KR20220092607A - 파이프라인 전기 가열 시스템 - Google Patents

파이프라인 전기 가열 시스템 Download PDF

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KR20220092607A
KR20220092607A KR1020227019012A KR20227019012A KR20220092607A KR 20220092607 A KR20220092607 A KR 20220092607A KR 1020227019012 A KR1020227019012 A KR 1020227019012A KR 20227019012 A KR20227019012 A KR 20227019012A KR 20220092607 A KR20220092607 A KR 20220092607A
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미카엘 스트루핀스키
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감마스위스 에스에이
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Abstract

파이프(14) 및 그 주위에 열 절연체(7)를 포함한 수송 파이프라인(12)을 위한 파이프라인 전기 가열 시스템은, 전력 공급 변압기(18), 공급 단자(22), 종료 단자(24), 공급과 종료 단자들 사이에 배치된 하나 이상의 서비스 단자들(26), 파라미터 제어 및 모니터링 시스템, 및 하나 이상의 서비스 단자들(26)을 통과하는 공급 단자(22)에서 종료 단자(24)까지의 파이프를 따라 연장된 3-상 전력 전기 공급장치의 3개의 상들(8a, 8b, 8c)에 연결된 3개의 가열 저항성 케이블들(8)을 포함한 가열 케이블 배열(28)을 포함한다. 각각의 상기 저항성 케이블은 대응하는 케이블 가이드(9a, 9b, 9c) 내에 개별적으로 장착되며, 케이블 가이드들 및 그 안에 장착된 연관된 저항성 케이블들은 파이프의 외부 표면상에서 및 열 절연체(7) 아래에 장착된다. 각각의 저항성 케이블은 내부 도체 및 내부 도체를 둘러싼 실드를 포함하며, 각각의 저항성 케이블의 실드들은 접지에 연결되고 종료 단자에서 및/또는 공급 단자에서 함께 상호연결되며, 실드들 또는 내부 도체들은 상기 적어도 하나의 서비스 단자에서 연가된다.

Description

파이프라인 전기 가열 시스템
본 발명은 오일 및 가스 산업에서 수송 파이프라인들을 위해 사용된 전기 가열 시스템들에 관한 것이다.
오늘날, 장거리(10km를 초과하는)에서 수송 파이프라인들의 가열은 적절한 전력 공급 시스템의 시공을 요구하며, 발전소들이 전기 가열 시스템에 의존하여 대략 1 내지 10킬로미터마다 위치되어야 한다.
수반되는 전력 공급망은 전기 가열 시스템을 더 복잡하게 하고 덜 비용-효과적이게 만든다. 또한, 수반되는 망이, 해저에 건설될 수 없는 곳에서는, 예를 들어, 해저에서는, 파이프라인들을 가열할 기회가 없다.
표피-효과를 가진 전기 가열 시스템은 25km의 거리에서 가장 비용-효과적인 가열 시스템이다. 이들 시스템들에서의 가열 디바이스는 그 안에 절연된 도체를 가진 가열 파이프로 불리우는 강자성 파이프라인이다. 일 단부에서, 가열 파이프 및 절연된 도체는 상호 연결되며 다른 단부에서, 그것들은 교류(AC) 전력 공급원을 통해 연결된다. 인가된 AC 전압은 도체에서 전류를 발생시키며, 그에 의해 전류는 파이프의 내부 표면을 따라 돌아온다. 절연된 도체에서 및 강자성 파이프에서의 전류들에 의해 유도된 자기장들로 인해 역 전류가 파이프의 내부 표면상에 축적된다. 이러한 전류는 표피 깊이로 불리우는 거리에서의 파이프에서 흐른다(M.L. Strupinskiy, 저온에서 자기-조정 케이블 속성들의 분석 / Analytical scientific technical journal // M.L. Strupinskiy, N.N. Khrenkov, 2011: 산업용 전기 가열: Hager: 2011. - P. 6-11).
상기 설명된 현상은 파이프라인에 접지하는, 파이프의 외부 표면상에서 측정 가능한 전압을 제거한다. 전기 전류가 가열 파이프의 내부 표면상에 축적되는 동안, 생성된 열은 파이프를 통해 부가되며, 따라서 파이프 표면 및 그것의 내용물의 온도를 요구된 레벨까지 증가시킬 것이다.
주위에 동축으로 위치된 중심 도체, 내부 절연 층 및 강자성 외부 도체를 가진 표피-효과에 기초한 가열 케이블이 RU 2589553 C1에서 개시된다. 내부 절연 층은 폴리머로 만들어지지만, 외부 도체는 동작하는 공급 전압 주파수에서 3개의 표피-층 두께들보다 얇은 벽들을 가진 고퍼드 스틸 파이프로부터 만들어진다.
3-상 전력 공급 시스템을 가진 가열 케이블들을 갖는 전기 가열 시스템이 RU 127273 U1에서 개시된다. 가열 케이블은 열 저항성 코팅에 의해 절연된 전류-운반 와이어들을 포함한다. 일 단부에서, 와이어들은 전력 공급원에 자유롭게 연결되지만, 다른 단부에서, 그것들은 완전한 전기 회로로 상호 연결된다.
알려진 시스템들 및 저항성 케이블들의 단점은 하나의 전력 공급원을 가진 전기 가열의 불충분한 거리로서, 상기 거리가 25km에 제한되고, 낮은 열 생성, 및 수송 파이프라인에서 제품을 가열하기 위해 생성된 열의 불충분한 사용을 포함한다.
본 발명의 목적은 수반되는 망을 갖지 않으며 하나의 전력 공급원을 갖고, 25km보다 먼 거리에서, 예를 들어, 200km까지 특정된 양의 열을 생성할 수 있는 파이프라인 전기 가열 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 이점들은 열 생성 효율의 증가 및 상당한 거리에서(예컨대, 200km까지) 수송 파이프에서의 제품을 가열하기 위한 특정된 양의 열의 사용, 시스템의 개선된 시공성, 유지관리 편리함, 뿐만 아니라 전기 가열 시스템의 단순화를 포함한다.
본 발명의 목적들은 청구항 1에 따른 파이프라인 전기 가열 시스템을 제공함으로써 달성된다. 종속 청구항들은 본 발명의 실시예들의 다양한 유리한 특징들을 나열한다.
본원에서 파이프 및 그 주위에 열 절연체를 포함한 수송 파이프라인을 위한 파이프라인 전기 가열 시스템이 개시되고 있으며, 상기 시스템은 전력 공급 변압기, 공급 단자, 종료 단자, 상기 공급 및 상기 종료 단자들 사이에 배치된 하나 이상의 서비스 단자들, 파라미터 제어 및 모니터링 시스템, 및 가열 케이블 배열을 포함한다. 상기 가열 케이블 배열은 상기 하나 이상의 서비스 단자들을 통과하는 공급 단자에서 종료 단자까지의 파이프를 따라 연장된 3-상 전력 전기 공급장치의 3개의 상들에 연결된 3개의 가열 저항성 케이블들을 포함한다. 각각의 저항성 케이블은 대응하는 케이블 가이드 내에 개별적으로 장착된다. 상기 케이블 가이드들 및 그 안에 장착된 연관된 저항성 케이블들은 파이프의 외부 표면상에 및 열 절연체 아래에 장착된다. 각각의 저항성 케이블은 내부 도체 및 상기 내부 도체를 둘러싼 실드를 포함하며, 상기 각각의 저항성 케이블의 실드들은 접지에 연결되고 종료 단자에서 및/또는 공급 단자에서 함께 상호연결되며, 상기 실드들 또는 내부 도체들은 상기 적어도 하나의 서비스 단자에서 연가(transpose)된다.
유리한 실시예에서, 인접한 케이블 가이드들은 0이 아닌 거리만큼 분리된다.
유리한 실시예에서, 상기 시스템은 적어도 두 개의 서비스 단자들을 포함한다.
유리한 실시예에서, 각각의 상은 실드 및 절연체를 가진 1-와이어 저항성 중-전압 케이블을 포함한다.
유리한 실시예에서, 각각의 저항성 케이블에 대한 케이블 가이드는 대체로 정사각형, 사다리꼴, 또는 둥근 단면을 가진다.
유리한 실시예에서, 각각의 케이블 가이드는 파이프의 외부 표면으로 종방향 에지들을 따라 밀봉된다.
유리한 실시예에서, 인접한 케이블 가이드들 간의 0이 아닌 거리(L)는 대체로 일정하다.
유리한 실시예에서, 상기 케이블 가이드들 및 그 안에 위치된 연관된 저항성 케이블들은 파이프의 상부 부분 상에 장착된다.
유리한 실시예에서, 케이블 가이드들은 폴리머 또는 알루미늄으로 만든다.
유리한 실시예에서, 저항성 케이블들은 종료 단자에서 함께 성형(star) 연결된다.
유리한 실시예에서, 저항성 케이블들의 와이어들은 평면 형 단면 프로필을 가진다.
유리한 실시예에서, 파라미터 제어 및 모니터링 시스템은 온도, 전류 및 부하 전압 센서들을 포함한다.
유리한 실시예에서, 파라미터 제어 및 모니터링 시스템은 주변 온도의 측정, 저항성 케이블들의 무결성을 검사하는 것, 및 각각의 저항성 케이블에서 부하 전류 및 전압의 제어를 포함한, 상기 가열 시스템의 원격 측정 및 제어를 위해 구성된다.
본 발명의 추가 목적들 및 유리한 특징들은 본 발명의 실시예들의 이어지는 상세한 설명 및 수반한 도면들로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 가열 시스템을 포함한 파이프라인 시설을 개략적으로 예시한다;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 가열 시스템을 포함한 파이프라인의 섹션을 개략적으로 예시한다;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 가열 시스템을 위한 저항성 케이블을 예시한다;
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 전기 가열 시스템을 가진 파이프라인의 단면을 개략적으로 예시한다;
도 4b는 도 4a의 일 부분의 상세도이다;
도 5는 도 4b와 유사하지만 또 다른 실시예의 상세도이다;
도 6은 실드 연가를 예시한 본 발명의 실시예에 따른 전기 가열 시스템의 개략적인 표현이다.
본 발명의 실시예들에 따른 파이프라인 전기 가열 시스템은 지상에서 지지하는 피어들 상에 위치된 파이프라인들, 지하 파이프라인들, 및 잠긴 수중 파이프라인들을 가열하기 위해 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 파이프라인 전기 가열 시스템은 유리하게는 오늘날 오일 및 가스 제품 수송 설비들에 적절한, 약 150 내지 200km의 거리를 넘어 파이프라인들을 가열하기 위한 요소들의 특수한 조합, 조성 및 위치를 제공한다.
도 1 및 도 2에서 가장 잘 보여지는 바와 같이, 오일 또는 가스 수송 파이프(12)를 포함한 파이프라인 시설(10) 및 본 발명의 실시예들에 따른 파이프라인 전기 가열 시스템은, 유리하게는, 낮은 유지관리 기능화를 위해 중요한 다음의 요소들을 포함할 수 있다: 전력 공급 변압기(18), 공급 단자(22), 종료 단자(24), 및 적어도 하나의 중간 서비스 단자(26). 본 발명의 실시예들에 따른 파이프라인 전기 가열 시스템(20)은 복수의 가열 저항성 케이블들(8), 연결 및 종료 슬리브들(30), 수송 파이프(12) 상에 장착된 적어도 하나의 온도 센서(20)를 포함한 라인 파라미터 제어 및 모니터링 시스템(도시되지 않음), 뿐만 아니라 수송 파이프(12) 상에 가열 케이블 배열(28)의 저항성 케이블들(8)을 위치시키기 위한 체결 요소들(32)을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 시스템을 위한 전력은 2차 전압을 위한 광범위한 조정 범위를 가진 스위치 키를 포함한 특수 전력 공급 변압기(18)로부터 공급된다. 전기 가열 전력 요구들은 공기 장벽 절연, 주형 절연, 또는 오일 절연을 포함하도록 변압기에 요구할 수 있다.
가열 케이블 배열(28)은 유리하게는 3-상 전력 공급 시스템의 3개의 대응하는 상들을 유리하게 운반할 수 있는 3개의 저항성 케이블들(8a, 8b, 8c)을 포함할 수 있다. 각각의 저항성 케이블(8a, 8b, 8c)은 바람직하게는 수송 파이프라인의 구조적 파이프(14)(통상적으로 스틸 또는 또 다른 금속으로 만들어진)의 표면상에 장착된 대응하는 케이블 가이드(9a, 9b, 9c) 안쪽에 장착된다. 3개의 저항성 케이블들(8)의 각각은 따라서 구조적 금속 파이프(14)의 외부 측면 상에 직접 장착되고 수송 파이프라인(12)의 열 절연체(7)로 둘러싸인 별개의 케이블 가이드(9) 안쪽에 위치된다. 사전-절연된 파이프라인들에 대해, 저항성 케이블들(8)은 수송 파이프라인의 제조 사이트에서 케이블 가이드들(9) 안쪽에 설치될 수 있다. 케이블 가이드들(9)은 구조적 금속 파이프로 및 파이프 안쪽에서 흐르는 오일 또는 가스(16)에 들어갈 저항성 케이블들에 의해 생성된 열의 전달의 유효성에 기여한다.
개별적으로 설치되며 각각의 열 절연체(7)로 둘러싸인 3-상 전력 공급 시스템의 상들은 매우 작은 면적에 큰 단면의 케이블들(8)을 위치시키는 것을 허용하며, 이것은 각각의 상에서 상-대-접지(phase-to-earth) 전압을 증가시키고 그에 따라 파이프라인 가열 길이를 증가시킨다. 단면은 편평하거나 또는 평탄화된 와이어들을 가진 케이블들(8)에 의해 추가로 증가될 수 있다.
복수의 저항성 케이블들(8a, 8b, 8c)은 바람직하게는 종료 단자(24)에서 함께 성형 연결된다.
유리하게는, 개개의 케이블 가이드들에서 복수의 상들의 별개의 위치는 케이블들(8) 간의 열의 전달을 감소시킴으로써 파이프(12)로 생성된 열 및 그 안에 포함된 유체를 더 효율적으로 전달하며, 이것은 또한 상-대-접지 전압의 증가, 및 그에 따라 파이프라인 가열 길이의 증가에 기여한다.
케이블 가이드들(9)은 복수의 상들의 분리를 보장하며 열 절연체(7)가 저항성 케이블(8)을 접촉하는 것을 피하거나 또는 저항성 케이블들과 구조적 파이프(12) 사이에 삽입되도록 구성된다. 구조적 파이프(12)의 표면상에 직접 장착된 케이블 가이드들(12)은 시스템 설치 동안 효율적으로 및 최소 손상들을 갖고 가열 케이블들(8a, 8b, 8c)을 위치시키도록 허용한다.
실시예에서, 각각의 저항성 케이블(8a, 8b, 8c)을 위한 케이블 가이드들(9a, 9b, 9c)은 유리하게는 대체로 정사각형, 사다리꼴, 또는 둥근(예컨대, U 형) 단면의 종방향 박스를 포함할 수 있다. 복수의 저항성 케이블들을 위한 케이블 가이드(9)는 상호 연결된 케이블 가이드 부분들(9a, 9b, 9c)을 가진 단일 요소로 만들어질 수 있거나, 또는 파이프 상에 독립적으로 장착된 복수의 별개의 가이드들로 만들어질 수 있다.
케이블 가이드들(9a, 9b, 9c)은, 안쪽에 저항성 케이블들(8a, 8b, 8c)을 갖고, 파이프(12) 상에 대체로 동일한 거리(L)로 이격될 수 있으며 이것은 생성된 열의 더 양호한 분배 및 인가에 기여한다. 케이블 가이드(9)는, 안쪽에 저항성 케이블들(8)을 갖고, 바람직하게는 파이프의 최상부 부분 상에 장착되며, 이것은 파이프라인이 매립되는 접지가 통상적으로 추운 기간들 동안 접지 표면에 더 가까울수록 더 차갑다는 것을 고려할 때, 생성된 열을 파이프라인 수송 제품으로 전달하기 위해 열역학 면에서 가장 효율적이다.
케이블 가이드(9)는 폴리머 또는 알루미늄 또는 유사한 물리적 속성들을 가진 다른 재료로 만들 수 있다. 케이블 가이드(9)를 위한 재료의 선택은 또한 가열 상들(8a, 8b, 8c)에서 파이프(12)로 및 수송된 오일 또는 가스(16)로의 요구된 열의 전달에 의해 결정될 수 있다.
저항성 케이블들(8)의 선형 길이들은 케이블 상들과 동일한 전압을 위해 구성된 고 전압 연결 슬리브들(30)에 의해 상호연결될 수 있다. 또한, 저항성 케이블들의 단부들은 종단 슬리브들(도시되지 않음)을 갖도록 설계된다.
정기적인 유지관리를 위해, 가열 케이블(8)의 절연 저항을 포함한 라인 파라미터들의 제어뿐만 아니라 결함들에 대한 탐색이 전기 가열 시스템의 적응성뿐만 아니라 유지관리 편리함을 증가시키는 것을 목표로 서비스, 종료 및 공급 단자들(26, 24, 22)의 도움으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 파이프라인 전기 가열 시스템은 150 내지 200km의 거리를 따라 많은 공급 변압기 서브스테이션들 및 수반되는 전기망에 대한 요구를 상당히 감소시킨다.
본 발명들의 유리한 실시예들에 따른 저항성 케이블(8)은 중-전압 1-와이어 상 케이블을 포함한다. 케이블(8)은 생성된 열이 보호 실드들에서의 손실들에 관하여 파이프라인을 위해 요구된 열, 예를 들어, 10 또는 18W/m과 일치하도록 선택된다. 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 저항성 케이블(8)의 요소들을 예시하며, 이것은 알루미늄 또는 구리의 전류 운반 와이어(1), 예를 들어, 복합 시스 케이블 유형(CSC)의 반도체 재료(2)의 층, 예를 들어, 가교된 폴리에틸렌의 절연 층(3), 예를 들어, CSC 유형의 반도체 재료(4), 예를 들어 직조형 구리 와이어들로 만든 실드(6), 및 예를 들어 열가소성 탄성중합체로 만든 외부 코팅(6)을 포함한다.
금속 케이블 실드(6)에서 전류를 향하게 하는 것은 개별적으로 위치된 상들(8a, 8b, 8c)의 독특한 특징이다. 각각의 저항성 케이블(8)의 실드들(6)은 중간 및 종료 접지 연결들을 가지며 또한 파이프의 단부들에서 상호 연결된다.
본 발명의 유리한 양상에 따르면, 3개의 상들의 실드들은 도 6에서 개략적으로 예시되는 바와 같이, 서비스 단자들(26)에 위치되는 중간 자리들에서 케이블들의 길이를 따라 연가된다. 예를 들어, 케이블들의 공급 단자(22)와 종료 단자(24) 사이에 위치된 두 개의 서비스 단자들(26)이 있다면, 케이블 실딩은 각각의 실드가 그것의 섹션들 위에서 3개의 상들 모두를 따라 구동하도록 두 번 연가될 수 있다. 실드 연가는 그 자체로는 실드들에서 유도된 전류들의 방향을 소거함으로써 전력 손실들을 감소시키기 위해 중-전압(MV) 및 고-전압(HV) 지하 전력을 위해 알려져 있다. 연가는 상대적이며 3 상 케이블들의 실드들은 연가될 수 있거나, 또는 케이블들의 와이어들이 연가될 수 있다는 것이 주의될 수 있다.
본 발명에서, 실드 연가는 파이프라인 전기 가열 시스템의 더 긴 케이블 길이에 걸쳐 더 양호한 열 분배를 위해 케이블 실드들(6)에서의 손실들을 감소시킨다. 연가 연결들로 인한 몇몇 시스템 요소들에서의 열 생성은 시스템의 양호한 동작에 영향을 주지 않지만 전기 가열 시스템의 추정들 및 설계 시 고려되어야 한다.
연가는 유리하게는 열 생성 위치(와이어 또는 실드) 및 생성된 열 값을 조정하는 것을 가능하게 한다. 연가의 부족은 실드(6)에서 손실들을 상당히 증가시키며, 이것은 가열된 면적의 최대 길이를 단축시키는 것을 야기한다. 게다가, 연가의 부족은 상당한 길이들에서 실드들(5)에 전류들을 증가시키며, 이것은 안전을 감소시키고 손상에 대한 가능성을 증가시킬 뿐만 아니라 케이블들의 유용한 수명을 감소시킨다.
저항성 케이블들(8)은 다중-와이어일 수 있다.
이하의 표 1은 본 발명에 따른 전기 가열 시스템의 실시예들에 따른 가열 케이블들에 대한 유리한 사양들의 예들을 나타낸다.
기술 파라미터들 값들
전류-운반 와이어의 단면 구리: 10...40㎟
알루미늄: 25...70㎟
케이블의 외부 코팅에 의한 직경 최소 8.5mm; 최대 27mm
최대 동작 온도 100℃
최대 전압 최대7.5kV
주변 온도 -60...+55℃
폭발 가스 분위기들에 대한 방폭-마킹 Ex 60079-30-1 IIC T5 Gb
폭발 먼지 분위기들에 대한 방폭-마킹 Ex 60079-30-1 IIIC T100℃ Db
전기 가열 시스템의 파라미터들에 대한 제어 및 모니터링 시스템은 시스템의 에너지 효율 및 안전한 동작을 보장한다. 제어 및 모니터링 시스템은 온도, 전류, 및 부하 전압 센서들을 포함한다. 관리 알고리즘들을 갖고, 시스템은 예를 들어 오일의 측정 온도들, 주변 온도, 저항성 케이블들, 및 수송 파이프라인에 기초하여 가열 시스템의 파라미터들을 원격으로 제어한다. 제어 시스템은 각각의 상에서의 부하 전류들, 전압 및 회로 무결성을 포함한, 전기 파라미터들을 제어한다.
제어 및 모니터링 시스템은 프로그램 가능한 논리 제어기들(PLC), 이산 및 아날로그 신호 I/O 모듈들, 운영자 패널들 및 직렬 인터페이스 모듈들을 사용할 수 있다. 회로 파라미터들에 대한 제어 및 모니터링 시스템은 임의의 그 자체로 잘 알려진 산업용 데이터 프로토콜들(예컨대, ModBus RTU, Ethernet, CAN, HART, PROFIBUS)을 사용하여 고 레벨 제어 시스템으로 오브젝트 상태 파라미터들을 전달한다.
단락 전류들은 상들(8a, 8b, 8c)에서 직접적인 별도의 전류 측정 및 라인 상태의 분석을 요구한다. 동일한 메커니즘이 손상 면적을 국소화하기 위해서 및 복구 작업들을 가속화하기 위해 사용될 수 있다.
회로 파라미터들에 대한 제어 및 모니터링 시스템은, 전기 가열의 몇몇 작업 용량이 유지되어야 하므로, 몇몇 경우들에서 3개의 상들 대신에 1 및 2개의 상들을 갖고 동작을 유지하도록 구성되며, 이것은 가열된 파이프라인에 매우 중요하다. 파라미터들에 대한 제어 및 모니터링 시스템은 또한 안전한 스위치 온 및 오프에 의해서 및 공급된 전압을 변경함으로써(변압기 권선 전환) 생성된 열을 조정하도록 구성된다.
본 발명의 실시예들에 따른 시스템은 다름과 같이 기능할 수 있다:
요구된 선형 전압은 전원으로부터 공급 변압기를 통해 3개의 상들로 전압(위상 전압)을 분배하는 공급 단자로 공급된다. 전력은 하나의 공급 서브스테이션으로부터 공급된다. 청구된 전기 가열 시스템은 최대 100km까지의 거리에서의 가열된 회로에서 청구된 전기 파라미터들을 유지한다. 따라서, 공급 서브스테이션이 가열된 파이프라인 면적의 중간에 위치된다면, 하나의 서브스테이션은 하나의 방향으로 최대 100km까지의 거리에서 및 다른 방향으로 100km의 거리에서 파이프라인을 가열할 수 있다. 따라서, 하나의 공급 서브스테이션은 총 200km까지의 거리에서 파이프라인을 가열할 수 있다. 파라미터 제어 및 모니터링 시스템은 본 발명의 실시예들에 따라 시스템을 원격으로 완전히 제어하고 관리한다.
각각의 상은 케이블 가이드(9)로의 열을 생성하는 저항성 케이블(8) 및 수송 파이프라인을 포함한다. 개별적으로 위치된 가열 상들(8a, 8b, 8c)은 열 절연체(7)의 잘 특정된 면적에서의 각각의 상에서 직상 전압을 증가시킨다. 더 높은 직상 전압은 가열 암 길이를 증가시킨다. 편평한 또는 평탄화된 케이블 와이어들은 열 절연체(7)의 주어진 제한된 공간에서 가열 상들의 단면을 증가시킨다. 게다가, 가열 상들(8a, 8b, 8c)의 분리는 상들이 과열되는 것을 방지하며, 이것은 또한 더 높은 직상 전압에 기여한다.
본 발명의 실시예들에 따른 파이프라인 전기 가열 시스템의 산출 및 인가의 예가 이하에서 설명된다.
파이프라인의 전기 가열 시스템의 파라미터들은 예로서 70㎟ 알루미늄 와이어들을 갖고 산출된다.
상업적으로 이용 가능한 소프트웨어(Elcut Professional app)가 열 손실들 및 온도 파라미터들을 산출하기 위해 사용되었다. 대류성 열 교환 조건들은 열 손실들을 산출하기 위해 접지 표면상에서 경계 조건들이도록 선택되었다: α=30 V/(m2*K), Tamb = 18℃. 10m 깊이에서 토양 온도는 +21℃이도록 선택되었다. 내부 파이프라인 벽에서 제품 온도는 +50℃이도록 선택되었다.
케이블 파라미터들은 다음과 같다:
ㆍ 와이어: 알루미늄, 70mm2(AC-70)
ㆍ 열 용량: 30V/m
ㆍ 와이어들의 수: 3
ㆍ 열 암 길이: 100km
ㆍ 공급 전압(선형): 8899W
ㆍ 공급 전압(상): 5138V
ㆍ 감광 보상률 1.07을 가진 열 손실 값은 25.3W/m이다.
ㆍ 3개의 가열 와이어들은 55×40mm의 크기 및 2.5mm의 벽 두께를 가진 알루미늄 케이블 가이드에 위치될 것이다(GOST 18475).
통과 및 셧다운 모드들에서 시스템의 온도 파라미터들은 이하에서의 표 2에서 제공된다:
모드 와이어 온도(℃) 제품 온도(℃)
케이블은 가이딩 요소에 단단히 부착된다
패스 모드 64 50
Tamb에서 셧다운 모드 = +18℃ 76 60
Tamb에서 셧다운 모드 = +35℃ 90.5 75
케이블과 가이딩 요소 간에 5mm 간격
패스 모드 79 50
Tamb에서 셧다운 모드 = +18℃ 91 60
Tamb에서 셧다운 모드 = +35℃ 105 75
와이어 AC-70/11을 가진 시스템의 전기 파라미터들의 산출들
입력 데이터:
ㆍ 3개의 가열 와이어들;
ㆍ 하나의 와이어의 요구된 가열 용량: 10W/m;
ㆍ 열 암 길이: L = 100km;
ㆍ 전류 운반 와이어: GOST 839-80에 따른 AC-70/11;
ㆍ 전류 운반 와이어 재료: 알루미늄;
ㆍ 20℃에서 직류로의 1km 케이블의 전기 저항: 0.4218 Om;
ㆍ 와이어 온도 64℃에서 케이블의 선형 용량의 산출
ㆍ 온도 저항 계수: α=4.3ㆍ10-3 1/℃.
ㆍ 와이어 온도 64℃에서 100km 장거리 면적의 저항:
Figure pct00001
와이어 온도 64℃에서 전체 가열 용량:
Figure pct00002
여기에서 우리는 상에 대한 공급 전압의 값을 얻는다
U = 5485V.
와이어 온도 64℃에서 하나의 가열 와이어의 선형 용량:
Figure pct00003
저항성 케이블의 산출들이 이하에서의 표 3에서 제공된다:
Figure pct00004
가열 상들의 특수한 배치 및 보다 큰 직선 단면은 가열된 파이프라인의 열 절연체(7)의 양 및 값에서의 변화 없이 200km까지 파이프라인의 가열된 면적의 길이를 증가시킬 뿐만 아니라, 파이프라인을 따라 열을 분산시키고, 이것은 200km까지의 거리에서의 수송 파이프에서 제품의 수송 가열을 위한 특정된 양의 열의 사용 및 효율에 기여한다.
파이프 상에 직접 장착된 케이블 가이드(9)는 더 효율적인 방식으로 가열 상들에 의해 생성된 열을 분산시킨다.
따라서, 이것은 수반되는 망 없이 및 하나의 공급 포인트(하나의 서브스테이션)를 갖고 200km까지의 상당한 거리에서 특정된 양의 열을 생성할 수 있는 파이프라인 전기 가열 시스템을 제공한다.
전체적으로, 수반된 공급망의 부족은 청구된 전기 가열 시스템을 단순화한다.
파이프라인 시설 10
수송 파이프라인 12
구조적 (금속) 파이프 14
열 절연체 7
오일, 가스 16
전력 공급 18
파이프라인 전기 가열 시스템
공급 단자 22
종료 단자 24
서비스 단자 26
가열 케이블 배열 28
저항성 케이블 8
전류 운반 도체 1
알루미늄 또는 구리 와이어들
반도체 재료 층 2
복합 시스 케이블 유형(CSC)
절연 층 3
가교된 폴리에틸렌 층
반도체 재료 층 4
CSC 유형
전기 실드 5
구리 와이어 실드
외부 절연 층 6
열가소성 탄성중합체 코팅
연결 및 종료 슬리브들 30
온도 센서 20
케이블 가이드 9
체결 요소들 32
파이프 상에서의 케이블들 간의 거리(L)

Claims (13)

  1. 파이프(14) 및 그 주위에 열 절연체(7)를 포함한 수송 파이프라인(12)을 위한 파이프라인 전기 가열 시스템에 있어서,
    전력 공급 변압기(18), 공급 단자(22), 종료 단자(24), 상기 공급과 종료 단자들 사이에 배치된 하나 이상의 서비스 단자들(26), 파라미터 제어 및 모니터링 시스템, 및 상기 하나 이상의 서비스 단자들(26)을 통과하는 상기 공급 단자(22)에서 상기 종료 단자(24)까지의 파이프를 따라 연장된 3-상 전력 전기 공급장치의 3개의 상들(8a, 8b, 8c)에 연결된 3개의 가열 저항성 케이블들(8)을 포함한 가열 케이블 배열(28)을 포함하며, 각각의 상기 저항성 케이블은 대응하는 케이블 가이드(9a, 9b 9c) 내에 개별적으로 장착되고, 상기 케이블 가이드들 및 그 안에 장착된 연관된 저항성 케이블들은 상기 파이프의 외부 표면상에 및 상기 열 절연체(7) 아래에 장착되며, 각각의 저항성 케이블은 내부 도체 및 상기 내부 도체를 둘러싼 실드를 포함하고, 상기 각각의 저항성 케이블의 실드들은 접지에 연결되고 상기 종료 단자에서 및/또는 상기 공급 단자에서 함께 상호 연결되며, 상기 실드들 또는 내부 도체들은 상기 적어도 하나의 서비스 단자에서 연가되는, 파이프라인 전기 가열 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    인접한 케이블 가이드들은 0이 아닌 거리(L)만큼 분리되는, 파이프라인 전기 가열 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    시스템은 적어도 두 개의 서비스 단자들(26)을 포함하는, 파이프라인 전기 가열 시스템.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 상은 실드(5) 및 절연체(3)를 가진 1-와이어 저항성 중-전압 케이블을 포함하는, 파이프라인 전기 가열 시스템.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 저항성 케이블을 위한 케이블 가이드는 대체로 정사각형, 사다리꼴, 또는 둥근 단면을 갖는, 파이프라인 전기 가열 시스템.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 케이블 가이드는 상기 파이프(12)의 외부 표면으로 종방향 에지들을 따라 밀봉되는, 파이프라인 전기 가열 시스템.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    인접한 케이블 가이드들 간의 상기 0이 아닌 거리(L)는 대체로 일정한, 파이프라인 전기 가열 시스템.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이블 가이드들 및 그 안쪽에 위치된 연관된 저항성 케이블들은 상기 파이프의 상부 부분 상에 장착되는, 파이프라인 전기 가열 시스템.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이블 가이드들은 폴리머 또는 알루미늄으로 만든, 파이프라인 전기 가열 시스템.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    저항성 케이블들은 상기 종료 단자에서 함께 성형 연결되는, 파이프라인 전기 가열 시스템.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저항성 케이블들의 와이어들은 평면형 단면 프로필을 갖는, 파이프라인 전기 가열 시스템.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파라미터 제어 및 모니터링 시스템은 온도, 전류 및 부하 전압 센서들을 포함하는, 파이프라인 전기 가열 시스템.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파라미터 제어 및 모니터링 시스템은, 주변 온도의 측정, 상기 저항성 케이블의 무결성을 검출하는 것, 및 각각의 저항성 케이블에서 부하 전류 및 전압의 제어를 포함한, 상기 가열 시스템의 원격 측정 및 제어를 위해 구성되는, 파이프라인 전기 가열 시스템.
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