DE102015003481A1 - Method for electric accompanying heating of pipelines for fluid transport - Google Patents

Method for electric accompanying heating of pipelines for fluid transport Download PDF

Info

Publication number
DE102015003481A1
DE102015003481A1 DE102015003481.2A DE102015003481A DE102015003481A1 DE 102015003481 A1 DE102015003481 A1 DE 102015003481A1 DE 102015003481 A DE102015003481 A DE 102015003481A DE 102015003481 A1 DE102015003481 A1 DE 102015003481A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heating
transport
heat
electrical
conductors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102015003481.2A
Other languages
German (de)
Inventor
Anmelder Gleich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE102015003481.2A priority Critical patent/DE102015003481A1/en
Priority to PCT/DE2016/000117 priority patent/WO2016146100A1/en
Publication of DE102015003481A1 publication Critical patent/DE102015003481A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L53/00Heating of pipes or pipe systems; Cooling of pipes or pipe systems
    • F16L53/30Heating of pipes or pipe systems
    • F16L53/34Heating of pipes or pipe systems using electric, magnetic or electromagnetic fields, e.g. using induction, dielectric or microwave heating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L53/00Heating of pipes or pipe systems; Cooling of pipes or pipe systems
    • F16L53/30Heating of pipes or pipe systems
    • F16L53/35Ohmic-resistance heating
    • F16L53/38Ohmic-resistance heating using elongate electric heating elements, e.g. wires or ribbons
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/54Heating elements having the shape of rods or tubes flexible
    • H05B3/56Heating cables
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2214/00Aspects relating to resistive heating, induction heating and heating using microwaves, covered by groups H05B3/00, H05B6/00
    • H05B2214/03Heating of hydrocarbons

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Pipeline Systems (AREA)

Abstract

Verfahren zur elektrischen Begleitbeheizung wärmeisolierter Pipelines, insbesondere erdverlegter Pipelines für den Transport von Erdöl und Erdölprodukten oder anderer warm zu haltender Transportmedien über große Transportentfernungen, dadurch gekennzeichnet, dass a) die längs eines Pipelineabschnitts zu erbringende spezifische Heizleistung auf mehrere entlang der Transportrohrleitung parallel installierte Widerstands-Heizleiter aufgeteilt wird b) die Widerstands-Heizleiter jeweils mit elektrischer Mantelisolierung versehen, und jeweils in aus Metall bestehenden Heizröhren (engl.: ,heating tubes') verlegt sind, wie sie für Skin-Effekt-Beheizungssysteme typisch sind, wobei die Heizröhren zur Erreichung einer guten Wärmeübertragung mittels Schweiß- oder Lötverbindung mit der Transportleitung verbunden sind c) im Bereich der Verbindung zweier Heizröhren-Abschnitte besondere Maßnahmen zur Minimierung eines eventuellen Wassereintritts getroffen werden, z. B. mittels verschweißter oder verlöteter Kupplungen und/oder Kabel-Einziehboxen, deren Dichtheit abschließend mittels geeigneter Dichtheitstests nachgewiesen wird d) das Rohrmaterial, welches den äußeren mantelförmigen Bestandteil einer Heizröhre bildet, nicht, wie bei Skin-Effekt-Heizsystemen, vom Heizstrom durchflossen wird e) der mantelförmige Bestandteil einer Heizröhre selbst nicht aktiv zur Wärmeerzeugung aus elektrischer Energie beiträgt.Process for the electrical accompanying heating of heat-insulated pipelines, in particular underground pipelines for the transport of oil and petroleum products or other transport media to be kept warm over long transport distances, characterized in that a) the specific heating power to be provided along one pipeline section is applied to a plurality of resistance elements installed in parallel along the transport pipeline B) the resistance heating conductors are each provided with electrical jacket insulation, and in each case laid in metal heating tubes are, as they are typical for skin effect heating systems, wherein the heating tubes to achieve a good heat transfer by means of welding or soldering connection with the transport line are connected c) in the area of the connection of two heating tube sections special measures to minimize a possible ingress of water are made, for. B. by means of welded or soldered couplings and / or cable pull-in boxes, the tightness is finally detected by means of suitable leak tests d) the tube material, which forms the outer jacket-shaped part of a heating tube, not, as in skin effect heating systems, is flowed through by the heating current e) the jacket-shaped component of a heating tube itself does not actively contribute to the generation of heat from electrical energy.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur elektrischen Begleitbeheizung von Pipelines, insbesondere erdverlegter Pipelines für den Transport von Erdöl und Erdölprodukten über große Transportentfernungen.The invention relates to a method for electrical accompanying heating of pipelines, in particular underground pipelines for the transport of oil and petroleum products over long transport distances.

1. Übersicht und Problembeschreibung1. Overview and problem description

1.1 Allgemeines1.1 General

Im Zuge des Transports von Fluiden, insbesondere von schweren und hochviskosen Erdölen in langen Pipelines (z. B. mehr als 400 km) ergibt sich bei bestimmten Rohölsorten u. a. die Aufgabenstellung, das Rohöl bei gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhter Temperatur zu transportieren. Das zu transportierende Fluid werde im Folgenden vereinfachend als Rohöl bezeichnet, die grundsätzlichen Überlegungen können jedoch auch auf andere Fluide, z. B. Flüssigschwefel, Schwefelsäure, ggf. in entsprechend angepasster Betrachtungsweise angewandt werden.In the course of the transport of fluids, in particular of heavy and high-viscosity oils in long pipelines (eg more than 400 km) results in certain types of crude oil u. a. the task of transporting the crude oil at an elevated temperature relative to the ambient temperature. The fluid to be transported will simplify referred to below as crude oil, but the fundamental considerations may also apply to other fluids, eg. As liquid sulfur, sulfuric acid, if necessary, be applied in accordance with adapted approach.

Der Rohöltransport bei gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhter Temperatur kann aus folgenden Gründen erforderlich werden:

  • a) Um die Temperatur des Rohöls oberhalb des Stockpunkts (Pour Point) zu halten, und somit eine mögliche Verfestigung (Gelierung) des Rohöls während normaler Betriebsphasen einschließlich möglicher Förderstillstände zu vermeiden.
  • b) Um die Temperatur des Rohöls oberhalb der Temperatur der beginnenden Wachsabscheidung (englisch: wax appearance temperature) (WAT) zu halten, und somit eventuelle Wachsabscheidungen auf der inneren Oberfläche der Transportleitung zu vermeiden, die ggf. häufig erforderliche Reinigungsmaßnahmen zur Folge hätten.
  • c) Um die Viskosität des Erdöls, und damit den Reibungswiderstand und die benötigte Pumpenantriebsleistung während des normalen Transportbetriebs zu verringern,
  • d) Um nach einem beabsichtigten oder unbeabsichtigten längeren Förderstillstand den Förderbetrieb mit den zur Verfügung stehenden Pumpen wieder aufnehmen zu können, ohne dass es infolge der Erdöl-Abkühlung zu einer Verfestigung (Gelierung) des transportierten Erdöls kommt, die einen erneuten Start des Förderbetriebs verhindern könnte.
The transport of crude oil at elevated temperatures compared to the ambient temperature may be necessary for the following reasons:
  • a) In order to keep the temperature of the crude oil above the pour point (Pour Point), and thus to avoid a possible solidification (gelation) of the crude oil during normal operating phases including possible delivery stoppages.
  • b) In order to maintain the temperature of the crude oil above the temperature of the wax appearance temperature (WAT), and thus to avoid any wax deposits on the inner surface of the transport line, which would often result in necessary cleaning measures.
  • c) In order to reduce the viscosity of the petroleum, and thus the frictional resistance and the required pump drive power during normal transport operation,
  • d) To be able to resume the delivery operation with the available pumps after an intended or unintentional prolonged production shutdown, without it due to the oil cooling to a solidification (gelation) of the transported oil, which could prevent a restart of the production operation ,

Um die vorstehend genannten Anforderungen zu erfüllen, müssen die auftretenden Wärmeverluste entlang der erwärmten Rohölleitung möglichst minimiert werden, was z. B. bei unterirdischer Verlegung durch Ausnutzung der wärmeisolierenden Eigenschaft des Erdreichs, sowie ggf. zusätzlich durch Ummantelung der Rohölleitung mit einer wärmeisolierenden Schicht erfolgen kann, wie das in analoger Weise z. B. bei bekannten Fernwärme-Transportsystemen realisiert wird. Desweiteren müssen mittels geeigneter Beheizungsmethoden die unvermeidbaren Wärmeverluste kompensiert werden.To meet the above requirements, the heat losses occurring along the heated crude oil line must be minimized as possible, which z. B. in underground installation by exploiting the heat-insulating property of the soil, and possibly additionally by sheathing the crude oil pipe can be done with a heat-insulating layer, as in an analogous manner z. B. is realized in known district heating transport systems. Furthermore, the unavoidable heat losses must be compensated by means of suitable heating methods.

1.2 Bekannte Beheizungsmethoden1.2 Known heating methods

1.2.1 Allgemeines1.2.1 General

Bekannte Methoden für die Beheizung von Transportleitungen sind die Methode der Aufheizung in Heizstationen /1, 2, 3/ sowie die Methode der Begleitheizung mit elektrischer Energie. Bei der Methode der Begleitheizung mit elektrischer Energie kommen im Wesentlichen zwei verschiedene Methoden /3/ zum Einsatz: Die Methode der Widerstandsheizung und die Methode Skin-Effekt Heizung.Known methods for the heating of transport lines are the method of heating in heating stations / 1, 2, 3 / and the method of tracing heating with electrical energy. Essentially two different methods / 3 / are used in the method of heat tracing with electrical energy: the resistance heating method and the skin effect heating method.

1.2.2 Skin-Effekt-Heizung1.2.2 Skin effect heating

Die Methode der ,Skin-Effekt' Heizung, auch bekannt unter den Bezeichnungen SECT (skin effect current trace heating), SEHTS (skin effect heat tracing system, SEHMS (skin effect heat management system) oder STS (skin effect tracing system), ist seit Langem bekannt /3, 4, 5/ und kann insbesondere bei längeren Pipelinesystemen abschnittsweise zur Anwendung kommen.The method of skin effect heating, also known as skin effect current trace heating (SECT), skin effect heat tracing system (SEHTS) or skin effect tracing system (STS), is has long been known / 3, 4, 5 / and can be used in sections, especially in longer pipelines.

Bei einem solchen Begleitheizsystem verläuft längs der Pipeline und in engem thermischem Kontakt zu dieser eine vergleichsweise dünne Rohrleitung aus ferromagnetischem Werkstoff, z. B. Kohlenstoffstahl mit einem Nenndurchmesser von z. B. 25 mm, im Folgenden ,Heizröhre' (engl. 'heating tube') genannt, die durch den ,Skin-Effekt' aufgrund der in ihr verlegten isolierten elektrischen Leitung, die mit Wechselstrom betrieben wird, auf ihrer Innenseite erwärmt wird und ihre Wärme an die zu beheizende Erdölleitung abgibt. Die Heizröhre ist hierbei vorzugsweise mittels Schweiß- oder Lötverbindung mit der zu beheizenden Transportleitung verbunden.In such a heat tracing along the pipeline and in close thermal contact with this runs a comparatively thin tube of ferromagnetic material, eg. B. carbon steel with a nominal diameter of z. B. 25 mm, hereinafter 'heating tube' (called 'heating tube'), which operated by the 'skin effect' due to the laid in her isolated electrical line, which are powered by alternating current is heated on its inside and gives off their heat to the oil pipe to be heated. The heating tube is in this case preferably connected by means of welding or soldering with the transport line to be heated.

Die mit Planung, Spezifizierung und Installation eines solchen Systems verbundenen Aspekte werden z. B. in der Literatur /6/ ausführlich beschrieben.The aspects associated with planning, specification and installation of such a system are e.g. B. in the literature / 6 / described in detail.

Das bisher längste bekannte Pipeline-Begleitheizsystem mittels Skin-Effekt Heizsystem wurde beim Mangala Development Pipeline System (MDP) in Indien an einer ca. 670 km langen wärmeisolierten und begleitbeheizten Rohölpipeline realisiert, die einen Transportleitungsdurchmesser von ca. 0.6 m („24 Zoll”) aufweist /7/. Der Abstand zwischen den Einspeisestationen wird in /7/ mit ca. 18 km angegeben. Gemäß einer detaillierteren Beschreibung des hierbei realisierten Skin-Effekt Begleitheizungssystems der Fa. Pentair /8/ beträgt die auf die Pipelinelänge bezogene spezifische Heizleistung im Auslegungspunkt etwa 40 W/m je Laufmeter bei einer Heizkreislänge von 8.210 m und einer SEHMS Einspeisepannung von ca. 3,3 kV bei 50/60 Hz Wechselspannung. Somit ließe sich von einem Einspeisepunkt aus eine Pipelinelänge von ca. 16.42 km mit elektrischer Heizenergie versorgen.The longest known pipeline heat-tracing system using a skin-effect heating system was implemented on the Mangala Development Pipeline System (MDP) in India on a 670 km long heat-insulated and accompanied crude oil pipeline with a pipeline diameter of approx. 0.6 m ("24"). has / 7 /. The distance between the feed stations is given in / 7 / at approx. 18 km. According to a more detailed description of the case realized skin effect trace heating system of the company. Pentair / 8 / the piping length specific heating power at the design point is about 40 W / m per linear meter with a heating circuit length of 8,210 m and a SEHMS feed voltage of about 3, 3 kV at 50/60 Hz AC voltage. Thus, from a feed-in point, a pipeline length of approx. 16.42 km could be supplied with electrical heating energy.

Ein ähnliches Skin-Effekt Begleitheizungssystem wird von Fa. Thermon auf dem Markt angeboten /9/.A similar skin-effect heat tracing system is being offered by Thermon on the market / 9 /.

Als Vorteile des SECT Systems lassen sich insbesondere nennen:

  • • Die Vielzahl der erfolgreichen Anwendungen und die erwiesene Zuverlässigkeit eines solchen Systems
  • • Die gute Übertragung der in der Heizröhre erzeugten Wärme auf die zu beheizende Rohölleitung
  • • Die Sicherheit der in der Heizröhre verlegten elektrischen Leitung gegen äußere Einflüsse, z. B. gegen Eindringen von Wasser, wenn die Verbindungsstellen der Heizröhren-Abschnitte entsprechend abgedichtet werden.
The advantages of the SECT system can be mentioned in particular:
  • • The multitude of successful applications and the proven reliability of such a system
  • • The good transfer of the heat generated in the heating tube to the crude oil line to be heated
  • • The safety of the electrical cable laid in the heating tube against external influences, eg. As against ingress of water when the joints of the heating tube sections are sealed accordingly.

1.2.3 Widerstandsheizung1.2.3 Resistance heating

1.2.3.1 Allgemeine Beschreibung1.2.3.1 General description

Die Methode der Widerstandsheizung von Transportleitungen ist insbesondere aus dem Bereich der oberirdischen Leitungsverlegung seit Langem bekannt /3/. Die erforderliche Heizwärme wird hierbei in elektrischen Heizkabeln nach dem Prinzip der elektrischen Widerstandsbeheizung erzeugt, die an der zu beheizenden Transportleitung z. B. mittels Bändern befestigt werden /10/. Darüber hinaus ist eine Variante mit einer Verlegung von Heizkabeln in Kabelkanälen bekannt /11/.The method of resistance heating of transport lines has long been known, in particular in the area of above-ground cable laying / 3 /. The required heat is generated here in electrical heating cables according to the principle of electrical resistance heating, the z to be heated to the transport line. B. be attached by means of ribbons / 10 /. In addition, a variant with a laying of heating cables in cable ducts is known / 11 /.

Bei einphasig betriebenen Widerstandsheizleitersystemen können zwei parallel verlegte Heizleiter entlang der Transportrohrleitung in Reihenschaltung mit leitender Verbindung beider Heizleiter an den fernen Leitungsenden gegenüber dem elektrischen Einspeisepunkt betrieben werden /11/. Bei dreiphasig betriebenen Widerstandsheizleitersystemen mit paralleler Verlegung dreier Heizleiter können diese an den fernen Leitungsenden in Sternschaltung miteinander verbunden und betrieben werden /12/. Auf die Heizsysteme einiger im Internet recherchierter Anbieter wird im Folgenden kurz eingegangen.In single-phase resistance heating systems, two parallel heating conductors can be operated along the transport pipeline in series with conductive connection of both heating conductors at the remote ends of the line to the electrical supply point / 11 /. In three-phase resistance heating conductor systems with parallel installation of three heating conductors, these can be connected and operated in star connection at the remote line ends / 12 /. The heating systems of some providers researched on the Internet will be discussed briefly below.

1.2.3.2 Pentair1.2.3.2 Pentair

In ihren technischen Unterlagen /13/ bietet die Fa. Pentair flexible Serien-Widerstands-Heizkabel der Fa. Raychem an, die eingesetzt werden können, wenn Heizkreislängen die Auslegungsgrenzen herkömmlicher paralleler Widerstandskabel übersteigen, und eine einzige Stromversorgungsquelle erforderlich ist.In their technical documentation / 13 /, Pentair offers flexible Raychem series resistance heating cables that can be used when heating circuit lengths exceed the design limits of conventional parallel resistance cables and a single power source is required.

Serien-Widerstands-Heizkabel (SC) sind mit einem oder zwei Leitern für einphasige oder dreiphasige Systeme verfügbar. Die Widerstands-Heizleiter sind elektrisch isoliert mit hochtemperaturbeständigen, dickwandigen Fluoropolymeren, umgeben mit einer geerdeten Abschirmung und einem abschließenden Fluoropolymermantel.Series Resistance Heating (SC) cables are available with one or two conductors for single-phase or three-phase systems. The resistance heating conductors are electrically insulated with high temperature resistant, thick walled fluoropolymers surrounded by a grounded shield and a final fluoropolymer jacket.

Maximale Dauertemperaturen von 250°F (121°C) und eine Temperaturbelastung von bis zu 482°F (250°C) sind verfügbar. Serien-Widerstands-Heizkabel (SC) sind in der Lage, Heizkreislängen von bis zu 12,000 feet (ca. 3660 m) mit einem Einspeisepunkt und Spannungen bis zu 600 V Wechselspannung zu ermöglichen.Maximum continuous temperatures of 250 ° F (121 ° C) and a temperature load of up to 482 ° F (250 ° C) are available. Series resistance heating cables (SC) are capable of providing heating circuit lengths of up to 12,000 feet (3660m) with a feed point and voltages up to 600V AC.

1.2.3.3 Thermon 1.2.3.3 Thermon

Die Firma Thermon /14/ bietet ebenfalls Begleitheizungssysteme nach dem Prinzip der Widerstandsheizung an, unter anderem mineralisolierte Heizkabel der Sorte 825 (MIQ), eine Legierung mit hohem Nickel/Chrom-Anteil, die gemäß /14/ ideal geeignet ist für einen Einsatz im Hochtemperaturbereich und außergewöhnlichen Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion in chloridhaltigen, sauren, salzigen und alkalischen Umgebungen besitzt. Wie weiter angegeben /14/, sind MIQ-Kabel für Anwendung in gewöhnlichen (nicht-klassifizierten) und in gefährlichen (klassifizierten) Bereichen geeignet und werden bei Temperaturen bis zu 932°F (500°C) bei einer Wechselstromspannung von 600 V betrieben.Thermon / 14 / also offers resistance heating trace heat tracing systems, including grade 825 mineral insulated heating cable (MIQ), an alloy with a high nickel / chromium content that is ideally suited for high temperature applications in accordance with / 14 / and has exceptional resistance to stress corrosion cracking in chloride, acid, saline and alkaline environments. As indicated further in / 14 /, MIQ cables are suitable for use in ordinary (unclassified) and hazardous (classified) areas and are operated at temperatures up to 932 ° F (500 ° C) with an AC voltage of 600V.

1.2.3.4 Heat-Trace Ltd.1.2.3.4 Heat-Trace Ltd.

Die Firma Heat-Trace /10/ bietet mit ihrem ,Longline Trace Heating System' ein Heizkabelsystem nach dem Prinzip der Widerstandsheizung an, bei dem die zur Beheizung der Transportleitung vorgesehenen Heizkabel als Einzel-, Doppel- oder Dreifachheizleiter ausgeführt sind. Diese Heizkabel werden während der Montage des Pipelinesystems in die Kabelkanäle vorgefertigter, wärmeisolierter Pipeline-Leitungsabschnitte eingezogen. Die Kabelkanäle bestehen hierbei aus länglichen Kabelkanal-Elementen mit C-förmigem Querschnitt, die mit ihren beiden Rändern an der Außenseite der Transportrohrleitung anliegen und somit einen etwa rechteckförmigen Kabelkanal bilden. Der Ringraum zwischen der Transportleitung, den daran entlang verlaufenden Kabelkanälen und dem Außenmantel der Transportleitung ist hierbei mit einem geeigneten wärmedämmenden Werkstoff, z. B. Polyurethanschaum ausgefüllt.With its 'Longline Trace Heating System', the company Heat-Trace / 10 / offers a heating cable system based on the principle of resistance heating, in which the heating cables provided for heating the transport line are designed as single, double or triple heating conductors. These heating cables are drawn into the cable ducts of prefabricated, heat-insulated pipeline sections during the installation of the pipeline system. The cable ducts in this case consist of elongated cable channel elements with a C-shaped cross section, which abut with its two edges on the outside of the transport pipe and thus form an approximately rectangular cable channel. The annular space between the transport line, the cable channels running along it and the outer casing of the transport line is in this case with a suitable heat-insulating material, for. B. filled in polyurethane foam.

Die von Fa. Heat-Trace angebotenen Heizkabel können hierbei verschiedene Querschnittsformen besitzen, z. B. als elektrische Einzelleitung mit kreisförmigem oder flachem, etwa rechteckigem Querschnitt, oder mit äußerem, flachem etwa rechteckigem Querschnitt und darin enthaltenen, voneinander getrennten, isolierten Heizleitern.The heating cables offered by Fa. Heat-Trace can in this case have different cross-sectional shapes, for. B. as a single electrical line with a circular or flat, approximately rectangular cross-section, or with outer, flat approximately rectangular cross-section and contained therein, separated from each other, insulated heating conductors.

Gemäß den Angaben von Heat-Trace /10/ wird hierzu angegeben, dass ihre neue kontinuierliche Umformeinrichtung („extrusion facility”) die Errichtung langer Heizsystem („Longline systems”) ermögliche, um bis zu 60 km Pipeline-Heizabschnittslänge von einem einzelnen zentralen elektrischen Einspeisepunkt aus zu versorgen.According to Heat-Trace / 10 /, this indicates that their new continuous-flow extrusion facility ("extrusion facility") allows the construction of long-life heating systems ("longline systems") to produce up to 60 kilometers of pipeline heating section length from a single central electrical system Supply point out.

Für verschiedene Begleitheizungslängen, die von einem einzelnen zentralen elektrischen Einspeisepunkt realisierbar sind, werden in /10/ unter anderem die folgenden Begleitheizungsmöglichkeiten aufgelistet: 0–15 km 2 Foil Longline 15–25 km 3 Foil Longline 25–30 km Skin Trace 30–60 km 3 × 1 Foil Longline For different heat tracing lengths that can be realized from a single central electrical feed point, the following heat tracing options are listed in / 10 / among others: 0-15 km 2 foil longlines 15-25 km 3 Foil longline 25-30 km Skin trace 30-60 km 3 × 1 foil longline

Für das ,Longline Trace Heating System' werden seitens des Herstellers gegenüber dem Skin-Effekt Begleitheizsystem die folgenden Vorteile gesehen /10/:

  • • Längere Heizkreise
  • • Niedrigere Kapitalkosten
  • • Billigere/einfachere Installation
  • • Niedrigere Betriebskosten; nach Angaben des Herstellers beträgt der Leistungsfaktor des Skin-Effekt – Heizungssystems 0.85 im Vergleich zu 1 beim ,Longline Trace Heating System'.
For the 'Longline Trace Heating System', the manufacturer sees the following advantages over the skin effect heat tracing system / 10 /:
  • • longer heating circuits
  • • Lower capital costs
  • • Cheaper / easier installation
  • • Lower operating costs; According to the manufacturer, the power factor of the skin effect heating system is 0.85 compared to 1 in the Longline Trace Heating System.

2. Problembeschreibung2. Problem description

2.1 Allgemeines2.1 General

Bei langen, elektrisch beheizten Rohöl-Transportsystemen, z. B. mit Transportentfernungen von mehr als 500 km, kommt der Sicherstellung eines verlässlichen und störungsfreien Pipeline-Betriebs und damit der Minimierung aller denkbaren durch Konstruktion, Installation und Betrieb veranlassten möglichen Risiken eine extreme Bedeutung zu. Dies gilt insbesondere, wenn ein solches elektrisch beheiztes Transportsystem in Regionen mit schwierigen Umgebungsbedingungen errichtet und betrieben werden soll. In diesem Zusammenhang sind z. B. insbesondere saisonal auftretende Regenzeiten mit extremem Wasseranfall zu nennen, in denen sich das sintflutartig anfallende Regenwasser dann seinen Weg z. B. innerhalb der Rohrgräben entlang der verlegten Transportrohrleitung sucht, diese überspült und unter Wasser setzt und im Laufe der Zeit durch Sandausspülung das Problem der saisonal bedingten Unterwassersetzung der Transportrohrleitung noch verschärft.For long, electrically heated crude oil transport systems, eg. As with transport distances of more than 500 km, the assurance of a reliable and trouble-free pipeline operation and thus the minimization of all conceivable caused by construction, installation and operation of possible risks of extreme importance. This is especially true if such an electrically heated transport system is to be built and operated in regions with difficult environmental conditions. In this context, z. B. in particular seasonally occurring rainy seasons with extreme water attack, in which the torrential accumulating rainwater then his way z. B. searches within the pipe trenches along the laid transport pipe, this flushed and submerged and in the course of time by Sandausspülung the problem of seasonal underwater replacement of the transport pipeline aggravated.

Um eine optimale Sicherheit des Transportsystems gegen möglichen Wassereintritt und nachfolgende Wasserausbreitung, insbesondere entlang der elektrischen Begleitheizeinrichtungen zu erreichen, muss das vorgesehene Begleitheizsystem maximal widerstandsfähig gegen derartige Einwirkungen ausgebildet sein.In order to achieve optimal safety of the transport system against possible ingress of water and subsequent water spreading, in particular along the electric companion heating, the proposed heat tracing must be designed to be resistant to such effects maximum resistance.

Als extrem wichtiger weiterer Gesichtspunkt im Hinblick auf die erforderliche Minimierung bekannter und ggf. unbekannter Risiken einer Systeminstallation wird der Rückgriff auf in der Vergangenheit bewährte zuverlässige Systemtechnik angesehen, selbst wenn neuere technische Verfahren und Anordnungen einen Kostenvorteil versprechen, jedoch noch nicht ausreichende betriebliche Erfahrungen für die zu erwartenden Betriebsbedingungen (z. B. mögliche Unterwassersetzung der Pipeline) über einen entsprechen langen Betriebszeitraum vorliegen.Another extremely important further consideration for minimizing known and possibly unknown risks of a system installation is the use of reliable system technology that has been proven in the past, even if newer technical methods and arrangements promise a cost advantage, but not yet sufficient operating experience for the system expected operating conditions (eg potential underwater pipeline) over a corresponding period of operation.

Als weiterer wesentlicher Gesichtspunkt kommt insbesondere in abgelegenen Gegenden oder Gegenden mit schwieriger sozioökonomischer Infrastruktur die Überlegung hinzu, die Anzahl der für den Pipelinebetrieb benötigten Stationen, insbesondere Einspeise-Stationen für elektrische Energie, weitestgehend zu minimieren, und somit möglichst große Stationsabstände zu realisieren, um die Gesamtzahl des für Betrieb und Wartung derartiger Stationen erforderlichen Betriebs- und Sicherheitspersonals weitgehend zu minimieren und somit eine größtmögliche Gesamt-Risikominimierung für das gesamte Betriebspersonal zu erreichen.Another important consideration is especially in remote areas or areas with difficult socio-economic infrastructure, the idea to minimize the number of required for pipeline operation stations, especially feed stations for electrical energy, to minimize, and thus to realize the largest possible station distances to the To minimize the total number of operating and security personnel required for the operation and maintenance of such stations, and thus to maximize overall risk minimization for all operations personnel.

Angesichts der vorangehend beschriebenen Zielsetzungen wird im Folgenden insbesondere auf Nachteile der bisher bekannten Pipeline-Begleitheizungs-Systeme eingegangen.In view of the objectives described above, particular attention will be given below to disadvantages of the previously known pipeline heat tracing systems.

2.2 Skin-Effekt-Beheizungssysteme2.2 Skin Effect Heating Systems

Elektrische Begleitheizsysteme nach dem Prinzip der Skin-Effekt-Beheizung (SECT) weisen zwar die unter Punkt 1.2.2 bereits genannten Vorteile auf, jedoch werden aus Sicht des Anmelders insbesondere folgende mögliche Nachteile gesehen:

  • • Die Notwendigkeit des Verschweißens oder Verlötens der Heizröhre mit der Transportleitung, was mit entsprechend erhöhten Investitionskosten verbunden ist
  • • Der Wirkungsgrad der elektrischen Begleitheizung nach dem SECT-System, der in der Größenordnung von etwa 90% genannt wird /10/.
  • • Die beschränkte Heizkreislänge von ca. 12,5 km bei einer spezifischen Heizleistung von 40 W/m, wodurch der maximal realisierbare Stationsabstand auf etwa 25 km beschränkt wird.
Although electrical heat tracing systems based on the principle of skin effect heating (SECT) have the advantages already mentioned under point 1.2.2, from the applicant's point of view in particular the following possible disadvantages are considered:
  • The necessity of welding or soldering the heating tube to the transport line, which entails correspondingly increased investment costs
  • • The efficiency of electrical heat tracing after the SECT system, which is on the order of about 90% / 10 /.
  • • The limited heating circuit length of approx. 12.5 km with a specific heat output of 40 W / m, which limits the maximum achievable station distance to approx. 25 km.

2.3 Widerstands-Begleitheizsysteme für große Heizabschnittslängen2.3 Resistance trace heating systems for large heating section lengths

Elektrische Begleitheizsysteme nach dem Prinzip der Widerstandsbeheizung für lange Heizkreisabschnitte weisen zwar die unter Punkt 1.2.3.4 bereits genannten Vorteile auf, jedoch werden aus Sicht des Anmelders insbesondere folgende mögliche Nachteile eines solchen Systems gesehen:

  • • Aufgrund der möglichen Spaltenbildung zwischen Transportrohrleitung und den daran angelegten Kabelkanälen könnte sich bei einem Wassereintritt, z. B. im Bereich von Muffen-Verbindungen des die Transportrohrleitung umgebenden Schutzmantels (z. B. HDPE Rohr) das eingetretene Wasser entlang oder innerhalb eines oder mehrerer Kabelkanäle ausbreiten und zu weiteren Folgeschäden, z. B. Korrosion des Transportrohres oder elektrischen Kurzschlüssen im Bereich von Heizleiter-Verbindungsstellen führen.
  • • Mögliche Überhitzung der Heizleitungen und ggf. daraus resultierende Heizleitungs-Kurzschlüsse, falls im Bereich von Fehlstellen bei der Montage eines oder mehrerer Kabelkanäle die Wärmeleitung zwischen Kabelkanal und Oberfläche der zu beheizenden Transportleitung deutlich vermindert ist; aufgrund des dann erheblich erhöhten Wärmeübergangswiderstands zwischen Transportleitungsoberfläche und Kabelkanal wird dann die Lufttemperatur im Kabelkanal erheblich ansteigen, gefolgt von einem weiteren erheblichen Temperaturanstieg im Heizkabel selbst, insbesondere aufgrund des erheblichen Wärmeübergangswiderstands zwischen der Luft im Kabelkanal und der Oberfläche der elektrischen Kabelisolation.
  • • Deutlich geringere (zumindest öffentlich bekannte) Erfahrungen mit dem Langzeitverhalten eines solchen Begleitheizsystems im Vergleich zu Skin-Effekt-Begleitheizsystemen.
Although electrical heat tracing systems based on the principle of resistance heating for long heating circuit sections have the advantages already mentioned under point 1.2.3.4, in the applicant's view, in particular the following possible disadvantages of such a system are considered:
  • • Due to the possible formation of gaps between the transport pipeline and the cable channels attached to it, a water ingress, eg. B. in the range of sleeve joints surrounding the transport pipe protective jacket (eg., HDPE pipe) propagate the water along or within one or more cable channels and further damage, eg. B. lead to corrosion of the transport tube or electrical short circuits in the range of heating conductor connection points.
  • • Possible overheating of the heating cables and possibly resulting heating cable short circuits, if the heat conduction between the cable duct and the surface of the transport line to be heated is significantly reduced in the area of defects when installing one or more cable ducts. due to the then significantly increased heat transfer resistance between Transportleitungsoberfläche and cable channel then the air temperature in the cable channel will increase significantly, followed by a further significant increase in temperature in the heating cable itself, in particular due to the significant heat transfer resistance between the air in the cable channel and the surface of the electrical cable insulation.
  • • Significantly lower (at least publicly known) experiences with the long-term behavior of such a heat tracing system compared to skin effect heat tracing systems.

2.4 Schlussfolgerungen 2.4 conclusions

Die Ausführungen in den vorangehenden Kapiteln zeigen aus Sicht des Verfassers, dass im Hinblick auf die in Kapitel 2.1 gestellten Anforderungen hinsichtlich der Minimierung möglicher mit Installation und Betrieb eines elektrischen Begleitheizsystems verbundener Risiken wie

  • • möglichst hoher Schutz gegen unbeabsichtigten Wassereintritt und Wasserausbreitung im Transport- und Begleitheizungssystem,
  • • ausschließliche Verwendung bewährter, zuverlässiger Systemtechnik sowie
  • • weitgehende Minimierung der Anzahl der erforderlichen Einspeise-Stationen, und damit verbundene Maximierung der mittels Begleitheizung beheizbaren Transportabschnittslängen
keines der vorstehend genannten Begleitheizsysteme (SECT-System, Widerstands-Heizsystem) als zufriedenstellend empfohlen werden kann.From the point of view of the author, the explanations given in the previous chapters show that, with regard to the requirements set out in Chapter 2.1, the minimization of possible risks associated with the installation and operation of an electrical heat tracing system, such as
  • • maximum protection against inadvertent water ingress and water dispersion in the transport and heat tracing system,
  • • exclusive use of proven, reliable system technology as well as
  • • minimizing the number of required feed stations and maximizing the heatable transport section lengths
none of the above-mentioned heat tracing systems (SECT system, resistance heating system) can be recommended as satisfactory.

Im Rahmen der Systemplanung begleitbeheizter langer Rohöltransportsysteme ergab sich daher die Aufgabenstellung, nach Maßnahmen zu suchen, mit denen die in Kapitel 2.1 gestellten Anforderungen letztlich doch weitgehend erfüllt werden können.As part of the system planning of accompanying long crude oil transport systems, the task was therefore to look for measures with which the requirements set out in Chapter 2.1 can be fulfilled to a large extent in the end.

3. Problemlösung3. Problem solving

3.1 Beschreibung der erfindungsgemäßen Problemlösung3.1 Description of the problem solution according to the invention

Als erfindungsgemäße Problemlösung im Rahmen dieser Patentanmeldung ist vorgesehen, die Vorteile beider beschriebenen Begleitheizsysteme zu kombinieren und deren Nachteile weitgehend zu vermeiden. Der Vorteil des Widerstands-Begleitheizungssystems wird darin gesehen, dass relativ lange Heizabschnitte insbesondere dann realisiert werden können, wenn die längs eines Pipelineanschnitts zu erbringende spezifische Heizleistung (z. B 40 W/m) auf mehrere parallele Widerstands-Heizleitungen (Heizleiter) aufgeteilt wird. Erfindungsgemäß wird daher das Heizleitungssystem aus mehreren längs der Rohrleitung parallel verlegten Heizleitern realisiert. Vorzugsweise wird ein solches System aus drei Heizleitern realisiert, welches mit 3-phasigem Drehstrom betrieben wird, deren Heizleiter an den gegenüber dem 3-Phasen-Einspeisepunkt liegenden fernen Heizleitungsenden miteinander in Sternschaltung verbunden werden.As problem solving according to the invention in the context of this patent application, it is provided to combine the advantages of both described heat-tracing systems and to largely avoid their disadvantages. The advantage of the resistance-tracing heating system is that relatively long heating sections can be realized, in particular, when the specific heating power to be provided along a pipeline section (eg 40 W / m) is divided among a plurality of parallel resistance heating lines (heating conductors). Therefore, according to the invention, the heating pipe system is realized from a plurality of heating conductors laid parallel along the pipe. Preferably, such a system is implemented by three heating conductors, which is operated with 3-phase AC current, the heating conductors are connected to each other in star connection at the lying opposite the 3-phase feed point distant Heizleitungsenden.

Um einen guten Schutz der Heizleiter zu gewährleisten, werden als Heizkabel jene Heizkabeltypen eingesetzt, die auch bei dem nachgewiesenermaßen zuverlässigen SECT-Begleitheizsystem zum Einsatz kommen. Darüber hinaus werden die Heizkabel in analoger Weise wie beim SECT-Heizsystem in Heizröhren verlegt, die mit der Transportrohrleitung durch Verschweißen oder Verlöten verbunden sind und somit eine gute Wärmeübertragung der erzeugten Heizwärme in die zu beheizende Transportrohrleitung gewährleisten. Zur Minimierung eines eventuellen Wassereintritts im Bereich der Verbindung zweier Heizröhren-Abschnitte erfolgt die Errichtung der Verbindung derselben erfindungsgemäß in analoger Weise wie beim SECT-System. In der Literatur /15/ wird hierbei z. B. beschrieben, dass die Heizröhren mittels Kupplungen/Kabel-Einziehboxen (,pull boxes') miteinander verschweißt oder verlötet und pneumatisch getestet werden, um die Systemintegrität sicherzustellen und insbesondere, um die Systemsicherheit gegen eventuell von außen eintretendes Wasser (z. B. bei Undichtigkeiten von Muffen-Verbindungen des äußeren Polyethylen-Schutzrohres) sicherzustellen.In order to ensure good protection of the heating conductors, the heating cables used are those heating cable types which are also used in the proven reliable SECT heat tracing system. In addition, the heating cables are laid in an analogous manner as in the SECT heating system in heating pipes, which are connected to the transport pipe by welding or soldering and thus ensure good heat transfer of the generated heat to be heated in the transport pipeline. In order to minimize a possible ingress of water in the region of the connection of two heating tube sections, the construction of the connection according to the invention takes place in an analogous manner as in the case of the SECT system. In the literature / 15 / this z. For example, it has been described that the heating tubes are welded or brazed together by means of coupler / cable pull boxes, and pneumatically tested to ensure system integrity and, in particular, to provide system security against any external water (e.g. Leakages of sleeve joints of the outer polyethylene protective tube).

Somit ist das erfindungsgemäße Begleitbeheizungssystem nach dem Vorbild bekannter Skin-Effekt-Heizsysteme mit mehreren längs der zu beheizenden Transportrohrleitung im wesentliche parallel angeordneten und mit der Transportrohrleitung durch Schweiß- oder Lötverbindung verbundenen ,Heizröhren' (engl.: ,heating tubes') ausgestattet, in denen nach dem Vorbild der Skin-Effekt-Beheizung jeweils eine elektrisch isolierte Heizleitung, vorzugsweise in der Ausführung als Kupferlitzenleitung verlegt ist, und wobei die Heizleitungen an den gegenüber den Strom-Einspeisepunkten gegenüberliegenden (fernen) Heizkabelenden leitend miteinander, verbunden sind.Thus, the companion heating system according to the invention is based on the model of known skin-effect heating systems with a plurality along the transport pipe to be heated substantially parallel and connected to the transport pipe by welding or soldering connection 'heating tubes' equipped, in which according to the model of skin effect heating in each case an electrically insulated heating cable, preferably laid as a copper stranded wire, and wherein the heating cables at the opposite the power supply points opposite (far) heating cable ends conductively connected to each other.

Als besonders vorteilhafte Realisierungsvariante wird hierbei ein aus 3 Heizleiterröhren aufgebautes Heizsystem angesehen, in welches am Einspeisepunkt 3-Phasen-Wechselstrom mit z. B. 50 Hz oder 60 Hz Systemfrequenz mit vergleichsweise hoher Systemspannung, z. B. 5 kV bis 6 kV eingespeist wird, und deren ,ferne' Enden als elektrischer ,Sternpunkt' miteinander verbunden sind.As a particularly advantageous implementation variant of a built-up of 3 heat exchanger tubes heating system is considered, in which at the feed point 3-phase alternating current with z. B. 50 Hz or 60 Hz system frequency with comparatively high system voltage, z. B. 5 kV to 6 kV is fed, and their 'remote' ends are connected together as an electrical 'star point'.

Da von einem elektrischen Energie-Einspeisepunkt zwei in entgegengesetzter Richtung längs der Transportrohrleitung angeordnete Leitungsabschnitte beheizt werden können, verdoppelt sich der realisierbare Abstand der Einspeise-Stationen für elektrische Energie gegenüber der ermittelten möglichen Begleitheizungslänge.Since from an electrical energy feed point two in the opposite direction along the transport pipe arranged line sections can be heated, the doubled feasible distance of the feed stations for electrical energy compared to the determined possible trace heating length.

Als weitere Vorteile des vorgeschlagenen Begleitheizsystems können genannt werden:

  • • Im Gegensatz zum Prinzip der Skin-Effekt-Beheizung erfolgt kein Stromfluss über die mit der Transportleitung elektrisch verbundene Heizröhren, so dass sämtliche Stromflüsse innerhalb der elektrisch isolierten Heizleiter verbleiben
  • • Der Wirkungsgrad der elektrischen Widerstandsheizung liegt nahe bei 1 und ist damit deutlich höher als bei der Skin-Effekt-Heizung.
  • • Bei Wahl gleicher Heizleiter-Querschnitte in einem mit 3 Heizleitern ausgestatteten und 3-phasig betriebenen Pipeline-Systemheizabschnitt ergeben sich annähernd gleiche elektrische Ströme in den drei Heizleitern; die erforderliche 3-Phasen-Versorgungsspannung am Einspeisepunkt kann hierbei in einfacher Weise mittels entsprechender Transformatoren bei ausgeglichener Stromaufnahme aus der Drehstrom-Versorgungsquelle (z. B. Stromnetz oder Generator) bereit gestellt werden.
Other advantages of the proposed heat tracing system include:
  • • In contrast to the principle of skin effect heating, there is no current flow through the heating pipes electrically connected to the transport line, so that all current flows remain within the electrically insulated heating conductors
  • • The efficiency of electrical resistance heating is close to 1 and is therefore significantly higher than in the case of skin effect heating.
  • • If the same heating conductor cross-sections are selected in a pipeline system heating section equipped with 3 heating conductors and operated in 3 phases, approximately the same electrical currents will result in the three heating conductors; the required 3-phase supply voltage at the feed point can hereby be provided in a simple manner by means of appropriate transformers with a balanced current consumption from the three-phase supply source (eg power grid or generator).

3.2 Berechnungsgleichungen3.2 Calculation equations

Im Folgenden werden grundlegende Berechnungsgleichungen für die Heizkabelauslegung zusammengestellt.In the following, basic calculation equations for the heating cable design are compiled.

Mit der Systemspannung U beträgt die Spannung U1 zwischen den beiden Enden eines Heizleiters 1 in einem symmetrischen 3-Phasensystem in Sternschaltung U1 = U/√3 (3-1) With the system voltage U, the voltage U 1 between the two ends of a heat conductor 1 in a symmetrical 3-phase system in star connection U 1 = U / √ 3 (3-1)

Die spezifische Begleitheizleistung q1 des Heizleiters 1 ist q1 = q/3 (3-2) wenn q die spezifische Begleitheizleistung in einem Pipelineabschnitt bezeichnet. Die Heizleistung Q1 des Heizleiters 1 beträgt mit der Länge L des zu beheizenden Pipelineabschnitts Q1 = q1·L (3-3) The specific heat tracing heat q 1 of the heating conductor 1 is q 1 = q / 3 (3-2) when q denotes the specific heat tracing power in a pipeline section. The heating power Q 1 of the heating element 1 is with the length L of the pipeline section to be heated Q 1 = q 1 × L (3-3)

Der elektrische Strom I1 im Heizleiter 1 ergibt sich zu I1 =Q1/U1 (3-4) The electric current I 1 in the heating element 1 results to I 1 = Q 1 / U 1 (3-4)

Der Widerstand R1 des Heizleiters 1 ist R1 = U1/I1 (3-5) The resistance R 1 of the heating conductor 1 is R 1 = U 1 / I 1 (3-5)

Mit der elektrischen Leitfähigkeit ρ, der Länge L des Heizleiters und mit dem Querschnitt A des Heizleiters ergibt sich der Widerstands R1 zu R1 = ρ·L / A (3-6) With the electrical conductivity ρ, the length L of the heat conductor and with the cross section A of the heating element, the resistance R 1 results R 1 = ρ · L / A (3-6)

Umstellung der Gleichung (3-6) unter Berücksichtigung der Gleichung (3-5) ergibt

Figure DE102015003481A1_0002
Conversion of equation (3-6) taking into account equation (3-5)
Figure DE102015003481A1_0002

Auflösen nach A unter Einfügung der Gleichung (3-4) ergibt

Figure DE102015003481A1_0003
Solving for A by inserting equation (3-4)
Figure DE102015003481A1_0003

Einfügen der Gleichungen (3-3) und (3-3) in (3-8) ergibt

Figure DE102015003481A1_0004
Inserting Equations (3-3) and (3-3) in (3-8) yields
Figure DE102015003481A1_0004

Einbeziehung der Gleichung (3-1) in (3-9) ergibt den Heizkabel-Querschnitt A zu

Figure DE102015003481A1_0005
Inclusion of the equation (3-1) in (3-9) gives the heating cable cross-section A.
Figure DE102015003481A1_0005

Der Heizkabeldurchmesser d kann dann berechnet werden zu

Figure DE102015003481A1_0006
The heating cable diameter d can then be calculated to
Figure DE102015003481A1_0006

3.3 Berechnungsbeispiele3.3 Calculation examples

Im Folgenden werden für den angenommenen Fall einer benötigten spezifischen Heizleistung von 40 W/m für eine Rohöl-Transportleitung Berechnungen zur Begleitheizleitungsauslegung nach dem Widerstandsheizungsprinzip durchgeführt.Hereinafter, for the assumed case of a required specific heat output of 40 W / m for a crude oil transportation line, calculations are made for the trace heating line design according to the resistance heating principle.

Dabei wird ein 3-phasiges Heizleitungssystem mit Kupfer als Heizleitungsmaterial zugrunde gelegt, welches mit einer Systemspannung von 6 kV bei einer Netzfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz betrieben wird.This is based on a 3-phase heating cable system with copper as Heizleitungsmaterial based, which is operated with a system voltage of 6 kV at a mains frequency of 50 Hz or 60 Hz.

Das Diagramm (1) zeigt für das vorstehend beschriebene Berechnungsbeispiel den erforderlichen Kabeldurchmesser als Funktion der beabsichtigten Heizleiterlänge.The diagram ( 1 ) shows the required cable diameter as a function of the intended heating conductor length for the calculation example described above.

Bei einer beabsichtigten Abschnittslänge der Pipelinebeheizung von 50 km und einer benötigten spezifischen Pipeline-Beheizungsleistung von 40 W/m würde bei einem aus 3 parallel verlegten Heizleitern bestehenden und an den Heizleiterenden in Sternschaltung verbundenen Heizleitersystem der benötigte Leiterdurchmesser je Heizkabel etwa 8.8 mm und der entsprechende Leiterquerschnitt etwa 61 mm2 betragen. Mit einer solchen Lösung könnten dann Abschnittslängen von ca. 100 km zwischen Einspeise-Stationen für elektrische Begleitheizenergie realisiert werden.With an intended pipeline heating section length of 50 km and a required specific pipeline heating capacity of 40 W / m, the required conductor diameter per heating cable would be approximately 8.8 mm and the corresponding conductor cross-section would be for a heating conductor system consisting of 3 parallel heating conductors and connected to the heating conductor ends in star connection be about 61 mm 2 . With such a solution, section lengths of about 100 km could then be realized between feeding stations for electrical auxiliary heating energy.

4. Literaturangaben4. References

  • /1/ Rafael Martínez-Palou et al.: Transportation of Heavy and Extra-Heavy Crude Oil by Pipeline: A Review; Journal of Petroleum Science and Engineering 75 (2011) 274–282 /1/ Rafael Martínez-Palou et al.: Transportation of Heavy and Extra Heavy Crude Oil by Pipeline: A Review; Journal of Petroleum Science and Engineering 75 (2011) 274-282
  • /2/ G. A. Nunez, H. J. Rivas, D. D. Joseph: Drive to <produce Heavy Crude Prompts Variety of Transportation Methods; OGJ Special Oct. 26, 1998 Oil and Gas Journal / 2 / GA Nunez, HJ Rivas, DD Joseph: Drive to <produce Heavy Crude Prompts Variety of Transportation Methods; OGJ Special Oct. 26, 1998 Oil and Gas Journal
  • /3/ S. Lechler, J. Kossert und K. Zehl: Planung und Bau der Flüssigschwefel-Transportleitung Voigtei-Barenburg; Erdöl-Erdgas Zeitschrift, 93. Jg., Juli 1977, S. 235–242 / 3 / S. Lechler, J. Kossert and K. Zehl: Planning and construction of the liquid sulfur transport pipeline Voigtei-Barenburg; Petroleum Natural Gas Journal, 93rd ed., July 1977, pp. 235-242
  • /4/ Canadian Patent 1149761 A1 ; Pipelines by Skin-Effect-Current Heating; published 12.07.1983; Inventor: Masao Ando http://www.google.com/patents/CA1149761A1?cl=en/ 4 / Canadian Patent 1149761 A1 ; Pipelines by Skin-Effect-Current Heating; published 12.07.1983; Inventor: Masao Ando http://www.google.com/patents/CA1149761A1?cl=en
  • /5/ http://www.skin-trace.com/, website heruntergeladen am 01.03.2015 / 5 / http://www.skin-trace.com/, website downloaded on 01.03.2015
  • /6/ Ben C. Johnson: The Practical Issues Involved in Designing, Specifying and Installing Skin Effect Current Tracing Systems; 2012 Petroleum and Chemical Industry Conference Europe Conference Proceedings (PCIC EUROPE); 1–13 / 6 / Ben C. Johnson: The Practical Issues Involved in Designing, Specifying and Installing Skin Effect Current Tracing Systems; 2012 Petroleum and Chemical Industry Conference Europe Conference Proceedings (PCIC EUROPE); 1-13
  • /7/ Mangala Development Pipeline (MDP), Rajasthan, Gujarat, India http://www.hydrocarbons-technology.com/projects/mangala-development-pipeline-india-crude-oil/ heruntergeladen aus dem Internet am 07.03.2015 / 7 / Mangala Development Pipeline (MDP), Rajasthan, Gujarat, India http://www.hydrocarbons-technology.com/projects/mangala-development-pipeline-india-crude-oil/ downloaded from internet on 07-03-2015
  • /8/ F. Chakkalakal, M. Hamill, J. Beres: Building the World's Longest Heated Pipeline – A Technology Application Review; 2014 IEEE Petroleum and Chemical Industry Technical Conference; Paper No. PCIC-2014-52, 8–10 Sep. 2014, San Francisco, CA /8th/ F. Chakkalakal, M. Hamill, J. Beres: Building the World's Longest Heated Pipeline - A Technology Application Review; 2014 IEEE Petroleum and Chemical Industry Technical Conference; Paper No. PCIC-2014-52, 8-10 Sep. 2014, San Francisco, CA.
  • /9/ Thermon, heruntergeladen aus dem Internet am 07.03.2015 http://www.thermon.com/us/products.aspx?prodid=10 / 9 / Thermon, downloaded from the Internet on 07.03.2015 http://www.thermon.com/us/products.aspx?prodid=10
  • /10/ Hotfoil-EHS, heruntergeladen aus dem Internet am 08.03.2015 http://www.hotfoilehs.com/images/hotfoil/PDFs/Brochures/Heat_Tracing_Long_Pipelines.pdf / 10 / Hotfoil EHS, downloaded from the Internet on 08.03.2015 http://www.hotfoilehs.com/images/hotfoil/PDFs/Brochures/Heat_Tracing_Long_Pipelines.pdf
  • /11/ Heat-Trace, heruntergeladen aus dem Internet am 08.03.2015 http://www.temarsrl.it/index.php/en/download/category/1-cables?start=20 / 11 / Heat-Trace, downloaded from the Internet on 08.03.2015 http://www.temarsrl.it/index.php/en/download/category/1-cables?start=20

Claims (8)

Verfahren zur elektrischen Begleitbeheizung wärmeisolierter Pipelines, insbesondere erdverlegter Pipelines für den Transport von Erdöl und Erdölprodukten oder anderer warm zu haltender Transportmedien über große Transportentfernungen, dadurch gekennzeichnet, dass a) die längs eines Pipelineabschnitts zu erbringende spezifische Heizleistung auf mehrere entlang der Transportrohrleitung parallel installierte Widerstands-Heizleiter aufgeteilt wird b) die Widerstands-Heizleiter jeweils mit elektrischer Mantelisolierung versehen, und jeweils in aus Metall bestehenden Heizröhren (engl.: ,heating tubes') verlegt sind, wie sie für Skin-Effekt-Beheizungssysteme typisch sind, wobei die Heizröhren zur Erreichung einer guten Wärmeübertragung mittels Schweiß- oder Lötverbindung mit der Transportleitung verbunden sind c) im Bereich der Verbindung zweier Heizröhren-Abschnitte besondere Maßnahmen zur Minimierung eines eventuellen Wassereintritts getroffen werden, z. B. mittels verschweißter oder verlöteter Kupplungen und/oder Kabel-Einziehboxen, deren Dichtheit abschließend mittels geeigneter Dichtheitstests nachgewiesen wird d) das Rohrmaterial, welches den äußeren mantelförmigen Bestandteil einer Heizröhre bildet, nicht, wie bei Skin-Effekt-Heizsystemen, vom Heizstrom durchflossen wird e) der mantelförmige Bestandteil einer Heizröhre selbst nicht aktiv zur Wärmeerzeugung aus elektrischer Energie beiträgt.Process for the electrical accompanying heating of heat-insulated pipelines, in particular underground pipelines for the transport of oil and petroleum products or other transport media to be kept warm over long transport distances, characterized in that a) the specific heating power to be provided along one pipeline section is applied to a plurality of resistance elements installed in parallel along the transport pipeline B) the resistance heating conductors are each provided with electrical jacket insulation, and in each case laid in metal heating tubes are, as they are typical for skin effect heating systems, wherein the heating tubes to achieve a good heat transfer by means of welding or soldering connection with the transport line are connected c) in the region of the connection of two heating tube sections special measures to minimize any water ingress are made, eg. B. by means of welded or soldered couplings and / or cable pull-in boxes, the tightness is finally detected by means of suitable tightness tests d) the tube material, which forms the outer jacket-shaped component of a heating tube, not, as in skin effect heating systems, is flowed through by the heating current e) the jacket-shaped component of a heating tube itself does not actively contribute to the generation of heat from electrical energy. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiter einen vergleichsweise geringen spezifischen elektrischen Widerstand in der typischen Größenordnung von Kupferleitern aufweisenA method according to claim 1, characterized in that the heating conductors have a comparatively low specific electrical resistance in the typical order of copper conductors Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiter vorzugsweise als Litzenleitung ausgeführt sindMethod according to one of claims 1 to 2, characterized in that the heating conductors are preferably designed as stranded wire Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiter an den gegenüber den Strom-Einspeisepunkten liegenden (fernen) Heizleiterenden leitend miteinander verbunden sind.Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the heating conductors are conductively connected to one another at the (far) heating conductor ends located opposite the current supply points. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Begleitheizsystem vorzugsweise aus 3 längs der Transportrohrleitung parallel angeordneten elektrisch isolierten Heizleitern besteht, die jeweils in den Heizleitern einzeln zugeordneten Heizröhren verlegt sind.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heat tracing system preferably consists of 3 along the transport pipe arranged in parallel electrically insulated heating conductors, which are each laid in the heating conductors individually associated heating tubes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Begleitheizsystem mit 3-Phasen-Wechselstrom betrieben wirdMethod according to one of claims 1 to 5, characterized in that the heat tracing system is operated with 3-phase alternating current Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Begleitheizsystem mit Wechselstrom im Frequenzbereich 50 Hz bis 60 Hz betrieben wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the heat tracing system is operated with alternating current in the frequency range 50 Hz to 60 Hz. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Begleitheizsystem vorzugsweise mit relativ hoher System-Betriebsspannung von mindestens 3 kV betrieben wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the heat tracing system is preferably operated with a relatively high system operating voltage of at least 3 kV.
DE102015003481.2A 2015-03-18 2015-03-18 Method for electric accompanying heating of pipelines for fluid transport Withdrawn DE102015003481A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015003481.2A DE102015003481A1 (en) 2015-03-18 2015-03-18 Method for electric accompanying heating of pipelines for fluid transport
PCT/DE2016/000117 WO2016146100A1 (en) 2015-03-18 2016-03-17 Method for electric trace heating of pipelines for fluid transport

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015003481.2A DE102015003481A1 (en) 2015-03-18 2015-03-18 Method for electric accompanying heating of pipelines for fluid transport

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015003481A1 true DE102015003481A1 (en) 2016-09-22

Family

ID=55808920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015003481.2A Withdrawn DE102015003481A1 (en) 2015-03-18 2015-03-18 Method for electric accompanying heating of pipelines for fluid transport

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102015003481A1 (en)
WO (1) WO2016146100A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109141034A (en) * 2017-06-27 2019-01-04 北京华业阳光新能源有限公司 Solid heating device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1149761A (en) 1980-03-14 1983-07-12 Masao Ando Pipelines by skin-effect-current heating

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1615192B1 (en) * 1966-04-01 1970-08-20 Chisso Corp Inductively heated heating pipe
PL86733B1 (en) * 1973-08-21 1976-06-30
JPS5852315B2 (en) * 1979-02-21 1983-11-21 チッソエンジニアリング株式会社 Epidermal current heating pipeline
JPS5816104B2 (en) * 1980-03-18 1983-03-29 チツソエンジニアリング株式会社 Simple induced current heating tube
FR2662229B1 (en) * 1990-05-17 1992-07-31 Coflexip FLEXIBLE TUBULAR DUCT HAVING INCORPORATED HEATING MEANS.

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1149761A (en) 1980-03-14 1983-07-12 Masao Ando Pipelines by skin-effect-current heating

Non-Patent Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Advanced Industrial Solutions, Heat-Tracing Products & Services; Pentair; 2013.URL: http://www.pentairthermal.com/Images/EN-IndustrialHeatTracingCatalog-SB-H56550_tcm432-26155.pdf, Archiviert in http://www.archive.org am 15.03.2015 [Abgerufen am 15.12.2015] *
Ben C. Johnson: The Practical Issues Involved in Designing, Specifying and Installing Skin Effect Current Tracing Systems; 2012 Petroleum and Chemical Industry Conference Europe Conference Proceedings (PCIC EUROPE); 1–13
CA1149761 A1Abstract and Claims
CHAKKALAKAL, F.; HAMILL, M.; BERES, J.: Building the World´s Longest Heated Pipeline - A Technology Application Review. In: IEEE Petroleum and Chemical Industry Technical Conference, 2014, 1-9. *
F. Chakkalakal, M. Hamill, J. Beres: Building the World's Longest Heated Pipeline – A Technology Application Review; 2014 IEEE Petroleum and Chemical Industry Technical Conference; Paper No. PCIC-2014-52, 8–10 Sep. 2014, San Francisco, CA
Heat Tracing of long pipelines; Hotfoil-EHS.URL: http://hotfoil.com/images/hotfoil/PDFs/Brochures/Heat_Tracing_Long_Pipelines.pdfArchiviert in http://www.archive.org am 17.12.2014 [Abgerufen am 15.12.2015] *
Heat-Trace, heruntergeladen aus dem Internet am 08.03.2015 http://www.temarsrl.it/index.php/en/download/category/1-cables?start=20
Hotfoil-EHS, heruntergeladen aus dem Internet am 08.03.2015 http://www.hotfoilehs.com/images/hotfoil/PDFs/Brochures/Heat_Tracing_Long_Pipelines.pdf
http://www.skin-trace.com/, website heruntergeladen am 01.03.2015
JOHNSON, B. C.: The Practical Issues Involved in Designing, Specifying and Installing Skin Effect Current Tracing Systems. In: Petroleum and Chemical Industry Conference Europe - Conference Proceedings, 2012, 1-13. *
LECHLER, S.; Kossert, J.; ZEHL, K.: Planung und Bau der Flüssigschwefel-Transportleitung Voigtei-Barenburg. In: Erdöl- Erdgas Zeitschrift, 93, 1977, 235-242. *
Mangala Development Pipeline (MDP), Rajasthan, Gujarat, India http://www.hydrocarbons-technology.com/projects/mangala-development-pipeline-india-crude-oil/ heruntergeladen aus dem Internet am 07.03.2015
Mangala Development Pipeline (MDP), Rajasthan, Gujarat, India; URL: http://www.hydrocarbons-technology.com/projects/mangala-development-pipeline-india-crude-oil/ *
MARTINEZ-PALOU et al: Transportation of Heavy and Extra-Heavy Crude Oil by Pipeline: A Review. In: Journal of Petroleum Science and Engeneering, 75, 2011, 274-282. *
NUNEZ, G. A.; RIVAS, H. J.; JOSEPH, D. D.: Drive to produce Heavy Crude Prompts Variety of Transportation Methods. In: Oil and Gas Journal, 1998, 59-68. *
Rafael Martínez-Palou et al.: Transportation of Heavy and Extra-Heavy Crude Oil by Pipeline: A Review; Journal of Petroleum Science and Engineering 75 (2011) 274–282
S. Lechler, J. Kossert und K. Zehl: Planung und Bau der Flüssigschwefel-Transportleitung Voigtei-Barenburg; Erdöl-Erdgas Zeitschrift, 93. Jg., Juli 1977, S. 235–242
Skin Effect based Heating System for long pipelines, URL: http://www.skin-trace.com/. Archiviert in http://www.archive.org am 27.01.2015 [Abgerufen am 15.12.2015]
Skin Effect based Heating System for long pipelines, URL: http://www.skin-trace.com/. Archiviert in http://www.archive.org am 27.01.2015 [Abgerufen am 15.12.2015] *
Skin Effect Heating Solutions - ThermtracThermon - The Heat Tracing SpecialistsURL: HTTP://www.thermon.com/us/products.aspx?prodid=10 *
Thermon, heruntergeladen aus dem Internet am 07.03.2015 http://www.thermon.com/us/products.aspx?prodid=10

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016146100A1 (en) 2016-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012156472A1 (en) Pipeline for conveying a salt melt
DE2050035A1 (en)
DE1515139B1 (en) Device for maintaining an increased temperature of a liquid transported in a pipeline
DE3414284C2 (en)
DE102006015601A1 (en) Device for influencing the temperature of fluid media, in particular lubricants located in a lubricant system
DE1615192B1 (en) Inductively heated heating pipe
CN103835689B (en) Oil reservoir electrical heating oil extracting appts and using method thereof
EP2544949A2 (en) Protecting water pipes from frost
DE102008056257A1 (en) Method and device for heating a pipeline
US9829138B2 (en) Thermally insulated and heated double-walled pipe segment for fitting by screw fastening, and a method of implementing such a pipe segment
EP0099875A2 (en) Arrangement for heating central heating water and consumption water
DE1640212A1 (en) Electric cable
DE102012220237A1 (en) Shielded multipair arrangement as a supply line to an inductive heating loop in heavy oil deposit applications
DE102015003481A1 (en) Method for electric accompanying heating of pipelines for fluid transport
EP2630401A1 (en) Method for transporting hydrogen through a natural gas line
EP2962523B1 (en) Apparatus for heating a pipeline
JP2023500894A (en) pipeline electric heating system
DE1930601B2 (en) Heated device for transporting a liquid in a pipeline
RU147579U1 (en) PIPELINE WITH ELECTRIC HEATING SYSTEM
DE3149365C2 (en) Procedure for laying compensator-free district heating pipes
DE1650060A1 (en) Flexible pipe for the transport of liquids or gases
EP2840333B1 (en) Method for the preparation of U-shaped geothermal energy probes
DE102018119531B3 (en) High current cables, in particular for induction applications
DE102014002517A1 (en) Arrangement and method for heating pipelines for fluid transport
DE2003133A1 (en) Device for heating crude oil guided through pipelines

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee