CN114046389A - 一种海底管道长线电缆伴热装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海底管道长线电缆伴热装置及方法，包括：电源端切换装置、负载端切换装置、油气管道和主超长距离伴热电缆组；电源端切换装置和负载端切换装置根据具体工况要求在长输伴热模式和电力传输模式之间切换；主超长距离伴热电缆组首端由电源端切换装置引出后，经油气管道内预设的电缆槽平行敷设于油气管道内；主超长距离伴热电缆组尾端以星型方式相互连接并接地。本发明实施例提供的海底管道长线电缆伴热装置及方法，由于海底管道长线电缆伴热装置及方法，利用电流的热效应产生热量，对海底管道进行长距离连续伴热，保障海底管道安全运行。本发明可以广泛应用于海洋石油开发领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种海底管道长线电缆伴热装置及方法，属于海洋石油开发领域。
背景技术
我国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。
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，现有技术中基于交变电流经集肤电缆和伴热管时，由于伴热管的磁性和临近效应而产生集肤效应现象，迫使电流只能在伴热管的内壁流动，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。该方法具有伴热效率高、伴热管应用成本低、操作简单、安全可靠等优势。然而，该方案铜芯电缆的高成本、伴热管与集输管道内管焊接时会破环内管的外防腐涂层进而导致通电后电位差腐蚀、铆固件应力集中等问题，对其在海底集输管道长线连续伴热的应用构成了较大的挑战。
因此，在海底长距离连续伴热条件下，现有技术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。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种海底管道长线电缆伴热装置及方法，利用电流的热效应产生热量，对海底管道进行长距离连续伴热，保障海底管道安全运行。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种海底管道长线电缆伴热装置，包括：
电源端切换装置、负载端切换装置、油气管道和主超长距离伴热电缆组；
所述电源端切换装置和负载端切换装置根据具体工况要求在长输伴热模式和电力传输模式之间切换；
所述主超长距离伴热电缆组首端由所述电源端切换装置引出后，经所述油气管道内预设的电缆槽平行敷设于油气管道内；所述主超长距离伴热电缆组尾端分为两路，一路与所述负载端切换装置相连，另一路以星型方式相互连接并接地。
优选地，所述电源端切换装置包括供应电源，
所述供应电源与所述主超长距离伴热电缆组之间设置有电力传输支路和伴热传输支路；
所述伴热传输支路上依次设置有变电装置入口开关和变电装置，所述变电装置用于在长输伴热模式下将所述供应电源输出的高压直流电转换为符合预设要求的交变电流送入所述主超长距离伴热电缆组；
所述电力传输支路上设置有所述超长距离电力传输模式下首端开关和超长距离电力传输模式下首端保险丝，用于在超长距离电力传输模式下将所述供应电源输出的高压直流电经所述主超长距离伴热电缆组输送至负载端切换装置。
优选地，所述负载端切换装置包括负载装置、超长距离电力传输模式下尾端开关和超长距离电力传输模式下尾端保险丝；所述负载装置经所述超长距离电力传输模式下尾端开关和超长距离电力传输模式下尾端保险丝与所述主超长距离伴热电缆组尾端相连。
优选地，所述油气管道分为内外层结构，包括油气管道内层输送管和油气管道外层密封管；
所述油气管道内层输送管用于输送海底采出油气；
所述油气管道外层密封管套设在所述油气管道内层输送管外；
所述油气管道内层输送管和油气管道外层密封管之间填充有油气管道内层输送管外保温材料，且所述油气管道内层输送管外保温材料与油气管道外层密封管之间还预留有间隙。
优选地，所述主超长距离伴热电缆组包括三根伴热电缆，且各所述伴热电缆由至少一段伴热电缆构成，当所述伴热电缆由两段以上构成时，各段所述伴热电缆之间通过伴热电缆连接装置串联连接。
优选地，所述伴热电缆由外而内依次设置有加强护套、金属护套、绝缘护套、伴热电缆导体芯线和测温光纤；所述测温光纤与光纤测温主机相连，所述光纤测温主机与电源连接，用于对所述伴热电缆的温度进行监测。
优选地，所述伴热电缆连接装置包括电缆首端连接装置、至少一个电缆中端连接装置和电缆尾端连接装置；
所述电缆首端连接装置包括首端开关和首端保险丝，所述电缆尾端连接装置包括尾端开关和首端保险丝，各所述电缆中端连接装置包括中间端保险丝；
所述首端开关和尾端开关用于在长输伴热模式下连通所述主超长距离伴热电缆组与所述电源端切换装置，所述首端保险丝、中间端保险丝和尾端保险丝用于保护伴热电缆；
所述电缆首端连接装置、各电缆中端连接装置和电缆尾端连接装置分别经首端连接装置接地、中间端连接装置接地和尾端连接装置接地接地。
优选地，所述伴热装置还包括副超长距离伴热电缆组，所述副超长距离伴热电缆组首尾两段分别经备用组伴热电缆首端开关、备用组伴热电缆尾端开关与所述主超长距离伴热电缆组首尾两端相连。
一种海底管道长线电缆伴热方法，其包括以下步骤：
1)对海底管道长线电缆伴热装置的相关参数进行设计；
2)根据具体工况需求，确定海底管道长线电缆伴热装置的工作模式，若为长输伴热模式，则进入步骤3)，若为电力输送模式，则进入步骤4)；
3)将电源端切换装置和负载端切换装置切换为长输伴热模式，电源端切换装置向主超长距离伴热电缆组或副超长距离伴热电缆组内的伴热电缆输出预设电压等级和频率的交变电流；
4)将电源端切换装置和负载端切换装置切换为电力输送模式，电源端切换装置向主超长距离伴热电缆组或副超长距离伴热电缆组内的伴热电缆输出三相电流，由伴热电缆输送至负载端切换装置。
优选地，所述步骤1)中，对海底管道长线电缆伴热装置的相关参数进行设计时，包括：计算伴热电缆的允许载流量；计算管道总传热系数。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
本发明实施例提供的海底管道长线电缆伴热装置及方法，由于海底管道长线电缆伴热装置及方法，利用电流的热效应产生热量，对海底管道进行长距离连续伴热，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长输伴热模式和电力传输模式之间切换。该方法效率高、可操作性强、高亢余度、高灵活性且成本较低，尤其对海底管道长距离和连续伴热要求具有良好的普适性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的海底管道长线电缆伴热装置结构示意图；
图2为本发明实施例提供的海底管道长线电缆伴热的装置及方法电路原理示意图；
图3为本发明实施例中伴热电缆16径向剖视结构示意图；
图4为本发明实施例中油气管道三维结构示意图；
图5为本发明实施例中油气管道轴向结构示意图；
图6为本发明实施例中油气管道10沿B-B径向剖视结构示意图；
图7为本发明实施例中油气管道10沿A-A轴向剖视结构示意图；
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、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、副超长距离伴热电缆组；20、主超长距离伴热电缆组；21、油气管道内层输送管；22、油气管道内层输送管外保温材料；23、间隙；24、油气管道外层密封管；25、U型电缆槽；26、伴热电缆导体芯线；27、测温光纤；28、绝缘护套；29、金属护套；30、加强护套；31、供应电源；32、变电装置；33、电缆首端连接装置；34、电缆中端连接装置；35、电缆尾端连接装置；36、负载装置；37、变电装置入口开关；38、超长距离电缆伴热模式下首端开关；39、超长距离电缆伴热模式下尾端开关；40、超长距离电缆伴热模式下首端保险丝；41、超长距离电缆伴热模式下中间端保险丝；42、超长距离电缆伴热模式下尾端保险丝；43、首端连接装置接地；44、中间端连接装置接地；45、尾端连接装置接地；46、超长距离电力传输模式下首端开关；47、超长距离电力传输模式下尾端开关；48、超长距离电力传输模式下首端保险丝；49、超长距离电力传输模式下尾端保险丝；50、备用组伴热电缆首端开关；51、备用组伴热电缆尾端开关；52、备用组伴热电缆中间端连接装置；53、备用组伴热电缆中间端保险丝；54、备用组伴热电缆中间端连接装置接地。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
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，降低流动安全风险，实现海底长线油气管道连续伴热。特定需求下，所敷设的海底管道电缆伴热装置可切换模式实现长距离电力传输。
实施例1
如图1～图7所示，本实施例提供一种海底管道长线电缆伴热装置，该伴热装置15包括电源端切换装置17、负载端切换装置18、油气管道10和主超长距离伴热电缆组20。其中，电源端切换装置17和负载端切换装置18根据具体工况要求在长输伴热模式和电力传输模式之间切换；主超长距离伴热电缆组20首端由电源端切换装置17引出后，经油气管道10内预设的电缆槽平行敷设于油气管道10内；主超长距离伴热电缆组20尾端分为两路，一路与负载端切换装置18相连，另一路以星型方式相互连接并接地。
优选地，如图2所示，电源端切换装置17包括供应电源31、变电装置32、变电装置入口开关37、超长距离电力传输模式下首端开关46和超长距离电力传输模式下首端保险丝48。其中，供应电源31与主超长距离伴热电缆组20之间设置有电力传输支路和伴热传输支路；伴热传输支路上依次设置有变电装置入口开关37和变电装置32，变电装置32用于在长输伴热模式下即变电装置入口开关37闭合时将供应电源31输出的高压直流电转换为符合预设要求的交变电流送入主超长距离伴热电缆组20；电力传输支路上设置有超长距离电力传输模式下首端开关46和超长距离电力传输模式下首端保险丝48，用于在超长距离电力传输模式下将供应电源31输出的高压直流电经主超长距离伴热电缆组20输送至负载端切换装置18。
优选地，负载端切换装置18包括负载装置36、超长距离电力传输模式下尾端开关47和超长距离电力传输模式下尾端保险丝49。其中，负载装置36经超长距离电力传输模式下尾端开关47和超长距离电力传输模式下尾端保险丝49与主超长距离伴热电缆组20尾端相连。
优选地，主超长距离伴热电缆组20包括三根伴热电缆16，且各伴热电缆16由至少一段伴热电缆构成，当伴热电缆由两段以上构成时，各段伴热电缆之间通过伴热电缆连接装置串联连接。
优选地，伴热电缆连接装置包括电缆首端连接装置33、至少一个电缆中端连接装置34和电缆尾端连接装置35。其中，电缆首端连接装置33包括首端开关38和首端保险丝40，电缆尾端连接装置35包括尾端开关39和首端保险丝40，各电缆中端连接装置包括中间端保险丝41；首端开关38和尾端开关39用于在长输伴热模式下连通主超长距离伴热电缆组20与电源端切换装置17，首端保险丝40、中间端保险丝41和尾端保险丝42用于保护伴热电缆；另外，电缆首端连接装置33、各电缆中端连接装置34和电缆尾端连接装置35分别经首端连接装置接地43、中间端连接装置接地44和尾端连接装置接地45接地。
优选地，如图3所示，伴热电缆16由外而内依次设置有加强护套30、金属护套29、绝缘护套28、伴热电缆导体芯线26和测温光纤27。其中，测温光纤27与光纤测温主机相连，光纤测温主机与电源连接，用于对伴热电缆16的温度进行监测。
优选地，该伴热装置还包括副超长距离伴热电缆组19，该副超长距离伴热电缆组19首尾两端分别经备用组伴热电缆首端开关50、备用组伴热电缆尾端开关51与主超长距离伴热电缆组20首尾两端相连。副超长距离伴热电缆组19便于在主超长距离伴热电缆组20出现故障时，方便切换使用。
优选地，如图4～图7所示，油气管道10分为内外层结构，包括油气管道内层输送管21和油气管道外层密封管24。其中，油气管道内层输送管21用于输送海底采出油气；油气管道外层密封管24套设在油气管道内层输送管21外，用于保护油气管道；油气管道内层输送管21和油气管道外层密封管24之间设置有用于保温的油气管道内层输送管外保温材料22，且油气管道内层输送管外保温材料22与油气管道外层密封管24之间还预留有间隙23。
更为优选地，保温材料22选用聚氨酯泡沫，密度为60～80kg/m3，导热系数为0.025W/(m·K)，具有较好的保温绝热性能。
优选地，油气管道10由至少一段油气管道10构成，当油气管道由两段以上构成时，各段油气管道通过连接装置11串联连接。
优选地，油气管道内层输送管21外壁还对称设置有两组电缆槽，每一组电缆槽均包括3个电缆槽，分别用于穿插主超长距离伴热电缆组20和副超长距离伴热电缆组19内的伴热电缆。更为优选地，电缆槽采用U型电缆槽25。
更为优选地，副超长距离伴热电缆组19也包括三根伴热电缆，且各伴热电缆由至少一段伴热电缆构成，当伴热电缆由两段以上构成时，各段伴热电缆之间通过备用伴热电缆连接装置串联连接。备用伴热电缆连接装置包括备用组伴热电缆中间端连接装置52，该备用组伴热电缆中间端连接装置52包括备用组伴热电缆中间端保险丝53和备用组伴热电缆中间端连接装置接地54。
实施例2
本实施例提供一种海底管道长线电缆伴热方法，具体包括以下步骤：
1)根据具体工况需求，确定海底管道长线电缆伴热装置的工作模式，若为长输伴热模式，则进入步骤2)，若为电力传输模式，则进入步骤3)；
2)将电源端切换装置17和负载端切换装置18切换为长输伴热模式，电源端切换装置17向主超长距离伴热电缆组20或副超长距离伴热电缆组19内的伴热电缆输出预设电压等级和频率的交变电流；
3)将电源端切换装置17和负载端切换装置18切换为电力输送模式，电源端切换装置17向主超长距离伴热电缆组20或副超长距离伴热电缆组19内的伴热电缆输出三相电流，由伴热电缆输送至负载端切换装置18。
优选地，上述步骤2)中，将电源端切换装置17和负载端切换装置18切换为长输伴热模式的方法为：闭合变电装置入口开关37、首端开关38和尾端开关39，断开超长距离电力传输模式下首端开关46、超长距离电力传输模式下尾端开关47以及备用组伴热电缆首端开关50和备用组伴热电缆尾端开关51。
此时，交变电流藉由首端电缆连接装置33进入主路伴热电缆，伴热电缆在尾端电缆连接装置35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处，通常为1公里处安装中间端电缆连接装置34并与另一伴热电缆连接以此延长伴热长度；在海底管道电缆伴热装置正常运行状态下，可通过开启/关闭备用组伴热电缆首、尾端开关50、51来选择是否将备用路投入使用。
优选地，上述步骤2)中，电源端切换装置17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有较大变化，最好在200赫兹至5000赫兹频率范围内；电缆中电流最好在800安培至15000安培范围内。
优选地，上述步骤3)中，将电源端切换装置17和负载端切换装置18切换为电力输送模式的方法为：闭合超长距离电力传输模式下首端开关46、超长距离电力传输模式下尾端开关47，断开变电装置入口开关37、首端开关38、尾端开关39以及备用组伴热电缆首端开关50和备用组伴热电缆尾端开关51。
此时，三相电流藉由首端电缆连接装置33进入主超长距离伴热电缆组20内的伴热电缆，伴热电缆尾端35与负载端切换装置18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34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/关闭备用路伴热电缆首、尾端开关50/51来选择是否将备用路投入使用。
优选地，上述步骤3)中，电源端切换装置17向伴热电缆提供的三相电流的电压最好在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。
下面对本发明实施例提供的海底管道长线电缆伴热装置的工作原理进行介绍。
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。
为保证伴热电缆的实际工作温度不超过允许值，按发热条件超长距离伴热电缆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，需要对伴热电缆16允许的持续载流量进行修正。敷设在不同条件之下超长距离伴热电缆16的允许载流量按下式计算：
B校Ixu≥Ig (2)
式中，Ig为允许载流量，A；Ixu为超长距离伴热电缆额定载流量，A；B校为不同敷设条件下校正系数，其计算方法为：
(1)海水中敷设：
单根敷设时，B校＝Bt；
单层多根并行敷设B校＝BtB1；
无间距多层并列敷设B校＝BtB2。
式中，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；Bt为环境温度不同于标准敷设温度时的校正系数：
式中，θm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，计算超长距离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。
(2)土壤直埋敷设：
单根敷设时，B校＝BtB3；
多根并行敷设时，B校＝BtB3B4。
式中，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。
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为超长距离伴热电缆在单位管壁面积的发热功率，W/m2。
图2所示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：油气管道内层输送管21内壁与管内介质之间的对流换热；油气管道内层输送管21的导热；油气管道内层输送管21外壁防腐涂层的导热；油气管道内层输送管外保温材料22的导热；油气管道内层输送管外保温材料22和油气管道外层密封管24之间空气间隙层23的导热；油气管道外层密封管24的导热；油气管道外层密封管24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。
油气管道内层输送管21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为油气管道内层输送管内径，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，油气管道内层输送管21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。
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：
式中，K为管道总传热系数，W/(m2·℃)；D为油气管道内层输送管外保温材料内外径平均值，m；D1为油气管道内层输送管外保温材料外径，m；D3为油气管道外层密封管防腐层外径，m；d1为油气管道外层密封管内径，m；λ1为空气导热系数，2.44～2.59W/(m2·℃)；λ2为油气管道内层输送管外保温材料导热系数，W/(m·℃)；α2为油气管道外层密封管外壁与环境换热系数，W/(m2·℃)；ΔK为总传热系数修正值，W/(m2·℃)。
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长线电缆伴热装置及方法，由于海底管道长线电缆伴热装置及方法，利用电流的热效应产生热量，对海底管道进行长距离连续伴热，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长输伴热模式和电力传输模式之间切换。该方法效率高、可操作性强、高亢余度、高灵活性且成本较低，尤其对海底管道长距离和连续伴热要求具有良好的普适性。
实施例3
本实施例以某海上生产处理平台为例进行介绍。
如图1、图2所示，本实施例中，包括：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以及油气管道10组成。其中，带电源供应装置的海上生产处理平台1和无电源供应装置的海上生产处理平台2间隔设置在海底表面7上，且分别对应于石油储层12和石油储层13；位于海水平面5上方的带电源供应装置的海上生产处理平台1上设置有电源供应装置14(作为整个装置的供应电源)和加工处理装置3，无电源供应装置的海上生产处理平台2上设置有加工处理装置4，且加工处理装置3和加工处理装置4分别与油气管道10的第一端8和第二端9相连；海水平面5和海底表面7之间为海水水体6。
本实施例中，油气管道10由多段油气管道通过连接装置11串联而成。
油气管道内层输送管21外壁还对称设置两组U型电缆槽，每一组U型电缆槽均包括3个电缆槽。U型电缆槽材质为铝合金，连接管道时电缆槽错位在2mm以内，防止拖拽伴热电缆时损坏电缆护套。
伴热电缆16选用60％IACS耐热铝合金作为伴热电缆导体芯线26，载流量大、工作温度高、抗拉强度大、延伸性能好；伴热电缆采用硅橡胶作为绝缘护套，耐热性、耐寒性、导热性和绝缘性好，当暴露于过高温度下时，硅橡胶将会碳化或者降解为极细粉末。
本发明的优点是：
1)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；伴热电缆集中布置且有冗余，具备高效可靠的长距离伴热能力；
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)伴热电缆穿插U型电缆槽，安装简单高效，伴热性能好；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长距离连续伴热模式跟长距离电力传输模式之间切换；
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，尤其对海底管道长距离和连续伴热要求具有良好的普适性。
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。
Claims (10)
1.一种海底管道长线电缆伴热装置，其特征在于，包括：
电源端切换装置、负载端切换装置、油气管道和主超长距离伴热电缆组；
所述电源端切换装置和负载端切换装置根据具体工况要求在长输伴热模式和电力传输模式之间切换；
所述主超长距离伴热电缆组首端由所述电源端切换装置引出后，经所述油气管道内预设的电缆槽平行敷设于油气管道内；所述主超长距离伴热电缆组尾端分为两路，一路与所述负载端切换装置相连，另一路以星型方式相互连接并接地。
2.如权利要求1所述的一种海底管道长线电缆伴热装置，其特征在于，所述电源端切换装置包括供应电源，
所述供应电源与所述主超长距离伴热电缆组之间设置有电力传输支路和伴热传输支路；
所述伴热传输支路上依次设置有变电装置入口开关和变电装置，所述变电装置用于在长输伴热模式下将所述供应电源输出的高压直流电转换为符合预设要求的交变电流送入所述主超长距离伴热电缆组；
所述电力传输支路上设置有所述超长距离电力传输模式下首端开关和超长距离电力传输模式下首端保险丝，用于在超长距离电力传输模式下将所述供应电源输出的高压直流电经所述主超长距离伴热电缆组输送至负载端切换装置。
3.如权利要求1所述的一种海底管道长线电缆伴热装置，其特征在于，所述负载端切换装置包括负载装置、超长距离电力传输模式下尾端开关和超长距离电力传输模式下尾端保险丝；所述负载装置经所述超长距离电力传输模式下尾端开关和超长距离电力传输模式下尾端保险丝与所述主超长距离伴热电缆组尾端相连。
4.如权利要求1所述的一种海底管道长线电缆伴热装置，其特征在于，所述油气管道分为内外层结构，包括油气管道内层输送管和油气管道外层密封管；
所述油气管道内层输送管用于输送海底采出油气；
所述油气管道外层密封管套设在所述油气管道内层输送管外；
所述油气管道内层输送管和油气管道外层密封管之间填充有油气管道内层输送管外保温材料，且所述油气管道内层输送管外保温材料与油气管道外层密封管之间还预留有间隙。
5.如权利要求1所述的一种海底管道长线电缆伴热装置，其特征在于，所述主超长距离伴热电缆组包括三根伴热电缆，且各所述伴热电缆由至少一段伴热电缆构成，当所述伴热电缆由两段以上构成时，各段所述伴热电缆之间通过伴热电缆连接装置串联连接。
6.如权利要求5所述的一种海底管道长线电缆伴热装置，其特征在于，所述伴热电缆由外而内依次设置有加强护套、金属护套、绝缘护套、伴热电缆导体芯线和测温光纤；所述测温光纤与光纤测温主机相连，所述光纤测温主机与电源连接，用于对所述伴热电缆的温度进行监测。
7.如权利要求5所述的一种海底管道长线电缆伴热装置，其特征在于，所述伴热电缆连接装置包括电缆首端连接装置、至少一个电缆中端连接装置和电缆尾端连接装置；
所述电缆首端连接装置包括首端开关和首端保险丝，所述电缆尾端连接装置包括尾端开关和首端保险丝，各所述电缆中端连接装置包括中间端保险丝；
所述首端开关和尾端开关用于在长输伴热模式下连通所述主超长距离伴热电缆组与所述电源端切换装置，所述首端保险丝、中间端保险丝和尾端保险丝用于保护伴热电缆；
所述电缆首端连接装置、各电缆中端连接装置和电缆尾端连接装置分别经首端连接装置接地、中间端连接装置接地和尾端连接装置接地接地。
8.如权利要求1所述的一种海底管道长线电缆伴热装置，其特征在于，所述伴热装置还包括副超长距离伴热电缆组，所述副超长距离伴热电缆组首尾两段分别经备用组伴热电缆首端开关、备用组伴热电缆尾端开关与所述主超长距离伴热电缆组首尾两端相连。
9.一种采用如权利要求1～8任一项所述装置的海底管道长线电缆伴热方法，其特征在于包括以下步骤：
1)对海底管道长线电缆伴热装置的相关参数进行设计；
2)根据具体工况需求，确定海底管道长线电缆伴热装置的工作模式，若为长输伴热模式，则进入步骤3)，若为电力输送模式，则进入步骤4)；
3)将电源端切换装置和负载端切换装置切换为长输伴热模式，电源端切换装置向主超长距离伴热电缆组或副超长距离伴热电缆组内的伴热电缆输出预设电压等级和频率的交变电流；
4)将电源端切换装置和负载端切换装置切换为电力输送模式，电源端切换装置向主超长距离伴热电缆组或副超长距离伴热电缆组内的伴热电缆输出三相电流，由伴热电缆输送至负载端切换装置。
10.如权利要求9所述的一种海底管道长线电缆伴热方法，其特征在于：所述步骤1)中，对海底管道长线电缆伴热装置的相关参数进行设计时，包括：计算伴热电缆的允许载流量；计算管道总传热系数。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6617556B1 (en) * | 2002-04-18 | 2003-09-09 | Conocophillips Company | Method and apparatus for heating a submarine pipeline |
| US20070212037A1 (en) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Andreas Koenekamp | Heating element and mounting for media piping of fuel cell systems |
| CN201044189Y (zh) * | 2006-12-11 | 2008-04-02 | 中国海洋石油总公司 | 多芯高低电压混输海底电缆 |
| US20080236810A1 (en) * | 2005-01-13 | 2008-10-02 | Statoil Asa | System for Power Supply to Subsea Installations |
| CN204190957U (zh) * | 2014-10-29 | 2015-03-04 | 浙江创想节能科技有限公司 | 一种保温套可拆式伴热电缆的连接结构 |
| CN205026217U (zh) * | 2015-09-22 | 2016-02-10 | 江苏中圣管道工程技术有限公司 | 一种自紧型高效隔热管支架 |
| CN206738802U (zh) * | 2017-03-21 | 2017-12-12 | 海隆石油工业集团有限公司 | 一种具有加热功能的海洋软管结构 |
| CN211203271U (zh) * | 2019-09-26 | 2020-08-07 | 中国石油天然气股份有限公司 | 管道伴热装置 |
-
2021
- 2021-10-28 CN CN202111261237.1A patent/CN114046389A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6617556B1 (en) * | 2002-04-18 | 2003-09-09 | Conocophillips Company | Method and apparatus for heating a submarine pipeline |
| US20080236810A1 (en) * | 2005-01-13 | 2008-10-02 | Statoil Asa | System for Power Supply to Subsea Installations |
| US20070212037A1 (en) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Andreas Koenekamp | Heating element and mounting for media piping of fuel cell systems |
| CN201044189Y (zh) * | 2006-12-11 | 2008-04-02 | 中国海洋石油总公司 | 多芯高低电压混输海底电缆 |
| CN204190957U (zh) * | 2014-10-29 | 2015-03-04 | 浙江创想节能科技有限公司 | 一种保温套可拆式伴热电缆的连接结构 |
| CN205026217U (zh) * | 2015-09-22 | 2016-02-10 | 江苏中圣管道工程技术有限公司 | 一种自紧型高效隔热管支架 |
| CN206738802U (zh) * | 2017-03-21 | 2017-12-12 | 海隆石油工业集团有限公司 | 一种具有加热功能的海洋软管结构 |
| CN211203271U (zh) * | 2019-09-26 | 2020-08-07 | 中国石油天然气股份有限公司 | 管道伴热装置 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| 泰威德尔、高迪: "《海上风力发电》", 31 December 2012 * |
| 童庆东: "《电工基础》", 31 August 2008 * |
| 胡彦奎著；刘辉编: "《高速铁路供变电技术》", 30 April 2018 * |
| 蒋昌绥: "《工业企业电网接地问题》", 30 September 1994 * |
| 郭凤仪、王智勇: "《矿山智能电器》", 30 June 2018 * |
| 马千里、李常胜、田明: "《对位芳香族聚酰胺纤维》", 31 August 2018 * |
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