JP2004517592A - Underwater pipeline transmission - Google Patents

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Abstract

パイプライン（１）と、第１の位置で前記パイプラインに接続された電源（４）と、負荷（５）を前記パイプラインに接続するために第２の位置において前記パイプラインに設けられる接続手段とを有することを特徴とする海中パイプライン伝動システム。一端接続されると、負荷５は、前記パイプライン（１）を介して前記電源（４）から電力を受け取ることができる。前記パイプラインは複数のカソード防食アノード（２）を有し、その各々はそれぞれのインピーダンス手段を介して前記パイプラインに電気的に接続されている。A pipeline (1), a power supply (4) connected to the pipeline at a first location, and a connection provided to the pipeline at a second location to connect a load (5) to the pipeline. Submarine pipeline transmission system. Once connected, the load 5 can receive power from the power supply (4) via the pipeline (1). The pipeline has a plurality of cathodic protection anodes (2), each of which is electrically connected to the pipeline via respective impedance means.

Description

【０００１】
本発明は、海中パイプライン伝動システム、方法及び装置に関する。
【０００２】
本出願において、海中という用語はこれが従来の用語であるので使用されるが、これは水中のいかなる状況をもカバーすることが理解されるであろう。
【０００３】
海中パイプラインシステムが使用される多くの状況において、一般に、遠隔地で機器を操作する需要が存在する。即ち、機器がパイプライン自体に隣接して配置されているが、他の施設又はインフラストラクチャの近くにはない。機器のかかる部品は、例えば、パイプラインシステムの完全性又は動作を監視するセンサである。
【０００４】
かかる機器の遠隔部品に伴う問題の一つは、適当な電源を供給することである。電池は使用可能であるが、これらはその限られた寿命、その費用及び環境問題を含む様々な理由から魅力的ではない。
【０００５】
本発明の目的は、海中パイプラインシステムにおける遠隔機器に電力を供給することが可能な方法、システム及び装置を提供することである。
【０００６】
本発明の第１の側面によれば、パイプラインと、第１の位置で前記パイプラインに接続された電源と、前記パイプラインに負荷を接続して前記負荷が前記パイプラインを介して前記電源から電力を受け取ることを可能にするために第２の位置で前記パイプラインに設けられた接続手段とを有し、前記パイプラインは複数のカソード防食アノードを有し、その各々は、それぞれのインピーダンス手段を介して前記パイプラインに電気的に接続されていることを特徴とする海中パイプライン伝動システムが提供される。
【０００７】
本発明の第２の側面によれば、複数のカソード防食アノードを有するパイプラインに沿った海中パイプライン伝動方法であって、第１の位置において前記パイプラインに電力を印加するステップと、第２の位置において前記パイプラインに供給される負荷を電気的に接続するステップとを有し、各アノードは、前記パイプラインにそれぞれのインピーダンス手段を介して電気的に接続されていることを特徴とする方法が提供される。
【０００８】
本発明の第３の側面によれば、海中パイプライン伝動システム又は方法において使用される装置であって、パイプラインに搭載するように配置された犠牲アノードと、前記アノードに接続される一の端子と前記パイプラインに接続されるように配置された別の端子とを有するインピーダンス手段とを有するアノード配列と、パイプラインに電気的に接続されるように配置された電源とを有することを特徴とする装置が提供される。
【０００９】
本発明の第４の側面によれば、海中パイプライン伝動システムにおいて使用されるアノード配列であって、当該配列は、パイプラインに搭載するように配置された犠牲アノードと、前記アノードに接続される一の端子と前記パイプラインに接続されるように配置された別の端子とを有することを特徴とする配列が提供される。
【００１０】
アノード配列は、前記インピーダンス手段を横切る負荷の接続を許容する端子を有してもよい。
【００１１】
前記インピーダンス手段はインダクタンス手段であってもよい。好ましくは、前記インピーダンス手段はフィルタ手段から構成される。特に、フィルタ手段から構成される場合には、前記インピーダンス手段は、一以上の選択された範囲の周波数内で経時変動信号に高インピーダンスを与え、前記選択された範囲外で信号に低インピーダンスを与えるように配置されていてもよい。前記インピーダンス手段は、前記インピーダンスの実部は実質的にゼロであるように配置されていてもよい。これは、前記インピーダンス手段を通る信号の直流成分の減衰が殆ど又は全くないように配置されていることを意味する。
【００１２】
インダクタンス手段と、特に、フィルタ手段の使用は、金属構造が電源電流を運ぶのに使用されると利点を有する。なぜなら、これらの手段は、電源に使用される経時変動信号に高インピーダンスを提供してこれによって損失を減少したり、カソード防食に使用される電流に低インピーダンスを提供したりすることを選択可能であるからである。損失を最小にすることは、単に信号検出しようとするよりも電力伝送時に特に重要である。損失を現実的なレベルにまで制限することは実用的なシステムを与えるのに必要である。
【００１３】
本発明の実施形態を、以下、添付図面を参照して例示的に説明する。
【００１４】
図面は、それぞれのフィルタ手段３を介してパイプラインに電気的に接続されている複数のアノード２を備えたパイプライン１を有する海中パイプラインシステムを示している。
【００１５】
電源４は、一端でパイプライン１に電気的に接続されている。この位置は、典型的に、電源４の供給が問題ではないような良好なインフラストラクチャを有する主要施設又はその他の場所になるであろう。
【００１６】
詳細には図示されていないが、本分野の一般的慣習であるように、パイプラインシステムは、アノード２が主要部を形成するカソード防食システムを備えている。耐食性を向上するためにパイプラインを流れるカソード防食電流は直流電流であろう。従って、各アノードに設けられるフィルタ手段３は、直流電流に対して実質的にゼロインピーダンスを有するように配置される。
【００１７】
他方、フィルタ手段３は、電源手段４が分配する電源電流に対して大変高いインピーダンスを有するように配置されている。本システムにおいては、電源手段は、３０乃至１００Ｈｚのオーダーの周波数を典型的に有する電流を印加する。フィルタ手段３は、この範囲内の適当な周波数を有する信号に対して高インピーダンスを有するように配置されている。伝送システムとして動作するときに、フィルタ手段３は、伝送周波数において、それが、（アノードが除去された）パイプラインの特徴的なインピーダンスよりも少なくとも次数２つ分の大きさだけ大きなインピーダンスを与えるように設計されてもよい。これは、カソード防食電流がアノードに実質的に妨げられずに流れることができる一方で、パイプラインからの損失は電源電流に関する限り大幅に減少されていることを意味する。
【００１８】
電力を伝送するのに使用される電流の周波数は、２つの主要な要素に関して選択される。より低い周波数は、フィルタ手段においてより大きく高価な成分を必要とするのに対して、周波数が増加すると、パイプラインにおける表皮効果が問題となる。表皮効果が性能と譲歩し始める周波数は、パイプのテスト長で経験的に決定可能であるが、殆どの典型的なパイプに対して５０乃至１００Ｈｚの範囲内にあると見積もることができる。
【００１９】
上述の配列は、負荷５、即ち、電力を必要とする機器の部品、が電源４から離れた位置でパイプライン１に接続可能であること意味する。図示のように、負荷５は、例えば、パイプライン１に直接に接続されてもよいし、別個の接地端子Ｅを備えていてもよいし、若しくは、駆動される機器がアノード２又はその付近に配置される場合に、特定のアノード２に関連付けられたフィルタ手段３の一を横切って直接接続されていてもよい。
【００２０】
パイプライン１とアノード２との間に適当なインピーダンス手段、好ましくは、本実施形態にあるように、フィルタ手段３を設けることは、この種の電源システムを実現可能にする。例えば、インピーダンス手段３がなければ、この方法において電源は、約３００乃至４００メートル程度の距離に亘って海中パイプラインにおいて可能となるかもしれない。しかし、フィルタ手段が設けられれば、約１０キロメータの距離に亘って電力を伝えることができる。本システムにおいて、電力損失は１キロメートル当たり典型的に０．５乃至１ｄＢのオーダーであるかもしれず、電力４がパイプライン１に１５０ワットを与えるならば、電源４から１０キロメートルの距離での負荷が５０乃至１５ワットのオーダーで電力を引き出すことができなければならない。アノードからの漏れを効果的に停止することは、１０キロメートル海中パイプラインに亘る伝動能力において１０４の改善を与えると判断された。
【００２１】
交流電流が伝送用にパイプライン１に印加されているが、必要ならば、既知の技術を使用して、この信号はローカルに直流信号に変換されてもよいことが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実現するパイプラインシステムの概略図である。[0001]
The present invention relates to undersea pipeline transmission systems, methods and apparatus.
[0002]
In this application, the term underwater is used because it is a conventional term, but it will be understood that this covers any situation underwater.
[0003]
In many situations where undersea pipeline systems are used, there is generally a need to operate equipment remotely. That is, the equipment is located adjacent to the pipeline itself, but not near other facilities or infrastructure. Such components of the equipment are, for example, sensors that monitor the integrity or operation of the pipeline system.
[0004]
One of the problems with the remote components of such equipment is providing an adequate power supply. While batteries can be used, they are not attractive for a variety of reasons, including their limited lifetime, their cost and environmental concerns.
[0005]
It is an object of the present invention to provide a method, system and apparatus capable of supplying power to remote equipment in an undersea pipeline system.
[0006]
According to a first aspect of the present invention, a pipeline, a power supply connected to the pipeline at a first location, and a load connected to the pipeline, wherein the load is connected to the power supply via the pipeline. Connection means provided in the pipeline at a second location to allow receiving power from the pipeline, the pipeline having a plurality of cathodic protection anodes, each of which has a respective impedance. An undersea pipeline transmission system is provided, which is electrically connected to the pipeline via means.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an undersea pipeline transmission method along a pipeline having a plurality of cathodic protection anodes, comprising: applying power to the pipeline at a first location; Electrically connecting a load supplied to the pipeline at a position of the anode, wherein each anode is electrically connected to the pipeline via respective impedance means. A method is provided.
[0008]
According to a third aspect of the invention, there is provided an apparatus for use in an undersea pipeline transmission system or method, comprising: a sacrificial anode arranged for mounting on a pipeline; and a terminal connected to the anode. And an impedance arrangement having impedance means having another terminal arranged to be connected to the pipeline, and a power supply arranged to be electrically connected to the pipeline. An apparatus is provided for performing the following.
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an anode arrangement for use in an undersea pipeline transmission system, wherein the arrangement is connected to a sacrificial anode arranged to be mounted on a pipeline and to the anode. An arrangement is provided having one terminal and another terminal arranged to be connected to the pipeline.
[0010]
The anode arrangement may have terminals that allow connection of a load across the impedance means.
[0011]
The impedance means may be an inductance means. Preferably, the impedance means comprises a filter means. In particular, when comprised of filter means, the impedance means provides a high impedance to the time-varying signal within one or more selected ranges of frequencies and a low impedance to the signal outside the selected range. May be arranged as follows. The impedance means may be arranged such that the real part of the impedance is substantially zero. This means that the arrangement is such that there is little or no attenuation of the DC component of the signal passing through the impedance means.
[0012]
The use of inductance means, and in particular filter means, has the advantage that metal structures are used to carry the power supply current. Because these means can provide the choice of providing a high impedance to the time-varying signal used for the power supply, thereby reducing losses or providing a low impedance to the current used for cathodic protection. Because there is. Minimizing losses is especially important during power transmission than simply trying to detect the signal. Limiting losses to a practical level is necessary to give a practical system.
[0013]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be exemplarily described with reference to the accompanying drawings.
[0014]
The figure shows an undersea pipeline system having a pipeline 1 with a plurality of anodes 2 electrically connected to the pipeline via respective filter means 3.
[0015]
The power supply 4 is electrically connected at one end to the pipeline 1. This location will typically be a main facility or other location with good infrastructure such that the supply of power supply 4 is not a problem.
[0016]
Although not shown in detail, as is common practice in the art, the pipeline system comprises a cathodic protection system in which the anode 2 forms the main part. The cathodic protection current flowing through the pipeline to improve corrosion resistance will be a direct current. Therefore, the filter means 3 provided for each anode is arranged so as to have substantially zero impedance for direct current.
[0017]
On the other hand, the filter means 3 is arranged so as to have a very high impedance with respect to the power supply current distributed by the power supply means 4. In the present system, the power supply means applies a current typically having a frequency on the order of 30-100 Hz. The filter means 3 is arranged to have a high impedance for signals having an appropriate frequency within this range. When operating as a transmission system, the filter means 3 is such that it gives an impedance at the transmission frequency that is at least two orders of magnitude greater than the characteristic impedance of the pipeline (with the anode removed). May be designed. This means that while the cathodic protection current can flow substantially unhindered to the anode, losses from the pipeline are greatly reduced as far as the power supply current is concerned.
[0018]
The frequency of the current used to transfer power is selected with respect to two main factors. Lower frequencies require larger and more expensive components in the filter means, whereas as frequencies increase, skin effects in the pipeline become problematic. The frequency at which the skin effect begins to compromise performance and performance can be empirically determined by the test length of the pipe, but can be estimated to be in the range of 50-100 Hz for most typical pipes.
[0019]
The above arrangement means that the load 5, that is, the parts of the equipment that require power, can be connected to the pipeline 1 at a position remote from the power supply 4. As shown, the load 5 may be connected, for example, directly to the pipeline 1, may be provided with a separate ground terminal E, or if the device to be driven is located at or near the anode 2 When arranged, it may be connected directly across one of the filter means 3 associated with a particular anode 2.
[0020]
Providing suitable impedance means between the pipeline 1 and the anode 2, preferably a filter means 3, as in this embodiment, makes this type of power supply system feasible. For example, without the impedance means 3, power in this way may be possible in an undersea pipeline over a distance on the order of about 300 to 400 meters. However, if filter means are provided, power can be transmitted over a distance of about 10 kilometers. In the present system, the power loss may be typically on the order of 0.5 to 1 dB per kilometer, and if power 4 provides 150 watts to pipeline 1, the load at a distance of 10 kilometers from power supply 4 It must be able to draw power on the order of 50 to 15 watts. To effectively stop leakage from the anode, it is determined that gives the improved 10 4 in transmission capacity over 10 km subsea pipeline.
[0021]
Although an alternating current is applied to the pipeline 1 for transmission, it will be understood that this signal may be converted locally to a DC signal, if necessary, using known techniques.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a pipeline system that implements the present invention.

Claims (9)

パイプラインと、第１の位置で前記パイプラインに接続された電源と、前記パイプラインに負荷を接続して前記負荷が前記パイプラインを介して前記電源から電力を受け取ることを可能にするために第２の位置において前記パイプラインに設けられた接続手段とを有し、前記パイプラインは複数のカソード防食アノードを有し、その各々は、それぞれのインピーダンス手段を介して前記パイプラインに電気的に接続されていることを特徴とする海中パイプライン伝動システム。A pipeline, a power supply connected to the pipeline at a first location, and a load connected to the pipeline to enable the load to receive power from the power supply via the pipeline. Connecting means provided in the pipeline at a second position, the pipeline having a plurality of cathodic protection anodes, each of which is electrically connected to the pipeline via respective impedance means. An undersea pipeline transmission system characterized by being connected. 前記インピーダンス手段は、少なくとも一の選択された範囲の周波数内で経時変動信号に高インピーダンスを与え、前記選択された範囲外で信号に低インピーダンスを与えるように配置されていることを特徴とする請求項１記載の伝動システム。The impedance means is arranged to provide a high impedance to the time-varying signal within at least one selected range of frequencies and to provide a low impedance to the signal outside the selected range. Item 6. The transmission system according to Item 1. 前記インピーダンス手段は、前記インピーダンスの実部は実質的にゼロであり、前記インピーダンス手段を通る信号の直流成分の減衰が殆ど又は全くないように配置されていることを特徴とする請求項２記載の伝動システム。3. The impedance means of claim 2, wherein the real part of the impedance is substantially zero and there is little or no attenuation of the DC component of the signal passing through the impedance means. Transmission system. 前記インピーダンス手段はインダクタンス手段から構成されることを特徴とする請求項２又は３記載の伝動システム。4. The transmission system according to claim 2, wherein said impedance means comprises an inductance means. 前記インピーダンス手段はフィルタ手段から構成されることを特徴とする請求項２又は３記載の伝動システム。4. The transmission system according to claim 2, wherein said impedance means comprises a filter means. 複数のカソード防食アノードを有するパイプラインに沿った海中パイプライン伝動方法であって、
第１の位置で前記パイプラインに電力を印加するステップと、
第２の位置で前記パイプラインに供給される負荷を電気的に接続するステップとを有し、
各アノードは、前記パイプラインにそれぞれのインピーダンス手段を介して電気的に接続されていることを特徴とする方法。An undersea pipeline transmission method along a pipeline having a plurality of cathodic protection anodes,
Applying power to the pipeline at a first location;
Electrically connecting a load supplied to the pipeline at a second position,
A method wherein each anode is electrically connected to the pipeline via respective impedance means. 海中パイプライン伝動システム又は方法において使用される装置であって、
パイプラインに搭載するように配置されたカソード防食アノードと、前記アノードに接続される一の端子と前記パイプラインに接続されるように配置された別の端子とを有するインピーダンス手段とを有するアノード配列と、
パイプラインに電気的に接続されるように配置された電源とを有することを特徴とする装置。An apparatus for use in an undersea pipeline transmission system or method, comprising:
An anode arrangement having a cathodic protection anode arranged to be mounted on a pipeline, and impedance means having one terminal connected to the anode and another terminal arranged to be connected to the pipeline When,
A power source arranged to be electrically connected to the pipeline. 海中パイプライン伝動システムにおいて使用されるアノード配列であって、当該配列は、パイプラインに搭載するように配置されたカソード防食アノードと、前記アノードに接続される一の端子と前記パイプラインに接続されるように配置された別の端子とを有するインピーダンス手段とを有することを特徴とする配列。An anode arrangement for use in an undersea pipeline power transmission system, wherein the arrangement includes a cathodic protection anode arranged to be mounted on a pipeline, one terminal connected to the anode, and connected to the pipeline. And an impedance means having another terminal arranged in such a manner as to be arranged. 前記インピーダンス手段を横切る負荷の接続を許容する端子を有することを特徴とする請求項８記載のアノード配列。9. The anode arrangement according to claim 8, further comprising a terminal allowing connection of a load across said impedance means.
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