvilket som helst radialt tverrsnitt.
13. System ifølge et av kravene 1, 2, 4, 5, 8, 9, 11 og 12, der den magnetiske kjernen av manteltype (16) tilveiebringer beskyttelse mot mekanisk påkjenning for alle elementene inne i denne.
14. Fremgangsmåte for å anordne magnetisk kjerne av manteltype (16) på en rørledning (10) i et direkte elektrisk oppvarmingssystem ifølge et av kravene 1, 2, 4, 5, 8, 9, 11,
12 og 13,
karakterisert ved- vikling av elektrisk stål rundt rørledningen (10) med piggyback-kabel (13) under installasjon.
15. Fremgangsmåte for å anordne magnetisk kjerne av manteltype (16) på en rørledning (10) i et direkte elektrisk oppvarmingssystem ifølge krav 1, 3, 7 eller 10, karakterisert ved- prefabrikering av kjernene (16) i aksialt delte halvdeler, - montering av halvdelene av kjernene under installasjon av rørledningen (10).
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20080833A NO328383B1 (no) | 2008-02-15 | 2008-02-15 | Direkte elektrisk oppvarmingssystem med hoy virkningsgrad |
US12/321,862 US20090214196A1 (en) | 2008-02-15 | 2009-01-26 | High efficiency direct electric heating system |
GB0902449.8A GB2457791B (en) | 2008-02-15 | 2009-02-13 | High efficiency direct electric heating system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20080833A NO328383B1 (no) | 2008-02-15 | 2008-02-15 | Direkte elektrisk oppvarmingssystem med hoy virkningsgrad |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO20080833L NO20080833L (no) | 2009-08-17 |
NO328383B1 true NO328383B1 (no) | 2010-02-08 |
Family
ID=40548175
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO20080833A NO328383B1 (no) | 2008-02-15 | 2008-02-15 | Direkte elektrisk oppvarmingssystem med hoy virkningsgrad |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20090214196A1 (no) |
GB (1) | GB2457791B (no) |
NO (1) | NO328383B1 (no) |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NO322636B1 (no) | 2005-01-13 | 2006-11-13 | Statoil Asa | System for stromforsyning til undervannsinstallasjon |
GB2480072A (en) | 2010-05-05 | 2011-11-09 | Technip France | Electrical heating of a pipeline |
EP2541263A1 (en) * | 2011-07-01 | 2013-01-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Fault detection system and method, and power system for subsea pipeline direct electrical heating cables |
NO334353B1 (no) | 2011-02-24 | 2014-02-17 | Nexans | Lavspent direkte elektrisk oppvarming for fleksible rør/stigerør |
MY161019A (en) * | 2011-07-11 | 2017-03-31 | Itp Sa | Electrical heating system for a section of fluid transport pipe,section and pipe equipped with such an electrical heating system |
US20180010723A1 (en) * | 2016-05-16 | 2018-01-11 | Pentair Thernal Management LLC | High Voltage Skin Effect Trace Heating Cable Isolating Radial Spacers |
EP3337290B1 (en) * | 2016-12-13 | 2019-11-27 | Nexans | Subsea direct electric heating system |
WO2018229262A1 (en) * | 2017-06-16 | 2018-12-20 | Sandvik Intellectual Property Ab | A tube structure and a method for manufactoring a tube structure |
EP3421715A1 (en) * | 2017-06-30 | 2019-01-02 | Nexans | An extended direct electric heating system |
US10649427B2 (en) | 2017-08-14 | 2020-05-12 | Schlumberger Technology Corporation | Electrical power transmission for well construction apparatus |
US10699822B2 (en) | 2017-08-14 | 2020-06-30 | Schlumberger Technology Corporation | Electrical power transmission for well construction apparatus |
US10697275B2 (en) | 2017-08-14 | 2020-06-30 | Schlumberger Technology Corporation | Electrical power transmission for well construction apparatus |
US10760348B2 (en) * | 2017-08-14 | 2020-09-01 | Schlumberger Technology Corporation | Electrical power transmission for well construction apparatus |
US10724341B2 (en) | 2017-08-14 | 2020-07-28 | Schlumberger Technology Corporation | Electrical power transmission for well construction apparatus |
US10745975B2 (en) | 2017-08-14 | 2020-08-18 | Schlumberger Technology Corporation | Electrical power transmission for well construction apparatus |
US10472953B2 (en) | 2017-09-06 | 2019-11-12 | Schlumberger Technology Corporation | Local electrical room module for well construction apparatus |
US10662709B2 (en) | 2017-09-06 | 2020-05-26 | Schlumberger Technology Corporation | Local electrical room module for well construction apparatus |
US10655292B2 (en) | 2017-09-06 | 2020-05-19 | Schlumberger Technology Corporation | Local electrical room module for well construction apparatus |
EP3495055B1 (en) * | 2017-12-06 | 2021-02-17 | Technip N-Power | A submarine structure and related method |
Family Cites Families (30)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3629551A (en) * | 1968-10-29 | 1971-12-21 | Chisso Corp | Controlling heat generation locally in a heat-generating pipe utilizing skin-effect current |
US3617699A (en) * | 1969-03-10 | 1971-11-02 | Donald F Othmer | A system for electrically heating a fluid being transported in a pipe |
JPS4834259B1 (no) * | 1970-07-16 | 1973-10-19 | ||
JPS5027225B1 (no) * | 1970-11-20 | 1975-09-05 | ||
US3975617A (en) * | 1971-01-18 | 1976-08-17 | Othmer Donald F | Pipe heating by AC in steel |
US3782452A (en) * | 1972-05-05 | 1974-01-01 | P Ceplon | Spacer system for use with pipes employing tracer lines |
JPS5247583B2 (no) * | 1974-01-09 | 1977-12-03 | ||
US4002881A (en) * | 1974-06-13 | 1977-01-11 | Chevron Research Company | System for controlling electrical power in an internal wire impedance heating system |
US3971416A (en) * | 1974-08-16 | 1976-07-27 | Thermon Manufacturing Company | Preinsulated pipe assembly and pipeline |
CA1064561A (en) * | 1974-11-04 | 1979-10-16 | Paul F. Offermann | Method and means for segmentally reducing heat output in heat-tracing pipe |
US3983360A (en) * | 1974-11-27 | 1976-09-28 | Chevron Research Company | Means for sectionally increasing the heat output in a heat-generating pipe |
US4280045A (en) * | 1977-05-06 | 1981-07-21 | Douglas Blackmore | Skin effect heat generating unit having convective and conductive transfer of heat |
US4334142A (en) * | 1979-01-04 | 1982-06-08 | Douglas Blackmore | Skin effect pipe heating system utilizing convective and conductive heat transfer |
JPS5852315B2 (ja) * | 1979-02-21 | 1983-11-21 | チッソエンジニアリング株式会社 | 表皮電流加熱パイプライン |
JPS5816104B2 (ja) * | 1980-03-18 | 1983-03-29 | チツソエンジニアリング株式会社 | 簡易誘導電流発熱管 |
US4436565A (en) * | 1981-10-22 | 1984-03-13 | Ricwil, Incorporated | Method of making a heating device for utilizing the skin effect of alternating current |
BR9004240A (pt) * | 1990-08-28 | 1992-03-24 | Petroleo Brasileiro Sa | Processo de aquecimento eletrico de tubulacoes |
US5086836A (en) * | 1990-11-02 | 1992-02-11 | Thermon Manufacturing Company | Retarding heat tracing system and method of making same |
US6142707A (en) * | 1996-03-26 | 2000-11-07 | Shell Oil Company | Direct electric pipeline heating |
US6292627B1 (en) * | 1996-03-26 | 2001-09-18 | Shell Oil Company | Electrical heating of pipelines with pipe-in-pipe and mid-line connector |
NO984235L (no) * | 1998-09-14 | 2000-03-15 | Cit Alcatel | Oppvarmingssystem for metallrør for rõoljetransport |
US6509557B1 (en) * | 1999-08-03 | 2003-01-21 | Shell Oil Company | Apparatus and method for heating single insulated flowlines |
US6278095B1 (en) * | 1999-08-03 | 2001-08-21 | Shell Oil Company | Induction heating for short segments of pipeline systems |
NO321868B1 (no) * | 2000-12-29 | 2006-07-17 | Nexans | Offshoreinstallasjon |
NO322636B1 (no) * | 2005-01-13 | 2006-11-13 | Statoil Asa | System for stromforsyning til undervannsinstallasjon |
NO329604B1 (no) * | 2006-02-17 | 2010-11-22 | Nexans | Elektrisk undervannskabel og system for direkte elektrisk oppvarming |
NO324585B1 (no) * | 2006-02-21 | 2007-11-26 | Nexans | Feildeteksjons-system |
NO324463B1 (no) * | 2006-04-10 | 2007-10-22 | Nexans | Kraftkabel for direkte, elektrisk oppvarmingssystem |
DK2233810T4 (en) * | 2009-03-25 | 2018-12-03 | Nexans | External protection for a direct electric heating cable |
NO334353B1 (no) * | 2011-02-24 | 2014-02-17 | Nexans | Lavspent direkte elektrisk oppvarming for fleksible rør/stigerør |
-
2008
- 2008-02-15 NO NO20080833A patent/NO328383B1/no not_active IP Right Cessation
-
2009
- 2009-01-26 US US12/321,862 patent/US20090214196A1/en not_active Abandoned
- 2009-02-13 GB GB0902449.8A patent/GB2457791B/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2457791B (en) | 2012-05-23 |
GB2457791A (en) | 2009-09-02 |
GB0902449D0 (en) | 2009-04-01 |
US20090214196A1 (en) | 2009-08-27 |
NO20080833L (no) | 2009-08-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO328383B1 (no) | Direkte elektrisk oppvarmingssystem med hoy virkningsgrad | |
EP2493262B1 (en) | Low voltage System for direct electrical heating a pipeline and a riser that are connected together. | |
RU2615503C2 (ru) | Система прямого электронагрева удаленной скважины | |
US7381900B2 (en) | Power cable for direct electric heating system | |
DK173871B1 (da) | Fremgangsmåde til opvarmning af en transportrørledning, transportrørledning forsynet med opvarmningsmidler samt fremgangsmåde til anbringelse af et system af elektriske ledere langs en transportrørledning | |
US20070237469A1 (en) | Electric submarine power cable and system for direct electric heating | |
AU2011244979B2 (en) | Hydrocarbons transport pipes | |
EP2567138B1 (en) | Pipeline | |
CN103202096A (zh) | 用于电热管道的感应加热器系统 | |
NO335456B1 (no) | Fremgangsmåte og arrangement for direkteoppvarming av rørledninger | |
GB2373321A (en) | Heated oil/gas pipeline | |
US9939098B2 (en) | Intermediate coupling for connecting rigid pipe elements for conveying a fluid, and associated pipe network and assembly method | |
US11982155B2 (en) | Subsea heating apparatus for heating a subsea component, such as subsea pipeline, related subsea heating assembly, subsea heating system, oil and gas production installation and manufacturing method | |
Lervik et al. | Flow assurance by electrical heating of long pipelines | |
Lervik et al. | Low Power DEH System for Flow Assurance |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |