CN114040528B - 一种海洋柔性软管电缆伴热装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋柔性软管电缆伴热装置及方法，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，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；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。利用电流的热效应产生热量，对海底管道进行连续伴热，保障海底管道安全运行；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。

Description

一种海洋柔性软管电缆伴热装置及方法

技术领域

本发明涉及一种海洋油气输送伴热技术，尤其涉及一种海洋柔性软管电缆伴热装置及方法。

背景技术

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。

传统流动保障措施如添加抑制剂、降压、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，专利(CN201606617U、CN102016000592137A、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。

然而，在深海苛刻的工作环境下，钢管的铺设和维修都比较困难，除此之外深海复杂的流体环境使得钢管腐蚀问题层出不穷，对其在海底集输管道长期稳定伴热的应用构成了较大的挑战。

因此，在海底长期稳定伴热条件下，CN201606617U、CN102016000592137A、US10125223B1、EP18176118A1等专利提出的基于集输钢管的主动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。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种海洋柔性软管电缆伴热装置及方法，也可用于长距离电力传输。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的海洋柔性软管电缆伴热装置，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。

上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。

上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。

与现有技术相比，本发明所提供的海洋柔性软管电缆伴热装置及方法，利用电流的热效应产生热量，对海底管道进行连续伴热，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

图1为本发明实施例提供的海洋柔性软管电缆伴热装置及方法结构示意图；

图2为本发明实施例中分散型海洋柔性软管10a三维结构示意图；

图3为本发明实施例中分散型海洋柔性软管10a沿3-3径向剖视结构示意图；

图4为本发明实施例中分散型海洋柔性软管10a沿4-4轴向剖视结构示意图；

图5为本发明实施例中分散型海洋柔性软管10a轴向结构示意图；

图6为本发明实施例中伴热电缆16沿6-6径向剖视结构示意图；

图7为本发明实施例提供的海洋柔性软管电缆伴热装置及方法电路原理示意图。

图8为本发明实施例中紧凑型海洋柔性软管10b三维结构示意图；

图9为本发明实施例中紧凑型海洋柔性软管10b沿9-9径向剖视结构示意图；

图10为本发明实施例中紧凑型海洋柔性软管10b轴向结构示意图；

图中：

1—带电源供应装置的海上生产处理平台；2—无电源供应装置的海上生产处理平台；3—加工处理装置；4—加工处理装置；5—海水平面；6—海水水体；7—海底表面；8—油气管道第一端；9—油气管道第二端；10—油气管道；11—连接装置；12—带电源供应装置的海上生产处理平台对应的石油储层；13—无电源供应装置的海上生产处理平台对应的石油储层；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

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。

首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本发明的海洋柔性软管电缆伴热装置，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。

上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。

上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。

综上可见，本发明实施例的海洋柔性软管电缆伴热装置及方法，由于海洋柔性软管电缆伴热装置及方法，利用电流的热效应产生热量，对海底管道进行连续伴热，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。

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。

实施例1，如图1至图10所示：

本发明的海洋柔性软管电缆伴热方法的原理，如图1、图2、图7和图8所示。

分散型海洋柔性软管电缆伴热输送装置由带电源供应装置的海上生产处理平台1、无电源供应装置的海上生产处理平台2、分散型海洋柔性软管10a组成，每隔一段距离需要一个连接装置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。

紧凑型海洋柔性软管电缆伴热输送装置由带电源供应装置的海上生产处理平台1、无电源供应装置的海上生产处理平台2、紧凑型海洋柔性软管10b组成，每隔一段距离需要一个连接装置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。

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：

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。

为保证电缆的实际工作温度不超过允许值，按发热条件伴热电缆16的允许长期工作电流(载流量)不应小于线路的最大工作电流。其中根据不同的敷设条件以及实际环境温度，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：

BI_xu≥I_g (2)

式中，I_g为计算电流(允许载流量)，A；I_xu为伴热电缆额定载流量，A；B为不同敷设条件下校正系数，计算如下(B₁为海水中单层多根并列敷设系数；B₂为海水中无间距多层并列敷设系数；B₃为直埋因土壤热阻不同敷设系数；B₄为土壤多根并列直埋敷设系数)：

(1)海水中敷设：单根敷设B＝B_t；单层多根并行敷设B＝B_tB₁；无间距多层并列敷设B＝B_tB₂。

(2)土壤直埋敷设：单根敷设B＝B_tB₃；多根并行敷设B＝B_tB₃B₄。

B_t为环境温度不同于标准敷设温度时的校正系数：

式中，θ_m为最高工位温度，℃；θ₁为基准环境温度，℃；θ₂为实际环境温度，℃。其中，计算伴热电缆持续允许载流量用的实际环境温度应按使用地区的气象温度多年平均值来定。

在稳定工况，电缆不启用条件下，根据热平衡原理，在dl微元管段上建立能量平衡方程如下：

KπD(T-T₀)dl＝-GcdT+gGidl (4)

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·℃)；g为重力加速度，m/s2；i为油流水力坡降，m/m。

在稳定工况，电缆启用条件下，根据热平衡原理，在dl微元管段上建立能量平衡方程如下：

KπD(T-T₀)dl＝-GcdT+gGidl+πDηqdl (5)

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·℃)；g为重力加速度，m/s²；i为油流水力坡降，m/m；η为伴热效率；q为伴热电缆在单位管壁面积的发热功率，W/m²。

图2所示分散型海洋柔性软管按照结构逐层细分，管内所输介质与外界环境之间传热分为：分散型海洋柔性软管骨架层34内壁与管内介质之间的对流换热；分散型海洋柔性软管骨架层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。

图8所示紧凑型海洋柔性软管按照结构逐层细分，管内所输介质与外界环境之间传热分为：紧凑型海洋柔性软管骨架层46内壁与管内介质之间的对流换热；紧凑型海洋柔性软管骨架层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；

海洋柔性软管骨架层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：

式中，Q为油品体积流量，m³/s；d₂为海洋柔性软管骨架层内径，m；υ为油品运动粘度，m²/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，℃。

Re<2000，Gr×Pr>500时，即管内油品处于层流状态下，海洋柔性软管骨架层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：

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。

本发明主要为了应对海上特稠油、高凝油软管输送以及水合物预防、复杂地形钢管难以铺设、海底钢管易腐蚀等难题，降低流动安全风险，实现海洋柔性软管连续伴热。特定需求下，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。

本发明的优点是：

1)海洋柔性软管与金属钢管相比，具有结构模块化、钢线抗腐蚀要求低、高抗压性能、安装便捷、寿命长、低维护以及可回收环保等特点；

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；

3)60％IACS耐热铝合金为发热体，载流量大、工作温度高、抗拉强度大、延伸性能好；伴热电缆间隙布置且有冗余，具备高效可靠的主动伴热能力；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在主动伴热模式跟电力输送模式之间切换；

4)该方法效率高、可操作性强、高亢余度、高灵活性且成本较低，各层结构可依据实际环境要求具体设计，具有广阔的深海资源开发的应用市场。

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。

Claims (1)

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。

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