MX2012004506A - Tubo umbilical de alta potencia integrado. - Google Patents

Abstract

Se muestra un tubo umbilical de potencia integrado (K1). El tubo umbilical de potencia incluye por lo menos un cable de potencia (4) para transferir vastas cantidades de energía/potencia eléctrica y material rellenador (2, 3) en la forma de elementos de plásticos alargados rígidos, que se tienden por lo menos parcialmente alrededor y entre los cables de potencia (4) . Estos elementos se recolectan colectivamente por medio de una operación de tendido y cerrado en un atado retorcido, que a su vez se encierra por una funda protectora (1). Por lo menos uno de los elementos circundantes, es decir el material rellenador (2, 3) o la funda (1), se hace de un material semiconductor, el material semiconductor que es capaz de drenar las corrientes capacitivas que surgen en el tubo umbilical de potencia (K1) cuando el por lo menos un cable de potencia (4) conduce vastas cantidades de energía/potencia eléctrica.

Description

TUBO UMBILICAL DE ALTA POTENCIA INTEGRADO La presente invención se relaciona a un tubo umbilical de alta potencia integrado, que incluye un número de cables de alta potencia para la transferencia de grandes cantidades de -potencia/energía eléctrica, material rellenador en la forma de elementos de plástico/elementos de perfil alargados, rígidos localizados por lo menos parcialmente alrededor y entre los cables de alta potencia, y que se reúnen colectivamente en un atado retorcido por medio de una operación de tendido y cerrado, y una funda protectora que encapsula los cables de alta potencia y el material rellenador .

Inicialmente, la base para la presente invención fue llegar a un cable de potencia mecánicamente protegido que se preparó especialmente como cable DEH (Calentamiento Eléctrico Directo) y se diseñó para ser desplegado dentro del mar. Tales cables DEH se utilizan para calentar tuberías que transportan hidrocarburos producidos a fin de prevenir la hidratación. El cable DEH por ejemplo, se puede atar con seguridad a la tubería, una así llamada solución "en tándem". El cable DEH constituye uno de los conductores y la tubería misma constituye el otro conductor en el sistema de calentamiento. Tal sistema de calentamiento se divulga y se describe con más detalle en NO. 323516.

Es una materia bien conocida que cuando se suministra corriente alterna (AC) en un conductor, surge la capacitancia entre el conductor metálico y el medio ambiente (tierra remota) . La corriente AC capacitiva que surge es llamada corrientes de carga.

Tradicionalmente , tales cables de potencia de alto voltaje se han diseñado con armadura de cables y mantos de cables, o lo que es llamado una pantalla. La pantalla está presente para encargase y drenar las corrientes capacitivas que surgen cuando estos cables de alto voltaje están en operación y transfieren grandes cantidades de energía/potencia eléctrica. Esto ahora se resuelve en una diferente forma, y se desarrollan en relación con tubos umbilicales de alta potencia existentes. Los tubos umbilicales de alta potencia existentes tienen inherentemente la protección mecánica mencionada en lo anterior, particularmente con un material rellenador en la forma de elementos de plástico/elementos de perfil alargados, rígidos.

Porque existe una necesidad para resolver la formación de pantalla en una diferente forma, es razonada ínter alia como sigue. Para un cable que se extiende desde el lecho marino y hasta una embarcación flotante, el cable necesita pasar a través de una zona dinámica, normalmente en el área superficial marina. Un cable que opera en la zona dinámica se le imparten movimientos indeseados (por olas, viento, corrientes, etc.) qué a través del tiempo dan origen a fatiga, y particularmente en el manto del cable mencionado que está diseñado para encargarse de las corrientes capacitivas. Cuando el cable es de calibre pesado, y el manto se localiza lejos de la línea central del cable, el manto en particular se somete a daño por fatiga y rompimiento subsecuente en la zona dinámica. De esta manera, se ha deseado grandemente encontrar un reemplazo para este manto de cables que ha sido normalmente una lámina gruesa de cobre u otro material metálico adecuado.

En alguna forma u otra, las corrientes capacitivas que se llevan a cabo dentro de los cables marinos tienen que ser drenadas al agua de mar circundante a fin de limitar las corrientes capacitivas axiales a través de la sección transversal del cable y la acumulación de voltaje a lo largo de la funda exterior.

Sorprendentemente ha resultado que los elementos de perfil descritos y la funda exterior del tubo umbilical se pueden hacer de un material que tiene buenas propiedades semiconductoras y se puede tomar en uso con el presente tubo umbilical de potencia. Junto con el agua de mar en la sección transversal, conducirán conjuntamente corriente a lo largo del tubo umbilical.

La transferencia de corriente entre el tubo y el agua de mar se lleva a cabo a través de ánodos y la corriente en el agua de mar fluye en paralelo con el tubo. La longitud de la zona de transferencia se 'da por leyes físicas y es normalmente 50m para aplicación de 60Hz. Ver la Fig . 13. Son necesarios cálculos electromagnéticos complejos a fin de determinar la distribución de corriente entre el tubo y el agua de mar. Estos cálculos son relacionados con leyes físicas como "efecto cercano" y "efecto superficial".

De esta manera, de acuerdo con la presente invención, se proporciona un tubo umbilical de alta potencia integrado de la clase anterior, que se distingue en que por lo menos uno de los elementos circundantes, es decir el material rellenador o la funda, se hacen de un material semiconductor, el material semiconductor que es capaz de drenar, o disipar, corrientes capacitivas que surgen en el cable de alta potencia cuando el cable de alta potencia conduce grandes cantidades de energía/potencia eléctrica.

Sin embargo, se va a mencionar que el tubo umbilical de potencia de acuerdo con la presente invención se puede suministrar en muchas variantes y modalidades que se adaptan especialmente al campo especifico del tubo umbilical. El denominador común para todos ellos es que la necesidad tiene buena capacidad de disipar o drenar corrientes capacitivas sin el uso de una criba metálica, como se hace tradicionalmente . Esta buena capacidad de drenar corrientes capacitivas toma lugar inter alia, a través del uso de elementos de perfil extruidos que ambos tienen buena capacidad para crear protección mecánica para un cable de transferencia de corriente y actúan simultáneamente como un semiconductor que contribuye a drenar las corrientes capacitivas .

Además, -el tubo umbilical de alta potencia integrado se puede procesar adicionalmente a fin de incrementar la disipación de corrientes capacitivas. Esto se lleva a cabo principalmente en los canales que se extienden radialmente que se proporcionan a través de la funda exterior del tubo umbilical y los elementos de perfil extruidos, huecos y modo que el agua de mar presente dentro de los elementos de perfil y los agujeros que se extienden radialmente, o aberturas, forman por si mismos las rutas de comunicación para el drenaje, o disipación de corrientes capacitivas.

Como una opción adicional, se puede proporcionar un conductor de fibras ópticas al tubo umbilical de alta potencia para el uso para supervisar la condición del tubo umbilical de alta potencia en una base continua. Por el desarrollo de calor muy excesivo, el conductor de fibras ópticas recibirá un incremento de temperatura y este, a su vez, proporciona una señal a una estación de supervisión que toma medidas a fin de detener la corriente.

Características nuevas y ventajosas de los cables son: · El cable tiene mayor eficiencia que otros cables debido a pérdidas de energía menores • Uso de cables semiconductores en tubos umbilicales de alta potencia (con funciones de control) • Uso de este diseño de cable en tubos umbilicales de alta potencia dinámicos proporciona tiempo de vida más prolongado contra la fatiga • Uso de este diseño de cable en tubos umbilicales de alta potencia dinámicos permite soluciones de profundidad marina firmes • Uso de elementos metálicos alargados a fin de drenar las corrientes capacitivas a lo largo. de la longitud del tubo umbilical • Uso de perfiles axiales semiconductores a fin de obtener el contacto entre cables de alta potencia de una fase o tres fases • Uso de los perfiles como protección adicional para los cables y como armadura axial Con el nuevo cable se logra lo siguiente : o Cable menos complicado o Menor pérdida de efecto o Cable resistente y resistente a impacto o Menor pérdida inductiva (10-20%) en el cable o Menor generación de calor en los tubos I (aplicaciones dinámicas) o Diámetro y peso reducidos del tubo umbilical o Longitudes más largas sin uniones o empalmes o Menores costos o Instalación más simple . o Propiedades de fatiga mejoradas significativas o Utilizable para todos los intervalos de voltaje o Sección transversal de cable de hasta 2000 mm2 o Vida útil de diseño de 30 años De esta manera este tubo umbilical de alta potencia integrado incluye cables de potencia de alto voltaje sin la armadura y pantallas tradicionales. Los tubos umbilicales usan cables con forro exterior semiconductor solamente. Las corrientes capacitivas se drenan a través del forro exterior del cable y son conducidos al mar. Las corrientes capacitivas se eliminan por contacto entre si a lo largo de su longitud. La falta de contacto con el agua de mar/tierra dará por resultados probablemente el consumo inmediato y la fusión de del forro semiconductor. Además, los cables semiconductores omiten la armadura de acero o pantalla, pero tienen elementos de plástico alargados, rígidos para aplicaciones estáticas y dinámicas, nunca se han utilizado previamente. Esta solución es aplicable para cables estáticos largos/tubos umbilicales y cables dinámicos cortos/ tubos umbilicales.

Preferiblemente, los cables de alta potencia eléctricos, el material rellenador y el por lo menos un conductor eléctrico se puede tender y cerrar en SZ, es decir cerrar y tender alternativamente al alterar continuamente la dirección, en la totalidad o parte de la extensión longitudinal del tubo umbilical de alta potencia, combinado con aquel del atado de tendido y cerrado de SZ que se mantiene rígido a la torsión sustancialmente fijo por la funda protectora. Como una alternativa, el tubo umbilical de alta potencia integrado se puede tender en la forma tradicional en una hélice que tiene una longitud de tendido relativamente larga.

En una modalidad, tanto por lo menos uno de los elementos de plástico alargado, rígidos y la funda exterior protectora se hace de un material semiconductor, por ejemplo polietileno que contiene carbono (PE), cloruro de polivinilo (PVC) , polipropileno (PP) y acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) .

Los elementos de plástico alargados, rígidos pueden incluir canales que se extienden longitudinalmente para la recepción de agua de mar, y la funda exterior protectora puede incluir sustancialmente canales que se extienden radialmente que se comunican con los canales que se extienden longitudinalmente, el agua de mar que forma un semiconductor para transportar, o disipar corrientes capacitivas generadas en el tubo umbilical de alta potencia.

En una modalidad, por lo menos un¦ conductor de fibras ópticas se puede arreqlar en el tubo umbilical de alta potencia, el conductor de fibras ópticas que es capaz de supervisar la condición umbilical de alta potencia en una base continua, donde una ruptura generará una señal de aviso.

Los elementos de plástico alargados, rígidos, pueden tener canales en la forma de aberturas, agujeros, ranuras o similares tal que el agua de mar es capaz de transportar, o disipar, las corrientes capacitivas al agua de mar circundante.

En otra modalidad, o complementaria, los cables de alta potencia eléctricos pueden ser cables de tres fases, donde los cables de tres fases se arreglan en un triángulo dentro de la sección transversal del mismo, que están ya sea en contacto entre sí o con los perfiles semiconductores.

En una modalidad más compleja el tubo umbilical de alta potencia puede incluir alambres eléctricos y/o conductores de fibra óptica que también se extienden y se cierran en una configuración SZ y se localizan internos de la funda exterior, se extienden y se cierran alternativamente en la forma tradicional.' Además, puede incluir por lo menos un elemento de transporte de carga que se puede terminar localizado en la sección transversal del tubo umbilical de alta potencia, donde el elemento (s) también se extiende y se cierra en una configuración en SZ, se cierran y se extienden alternativamente en la forma tradicional.

El tubo umbilical puede incluir una banda antirotación, o banda resistente, o una cinta, que se enrolla helicoidalmente alrededor del atado justo interno de la funda protectora. Alternativamente, la banda resistente, la cinta, se enrolla helicoidalmente en dos o más capas, se tiende y se cierra en direcciones opuestas.

En modalidades posibles, los elementos transportadores de carga pueden ser barras de peso ligero y el material compuesto que tienen fibras de carbono incrustadas, llamadas barras de fibra de carbono, y/o cuerdas de acero, y/o soga de fibra y/o soga de poliéster.

En casos particulares, el tubo umbilical de potencia puede incluir por lo menos un tubo de fluido en su sección transversal, el tubo que se puede hacer de metal y/o material de plástico tendido y encerrado en la misma configuración como los otros elementos.

De acuerdo con la presente invención, también se proporciona un tubo umbilical de alta potencia integrado de la clase anterior, que de distingue en que por lo menos uno de los elementos circundantes, es decir el material rellenador, o la funda, se hacen de un material semiconductor, el material semiconductor que es capaz de drenar, o disipar, corrientes capacitivas que surgen en el tubo umbilical de alta potencia cuando el cable de alta potencia conduce grandes cantidades de energía/potencia eléctrica, y que por lo menos un conductor de fibras ópticas se arregla en el tubo umbilical de alta potencial, el conductor de fibras ópticas que es capaz de supervisar la condición del tubo umbilical de alta potencia sobre una base continua, en donde un incremento de temperatura generará una señal de aviso. Un alargamiento proporcionará una señal similar que el tubo umbilical ha infringido a una curvatura o daño .

El diseño del tubo umbilical dinámico único del solicitante hace posible el uso de esa tecnología puesto que los cables se protegen cuidadosamente por el material rellenador en la forma de elementos de canal alargados perfilados. Sin el uso de elementos de plástico alargados circundantes/perfiles de plástico, los cables se debilitarían con respecto a las cargas de la instalación y tensiones y esfuerzos operacionales . Los cables tienen un diseño simplificado. La protección mecánica y la resistencia segura se transfieren a la estructura o diseño del tubo umbilical. La resistencia axial es llevada por los elementos transportadores de carga externos integrados en la sección transversal. El diseño por lo tanto no requerirá ninguna barrera de agua adicional. Los materiales semiconductores son nuevos y los materiales se someten a prueba con resultados excelentes. Los materiales semiconductores también son a prueba de agua de hasta 90°C por más de 20 años. No se someten a prueba operaciones más prolongadas. Para aplicaciones de transferencia de potencia normales se prevé un tiempo de vida diseñado de 30 años.

De esta manera, se va a entender, de acuerdo con lo que se describe en lo anterior, que han surgido las siguientes alternativas, que se reflejan en las reivindicaciones de patente, para conducir o dirigir las corrientes capacitivas en el mar: - conducen la corriente capacitiva a lo largo del cable internamente del tubo umbilical a través de un conductor eléctrico metálico. - conducen la corriente capacitiva a través de. los elementos de plástico alargados del tubo umbilical y fuera de la funda al utilizar un material de plástico semiconductor eléctrico en los elementos de plástico y/o funda para drenar las corrientes desde' el interior - hacen de los elementos de plástico y la funda abiertos por agujeros y ranuras tal que el agua puede transportar las corrientes fuera y dentro del agua de mar - cables de tres fases se arreglan en un triángulo o en contacto entre si o con los elementos de plástico semiconductores .

Se va a entender que será posible combinar una o más de las alternativas indicadas en lo anterior.

Otros y objetivos adicionales, características y ventajas se presentarán a partir de la siguiente descripción de las modalidades preferidas de la invención, que se da para el propósito de descripción, y se da en contexto con los dibujos adjuntos donde: La Fig. 1 muestra una vista de sección transversal a través de un tubo umbilical de potencia dinámica de acuerdo con la invención, que también es representativo para diferentes tubos umbilicales de potencia de esta naturaleza, la Fig. 2 muestra una vista de sección transversal alternativa a través de un tubo umbilical de potencia de acuerdo con la invención, que también es representativo para otros tubos umbilicales de potencia de esta naturaleza, la Fig. 3 muestra un tubo umbilical de potencia de un conductor que se prepara particularmente como un cable DEH (Calentamiento Eléctrico Directo) , la Fig. 4 muestra un tubo umbilical de potencia de un conductor de similitud con aquel mostrado en la fig. 3, que también incluye elementos transportadores de carga en la forma de barras de fibra de carbono, la Fig. 5 muestra un tubo umbilical de potencia DEH de tres conductores, la Fig. 6 muestra un tubo umbilical DEH dinámico de dos conductores que tiene un gran número de barras de fibra de carbono diseñadas para aguas particularmente profundas, la Fig. 7 muestra un tubo umbilical DEH dinámico de dos conductores combinado y un cable de alto voltaje de seis conductores para equipo submarino y que incluye barras de fibra de carbono, la Fig. 8 muestra un tubo umbilical DEH dinámico de dos conductores que incluye ocho elementos, la Fig. 9 muestra un tubo umbilical "en tándem" en un tubo de producción, la Fig. 10 muestra esquemáticamente una sección transversal a través de un tubo umbilical DEH que tiene un canal de agua de extensión radial, la Fig. 11 muestra esquemáticamente diagramas de corriente y voltaje para diferentes distancias entre los canales de agua en la dirección longitudinal del tubo umbilical y sin ningún conductor de fibra óptica presente en la sección transversal, la Fig. 12 muestra una variante del tubo umbilical en tándem mostrado en la fig. 9, y la Fig. 13 muestra esquemáticamente la distribución de corriente eléctrica en un sistema DEH.

En la modalidad mostrada de acuerdo con la figura 1, el tubo umbilical de potencia Ki, que en la descripción general es llamado K, se construye básicamente de los siguientes elementos: un atado de elementos alargados que consiste de elementos de canal interiores y exteriores 2, 3, cables de potencia 4 para transferir grandes cantidades de potencia/energía eléctrica, conductores de fibra óptica 5 y elementos portadores de carga 7, que se tienden y se cierran conjuntamente en el atado. Además se indica un material rellenador 6 que equilibra el cable de fibra óptica 5. El tendido y cerrado es ya sea en SZ o en tendido y cerrado helicoidal tradicional. Los elementos de canal exteriores 3 se pueden hacer por ejemplo de cloruro de polivinilo (PVC) y los elementos de canal interior 2 del material semiconductor. El material de PVC necesita una mezcla con una sustancia diferente a fin de hacerlo semiconductor, por ejemplo intermezcla de carbono. Los cables de potencia 4 pueden tener un forro semiconductor de polietileno. Los elementos transportadores de carga 7 pueden estar en la forma de alambre de acero, alternativamente barras de carbono, que se retuercen en atados. Se va a entender además que estrictamente uno de los elementos de canal 2, 3 solamente necesita ser del material semiconductor, mientras que los elementos de canal restante 2, 3 se pueden hacer de PVC tradicional. La fig. 1 el elemento de canal negro 3B por ejemplo, puede representar el elemento de canal semiconductor. El conductor de fibras ópticas 5, hecho de una o más cuerdas o filamento de fibra óptica, se proporciona para supervisar los cambios de temperatura o cambios en el alargamiento de las cuerdas y luego es capaz de señalizar errores en el tubo umbilical K. otro material adecuado puede ser por ejemplo PP o ABS .

Además, en una modalidad, el tubo umbilical de potencia K puede incluir un conductor eléctrico metálico, en la figura 1 dado como el número de referencia 8, que se arregla en la sección transversal del tubo umbilical de potencia K y se extiende en la dirección longitudinal del tubo umbilical de potencia K. El conductor o conductores 8 se localizan separados de y externos de los cables de potencia 4. El por lo menos un conductor 8, como se menciona, es capaz de drenar corrientes capacitivas que surgen en el tubo umbilical de potencia K cuando el cable de potencia 4 conduce grandes cantidades de energia/potencia eléctrica.

El atado tendido y cerrado se puede mantener opcionalmente junto y en su lugar por una banda de resistencia. Una funda o forro exterior 1, por ejemplo de PE de polietileno, se extruye sobre el atado. El polietileno con adición de carbono se considera como semiconductor. Como se menciona la sección transversal, también puede incluir tubos de fluido (no mostrado) en algunas modalidades o variantes.

Los elementos de canal exteriores e interiores 2, 3 se extienden por lo menos parcialmente alrededor desde los cables eléctricos 4 y se hacen típicamente como elementos continuos, alargados, rígidos de material de PVC . Los cables eléctricos 4, los conductores de alambres/fibras ópticas posibles 5, el material rellenador 6 y los elementos de canal 2, 3 y el por lo menos un elemento transportador de carga 7, como se mencionan tendidos y cerrados externos, es decir tienen dirección de cambio permanente, en la totalidad o parte de la extensión longitudinal del tubo umbilical de potencia, alternativamente de manera continua helicoidal. Además, el atado tendido y cerrado se mantiene sustancialmente a una rigidez de torsión por la funda protectora 1, opcionalmente por la adición de una banda de resistencia que se enrolla helicoidalmente alrededor del atado inmediato dentro de la funda protectora 1.

Como se menciona, los elementos de plástico alargados rígidos 2, 3 se pueden hacer del material de plástico semiconductor. Opcionalmente, solamente los elementos de canal interior 2 o solamente los elementos de canal exterior 3, como se menciona solamente un elemento de un canal 3B, puede ser semiconductor. Como se menciona, el forro protector 1 se puede hacer de material semiconductor. Los elementos de perfil alargados rígidos 2, 3 pueden incluir canales que' se extienden longitudinalmente 9 que se comunican con agujeros, ranuras o similares que se extienden radiales de los elementos de perfil 2, 3 y a través del forro protector 1 tal que el agua que rellena los canales 9 y los agujeros son capaces de transportar las corrientes capacitivas dentro del agua del mar circundantes.

Los cables de potencia 4 a su vez pueden ser cables de tres fases que en su sección transversal que los mismos se pueden arreglar en un triangulo, los cuales ya sea están en contacto entre si o con los perfiles de plástico semiconductores 2, 3.

Como un ejemplo ilustrativo de las dimensiones en cuestión, sin que se limite en consecuencia, el cable puede tener una sección transversal de 2000 mm2. El tiempo de vida de diseño es de 30 años. Se va a entender además que los alambres eléctricos ordinarios para las funciones de control, se pueden incluir posiblemente además en todas las modalidades y variantes, todas de acuerdo con las necesidades actuales .

La Figura 2 muestra una segunda modalidad de un tubo umbilical de potencia K2, que a su vez se construye básicamente de los siguientes elementos: un atado de elementos alargados que consisten de elementos de canal interiores, intermedios y exteriores 2', 2a', 3', cables de potencia 4' para transferir grandes cantidades de potencia/energía eléctrica, conductores de fibra óptica 5' y elementos transportadores de carga 7', 7'', que se tienden y se cierran conjuntamente en el atado. Además se indican tubos de acero más pequeños y más grandes Pi, P2 para transferir fluidos. El tendido y cerrado es ya sea en SZ o tendido y cerrado helicoidal tradicional. Los elementos de canal exteriores 3' pueden por ejemplo ser hechos de cloruro de polivinilo (PVC) y los elementos de canal interiores 2' de material semiconductor. Los cables de potencia 4' pueden tener un forro semiconductor de polietileno. Los elementos cargadores de carga 7', T' pueden estar en la forma de alambre de acero, que se retuercen en atados. En este punto un elemento portador de carga 1' ' es un alambre central.

Además, el tubo umbilical de potencia K2 puede incluir uno o más alambres eléctricos de bajo voltaje, que se arreglan en la sección transversal y se extienden en la dirección longitudinal del tubo umbilical de potencia. Los alambres de bajo voltaje se colocan separados y externos de los cables de potencia 4'.

El atado se puede mantener opcionalmente justo en su lugar por una banda de resistencia. Una funda o forro exterior 1', por ejemplo de polietileno (PE), se extruye en el atado.

Los elementos de canal exteriores, intermedios e interiores 2', 2a', 3' se tienden por lo menos parcialmente alrededor y entre los cables de potencia eléctrica 4' y se hacen típicamente como elementos continuos, alargados, rígidos de material de plástico. Los cables de potencia 4', los conductores de alambres/fibra óptica posibles 5', 6', los elementos de canal 2' , 2a' , 3' y el por lo menos un elemento portador de carga 7', 7'', como se mencionan se cierran y se tienden alternativamente, es . decir tienen dirección de cambio permanente, en la totalidad o parte de la extensión longitudinal de tubo umbilical de potencia K2, alternativamente de manera continua helicoidal. Además, el atado tendido y cerrado se mantiene sustancialmente rígido a la porción por la funda protectora, 1' , opcionalmente por la adición de una banda de resistencia que se enrolla helicoidalmente alrededor del atado inmediato dentro de la funda protectora 1' .

Como ' se menciona, los elementos de plástico alargados rígidos 2', 2a', 3' se pueden hacer de un material de plástico semiconductor. Opcionalmente, los elementos de canal interior 2' solamente, los elementos intermedios 2a' solamente, los elementos intermedios 3' solamente, o como se menciona, solamente un elemento de un canal pueden ser semiconductores. También el forro protector 1' se puede hacer de material semiconductor.

La Fig. 3 muestra una tercera modalidad más simple de un tubo umbilical de potencia DEH/en tándem K3. Este es un tubo umbilical de potencia de un solo conductor K3 que se diseña y se prepara especialmente para ser un cable DEH (Calentamiento Eléctrico Directo) . El tubo umbilical de potencia K3 se construye de un solo cable de potencia 4 y un conjunto de elementos de perfil alargados 2 que se extienden en un anillo alrededor del tubo de potencia 4. Por lo menos uno de los elementos de perfil es semiconductor. Varias capas de aislamiento están presentes entre los mismos. Sin embargo, el tubo umbilical no puede tener ninguna pantalla metálica puesto que afectaría la función semi-conductiva del tubo umbilical. También se muestra un conductor de fibra óptica 5, pero no es absolutamente obligatorio, pero puede estar preferiblemente en ese punto. Es un conductor de fibra óptica que supervisa la condición del tubo umbilical de potencia K3 e indica posibles errores en ese incremento de temperatura dentro de la fibra óptica. En una variante el por lo menos una variante de fibra óptica 5 se puede arreglar dentro de la capa aislante misma que circunda el cable de potencia 4. Normalmente, además, tal cable también tiene una conexión magnética al tubo.

La Fig. 4 muestra una cuarta y segunda modalidad más simple de un tubo umbilical de alta potencia K4. El tubo umbilical de alta potencia K4 se utiliza típicamente durante instalación y reparación. También hay un tubo umbilical de potencia de un solo conductor K¡¡ que se prepara para ser un cable en tándem DEH (Calentamiento Eléctrico Directo) . El tubo umbilical de alta potencia K4 se construye correspondiente al tubo umbilical de alta potencia K3, pero con la adición de atados ensamblados de barras de fibra de carbono 7 que representan elementos portadores de carga. La resistencia axial es' necesaria bajo instalación de retroalimentación en el hecho marino y durante la reparación.

La Fig. . 5 muestra un tubo umbilical de alta potencia K5 en la forma de un tubo umbilical de alta potencia DEH de tres conductores que tiene tres cables de potencia de calibre pesado 4, uno de los conductores de fibra 5, forro exterior 1 y los elementos de perfil mencionados 2 que se adaptan a este tubo umbilical de potencia. K5.

La Fig. 6 muestra un tubo umbilical de potencia K6 en la forma de un tubo umbilical de potencia DEH dinámico de dos conductores que tiene dos cables de potencia de calibre pesado 4, uno o más conductores de fibra 5, forro exterior 1, un número mayor de barras de fibra de carbono 7 y los elementos de perfil mencionados 2 que se adaptan justo a ese tubo umbilical de potencia K6. El tubo umbilical de potencia K6 se diseña para aguas particularmente profundas.

La Fig. 7 muestra un tubo umbilical de potencia dinámico K7 en la forma de un tubo umbilical de potencia DEH dinámico de dos conductores combinado y un cable de alto voltaje de seis conductores para equipo marino. El tubo umbilical de potencia K7 incluye los cables de potencia de potencia de calibre pesado 4, seis cables de alto voltaje 4', uno o más conductores de fibra óptica 5, un forro exterior 1, un mayor número de barras de fibra de carbono 7 y los elementos de perfil mencionados 2 que se adaptan de ese tubo umbilical de potencia K7. EL tubo umbilical de potencia K7 se diseña para combinar una función DEH en el cable con cables de potencia para equipo submarino tal como estaciones de bombeo .

La Fig. 8 muestra un tubo umbilical de potencia Ks en la forma de un tubo umbilical de potencia DEH dinámico de dos conductores diseñado para ser desplegado en aguas profundas menores de aproximadamente 1000 metros. El tubo umbilical de potencia K8 incluye cuatro cables de potencia de calibre pesado 4, uno o más conductores de fibra óptica 5, un forro exterior 1, un mayor número de barras de acero que adicionan peso 7''' que tienen secciones transversales más grandes y más pequeñas y los elementos de perfil mencionados 2 que se ajustan a este tubo umbilical de potencia KQ .

La Fig. 9 muestra un cable "en tándem" K3 sobre un tubo de producción 10 en la forma de cable K3 que se tiene y se ata típicamente con seguridad en un sistema de calentamiento DEH.

La Fig. 10 muestra esquemáticamente una sección a través de un cable DEH donde un canal de agua que se extiende radialmente Ci se marca y se muestra claramente. El canal de agua Cl puede ser una perforación, por ejemplo un agujero de 10 ni a través del forro exterior 1, los elementos de perfil 2, 3 y hacia el cable de potencia 4 apropiado. Se muestra además un canal C2 entre la funda exterior 11 del cable de potencia 4 y la pared interior de los elementos de perfil 3. El espesor de canal se indica que es de 3mm, sin ser una limitación. De esta manera un canal C2 se arregla en la dirección longitudinal completa del cable y se interrumpe por los canales que se extienden radiales Cl en ciertos intervalos. También se indica un cable de fibra óptica 5.

La Fig. 11 muestra esquemáticamente diagramas de corriente y voltaje para corrientes capacitivas para diferentes distancias entre los canales de agua Cl y la dirección longitudinal el cable y sin conductor de fibras ópticas y la sección transversal del mismo. Los diagramas muestran los resultados cuando los canales de agua, o los agujeros de drenaje Cl, tienen una distancia separada de 10, 100 y 1000 metros a lo largo de la longitud del tubo umbilical de potencia K. En el análisis que se condujo se observó el efecto de las corrientes de carga capacitivas en la acumulación de voltaje a lo largo de la funda de cables semiconductor 1 que tiene un espesor de 6mm. Un voltaje de cable entre el conductor y la tierra fue de 10 kV a 50 Hz.

La Fig. 12 muestra otra variante de un cable "en tándem" K3 en un tubo de producción 10, es decir, tiene tres cables montados sobre y atados con seguridad al tubo de producción 10 con aproximadamente la misma distancia circunferencial separados entre si. Los cables se distribuyen alrededor de la circunferencia a fin de disminuir la temperatura operacional.

La Fig. 13 muestra esquemáticamente la distribución de corriente eléctrica dentro de un sistema DEH. Si el sistema de calentamiento, es decir el sistema completo de tubos, conexiones y cables se aislaron eléctricamente del agua de mar, toda la corriente de los distribuidores se conduciría en el tubo de acero, lo que significa una eficiencia de potencia óptima para el sistema. Sin embargo, desde un punto de vista práctico y durante el tiempo de vida del sistema, no se considera posible mantener el sistema de calentamiento aislado idealmente del agua de mar. De esta manera un error eléctrico debido al envejecimiento, o daño, en el aislamiento por accidente, da por resultado grandes consecuencias para la seguridad y conflabilidad del sistema.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un tubo umbilical de alta potencia integrado, preparado como un cable de calentamiento eléctrico directo, que incluye por lo menos un cable de alta potencia para transferir grandes cantidades de energía/potencia eléctrica, material rellenador en la forma de elementos de plástico alargados, rígidos, que se tienden por lo menos parcialmente alrededor y entre los cables de alta potencia, que se recolectan colectivamente en un atado retorcido por medio de una operación de tendido y cerrado, y una funda protectora que encapsula los cables de alta potencia y el material rellenador, caracterizado porque los elementos circundantes, es decir, el material rellenador y la funda, se hacen de un material semiconductor, el material semiconductor que es capaz de drenar, o disipar, corrientes capacitivas que surgen en el tubo umbilical de alta potencia cuando el cable de alta potencia conduce grandes cantidades de energía/potencia eléctrica, y que los elementos de plástico alargados, rígidos incluyen canales que se extienden longitudinalmente para recibir el agua de mar, y la funda exterior protectora comprende sustancialmente canales que se extienden Radialmente que comunican con los canales que se extienden longitudinalmente, el agua de mar que forma comunicación para transportar lejos o disipar las corrientes capacitivas generadas en el tubo umbilical de alta potencia, y que por lo menos un conductor eléctrico de alto ohm metálico adicional está arreglado en la sección transversal del tubo umbilical de alta potencia y se extiende en la dirección longitudinal del tubo umbilical de potencia, el por lo menos un conductor eléctrico que está localizado separado de y externo de los cables de alta potencia, el por lo menos un conductor eléctrico que es capaz de drenar, o disipar, las corrientes capacitivas que surgen en el tubo umbilical de alta potencia cuando conduce grandes cantidades de energía/potencia eléctrica .

2. El tubo umbilical de alta potencia integrado de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque (ambos de por lo menos uno de) los elementos de plástico alargados, rígidos y la funda exterior protectora se hacen de un material semiconductor, por ejemplo polietileno (PE), cloruro de polivinilo (PVC), polipropileno (PP) y acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), todos con la adición de carbono.

3. El tubo umbilical de alta potencia integrado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque por lo menos un conductor de fibra óptica se arregla en el tubo umbilical de alta potencia, el conductor de fibra óptica que es capaz de supervisar la condición del tubo umbilical de alta potencia en una base continua, en donde una variación de temperatura o un alargamiento dentro de una fibra generará una señal de advertencia .

4. El tubo umbilical de alta potencia integrado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque los cables de alta potencia eléctricos, el material rellenador y el por lo menos un conductor eléctrico se tienden y se encierran en SZ, es decir se tienden y se encierran alternativamente mediante dirección continuamente alternante, en la totalidad o parte de la extensión longitudinal del tubo umbilical de alta potencia, combinados con aquel del atado tendido y encerrado en SZ se mantiene rígido en torsión sustancialmente fijo por la funda protectora, alternativamente se tiende y se encierra en la forma tradicional.

' 5. El tubo umbilical de alta potencia integrado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque los cables de alta potencia eléctricos, el material rellenador y el por lo menos un conductor eléctrico se tienden y se encierran en la forma tradicional en una hélice.

6. El tubo umbilical de alta potencia integrado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque los cables de alta potencia eléctricos son cables de tres fases, los cables de tres fases que se arreglan en un triángulo dentro de la sección transversal de los mismos, que están ya sea en contacto entre sí o con los perfiles semiconductores.

7. El tubo umbilical de alta potencia integrado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque el tubo umbilical de alta potencia incluye alambres eléctricos y/o conductores de fibra óptica que también se extienden y se encierran en una configuración en SZ y se localizan internos de la funda exterior, alternativamente se tienden y se encierran en la forma tradicional.

8. El tubo umbilical de alta potencia integrado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque por lo menos un elemento portador de carga se localiza predeterminado en la sección transversal del tubo umbilical de alta potencia, los elemento (s) que también se tienden y se encierran en una configuración en SZ, se tienden y se encierran alternativamente en la forma tradicional .

9. El tubo umbilical de alta potencia integrado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado porque el tubo umbilical de potencia incluye una banda anti-rotación o banda de resistencia, o una cinta, que se enrolla helicoidalmente alrededor del atado justo interno de la funda protectora, alternativamente, la banda de resistencia, o la cinta, se enrolla helicoidalmente alrededor del atado en dos o más capas, se tienden y se encierran en direcciones opuestas.

10. El tubo umbilical de alta potencia integrado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizado porque los elementos portadores de carga son barras de fibra de carbono, cuerdas de acero, alambres de acero o una combinación de estos.

11. El tubo umbilical de alta potencia integrado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-10, caracterizado porque el tubo umbilical de potencia incluye por lo menos un tubo de fluido en su sección transversal, el tubo que se hace de un material de metal y/o plástico de alto ohm o no conductor, se encierra y se tiende en la misma configuración como los otros elementos.

12. Un tubo umbilical de alta potencia integrado que incluye un número de cables de alta potencia para transferir grandes cantidades de energía/potencia eléctrica, material rellenador en la forma de elementos de plástico alargados, rígidos, que se tienden por lo menos parcialmente alrededor y entre los cables de alta potencia, que se recolectan colectivamente en un atado retorcido por medio de una operación de tendido y cerrado, y una funda protectora que encapsula los cables de alta potencia y el material rellenador, caracterizado porque por lo menos uno de los elementos circundantes, es decir el material rellenador o la funda, se hacen de un material semiconductor, el material semiconductor que es capaz de drenar, o disipar, corrientes capacitivas que surgen en el tubo umbilical de alta potencia cuando el cable de alta potencia conduce grandes cantidades de energía/potencia eléctrica, y que el por lo menos un conductor de fibra -óptica se arregla en el tubo umbilical de alta potencia, el conductor de, fibra óptica que es capaz de supervisar la condición del tubo umbilical de alta potencia sobre una base continua, en donde una variación de temperatura o un alargamiento dentro de una fibra generará una señal de advertencia.

13. El tubo umbilical de alta potencia integrado de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el por lo menos un conductor de fibra óptica se arregla dentro de la capa de aislamiento que encapsula el cable de alta potencia, el conductor de fibra óptica que es capaz de supervisar la condición del tubo umbilical de alta potencia sobre una base continua, en donde un incremento de temperatura o un alargamiento dentro del por lo menos un conductor de fibra óptica generará una señal de advertencia.

14. El tubo umbilical de alta potencia integrado de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el por lo menos un conductor de fibra óptica se arregla dentro de un canal que se extiende longitudinalmente en el material rellenador que forma de la capa protectora que circunda el cable de alta potencia y el aislamiento de los cables de alta potencia, el conductor de fibra óptica que es capaz de supervisar la condición del tubo umbilical de alta potencia sobre una base continua, en donde un incremento de temperatura o un alargamiento dentro de el por lo menos un conductor de fibra óptica generará una señal de advertencia.