DE2003133A1

DE2003133A1 - Device for heating crude oil guided through pipelines

Info

Publication number: DE2003133A1
Application number: DE19702003133
Authority: DE
Inventors: Oskar Dipl-Ing Lenhard
Original assignee: Carl Canzler GmbH and Co KG
Current assignee: Carl Canzler GmbH and Co KG
Priority date: 1970-01-24
Filing date: 1970-01-24
Publication date: 1971-07-29

Description

Vorrichtung zum Erwärmen von durch Rohrleitungen geführtem Rohöl Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmten von durch Rohrleitungen geführtem Rohöl.Device for heating crude oil passed through pipelines. Die The invention relates to a device for heating that is passed through pipelines Crude oil.

Da die Gewinnungsstätten von Rohöl in den meisten Fällen in großer Entfernung von den Raffinerien bzw. von den Seehäfen liegen, ist es erforderlich, das Rohöl durch Rohrleitungen zu pumpen, die oft mehrere hundert Kilometer Länge besitzen. Die Rohrdurchmesser der Rohrleitungen schwanken Je nach der gewünschten Durchflußmenge zwischen 300 und 1.000 mm. Die Betriebskosten für den Transport des Rohöles durch die Rohrleitungen und die Betriebssicherheit derartiger Anlagen hängen in hohem Maße von der exakten Einhaltung der zugrundegelegten Viskositätswerte des Rohöles ab, die nur innerhalb eines sehr schmalen Bereiches schwanken dürfen. Rohöle aus den verschiedenen Lagerstatten besitzen zwar unterschiedliche Viskositätswerte; aber alle Rohöle weisen eine starke Abhängiglçeit ihrer Viskosität von der Temperatur auf. Die für den Transport des Rohöles zulässigen Temperaturen liegen zwischen 250 und 350 C.Since the extraction sites of crude oil in most cases in large Distance from the refineries or from the sea ports, it is necessary to pump the crude oil through pipelines, which are often several hundred kilometers in length own. The pipe diameters of the pipelines vary depending on the desired Flow rate between 300 and 1,000 mm. The operating costs for transporting the Crude oil hang through the pipelines and the operational safety of such systems to a large extent on the exact adherence to the underlying viscosity values of the Crude oil, which may only fluctuate within a very narrow range. Crude oils from the various deposits have different viscosity values; but all crude oils show a strong temperature dependence of their viscosity on. The permissible temperatures for the transport of the crude oil are between 250 and 350 C.

Bei Erdölleitungen in arktischen- Gebieten, wie heispielsweise bei den neu erschlossenen reichen Lagerstätten in Alaska und Ostsibirien, besteht die Gefahr, daß das zu transportierende Rohöl,insbesondere in der kalten Jahreszeit, auf unzulässig niedrige Temperaturwerte abgekühlt wird. Hierdurch würde sich nicht nur die zum Transport des Rohöles durch Pumpen aufzuwendende Energie erheblich erhöhen, sondern auch die Betriebssicherheit der Erdölleitung in Frage gestellt werden. Es ist daher notwendig, dem Rohöl während des Transportes in geeigneten Abständen 4ärmc zuzuführen.For oil pipelines in arctic areas, such as at the newly developed rich deposits in Alaska and Eastern Siberia, the There is a risk that the crude oil to be transported, especially in the cold season, is cooled to impermissibly low temperature values. This would not only significantly increase the energy used to transport the crude oil by pumps, but also the operational safety of the Oil pipeline challenged will. It is therefore necessary to put the crude oil in appropriate during transport 4ärmc at a distance.

Es ist bereits bekannt, das Rohöl mittels Wasserdampf zu erwärmen, der durch in der Rohrleitung verlegte Rohrschlangen geführt wird. Die Verwendung von Wasserdampf als Wärmeträger scheidet jedoch in arktischen Gebieten aus. Einmal besteht bei Betriebsunterbrechungen des Dampferzeuges die Gefahr, daß die Anlage infolge der extremen Kältergrade einfriert; zum anderen erfordert der Betrieb einer Dampferzeugungsanlage die stanie Anwesenheit von Bedienungspersonen.It is already known to heat the crude oil by means of steam, which is fed through coils laid in the pipeline. The usage However, water vapor as a heat transfer medium is ruled out in arctic regions. Once if the steam generator is interrupted, there is a risk that the system freezes as a result of the extreme cold temperatures; on the other hand, the operation requires a Steam generating plant the stanie presence of operators.

Es wurde deshalb erwogen, die Erwärmung von stromführenden Kabeln auszunutzen und derartige Pftjel innerhalb der Rohrleitung anzubringen. Der Anwendung einer derartigen Widerstandsheizung steht die Tatsache entgegen, daß die spezifische Wärmebelastung an der mit dem Rohöl in Berührung kommenden Oberfläche der stromführenden iCebel so hoch wird, daß das Rohöl örtlich einem Krackungsprozeß unterworfen wird, der bereits bei Temperaturen zwischen looO und 1500 K beginnt.It was therefore considered that the heating of current-carrying cables to take advantage of and to install such pods within the pipeline. The application such resistance heating is opposed to the fact that the specific Heat load on the surface of the live oil that comes into contact with the crude oil iCebel becomes so high that the crude oil is locally subjected to a cracking process, which already begins at temperatures between 100 and 1500 K.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erwärmen von durch Rohrleitungen geführtem Rohöl zu schaffen, die bei gutem Gesamtwirkungsgrad eine leicht und feinfühlig regelbare Erwärmung ermöglicht, ohne daß dir ständige Anwesenheit von Bedienungspersonen erforderlich ist.The invention was based on the object of a device for heating of piped crude oil with good overall efficiency allows an easily and sensitively controllable heating, without you constant Operator presence is required.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der erfindung vorgeschlagen.The invention proposes to solve this problem.

in der Rohrleitung mindestens einen Hohlzylinder konzentrisch anzuordnen, der zwischen einem äußeren und einem inneren Zylindermantel aus ferromagnetischem Werkstoff mit einer die Primärwicklung einer Induktionsheizung darstellenden Wicklung versehen ist.to arrange at least one hollow cylinder concentrically in the pipeline, between an outer and an inner cylinder jacket made of ferromagnetic Material with a winding representing the primary winding of an induction heater is provided.

Der Hohlzylinder stellt hierbei. einen Transformator dar,dessen Primärwicklung die zwischen den beiden Zylindermänteln liegende Wicklung mit einer beliebigen Anzahl von Windungen und dessen Sekundarwicklung die beiden -Zylinderrnäntel in Form jeweils einer cinzigen, kurzgeschlossenen Windung sind. Durch Anlegen einer Wechselspannung von geeigneter Frequenz an die Wicklung werden infolge des sich hierdurch ergebenden magnetischen Feldes in den Zylindermanteln Wechselströme induziert,die ringförmig in Kreisen um die Rohrachse verlaufen. Da die Zylindermäntel für diese Wechselstr(5meß die durcn niedrige Spannungen, aber große Stromstärken gekennzeichnet sind, einen elektrischen Widerstand darstellen, erwärmen sich die Zçslindérmäntel. Somit wird die zugeführte elektrische Energie in Wärme umgewandelt, die unmittelbar in dem äusseren und dem inneren Zylindermantel des Hohlzylinders entsteht. Ausserdem entsteht Wärme durch die Ummagnetisierungsverluste in den massiven, nicht lamellierten Zylindermänteln aus Eisen. Von den Zylindermänteln wird die Wärme an das vorbeifließende Rohöl abgegeben,wobeiwes gemäß einem weiteren Merkmal der Erfidung möglich ist, den äußeren und/oder den irreren Zylindermantel auf der Aussenfläche mit Heizrippen zu versehen.The hollow cylinder represents here. represents a transformer whose primary winding the winding lying between the two cylinder jackets with any number of turns and its secondary winding the two cylinder sleeves in the form of each a tiny, short-circuited turn. By applying an alternating voltage of suitable frequency to the winding as a result of this magnetic field in the cylinder jacket induces alternating currents, which are ring-shaped run in circles around the pipe axis. Since the cylinder jackets for this alternating current (5meas which are characterized by low voltages but high currents represent electrical resistance, the Zçslindér coats heat up. Thus becomes the supplied electrical energy is converted into heat, which is directly in the outer and inner cylinder jacket of the hollow cylinder arises. It also arises Heat through the magnetic reversal losses in the massive, non-laminated cylinder jackets made of iron. The heat is transferred from the cylinder jackets to the crude oil flowing past, wherebywes according to a further feature of the invention is possible, the outer and / or the To provide the crazier cylinder jacket with heating ribs on the outer surface.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, den Hohlzylinder mit einem radial verlaufenden und die elektrischen Leitungen aufnehmenden Stutzen zu versehen,der durch die Rohrleitung hindurchgeführt ist und zugleich einen Festpunkt für die Lagerung des Hohlzylinders darstellt, der an mindestens einem Ende axial beweglich in Halterungen geführt ist,damit er sich n-ntsprechend den Wärmedehnungen frei bewegen kann.According to a further feature of the invention it is proposed that Hollow cylinder with a radially extending and receiving the electrical lines To provide nozzle, which is passed through the pipeline and at the same time a The fixed point for the storage of the hollow cylinder represents the at least one The end is guided axially movably in brackets so that it is n-corresponding to the Thermal expansion can move freely.

Von den erfindungsgemäßen Hohlkörpern können nicht nur mehrere konzentrisch ineinander innerhalb der Rohrleitung angeordnet werden, sonde rn es ist weiterhin möglich, mehrere Hohlzylinder hintereinander anzuordnen, um auf diese Weise die Heizleistung zu vergrößern. Hierbei ist es zweckmäßig, die hintereinander liegenden Hohlzylinder im Abstand voneinander anzuordnen, um hinter jedem Hohlzylinder eine Mischstrecke zu erhalten, auf der sich Rohölströme unterschiedlicher Temperatur zum Wärme aus gleich vermischen können. Da die als Heizelement anzusehenden Hohlzylinder einbaufertig angeliefert werden und ausser der Anbohrung für die Durchführung des Stutzens keine Veränderung der Rohrleitung erfordern,können sie in normale Rohrschüsse der Rohrleitung eingebaut werden, die wegen der langen Lebensdauer und hohen Betriebssicherheit der Induktionsheizung auch weiterhin einfach miteinander verschweißt werden können. Um unnötige Wärmeverluste zu vermeiden, wird die Rohrleitung zweckmässigerweise isoliert. Da die Hohlzylinder einen sehr geringen Strömungswiderstand darstellen, können sie ohne Nachteile, insbesondere ohne einen meßbaren Energieverlust zu ergeben,auch in der warmen Jahreszeit in der Rohrleitung verbleiben,wenn eine Erwärmung des Rohöles nicht erforderlich ist.Not only can several of the hollow bodies according to the invention be concentric be arranged inside the pipeline, but it is still possible to arrange several hollow cylinders one behind the other, in this way the To increase heating power. It is useful to do this one after the other lying To arrange hollow cylinders at a distance from each other in order to have one behind each hollow cylinder To obtain mixing section, on the crude oil flows of different temperatures to be able to mix heat from the same. Because the hollow cylinder, which is to be regarded as a heating element be delivered ready for installation and apart from the drilling for the implementation of the No changes to the pipeline are required for the nozzle, they can be converted into normal pipe sections of the pipeline because of the long service life and high operational reliability the induction heating can continue to be easily welded together. In order to avoid unnecessary heat loss, the pipeline is expediently isolated. Since the hollow cylinders represent a very low flow resistance, they can also result in no disadvantages, in particular without incurring a measurable loss of energy Remain in the pipeline in the warm season when the crude oil is heated is not required.

Um einen konstanten Strömungsquerschnitt auch im Bereich der eingebauten Hohlzylinder zu erhalten und insbesondere um die Hohlzylinder auch in Rohrleitungen mit kleinerem Durchmesser einbauen zu können, kann der Rohrdurchmesser im Bereich der eingebauten Hohlzylinder entsprechend größer sein, wobei die Uber -gänge zwischen unterschiedlichen Rohrdurchmessern durch konische Rohrabschnitte gebildet werden.To ensure a constant flow cross-section also in the area of the built-in To obtain hollow cylinder and in particular to also use the hollow cylinder in pipelines To be able to install with a smaller diameter, the pipe diameter can be in the range the built-in hollow cylinder must be correspondingly larger, with the transitions between different pipe diameters are formed by conical pipe sections.

Mit der Erfindung wird weiterhln vorgeschlagen, die elektrische Energie für die Induktionsheizung durch unmittelbar neben den beheizten Abschnitten der Rohrleitung installierte Generatoren zu erzeugen, die durch Gas- oder Dieselmotoren bzw.dureh Gasturbinen angetrieben sind. Die Wärmezufuhr zum Rohöl wird erfindungsgemäß durch Temperatur-MeßgerSt überwacht, die unmittelbar die Temperatur regeln, z.B. durch Steuern der an die Wicklungen der Hohlzylinder angelegten Spannung oder durch Ein- und Ausschalten.The invention also proposes electrical energy for induction heating through immediately adjacent to the heated sections of the Pipeline installed generators to produce generated by gas or diesel engines or by which gas turbines are driven. The supply of heat to the crude oil is according to the invention monitored by temperature measuring devices which directly regulate the temperature, e.g. by controlling the voltage applied to the windings of the hollow cylinders or by To switch on and off.

Auf diese Weise wird das Rohöl selbst bei Rohrleitungen,die mehrere hundert Kilometer lang sind, durch eine Anzahl von induktiv-beheizten und in gewissen Abständen angeordneten Hohlzylindern sehr genau innerhalb des erfolderlichen Temperaturbereiches gehalten, da das erfindungsgemäße System sehr exakt regelbar ist. Infolge der Regelung der angelegten' oder Ein- und Ausschaltung durch an sich bekannte Schaltsysteme läßt sich die Wärmezufuhr dem erforderlichen Wärmebedarf sehr genau anpassen. Da die Zylindermäntel nahezu keine überschüssige Wärme speichern, ist darüber hinaus eine sehr schnelle Regelung möglich. Die hohe Betriebssicherheit und leichte sowie feinfühlige Regelbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht es im Zusammenhang mit den unmittelbar neben den beheizten Abschnitten der Rohrleitung installierten Generatoren, die Vorrichtung zum Erwärmen des Rohöles auf große Entfernungen betriebssicher fernzusteuern und von menschlicher Überwachung am Qrt unabhängig zu machen.In this way, the crude oil is even with pipelines that have several a hundred kilometers long, by a number of inductively heated and hollow cylinders arranged at certain intervals very precisely within the required Temperature range kept, since the system according to the invention can be regulated very precisely is. As a result of the regulation of the applied 'or switching on and off by per se Known switching systems can be the heat supply to the required heat adjust very precisely. Since the cylinder jackets store almost no excess heat, very fast regulation is also possible. The high operational reliability and allows easy and sensitive controllability of the device according to the invention it related to the sections of the pipeline immediately adjacent to the heated sections installed generators, the device for heating the crude oil over long distances remotely reliable and independent of human monitoring at the Qrt close.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit drei- unterschiedlichen Anordnungsmöglich keiten dargestellt? und zwar zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen in der Rohrleitung angeordneten Hohlzylinder, Fig. 2 2 eine Stirnansicht zu Figur 1, Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Rohleitung mit zwei konzentrisch ineinander angeordneten iiohlzylindern und Fig, 4 einen Längsschnitt durch eine Rohrleitung mit drei hintereinander angeordneten Hohlzylindern.In the drawing is an embodiment of the invention Device shown with three different possible arrangements? and although it shows: FIG. 1 a longitudinal section through one arranged in the pipeline Hollow cylinder, FIG. 2, an end view of FIG. 1, FIG. 3 a cross section through a pipe with two concentrically nested iiohlzylindern and 4 shows a longitudinal section through a pipeline with three arranged one behind the other Hollow cylinders.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 ist in einer Rohrleitung 1, von der lediglich ein Rohrstück dargestellt ist, ein Hohlzylinder 2 konzentrisch -angeordnet.Die 5er Hohlzylinder 2 besteht aus einem äußeren Zylindermantel 3 und einem inneren Zylindermantel 5 aus ferromagnetischem Werkstoff, zwischen denen eine Wicklung 4 angeordnet ist.In the embodiment of Figures 1 and 2 is in one Pipeline 1, of which only a pipe section is shown, a hollow cylinder 2 concentrically arranged. The 5 hollow cylinder 2 consists of an outer cylinder jacket 3 and an inner cylinder jacket 5 made of ferromagnetic material, between which a winding 4 is arranged.

Diese Wicklung 4 stellt die Primärwicklung einer Induktionsheizung dar, die über elektrische Leitungen 6 an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen ist,die auf der Zeichnung nicht dargestellt ist. Die Sekundärwicklung der in der Art eines Transformators aufgebauten Induktionsheizung wird durch die beiden Zylindermäntel 3 und 5 in Form jeweils einer einzigen, kurzgeschlossenen Windung gebildet.This winding 4 represents the primary winding of an induction heater which is connected via electrical lines 6 to an electrical voltage source which is not shown in the drawing. The secondary winding of the Induction heating built into a transformer is provided by the two cylinder jackets 3 and 5 each formed in the form of a single, short-circuited turn.

Der Hohlzylinder 2 ist mit einem radial verlaufenden Stutzen 7 versehen, der einen Festpunkt für die Lagerung des Hohlzylinders 2 darstellt. Um die infolge von Temperaturänderungen des Hohlzylinders 2 auftretenden Wärmedehnungen und Wärmeschrumpfungen aufzufangen, ist der Hohlzylinder 2 mindestens an einem Ende in axialer Richtung freibeweglich in Halterungen geführt. Bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht diese Halterung aus einer an der Rohrleitung 1 befestigten FUhrung 9 und einem am Hohlzylinder 2 angeordneten Ansatz lo, der in der Führung 9 längsverschiebbar ist. In radialer Richtung ist dieses Ende des Hohlzylinders 2 durch längenveränderliche Abstandshalter 11 gehalten.The hollow cylinder 2 is provided with a radially extending nozzle 7, which represents a fixed point for the storage of the hollow cylinder 2. To the result from temperature changes of the hollow cylinder 2 occurring thermal expansion and shrinkage to catch, the hollow cylinder 2 is at least at one end in the axial direction freely movable in brackets. In the case of the one shown in FIGS Embodiment, this bracket consists of one attached to the pipeline 1 Guide 9 and an attachment lo, which is arranged on the hollow cylinder 2 and which is in the guide 9 is longitudinally displaceable. This end of the hollow cylinder is in the radial direction 2 held by variable length spacers 11.

Der Stutzen 7 ist durch die Rohrleitung 1 nach aussen geführt, so daß die elektrischen Leitungen 6 der Wicklung 4 zu einem Anschlußkasten 8 ausserhalb der Rohrleitung 1 geführt werden können. Durch den Stutzen 7 können auch die erforderlichen Meß-und Steuerleitungen in das Innere der Rohrleitung 1 geführt werden.The connecting piece 7 is led to the outside through the pipeline 1, see above that the electrical lines 6 of the winding 4 to a junction box 8 outside the pipeline 1 can be performed. Through the connecting piece 7, the required Measurement and control lines are led into the interior of the pipeline 1.

Bei dem AusfUhrAngsbeispiel nach Figur 3 sind zwei Hohlzylinder 2 konzentrisch ineinander innerhalb der Rohrleitung 1 angeordnet.In the embodiment according to FIG. 3, there are two hollow cylinders 2 arranged concentrically one inside the other within the pipeline 1.

In Figur 3 ist XUch die Möglichkeit angedeutet, den äußeren und den inneren'Zylindermantel 3 bzw.5 mit Heizrippen 12 zu versehen.In Figure 3, the possibility is indicated XUch, the outer and the Inner cylinder jacket 3 or 5 to be provided with heating ribs 12.

Die Figur 4 zeigt schlieBlich, daß die in der Art eines Einbausatzes anbringbaren Hohlzylinder 2 auch in axialer Richtung hintereinander innerhalb der Rohrleitung 1 angeordnet werden können, wenn die aufzubringende Heizleistung dies erfordert.Finally, FIG. 4 shows that in the manner of an installation kit attachable hollow cylinder 2 also in the axial direction behind each other can be arranged within the pipeline 1, if the heating power to be applied this requires.

Hierbei werden die -HohlzyliSder 2 zweckmäßigerweise zur Bildung von Mischstecken im Abstand voneinander angeordnet.Gleichzeitig ist in Figur 4 angedeutet, daß der Rohrdurchmesser im Bereich der Hohlzylinder 2 gegenüber dem normalen Durchmesser der Rohrleitung 1 vergrößert ist und daß die Ubergänge- durch konische Rohrabschnitte gebildet sind.Here, the -HohlzyliSder 2 are expediently used to form Mixed sticks arranged at a distance from each other. At the same time, it is indicated in Figure 4, that the pipe diameter in the area of the hollow cylinder 2 compared to the normal diameter the pipe 1 is enlarged and that the transitions through conical pipe sections are formed.

Durch Anlegen einer beliebigen Spannung an die aus einer bestimmten Anzahl von Windungen bestehende Wicklung 4 des Hohlzylinders 2 werden infolge des sich hierdurch ergebenden magnetischen Feldes-in den Zylindermänteln 3 und 5 Wechselströme induziert.By applying any voltage to the one from a certain Number of turns existing winding 4 of the hollow cylinder 2 are due to the The resulting magnetic field in the cylinder jackets 3 and 5 alternating currents induced.

Diese Wechselströme verlaufen ringförmig in Kreisen um die Wachse des Hohlzylinders 2 und erwärmen die Zylndermäntel 3 und 5, da diese einen elektrischen Widerstand für die induzierten Wechselströme darstellen. Die Wechselströme besitzen eine niedrige Spannung-und eine große Stromstärke.These alternating currents run in circles around the waxes of the hollow cylinder 2 and heat the cylinder jackets 3 and 5, as these have an electrical Represent the resistance for the induced alternating currents. The alternating currents own a low voltage and a large amperage.

Die elektrische Energie für die eine Induktionsheizung darstellenden Hohlzylinder 2 kann durch unmittelbar neben den beheizten Abschnitten der Rohrleitung 1 installierte Generatoren erzeugt werden, die entweder durch Gas- oder Dieselmotoren oder durch Gasturbinen angetrieben werden können. Die erforderliehe Wärmezufuhr zum Rohöl wird durch nicht dargestellte Temperatur-Meßgeräte überwacht, die vorzugsweise unmittelbar die an die Wicklung 4 der Hohlzylinder 2 angelegte Spannung steuern.The electrical energy for the induction heating Hollow cylinder 2 can by immediately next to the heated sections of the pipeline 1 installed generators are produced by either gas or diesel engines or can be driven by gas turbines. The required heat supply to the crude oil is monitored by temperature measuring devices, not shown, which are preferably directly control the voltage applied to the winding 4 of the hollow cylinder 2.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e:

1. Device for heating crude oil carried through pipelines, d a d u r c h e k e n n z e 1 c h n e t that in the pipeline (1) at least a hollow cylinder (2) is arranged concentrically between an outer and an inner cylinder jacket (3.5) made of ferromagnetic material with a die Primary winding of a winding (4) representing induction stitching is provided.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the hollow cylinder (2) with a radially extending and the electrical lines (6) receiving Nozzle (7) is provided which is passed through the pipe (1) and at the same time represents a fixed point for the storage of the hollow cylinder (2), the gn at least one end is axially movably guided in brackets (9,10).

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the outer and / or the inner cylinder jacket (3.5) of the hollow cylinder (2) the outer surface is provided with heating ribs (12).

4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that that the electrical energy for the hollow cylinder representing induction heating (2) by installed immediately next to the heated sections of the pipeline (1) Generators are generated that are powered by gas or diesel engines or gas turbines are driven.

5. Device according to claims 1 to 4, characterized in that that the heat supply to the crude oil is monitored directly by temperature measuring devices regulates the temperature, in particular by controlling the on the winding (4) of the hollow cylinder (2) applied voltage or by switching it on and off.