一种海洋柔性软管电缆伴热装置及方法转让专利
申请号 : CN202111221966.4
文献号 : CN114040528B
文献日 : 2022-07-15
发明人 : 王凯 , 茅磊 , 向鹏 , 王旭洲 , 王耀之 , 祝鹏 , 潘毅涛 , 张创 , 孙华锋 , 谢天福
申请人 : 北京石油化工学院 , 成都龙啸工程勘察设计有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种海洋柔性软管电缆伴热装置,其特征在于,在带电源供电装置的海上生产处理平台与无电源供电装置的海上生产处理平台之间连接有海洋柔性软管电缆伴热装置,所述海洋柔性软管电缆伴热装置包括海洋柔性软管及与之配套的连接装置、伴热电缆以及与之配套的连接装置,所述带电源供电装置的海上生产处理平台设有电源和变电装置;
所述海洋柔性软管为多层组合结构,包括软管骨架层,软管骨架层外布置伴热电缆,根据伴热电缆布置方式的不同分为分散型海洋柔性软管和紧凑型海洋柔性软管;
所述分散型海洋柔性软管将伴热电缆布置于内层护套与保温层之间,并用隔套固定,相邻伴热电缆之间布置测温光纤;
所述紧凑型海洋柔性软管将伴热电缆替代部分抗拉铠装层缠绕布置,相邻伴热电缆之间布置测温光纤;
所述伴热电缆分为4组,每组3根,经由电源端变电装置引出,以星型方式在尾端相互连接并接地,所述伴热电缆由连接装置串联增加伴热距离;
所述伴热电缆由外而内包括加强护套、金属护套、绝缘护套、金属芯线、测温光纤;
所述伴热电缆选用60%IACS耐热铝合金为发热体,采用硅橡胶绝缘,所述伴热电缆与电源和变电装置连接,能连续地调节功率;光纤测温主机与所述电源、测温光纤组成测温模块;
所述海洋柔性软管电缆伴热装置能在主动伴热和电力输送两种模式之间切换;4组伴热电缆相互并联连接,并能切换使用;电流输入和输出分别装有开关和保险丝,各电缆连接处也设有保险丝,伴热电缆连接装置处都做接地处理;
所述的海洋柔性软管电缆伴热装置实现主动伴热的方法,包括步骤:将电源端和负载端切换为主动伴热模式,从电源端引出高压直流电,经变电装置转换后,向伴热电缆提供小于1000伏特的交变电流;电流频率根据加热需求、管道尺寸、管道壁厚以及电缆与管道长度在200赫兹至5000赫兹频率范围内变化;电缆中电流在800安培至
15000安培范围内;
闭合变电装置前开关、伴热模式下电缆首端开关、伴热模式下电缆尾端开关,断开第二、第三、第四伴热电缆组首尾端开关以及电力输送模式下电源端和负载端开关;
交变电流藉由首端电缆连接装置进入第一伴热电缆组,伴热电缆在尾端电缆连接装置处形成星型回路并作接地处理;
为适应超长距离伴热的需要,在单根电缆极限长度1公里处安装中间端电缆连接装置并与额外伴热电缆连接以此延长伴热长度;
在海洋柔性软管电缆伴热装置正常运行状态下,通过开启/关闭第二、第三、第四伴热电缆组首尾端开关来选择是否投入使用;
所述的海洋柔性软管电缆伴热装置实现电力输送的方法,包括步骤:将电源端和负载端切换为电力传输模式,由电源端向伴热电缆提供三相电流;电压在
10000伏特至50000伏特之间;电流频率在40赫兹至80赫兹范围内;电流大小在200安培至
500安培范围内;
闭合电力输送模式下电源开关、电力输送模式下电缆首端开关、电力输送模式下电缆尾端开关,断开变电装置前开关,断开第二、第三、第四伴热电缆组首尾端开关以及电力输送模式下电源端和负载端开关;
三相电流藉由首端电缆连接装置进入第一伴热电缆组,伴热电缆尾端与负载端相连接;
由于单根电缆长度限制,在单根电缆极限长度1公里处安装中间端电缆连接装置并与额外伴热电缆串联;
在海洋柔性软管电缆伴热装置正常运行状态下,通过开启/关闭第二、第三、第四伴热电缆组首尾端开关来选择是否投入使用。
说明书 :
一种海洋柔性软管电缆伴热装置及方法
技术领域
背景技术
(尤其是主动伴热技术)的选择在深水海洋石油开发中显得至关重要。
US10125223B1、EP18176118A1等)基于集输钢管的主动加热技术以保障海底管道安全运行。
该方法具有伴热效率高、应用成本低、操作简单、安全可靠等优势。
了较大的挑战。
际工程的安全需要,严重制约了海上稠油、高凝油田的开发。
发明内容
性软管电缆伴热装置包括海洋柔性软管及与之配套的连接装置、伴热电缆以及与之配套的
连接装置,所述带电源供电装置的海上生产处理平台设有电源和变电装置;
道壁厚以及电缆与管道长度在200赫兹至5000赫兹频率范围内变化;电缆中电流在800安培
至15000安培范围内;
至500安培范围内;
力输送模式下电源端和负载端开关;
据具体工况要求在主动伴热模式和电力输送模式之间切换。该方法效率高、可操作性强、高
亢余度、高灵活性且成本较低,与常规钢管伴热相比在地形适应性、耐腐蚀性、保温性、可回收性等方面均有明显优势。
附图说明
储层;14—电源供应装置;15—海底管道长线电缆伴热装置;16—伴热电缆;17—电源端切
换装置;18—负载端切换装置;19—第一伴热电缆组;20—第二伴热电缆组;21—第三伴热
电缆组;22—第四伴热电缆组;23—分散型海洋柔性软管外层护套;24—分散型海洋柔性软
管保温层;25—分散型海洋柔性软管电缆隔套;26—分散型海洋柔性软管内层护套;27—分
散型海洋柔性软管外层抗拉铠装层外侧防磨护套;28—分散型海洋柔性软管外层抗拉铠装
层;29—分散型海洋柔性软管内层抗拉铠装层外侧防磨护套;30—分散型海洋柔性软管内
层抗拉铠装层;31—分散型海洋柔性软管抗压铠装层外侧防磨护套;32—分散型海洋柔性
软管抗压铠装层;33—分散型海洋柔性软管内压密封层;34—分散型海洋柔性软管骨架层;
35—分散型海洋柔性软管测温光纤;36—紧凑型海洋柔性软管外层护套;37—紧凑型海洋
柔性软管保温层;38—紧凑型海洋柔性软管内层护套;39—紧凑型海洋柔性软管外层抗拉
铠装层外侧防磨护套;40—紧凑型海洋柔性软管外层抗拉铠装层;41—紧凑型海洋柔性软
管内层抗拉铠装层外侧防磨护套;42—紧凑型海洋柔性软管内层抗拉铠装层;43—紧凑型
海洋柔性软管抗压铠装层外侧防磨护套;44—紧凑型海洋柔性软管抗压铠装层;45—紧凑
型海洋柔性软管内压密封层;46—紧凑型海洋柔性软管骨架层;47—紧凑型海洋柔性软管
测温光纤;48—电源装置;49—变电装置;50—首端电缆连接装置;51—中间端电缆连接装
置;52—尾端电缆连接装置;53—负载装置;54—第一伴热电缆组;55—第二伴热电缆组;
56—第三伴热电缆组;57—第四伴热电缆组;58—变电装置入口开关;59—伴热模式下电缆
首端开关;60—伴热模式下电缆尾端开关;61—输电模式下电缆首端开关;62—输电模式下
电缆尾端开关;63—第四伴热电缆组首端开关;64—第四伴热电缆组尾端开关;65—第三伴
热电缆组首端开关;66—第三伴热电缆组尾端开关;67—第二伴热电缆组首端开关;68—第
二伴热电缆组尾端开关;69—伴热模式下电缆首端保险丝;70—第一伴热电缆中间端保险
丝;71—伴热模式下电缆尾端保险丝;72—输电模式下电缆首端保险丝;73—输电模式下电
缆尾端保险丝;74—第二伴热电缆中间端保险丝;75—第三伴热电缆中间端保险丝;76—第
四伴热电缆中间端保险丝;77—首端连接装置接地;78—中间端连接装置接地;79—尾端连
接装置接地;80—伴热电缆导体芯线;81—包裹于伴热电缆导体芯线外的绝缘护套;82—包
裹于绝缘护套外的金属护套;83—伴热电缆最外层加强护套。
具体实施方式
构成对本发明的限制。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动
前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
外的技术特征要素,但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子
句中,那么其仅限定在该子句中明确列出的要素,其他子句中所记载的要素并不被排除在
整体权利要求之外。
义。
不论该范围是否被明确记载;例如,如果记载了数值范围“2~8”时,那么该数值范围应被解释为包括“2~7”、“2~6”、“5~7”、“3~4和6~7”、“3~5和7”、“2和5~7”等范围。除另有说明外,本文中记载的数值范围既包括其端值也包括在该数值范围内的所有整数和分数。
对本文的限制。
明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
性软管电缆伴热装置包括海洋柔性软管及与之配套的连接装置、伴热电缆以及与之配套的
连接装置,所述带电源供电装置的海上生产处理平台设有电源和变电装置;
温模块。
连接处也设有保险丝,伴热电缆连接装置处都做接地处理。
道壁厚以及电缆与管道长度在200赫兹至5000赫兹频率范围内变化;电缆中电流在800安培
至15000安培范围内;
至500安培范围内;
力输送模式下电源端和负载端开关;
管道安全运行。此外该方法还可根据具体工况要求在主动伴热模式和电力输送模式之间切
换。该方法效率高、可操作性强、高亢余度、高灵活性且成本较低,与常规钢管伴热相比在地形适应性、耐腐蚀性、保温性、可回收性等方面均有明显优势。
要一个连接装置11将相邻管道连接。与无电源供应装置的海上生产处理平台2不同的是,带
电源供应装置的海上生产处理平台1多一个电源供应装置14,为整套装置提供动力。分散型
海洋柔性软管10a由分散型海洋柔性软管外层护套23、分散型海洋柔性软管保温层24、分散
型海洋柔性软管电缆隔套25、分散型海洋柔性软管内层护套26、分散型海洋柔性软管外层
抗拉铠装层外侧防磨护套27、分散型海洋柔性软管外层抗拉铠装层28、分散型海洋柔性软
管内层抗拉铠装层外侧防磨护套29、分散型海洋柔性软管内层抗拉铠装层30、分散型海洋
柔性软管抗压铠装层外侧防磨护套31、分散型海洋柔性软管抗压铠装层32、分散型海洋柔
性软管内压密封层33、分散型海洋柔性软管骨架层34、分散型海洋柔性软管测温光纤35、伴
热电缆16组成。伴热电缆16由伴热电缆导体芯线80、包裹于伴热电缆导体芯线外的绝缘护
套81、包裹于绝缘护套外的金属护套82、伴热电缆最外层加强护套83组成。
要一个连接装置11将相邻管道连接。紧凑型海洋柔性软管10b由紧凑型海洋柔性软管外层
护套36、紧凑型海洋柔性软管保温层37、紧凑型海洋柔性软管内层护套38、紧凑型海洋柔性
软管外层抗拉铠装层外侧防磨护套39、紧凑型海洋柔性软管外层抗拉铠装层40、紧凑型海
洋柔性软管内层抗拉铠装层外侧防磨护套41、紧凑型海洋柔性软管内层抗拉铠装层42、紧
凑型海洋柔性软管抗压铠装层外侧防磨护套43、紧凑型海洋柔性软管抗压铠装层44、紧凑
型海洋柔性软管内压密封层45、紧凑型海洋柔性软管骨架层46、紧凑型海洋柔性软管测温
光纤47、伴热电缆16组成。伴热电缆16由伴热电缆导体芯线80、包裹于伴热电缆导体芯线外
的绝缘护套81、包裹于绝缘护套外的金属护套82、伴热电缆最外层加强护套83组成。
度,电缆允许的持续载流量需要进行修正。敷设在不同条件之下伴热电缆16的允许载流量
按下式计算:
2
为油品比热容,J/(kg·℃);g为重力加速度,m/s ;i为油流水力坡降,m/m;η为伴热效率;q
2
为伴热电缆在单位管壁面积的发热功率,W/m。
性软管骨架层34的导热;分散型海洋柔性软管内压密封层33的导热;分散型海洋柔性软管
抗压铠装层32的导热;分散型海洋柔性软管抗压铠装层外侧防磨护套31的导热;分散型海
洋柔性软管内层抗拉铠装层30的导热;分散型海洋柔性软管内层抗拉铠装层外侧防磨护套
29的导热;分散型海洋柔性软管外层抗拉铠装层28的导热;分散型海洋柔性软管外层抗拉
铠装层外侧防磨护套27的导热;分散型海洋柔性软管内层护套26的导热;分散型海洋柔性
软管电缆隔套25的导热;分散型海洋柔性软管保温层24的导热;分散型海洋柔性软管外层
护套23的导热;分散型海洋柔性软管外层护套23与环境的对流换热;对于已投产运行一段
时间的油气管道,还需要考虑析蜡、结垢的影响。
性软管骨架层46的导热;紧凑型海洋柔性软管内压密封层45的导热;紧凑型海洋柔性软管
抗压铠装层44的导热;紧凑型海洋柔性软管抗压铠装层外侧防磨护套43的导热;紧凑型海
洋柔性软管内层抗拉铠装层42的导热;紧凑型海洋柔性软管内层抗拉铠装层外侧防磨护套
41的导热;紧凑型海洋柔性软管外层抗拉铠装层40的导热;紧凑型海洋柔性软管外层抗拉
铠装层外侧防磨护套39的导热;紧凑型海洋柔性软管内层护套38的导热;紧凑型海洋柔性
软管保温层37的导热;紧凑型海洋柔性软管外层护套36的导热;紧凑型海洋柔性软管外层
护套36与环境的对流换热;
度,m/s;C为油品比热容,J/(kg·℃);λ为油品导热系数,W/(m·℃); 为油品在15℃下相
对密度;T为油品温度,℃。
定需求下,所敷设的海洋柔性软管电缆伴热装置可切换模式实现电力输送。将电源端和负
载端切换为电力传输模式,由电源端向伴热电缆16提供三相电流;电压最好在10000伏特至
50000伏特之间;电流频率最好在40赫兹至80赫兹范围内;电流大小最好在200安培至500安
培范围内;伴热电缆分为4组,每组3根,共12根;闭合电力输送模式下电缆首端开关61、电力输送模式下电缆尾端开关62,断开变电装置前开关58,断开第二伴热电缆组首端开关67、第
二伴热电缆组尾端开关68、第三伴热电缆组首端开关65、第三伴热电缆组尾端开关66、第四
伴热电缆组首端开关63、第四伴热电缆组尾端开关64以及主动伴热模式下电缆首端开关59
和主动伴热模式下电缆尾端开关60;三相电流藉由首端电缆连接装置50进入第一伴热电缆
组,伴热电缆尾端与负载端相连接;由于单根电缆长度限制,在电缆极限长度处安装中间端
电缆连接装置51并与额外伴热电缆串联;在海底管道电缆伴热装置正常运行状态下,可通
过开启/关闭第二、第三、第四伴热电缆组首尾端开关来选择是否投入使用。
水合物抑制;
测并反馈,特殊需求下可通过简单操作在主动伴热模式跟电力输送模式之间切换;
都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范
围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解,而
不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。