一种海底管道双层直接电加热装置及方法

摘要

本发明公开了一种海底管道双层直接电加热装置及方法，包括一个或多个海上浮式电源供电装置，所述双层油气管道外部设有管道及电源一体化连接装置，所述海上浮式电源供电装置通过海底供电电缆并经过变电装置后与所述管道及电源一体化连接装置一点或多点连接。可以单点供电实现短距离快速加热、多点供电实现短距离强效加热和多点供电实现长距离强效加热，适应不同的加热需求。该方法效率高、加热装置简易，不必安装过多的辅助设备，其利用自身电阻产生热量的生热机理，加热效果更加均匀，不仅适用于海底管道短距离应急解堵，多点供电模式对海底管道长距离和连续伴热也同样具有良好的普适性。

权利要求

1.一种海底管道双层直接电加热装置，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双层油气管道及与之配套的连接密封装置，其特征在于：还包括一个或多个海上浮式电源供电装置，所述双层油气管道外部设有管道及电源一体化连接装置，所述海上浮式电源供电装置通过海底供电电缆并经过变电装置后与所述管道及电源一体化连接装置一点或多点连接；

所述双层油气管道包括外层密封管和内层输送管，外层密封管与内层输送管之间设有预留空间和保温材料；

所述管道及电源一体化连接装置包括连接油气管道内层输送管部分、绝缘部分和连接油气管道外层密封管部分；

所述变电装置包括变压器和电源切换开关，能将由海底供电电缆引入的三相电流转变为两相电流并进行功率调节；

所述海底管道双层直接电加热装置能在单点供电和多点供电两种模式之间切换；

所述的海底管道双层直接电加热装置单点供电实现短距离快速加热的方法，包括步骤：从海上浮式电源供电装置引出三相电流，由海底供电电缆传输进入变电装置，变电装置将接收的三相电流转换为两相电流并输出；

分别闭合首端管道及电源一体化连接装置内外层管连接处电源切换开关，电流通过首端管道及电源一体化连接装置流入油气管道内层输送管内，并由尾端管道及电源一体化连接装置流入油气管道外层密封管内，与首端管道及电源一体化连接装置相连接，以此首尾端形成回路；

所述的海底管道双层直接电加热装置多点供电实现短距离强效加热的方法，其包括步骤：从海上浮式电源供电装置引出三相电流，分别由两条海底供电电缆传输进入首尾端变电装置，变电装置将接收的三相电流转换为两相电流并输出；

分别闭合首端和尾端的管道及电源一体化连接装置内层输送管处电源切换开关，电流流通油气管道内层输送管并通过焦耳效应产生热量进而对管内输送流体进行加热；

所述的海底管道双层直接电加热装置多点供电实现长距离强效加热的方法，包括步骤：从距离远的两个海上浮式电源供电装置引出三相电流，分别由两条海底供电电缆传输进入所需加热油气管道首尾端的两个变电装置，变电装置将接收的三相电流转换为两相电流并输出；

分别闭合首端和尾端的管道及电源一体化连接装置内层输送管处电源切换开关，电流流通油气管道内层输送管并通过焦耳效应产生热量进而对管内输送流体进行加热。

说明书

一种海底管道双层直接电加热装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种海底管道电加热技术，尤其涉及一种海底管道双层直接电加热装置及方法。

背景技术

[0002] 目前，海上易凝高黏原油的储量巨大，随着海上油、气田不断向深水开发，水合物堵塞、易凝油胶凝、石蜡沉积等流动保障问题层出不穷，对于保障超稠油及高含蜡原油的安
全输送技术需求迫切，管道输送工艺(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。

[0003] 现有技术中，传统流动保障措施如反向加压、反向清管、添加抑制剂、掺稀掺水、流体置换等在不同程度上存在操作复杂、成本高昂、资源浪费、环境污染等问题。为了应对海上特稠油、高凝油输送以及水合物预防等难题，降低流动安全风险，中国专利
(CN104094492A)提供了一种用于加热海底管线的直接电加热系统，基于交变电流经管道
时，由于电流焦耳效应在管壁产生热能，进而对海底管道进行加热，从而保障海底管道安全
运行。该技术可大幅节省解堵时间和成本，是处理海底管道蜡堵事故的高效、便捷的应急手
段。

[0004] 然而，该方案在不同程度上存在电流耗散、电流腐蚀、伴热效率低等不足，对其在海底集输管道的推广应用如短距离高效伴热和长距离连续伴热构成了较大的挑战。

[0005] 因此，在海底多样的伴热需求下，CN104094492A、CN201606617U等专利提出的伴热方法可能满足不了实际工程的安全需要，严重制约了海上稠油、高凝油田的开发。

[0006] 有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

[0007] 本发明的目的是提供一种海底管道双层直接电加热装置及方法。

[0008] 本发明的海底管道双层直接电加热装置，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双层油气管道及与之配套的连接密封
装置，还包括一个或多个海上浮式电源供电装置，所述双层油气管道外部设有管道及电源
一体化连接装置，所述海上浮式电源供电装置通过海底供电电缆并经过变电装置后与所述
管道及电源一体化连接装置一点或多点连接。

[0009] 上述的海底管道双层直接电加热装置单点供电实现短距离快速加热的方法，其特征在于，包括步骤：

[0010] 从海上浮式电源供电装置引出三相电流，由海底供电电缆传输进入变电装置，变电装置将接收的三相电流转换为两相电流并输出；

[0011] 分别闭合首端管道及电源一体化连接装置内外层管连接处电源切换开关，电流通过首端管道及电源一体化连接装置流入油气管道内层输送管内，并由尾端管道及电源一体
化连接装置流入油气管道外层密封管内，与首端管道及电源一体化连接装置相连接，以此
首尾端形成回路。

[0012] 上述的海底管道双层直接电加热装置多点供电实现短距离强效加热的方法，其特征在于，包括步骤：

[0013] 从海上浮式电源供电装置引出三相电流，分别由两条海底供电电缆传输进入首尾端变电装置，变电装置将接收的三相电流转换为两相电流并输出；

[0014] 分别闭合首端和尾端的管道及电源一体化连接装置内层输送管处电源切换开关，电流流通油气管道内层输送管并通过焦耳效应产生热量进而对管内输送流体进行加热。

[0015] 上述的海底管道双层直接电加热装置多点供电实现长距离强效加热的方法，其特征在于，包括步骤：

[0016] 从距离远的两个海上浮式电源供电装置引出三相电流，分别由两条海底供电电缆传输进入所需加热油气管道首尾端的两个变电装置，变电装置将接收的三相电流转换为两
相电流并输出；

[0017] 分别闭合首端和尾端的管道及电源一体化连接装置内层输送管处电源切换开关，电流流通油气管道内层输送管并通过焦耳效应产生热量进而对管内输送流体进行加热。

[0018] 由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的海底管道双层直接电加热装置及方法，由于海底管道双层直接电加热装置及方法，利用电流的热效应产生热
量，对海底管道进行伴热，保障海底管道安全运行。此外该方法还可根据具体工况要求选择
单点或多点供电模式，适应不同的加热需求。该方法效率高、加热装置简易，不必安装过多
的辅助设备，其利用自身电阻产生热量的生热机理，加热效果更加均匀，不仅适用于海底管
道短距离应急解堵，多点供电模式对海底管道长距离和连续伴热也同样具有良好的普适
性。

附图说明

[0019] 图1为本发明实施例提供的海底管道双层直接电加热装置及方法结构示意图；

[0020] 图2为本发明实施例中油气双层管10三维结构示意图；

[0021] 图3为本发明实施例中油气双层管10沿3‑3径向剖视结构示意图；

[0022] 图4为本发明实施例中油气双层管10沿4‑4轴向局部剖视结构示意图；

[0023] 图5为本发明实施例中油气双层管10轴向结构示意图；

[0024] 图6为本发明实施例单点供电装置及方法示意图；

[0025] 图7为本发明实施例多点供电装置及方法示意图；

[0026] 图8为本发明实施例组合多点供电装置及方法示意图。

[0027] 图中：

[0028] 1—带电源供电装置的海上生产处理平台；2—无电源供电装置的海上生产处理平台；3—带电源供电装置的海上生产处理平台对应的加工处理装置；4—无电源供电装置的
海上生产处理平台对应的加工处理装置；5—海水平面；6—海水水体；7—海底表面；8—双
层油气管道第一端；9—双层油气管道第二端；10—双层油气管道；11—管道及电源一体化
连接装置；12—带电源供电装置的海上生产处理平台对应的石油储层；13—无电源供电装
置的海上生产处理平台对应的石油储层；14—海上生产处理平台的电源供电装置；15—海
底管道双层直接电加热装置；16—海上浮式电源供电装置；17—海上浮式电源供电装置；
18—海底供电电缆；19—海底供电电缆；20—双层油气管道外层密封管；21—双层油气管道
内外层之间剩余间隙；22—双层油气管道内层输送管外保温材料；23—双层油气管道内层
输送管；24—管道及电源一体化连接装置连接油气管道内层输送管部分；25—管道及电源
一体化连接装置绝缘部分；26—管道及电源一体化连接装置连接油气管道外层密封管部
分；27—双层油气管道内外层管对中器；28—功率调节及切换装置；29—电源切换开关；
30—变压器；31—电源切换开关；32—管道及电源一体化连接装置连接油气管道内层输送
管部分；33—管道及电源一体化连接装置绝缘部分；34—管道及电源一体化连接装置连接
油气管道外层密封管部分；35—管道及电源一体化连接装置连接油气管道内层输送管部
分；36—管道及电源一体化连接装置绝缘部分；37—管道及电源一体化连接装置连接油气
管道外层密封管部分；38—首端管道及电源一体化连接装置；39—尾端管道及电源一体化
连接装置；40—三相电源；41—功率调节及切换装置；42—电源切换开关；43—变压器；44—电源切换开关。

具体实施方式

[0029] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不
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。

[0030] 首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：

[0031] 术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。

[0032] 术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。

[0033] 术语“由……组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以
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。

[0034] 除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含
义。

[0035] 当浓度、温度、压力、尺寸或者其它参数以数值范围形式表示时，该数值范围应被理解为具体公开了该数值范围内任何上限值、下限值、优选值的配对所形成的所有范围，而
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。

[0036] 术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为
对本文的限制。

[0037] 本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发
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。

[0038] 本发明实施例的海底管道双层直接电加热装置，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双层油气管道及与之配套的连
接密封装置，还包括一个或多个海上浮式电源供电装置，所述双层油气管道外部设有管道
及电源一体化连接装置，所述海上浮式电源供电装置通过海底供电电缆并经过变电装置后
与所述管道及电源一体化连接装置一点或多点连接。

[0039] 所述双层油气管道包括外层密封管和内层输送管，外层密封管与内层输送管之间设有预留空间和保温材料；

[0040] 所述管道及电源一体化连接装置包括连接油气管道内层输送管部分、绝缘部分和连接油气管道外层密封管部分。

[0041] 所述变电装置包括变压器和电源切换开关，能将由海底供电电缆引入的三相电流转变为两相电流并进行功率调节；

[0042] 所述海底管道双层直接电加热装置能在单点供电和多点供电两种模式之间切换。

[0043] 上述的海底管道双层直接电加热装置单点供电实现短距离快速加热的方法，包括步骤：

[0044] 从海上浮式电源供电装置引出三相电流，由海底供电电缆传输进入变电装置，变电装置将接收的三相电流转换为两相电流并输出；

[0045] 分别闭合首端管道及电源一体化连接装置内外层管连接处电源切换开关，电流通过首端管道及电源一体化连接装置流入油气管道内层输送管内，并由尾端管道及电源一体
化连接装置流入油气管道外层密封管内，与首端管道及电源一体化连接装置相连接，以此
首尾端形成回路。

[0046] 上述的海底管道双层直接电加热装置多点供电实现短距离强效加热的方法，包括步骤：

[0047] 从海上浮式电源供电装置引出三相电流，分别由两条海底供电电缆传输进入首尾端变电装置，变电装置将接收的三相电流转换为两相电流并输出；

[0048] 分别闭合首端和尾端的管道及电源一体化连接装置内层输送管处电源切换开关，电流流通油气管道内层输送管并通过焦耳效应产生热量进而对管内输送流体进行加热。

[0049] 上述的海底管道双层直接电加热装置多点供电实现长距离强效加热的方法，包括步骤：

[0050] 从距离远的两个海上浮式电源供电装置引出三相电流，分别由两条海底供电电缆传输进入所需加热油气管道首尾端的两个变电装置，变电装置将接收的三相电流转换为两
相电流并输出；

[0051] 分别闭合首端和尾端的管道及电源一体化连接装置内层输送管处电源切换开关，电流流通油气管道内层输送管并通过焦耳效应产生热量进而对管内输送流体进行加热。

[0052] 综上可见，本发明实施例的海底管道双层直接电加热装置及方法，由于海底管道双层直接电加热装置及方法，利用电流的热效应产生热量，对海底管道进行伴热，保障海底
管道安全运行。此外该方法还可根据具体工况要求选择单点或多点供电模式，适应不同的
加热需求。该方法效率高、加热装置简易，不必安装过多的辅助设备，其利用自身电阻产生
热量的生热机理，加热效果更加均匀，不仅适用于海底管道短距离应急解堵，多点供电模式
对海底管道长距离和连续伴热也同样具有良好的普适性。

[0053] 为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的进行详细描述。

[0054] 实施例1

[0055] 如图1至图8所示，在海上平台之间安装海底管道双层直接电加热装置，包括海上浮式电源供电装置、变电装置、管道及电源一体化连接装置、双层油气管道及与之配套的连
接密封装置；

[0056] 所述双层油气管道分为内外层结构，海底采出油气经由内层管输送；所述双层油气管道内外层内除为固定用装置预留空间外用保温材料充填，保温材料选用聚氨酯泡沫，
密度为40～60kg/m3，导热系数为0.025W/(m·K)，具有较好的保温绝热性能；

[0057] 所述海底供电电缆经由海上浮式电源供电装置引出，经过变电装置后与管道及电源一体化连接装置相连接。所述变电装置由变压器和电源切换开关组成，可将由海底供电
电缆引入的三相电流转变为两相电流并进行功率调节。所述海底供电电缆中的电流较少，
可以采用横截面较小的缆芯。所述管道及电源一体化连接装置由连接油气管道内层输送管
部分、绝缘部分和连接油气管道外层密封管部分这三部分组成，该装置与油气管道采用焊
接方式连接。测温模块包括电源、测温光纤和光纤测温主机，光纤测温主机与电源连接，采
用光纤测温的方式；

[0058] 根据油气管道加热的需要，所述海底管道双层直接电加热装置可在单点供电和多点供电两种模式之间切换；电流输入和输出分别装有开关和保险丝，电缆连接处也用保险
丝进行保护；在管道连接处做阴极保护处理。

[0059] 上述的海底管道双层直接电加热装置单点供电实现短距离快速加热的方法，包括步骤：从海上浮式电源供电装置引出三相电流，由海底供电电缆传输进入变电装置，变电装
置将接收的三相电流转换为两相电流并输出。分别闭合首端管道及电源一体化连接装置内
外层管连接处电源切换开关，电流通过首端管道及电源一体化连接装置流入油气管道内层
输送管内，并由尾端管道及电源一体化连接装置流入油气管道外层密封管内，以此首尾端
形成回路。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有较大变化，
最好在200赫兹至5000赫兹频率范围内，可由变电装置进行调节，由电源切换开关进行通断
路控制。

[0060] 上述的海底管道双层直接电加热装置多点供电实现短距离强效加热的方法，包括步骤：从海上浮式电源供电装置引出三相电流，分别由两条海底供电电缆传输进入首尾端
变电装置，变电装置将接收的三相电流转换为两相电流并输出。分别闭合首端和尾端的管
道及电源一体化连接装置内层输送管处电源切换开关，电流流通油气管道内层输送管并通
过焦耳效应产生热量进而对管内输送流体进行加热。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有较大变化，最好在200赫兹至5000赫兹频率范围内，可由变电
装置进行调节，由电源切换开关进行通断路控制。与单点供电方式的区别之处在于，多点供
电方式下交变电流只在油气管道内层输送管内流通，避免了电流在油气管道外层密封管和
海水中的耗散，较大程度上提升了系统的电效率和伴热效率；

[0061] 上述的海底管道双层直接电加热装置多点供电实现长距离强效加热的方法，包括步骤：从距离较远的两个海上浮式电源供电装置引出三相电流，分别由两条海底供电电缆
传输进入所需加热油气管道首尾端的两个变电装置，变电装置将接收的三相电流转换为两
相电流并输出。分别闭合首端和尾端的管道及电源一体化连接装置内层输送管处电源切换
开关，电流流通油气管道内层输送管并通过焦耳效应产生热量进而对管内输送流体进行加
热。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有较大变化，最好在
200赫兹至5000赫兹频率范围内，可由变电装置进行调节，由电源切换开关进行通断路控
制。该方法与之前所述多点供电实现短距离强效加热的方法相类似，区别之处在于所加热
的油气管道可由多段较短的管道相互连接组成，在特定电流强度下可实现管道长距离伴
热。

[0062] 本发明的海底管道双层直接电加热方法的原理，如图1、图6、图7和图8所示。

[0063] 海底油气管道双层直接电加热输送装置由带电源供电装置的海上生产处理平台1、无电源供电装置的海上生产处理平台2、双层油气管道10、海上浮式电源供电装置16及其
对应海底供电电缆18、海上浮式电源供电装置17及其对应海底供电电缆19组成，每隔一段
距离需要一个管道及电源一体化连接装置11将相邻管道连接。与无电源供电装置的海上生
产处理平台2不同的是，带电源供电装置的海上生产处理平台1多一个电源供电装置14提供
动力。双层油气管道10由双层油气管道内层输送管23、双层油气管道内层输送管外保温材
料22、双层油气管道外层密封管20组成。管道及电源一体化连接装置11由管道及电源一体
化连接装置连接油气管道内层输送管部分24、管道及电源一体化连接装置绝缘部分25、管
道及电源一体化连接装置连接油气管道外层密封管部分26组成。

[0064] 物理上电热相互作用过程中，材料的电导率会随着温度的变化而变化，通过麦克斯韦方程组可得到磁扩散方程：

[0065]

[0066] 式中，B为磁感应强度，T；υ为速度，m/s；σ为电导率，S/m；μ0为真空磁导率，N/A2；T为温度，℃；x、y为二维直角坐标。

[0067] 在稳定工况，未加热管道在dl微元管段上建立能量平衡方程如下：

[0068] KπD(T‑T0)dl＝‑GcdT                       (2)

[0069] 式中，K为管道总传热系数，W/(m2·℃)；D为管道计算管径，m；T为微元段上油温，℃；T0为周围介质温度，埋地管道取管中心埋深处自然地温，℃；G为油品质量流量，kg/s；c为油品比热容，J/(kg·℃)。

[0070] 在稳定工况，加热管道在dl微元管段上建立能量平衡方程如下：

[0071] KπD(T‑T0)dl＝‑GcdT+qdl                     (5)

[0072] 式中，K为管道总传热系数，W/(m2·℃)；D为管道计算管径，m；T为微元段上油温，℃；T0为周围介质温度，埋地管道取管中心埋深处自然地温，℃；G为油品质量流量，kg/s；c
2
为油品比热容，J/(kg·℃)；q为加热管道单位长度的热功率，W/m。

[0073] 图2所示双层油气管道按照结构逐层细分，管内所输介质与外界环境之间传热分为：双层油气管道内层输送管23内壁与管内介质之间的对流换热；双层油气管道内层输送
管23的导热；双层油气管道内层输送管23外壁防腐涂层的导热；双层油气管道内层输送管
外保温材料22的导热；双层油气管道内层输送管外保温材料22和双层油气管道外层密封管
20之间空气间隙层21的导热；双层油气管道外层密封管20的导热；双层油气管道外层密封
管20外壁防腐涂层的导热；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。

[0074] 双层油气管道内层输送管23内壁与管内介质之间的换热强度与流体的流态有关，通过雷诺数Re、自然对流准数Gr和流体物性准数Pr对流体流态进行划分：

[0075]

[0076]

[0077]

[0078]

[0079] 式中，Q为油品体积流量，m3/s；d2为双层油气管道内层输送管内径，m；υ为油品运动2
粘度，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，℃。

[0080] Re<2000，Gr×Pr>500时，即管内油品处于层流状态下，双层油气管道内层输送管23内壁与管内介质之间换热热阻较大，在计算总传热系数时必须考虑在内：

[0081]

[0082] Re>10000，Pr<2500时，即管内油品处于激烈紊流状态下，换热强度较大，通常在计算总传热系数时可以忽略这部分热阻。

[0083] 忽略对计算结果影响很小的部分传热过程，根据传热学建立数学模型，得到总传热系数计算公式：

[0084]

[0085] 式中，K为管道总传热系数，W/(m2·℃)；D为双层油气管道内层输送管外保温材料内外径平均值，m；D1为双层油气管道内层输送管外保温材料外径，m；D3为双层油气管道外层密封管防腐层外径，m；d1为双层油气管道外层密封管内径，m；λ1为空气导热系数，2.44～
2
2.59W/(m·℃)；λ2为双层油气管道内层输送管外保温材料导热系数，W/(m·℃)；α2为双层
2 2
油气管道外层密封管外壁与环境换热系数，W/(m·℃)；ΔK为总传热系数修正值，W/(m·
℃)。

[0086] 本发明主要为了应对海上特稠油、高凝油输送以及水合物预防等难题，尤其是海底管道在清管或停输过程中引起的意外局部蜡堵事故，降低流动安全风险。所提出的海底
管道双层直接电加热单点供电模式结构简单、可操作性强且成本较低。特定需求下，可由单
点供电模式转变为多点供电模式以满足更高的加热效率和长距离连续加热的需要。多点供
电模式下，需要闭合首端管道及电源一体化连接装置连接双层油气管道内层输送管处电源
切换开关29和尾端管道及电源一体化连接装置连接双层油气管道内层输送管处电源切换
开关42，断开首端管道及电源一体化连接装置连接双层油气管道外层密封管处电源切换开
关31和尾端管道及电源一体化连接装置连接双层油气管道外层密封管处电源切换开关44；
由于单根油气管道长度限制，在管道之间安装管道及电源一体化连接装置11以此增加伴热
长度；多点供电模式下，双层油气管道外层密封管内并无电流流通，限制了电流在海水中的
耗散，极大增加系统的加热效率。

[0087] 本发明的优点是：

[0088] 1)双层直接电加热装置简易，不必安装过多的辅助设备，利用自身电阻产生热量，其加热效果更加均匀；全程由测温光纤对温度监测并反馈，特殊需求下可通过简单操作由
单点供电模式转变为多点供电模式；

[0089] 2)有效解决了目前海底管道输送和流动安全面临的温度问题如：①特稠油粘度大，长距离输送压降大；②高凝油输送流动安全和停产置换；③深水油气田输送流动安全和
水合物抑制；

[0090] 3)该方法效率高、可操作性强、高灵活性且成本较低。不仅适用于海底管道短距离应急解堵，多点供电模式对海底管道长距离和连续伴热也同样具有良好的普适性。

[0091] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，
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。