CN104160780B - 包括射频加热站的烃流体管线及相关方法 - Google Patents

Abstract

一种烃流体管线包括多个管线段，它们在相隔的第一和第二地理位置之间端对端地连接在一起，并被构造成在其中传输烃流体。该烃流体管线还可包括射频(RF)加热站，该射频加热站包括射频源以及位于所述多个管线段的相邻管线段之间的射频加热装置。射频加热装置包括位于相邻的管线段之间的内管电介质耦合器、以及导电外壳。导电外壳包围所述内管电介质耦合器，并连接到所述射频源上以加热烃流体。

Description

包括射频加热站的烃流体管线及相关方法

技术领域

本发明涉及烃流体管线领域，更具体而言，涉及烃流体管线加热和相关方法。

背景技术

与烃流体(如，汽油或其他烃源)相关的运输成本将会增加总燃料费用一定百分比。为了降低与烃流体相关的运输成本，已经采用了一些用于整批分配烃流体的方法。例如，可使用集装箱船、游轮、集装箱车辆或油罐车来运输相对大量的烃流体。用于输运烃流体的另一方法例如可以是采用烃流体管线。

一种特殊的烃输送管线是阿拉斯加输油管系统(TAPS)。阿拉斯加输油管系统包括长度大致为800英里(1287km)、直径为48英寸(122cm)的烃流体管线，可将石油从普拉德霍湾输送到阿拉斯加州的瓦尔迪兹，主要用于输送原油。

在特别寒冷环境(如，阿拉斯加州)下的烃流体管线由于发生热损耗而会增加操作问题。另外，当烃流体管线中的流量减小时，温度和湍流均将降低。

与流量或温度降低相关的操作问题包括石蜡沉积、积淀(温度低于75℉时出现)和水漏失，从而将增加腐蚀和结冰。其他的操作问题包括土工技术问题，如，在管线的埋藏部分中形成冰、以及管线移动。

为了解决一些上述操作问题并对烃流体管线进行维护，可使用清管器。清管器是被送到烃管线中的机械装置，可发挥各种维护功能。最普通的清管器是刮刀清管器，其可去除掉从石油中沉积出来、然后聚集在烃流体管线壁上的蜡。如上所述，烃流体越冷，蜡积累就越多。这种积累将会引起各种问题，因此，需要进行常规的“清管”以保持管线畅通。但是，流量减小时，会中断这些清管操作，从而会增加操作问题或需要进行额外的清管操作。

其他的操作问题包括检漏性能减弱。启动、关闭以及其他安全问题也越来越成为令人关心的问题。

进行可靠操作可达到合适的特定流量(桶/每天，BPD)。由于压力和输送量降低而会减小流量，因此，需要采用缓解技术。

烃流体在升高的温度下通常从源头(即，储层)进入烃流体管线，烃流体可在烃流体管线内被迅速冷却。沿烃流体管线布置的少量炼油厂会增加一些热量。但是，这些热量并不足以减少操作问题和降低有效维护烃流体管线的成本。因此，需要进一步加热烃流体管线内的烃流体。

加热烃流体管线的一种方法包括建造蒸汽喷射工厂，通过热交换器进行传导加热。但是，对于传导加热而言，要求相对大的温度增量。

美国专利申请公开No.2011/0049133(发明人为Przybyla)公开了采用射频加热管线内的电介质液。将射频能量施加到电极板上，以加热经过管线的烃流体。不幸运的是，电极板阻碍管线内的流动以及清管操作。

美国专利No.6142707(发明人为Bass等)公开了直接的电管线加热。内外导电壁起到电流通道的作用。但是，通过电阻加热管线壁进行热传导效率低。

美国专利申请公开No.2010/0219105(发明人为White等，受让人为本专利的受让人)公开了射频加热烃流体管线中的烃流体。可调的辐射电线包裹在非导电管周围以界定辐射元件的实施。

发明内容

根据上述背景技术，本发明的目的是加热流经烃流体管线的烃流体。

一种烃流体管线能实现根据本发明的这些和其他目的、特征和优点，该烃流体管线包括多个管线段，它们在相隔的第一和第二地理位置之间端对端地连接在一起，被构造成在其中传输烃流体。该烃流体管线还包括射频(RF)加热站。该射频加热站包括射频源、以及位于所述多个管线段的相邻管线段之间的射频加热装置。射频加热装置包括位于相邻的管线段之间的内管电介质耦合器、以及导电外壳。导电外壳包围所述内管电介质耦合器并连接到所述射频源上。因此，流经烃源管线的烃流体可被加热，以减少与流量减少相关的操作问题。

本申请的方法涉及一种用于加热流经烃流体管线的烃流体的方法，该烃流体管线包括在相互隔开的第一和第二地理位置之间连接在一起的多个管线段。该方法包括将射频加热装置定位在所述多个管线段中相邻的管线段之间。该射频加热装置包括位于所述多个管线段中的相邻管线段之间的内管电介质耦合器、以及包围内管电介质耦合器的导电外壳。该方法还包括以下步骤：通过所述外壳将射频能输送给射频加热装置，以加热流经烃管线的烃流体。

附图说明

图1是根据本发明的烃流体管线的示意图；

图2是图1中的射频加热站的示意图；

图3是图2中的射频加热装置的分解透视图；

图4是图2中的射频加热装置的局部透视图；

图5是截面图，沿线5-1示出了图4中的射频加热装置的一部分；

图6是烃流体温度曲线图，包括采用根据本发明的烃流体管线加热烃流体而模拟的烃流体典型温度。

具体实施方式

现在将参照附图更充分描述本发明，附图中示出了本发明的优选实施例。但是，本发明可采用许多不同形式来实施，不应解释为受限制于在此阐释的实施例。提供这些实施可充分彻底地公开本专利申请，可让本领域的普通技术人员能充分明白本发明的范围。附图中的类似标记表示类似元件。

首先参照图1，一种烃流体管线20包括在隔开的第一和第二地理位置之间端对端地连接在一起的管线段21。管线段21可包括例如金属，这样它们就能导电。例如，烃流体管线20可在其中传输原油、汽油或其他烃流体。更具体而言，例如，烃流体管线20可将烃流体从源头或储层传输到炼油厂或口岸、或其他烃处理设备。

烃流体管线20还包括隔开布置的支撑件24，它们将至少一部分管线段21定位在地面层25上方。支撑件24可有利地减少与地面元件或地下元件的接触，可提高管线段检查和维修的便利性。图中直观地示出支撑件24为金属支撑件结构形式。支撑件例如可以是桥状物的形式。在某些实施例中，支撑件24可以不是金属结构；和/或支撑件可以是滑座的结构形式，例如，这种情况下管线段越过地面25中的断裂线。

另外请参照图2，烃流体管线20还包括射频(RF)加热站30，该射频加热站包括射频源31。射频加热站30还包括连接到射频源31上的电力发生器32，用于在无供电的情况下发电。可以包括一个以上的射频加热站39，它们可以位于与其他射频加热站(图1)隔开的地理位置上。另外，尽管图中直观示出射频加热站30位于地面层25上方，但是，射频加热站可以位于地面层之下。

烃流体泵站50连接到管线段上，与射频加热站30相邻。烃流体泵站50被构造成：当烃流体沿烃流体管线段21流动时，能增加烃流体的压力或流量。烃流体泵站50和射频加热站30可位于同一结构(如，炼油厂)内。更具体而言，对于射频源31和泵站而言，它们位于相同位置是有利的。

现在还请参照图3-5，烃流体管线20还包括位于管线段21中的相邻部分之间的射频加热装置35。射频加热装置35被构造成加热在管线段21中流动的烃流体。射频加热装置35包括位于管线段21的相邻部分之间的内管电介质耦合器40。内管电介质耦合器40可包括一对端部凸缘41a、41b和在该对凸缘之间延伸的管状主体42。端部凸缘41a、41b分别连接到管线段21的各相应的端部凸缘26a、26b上。内管电介质耦合器40的端部凸缘41a、41b可包括表面结构49，在连接的情况下，所述表面结构有助于内管电介质耦合器与管线段21对准、提高密封性。肋59可沿内管电介质耦合器40的长度部分延伸，以增强强度。内管电介质耦合器40的截面形状与所述多个管线段的相邻部分相同。换句话说，管线段21和内管电介质耦合器40的内径相同，例如为48英寸，这样能降低烃流体流动受到的阻碍。

内管电介质耦合器40可以为高密度聚乙烯(HDPE)。当然，内管电介质耦合器40可以是其他电介质材质。

射频加热装置35还包括包围内管电介质耦合器40的导电外壳43。与内管电介质耦合器40类似，导电外壳43包括一对隔开的端壁47a、47b和在该对端壁之间延伸的管状主体48。导电外壳43是界定射频腔44的圆筒形结构。导电外壳43还可以是由两部分构成的壳体，例如，它们相互分开以提高组装的便利性。隔开的端壁47a、47b均包括相对于射频腔44而言的凹部51a、51b，用于将管线段21的端部凸缘26a、26b容纳在其中。每个凹部51a、51b有助于与管线段21对准。当然，端壁47a、47b可以不包括凹部，或者可以包括其他或另外的表面特征。

射频加热装置35包括连接到射频腔44和射频源31上的射频输入器46。更具体而言，射频输入器46延伸至射频腔44中一定距离或长度，该距离或长度与射频腔的共振频率适配。射频腔44的共振频率以导电外壳43的直径为基础。因此，射频源31被构造成：在基于射频腔44的共振频率的频率下产生射频能量。

射频源31产生的射频能量可与射频腔44的共振频率适配。当然，射频源31可在其他频率下或频率范围内产生射频能量。例如，如果流量小于550000桶/每天，射频源31可被构造成：例如，当1.5兆瓦特的功率通常对应于1℉的温升时，产生7-8兆瓦特的射频能量。但是，应带理解为，管线段21和射频腔41的尺寸可以相互无关。

射频源31产生射频能量来加热管线段21内的烃流体。更具体而言，以容积的方式加热烃流体，即，从截面加热烃流体。换句话说，射频加热装置30与射频源31相互配合，主要加热烃流体，而不加热管线段21外部。的确，包括金属的管线段21阻挡射频能量。

射频加热装置30特别适合于被构造成，提供大部分射频能量给烃流体，减小射频腔44所吸收的功率，使壁温(如，内管电介质耦合器40的管状主体42的壁温)不过高。

烃流体管线20还可包括压力平衡组件60，其连接在相邻管线段21和导电外壳43之间。具体而言，压力平衡组件可连接到相邻管线段21的孔52和导电外壳43上的孔53。压力平衡组件60例如可以是压力阀的结构形式，对于由于清管作业所产生的压力不均衡尤其有利。腔中压力平衡可允许电介质壁部分更薄，可让壁的能量损失更少。

的确，射频加热站30可被有利地安装，可相对容易地操作。更具体而言，现有的管线段可用文中所述的包括射频加热装置35的烃流体管线21取代。可增加一个以上的包括射频加热装置35的射频加热站30，以使沿管线段21的长度方向的温度分布适宜。包括射频源31的射频加热站30还可电控。更具体而言，在某些实施例中，射频加热站30可远程监测，射频源31也可被远程控制。例如，根据管线段21内被传输的烃流体类型，在清管器经过时，需要改变频率或需要关闭射频源31。

现在请参照图6中的曲线80，示出了以400000桶/每天的流量穿过阿拉斯加输油管线系统的原油81沿管线在不同英里数时的温度。可直观看出，大致在275英里时，温度下降至低于32℉，并保持低于32℉，直到大致到达450英里为止(此时，原油被炼油厂加热)。烃流体管线21将有利地保持原油温度高于32℉，如线83所示。将三个射频加热站添加在200英里的位置与大致350英里的位置之间，每个射频加热站将使原油温度增加7℉。原油离开炼油厂之后，根据需要可补充另外的射频加热站。因此，温度增量更小是适宜的，这是因为，温度增量更小将会使用更少的能量。尽管使用阿拉斯加输油管线系统这个例子，但是，将理解为，射频加热站可与尺寸和形状不同的其他管线一起使用。

本发明的方法方面涉及一种用于加热流经烃流体管线20的烃流体的方法，该烃流体管线包括多个管线段21，它们相互连接在隔开的第一和第二地理位置之间。该方法包括，将射频加热装置35定位在相邻的管线段21之间。射频加热装置35包括位于相邻管线段21之间的内管电介质耦合器40、以及包围内管电介质耦合器40的导电外壳43。该方法还包括，通过外壳43将射频能量提供给射频加热装置35，以加热流经烃管线20的烃流体。

Claims (10)

1.一种烃流体管线，包括：

多个管线段，它们在相隔的第一和第二地理位置之间端对端地连接在一起，并被构造成在其中传输烃流体；以及，

射频(RF)加热站，该射频加热站包括：

射频源，以及

射频加热装置，该射频加热装置位于所述多个管线段中的相邻管线段之间，并包括：

内管电介质耦合器，该内管电介质耦合器位于相邻的管线段之间，以及

导电外壳，该导电外壳包围所述内管电介质耦合器，并连接到所述射频源上以加热烃流体；以及

压力平衡组件，该压力平衡组件连接在所述相邻管线段之一和所述导电外壳之间。

2.根据权利要求1的烃流体管线，其中，所述导电外壳界定射频腔；所述射频加热装置还包括连接到所述射频腔上的射频输入器。

3.根据权利要求2的烃流体管线，其中，所述射频源被构造成在基于所述射频腔的共振频率的频率下产生射频能量。

4.根据权利要求1的烃流体管线，其中，所述内管电介质耦合器的截面形状与相邻的管线段的截面形状相同。

5.根据权利要求1的烃流体管线，其中，所述导电外壳包括一对隔开的端壁和在该对端壁之间延伸的管状主体。

6.根据权利要求1的烃流体管线，其中，所述内管电介质耦合器包括一对端部凸缘以及在该对端部凸缘之间延伸的管状主体。

7.一种用于加热流经烃流体管线的烃流体的方法，该烃流体管线包括在相互隔开的第一和第二地理位置之间连接在一起的多个管线段，该方法包括以下步骤：

将射频加热装置定位在相邻的管线段之间，该射频加热装置包括：

内管电介质耦合器，该内管电介质耦合器位于所述多个管线段中的相邻管线段之间，以及

导电外壳，该导电外壳包围所述内管电介质耦合器；

将压力平衡组件连接在所述相邻的管线段之一和所述导电外壳之间；以及

通过所述外壳将射频能量输送给所述射频加热装置，以加热流经烃管线的烃流体。

8.根据权利要求7的方法，其中，定位所述射频加热装置的步骤包括将射频输入器连接到由所述导电外壳界定的射频腔上。

9.根据权利要求7的方法，还包括以下步骤：将所述内管电介质耦合器形成所需尺寸，以使其截面形状与所述多个管线段的相邻部分的截面形状相同。

10.根据权利要求7的方法，包括以下步骤：将所述导电外壳形成为具有一对隔开的端壁和在该对端壁之间延伸的管状主体。