NO345433B1 - Elektrisk oppvarmet rør til fluidtransport - Google Patents

Description

Fagfelt

Det tekniske fagfelt av foreliggende oppfinnelse er det av rør til transport av fluider så som hydrokarboner.

Bakgrunn

Det er vanlig for termisk isolerte rør å bli brukt til å føre visse hydrokarboner som tenderer til å stivne og forårsake blokkeringer, hvor ett kjent eksempel er det av råolje transportert mellom undersjøiske utvinningsbrønner og en sentral prosesseringsenhet beliggende på en rigg i en avstand på flere kilometer. Imidlertid er det ikke i stand til å hindre blokkeringer når fluidet stopper opp, selv om det isolerte rør muliggjør å begrense nedkjølingen av hydrokarbonene til et akseptabelt nivå under strømmingen. Operatøren har ulike løsninger så som for eksempel installasjon av et annet rør parallell til det første og koblet til sin ytterste ende for å kunne spyle røret ved å bruke et inert fluid i tilfelle av tilstoppingen av brønnen, hvor slike fluid er lagret på og pumpet fra den sentrale riggen. Andre fremgangsmåter omfatter innsprøytingen av kjemiske produkter for å hindre tilstoppingen. Disse løsningene krever imidlertid installasjon av ytterlige rør og tungt utstyr på riggen.

Oljetransportrør kan være oppvarmet for å unngå formasjon av plugger inne i røret, som brukt for eksempel i raffinerier eller andre steder som er følsomme for frost. Her kan elektriske varmekabler anordnes langs røret. Dessuten kan et lag av termisk isolering anordnes rundt varmekablene for å redusere varmetap til det omgivende miljø og å forbedre oppvarmingseffektiviteten for det transporterte fluid, og dens temperaturbevaring. Avhengig av kvaliteten av den termiske isolasjonen spres mer eller mindre varme til miljøet som omgir røret. Varmetapet kompenseres med en effekttilførsel produsert av varmekablene.

Patent US-6145547 fremlegger et dobbel-omsluttet rør i hvilket et åpen-poret materiale ved redusert trykk muliggjør en klar forbedring av varmeisolasjonen. Elektriske varmekabler etter Joule-effekten kan anordnes i et slikt rør, imidlertid observeres rask nedbrytning av de elektriske varmekabler når forsyningsspenningen overstiger noen få hundre volt. Nedbrytingen av de elektriske varmekablene bevirker til slutt kortslutning og ødeleggelse av det elektriske oppvarmingssystem. Kraftinnmating inn i hver varmekabel blir derfor begrenset for å unngå dens nedbrytning. Denne begrensete effekttilførselen i hver kabel må kompenseres med særlig effektivt termisk isolering for å unngå behov for et stort antall elektriske kraftinnmatingspunkter.

NO20120557 beskriver en hydrokarbontransportanordning innrettet for a senkes ned og anordnes ved et utvinningsbrønnhode, omfattende et første rør gjennom hvilket et første fluid som forlater utvinningsbrønnen strømmer, hvor det første røret er anordnet i en utvendig beskyttelsesmantel, et styresystem for a styre temperaturen i det første røret ved a styre et aktiveringselement for et reguleringssystem for a regulere en varmeveksling mellom det første røret og et væskeformig medium som fyller den neddykkede utvendige mantelen, hvor reguleringssystemet omfatter i hvert fall et andre rør som er anordnet rundt det første røret og avgrenser et ringrom som omgir minst ett reguleringsfluid, hvor reguleringsfluidet blir injisert inn i eller drevet ut fra ringrommet av aktiveringselementet for reguleringssystemet.

NO734331 beskriver en elektrisk kabel omtattende en kjerne i en korrugert metallmantel, hvor et mykt, rörformet belegg omgir kjernen, idet mantelens korrugeringer over i det minste en del av deres dybde trenger inn i det myke, rörformede belegg for å danne en innbyrdes inntrengning mellom sistnevnte og mantelen, hvor det myke, rörformede belegg er dannet av et materiale som har stor elektrisk ledningsevne.

NO143598 beskriver en enleder høyspent sterkstrømkabel for bruk i marine omgivelser, særlig for energitransport til eller fra en fralandsplattform, hvor kabelen er forsynt med en elektrisk hovedleder for energitransport, isolasjon for denne lederen, en ytre skjerm eller armering som omfatter metalliske elementer og en ytre beskyttelseskappe, hvor kabelen dessuten omfatter minst en vektjusterende sone fylt med materiale(r) med en hensiktsmessig egenvekt, f.eks. mindre enn vannets egenvekt, hvor de(n) vektjusterende sone(r) er anbragt helt innesluttet i hovedlederen, som er metallisk og tett, og således er helt innkapslet i. lederens metall, og/eller fullstendig utenfor den ytre skjerm eller armering som likeledes er metallisk og tett, slik at materialet i de(n) vektjusterende sone(r) ikke utsettes for elektromagnetiske feltgradienter som skriver seg fra kabelens spenningsf~rende elementer.

Oppsummering

Målet med denne oppfinnelsen er å avhjelpe ulempene i den kjente teknikken ved å tilveiebringe en transportrørledning oppvarmet av elektriske kabler etter Joule-effekten for å gjøre stor effekttilførsel i hver varmekabel mulig mens effektivt termisk isolering bevares.

Dette mål oppnås takket være et oppvarmet rør til transport av et fluid som omfatter:

- en fluidtransporterende omslutning,

- én eller flere elektriske varmekabler alle anordnet langs transportomslutningen, hvor hver kabel omfatter en elektrisk ledende kjerne anordnet i en elektrisk isolerende og varmeledende mantel,

- et varmeisolerende materiale påført på nevnte varmekabel eller kabler og på transportomslutningen,

- en ekstern omslutning anordnet rundt det varmeisolerende materiale og utført integrert med transportomslutningen på en forseglet måte for å definere minst ett annulært rom for å gjøre det mulig å redusere dens trykk,

som omfatter én eller flere midler for å redusere delvise elektriske utladinger mellom nevnte varmekabel eller kabler og transportomslutningen, hvor de nevnte midlene omfatter et utvendig halvledende lag (102) med en tykkelse på mellom 20 µm og 2000 µm, eller ett utvendig lag (102) av elektrisk ledende materiale med en tykkelse på mellom 1 µm og 2000 µm, påført mantelen (101) av elektrisk isolerende materiale på hver varmekabel (3), slik at ladninger på en ekstern overflate av kabelen dreneres mot kontaktsoner mellom kabel og transportomslutning.

Ifølge en annen særegenhet ved oppfinnelsen omfatter det utvendige halvledende lag omfatter et elektrisk isolerende materiale som danner en matrise i hvilken partikler av karbon er tatt med, hvor karbon-partikelkonsentrasjonen gjør det mulig med en sammenhengende elektrisk strøm som går gjennom matrisen.

Ifølge en annen særegenhet ved oppfinnelsen omfatter midlene til å redusere de delvise elektriske utladinger et eksternt halvledende lag med mellom 20 µm og 2000 µm tykkelse, påført på nevnte mantel av elektrisk isolerende materiale på hver varmekabel, omfatter det eksterne halvledende lag et elektrisk isolerende materiale som danner en matrise i hvilken karbonpartikler er tatt inn, hvor konsentrasjonen av karbonpartikler gjør det mulig med en sammenhengende elektrisk strøm som går gjennom matrisen.

Ifølge en annen særegenhet ved oppfinnelsen omfatter midlene til å redusere de delvise elektriske utladinger et internt halvledende lag med mellom 20 µm og 2000 µm tykkelse, anordnet mellom nevnte kjernen og nevnte mantel til hver kabel omfatter det indre halvledende lag et elektrisk isolerende materiale som danner en matrise i hvilken karbonpartikler er tatt med, hvor konsentrasjonen av karbonpartikler gjør det mulig med en sammenhengende elektrisk strøm som går gjennom matrisen.

Ifølge en annen særegenhet ved oppfinnelsen omfatter midlene for å redusere delvise elektriske utladinger minst ett elektrisk isolerende belegg med mellom 100 µm og 1000 µm tykkelse påført transportomslutningen.

Ifølge en annen særegenhet ved oppfinnelsen omfatter det elektrisk isolerende belegg polymerer med en elektronemisjonskoeffisient mindre enn den av stål.

Ifølge en annen særegenhet ved oppfinnelsen omfatter det elektrisk isolerende belegg epoksy-polymerer.

Ifølge én særegenhet ved oppfinnelsen omfatter midlene til å redusere de delvise elektriske utladinger minst én isolerende gass med et partialtrykk mellom 1 mbar og 1000 mbar innført inn i annulærrommet og spredning opp til transportrøret, hvor den isolerende gassen utgjør 30 til 100 % av hele gassmassen i annulærrommet.

Ifølge en annen særegenhet ved oppfinnelsen er den isolerende gassen en elektronegativ gass.

Ifølge en annen særegenhet ved oppfinnelsen ligger partialtrykket til den isolerende gassen mellom 1 mbar og 50 mbar.

Ifølge et annet trekk ved oppfinnelsen utgjør den isolerende gassen mindre enn 100 % av gassen i annulærrommet, som i tillegg omfatter én eller flere andre gasser alle med en termisk ledningsevne på mindre enn eller lik 27 mW <. >m<-1 . >K<-1>.

Ifølge et annet trekkt ved oppfinnelsen omfatter gassen eller gassene luft eller nitrogen.

Ifølge en annen særegenhet ved oppfinnelsen er midlene til å redusere de delvise elektriske utladinger anordnet for å hindre delvise elektriske utladinger for en forsyningsspenning av den elektriske varmekabelen eller kabler på minst 300V for et redusert trykk i annulærrommet på mellom 1 mbar og 100 mbar.

En første fordel er at fluidtransportrøret kan være formgitt til å være kompakt over det hele takket være kombinasjonen av effektivt termisk isolering ved redusert trykk og elektriske varmekabler etter Joule-effekten med liten diameter, typisk 10 mm eller til og med 5 mm. Vesentlig krafttilførsel kan altså lages uten for tidlig nedbrytning av kablene.

Én fordel med foreliggende oppfinnelse er også at midlene for å redusere de delvise utladinger i annulærrommet muliggjør spenninger på 1000V eller til og med 3000V for på denne måten å tillate effektive varmeeffektinnmating som skal gjøres for hver kabel som strekker seg langs et sammenhengende annulært rom ved redusert trykk på flere kilometer eller til og med flere titalls kilometer.

En annen fordel med foreliggende oppfinnelse ligger i det faktum at annulærrommet, etter å ha blitt utstyrt med midlene til å redusere de delvise elektriske utladinger, varig beholder sine termiske isolasjonsegenskaper kombinert med vesentlig tilgjengelig elektrisk effekt.

Én fordel med foreliggende oppfinnelse er også anvendelse på annulære rom som strekker seg langs hele røret så vel som til individuelt forsynte segmenterte annulære rom.

Én fordel med foreliggende oppfinnelse ligger også i det faktum at eksisterende elektrisk oppvarmede dobbelt omsluttede rør som omfatter et annulært rom ved redusert trykk, kan lett utstyres med midler i henhold til oppfinnelsen for å redusere delvise elektriske utladinger og på denne måten muliggjøre mer vesentlige innmating av elektrisk effekt for et samme avsnitt av elektrisk ledning i bruk.

En annen fordel med foreliggende oppfinnelse er at den setter operatøren til et oljefelt i stand til å installere en hydrokarbonproduksjonslinje ved å bruke utstyr som bruker lite plass på oljeriggen, som er spesielt fordelaktig særlig for installasjoner som kobler nye brønner til eksisterende rigger. Den elektriske oppvarmingseffekten er egentlig lav og alt utstyr som brukes som regel for start- og sluttfasene av et passivt rør, i betydning av ikke-oppvarmet, kan altså sterk reduseres. Slikt utstyr er for eksempel utstyr for å injisere fluidiserte produkter eller inerte erstatningsfluider og utstyr for å spyle eller oppvarme disse fluidene.

En annen fordel av en slik type installasjon er at den muliggjør en produksjonslinje som skal stenges ned umiddelbart, at en slik nedstenging ikke krever at linjen renses i en begrenset tid, og på denne måte å redusere faren for ulykker samt å forbedre sikkerheten til operatørene.

Kort omtale av figurene

Andre karakteristikka, fordeler og spesielle trekk ved oppfinnelsen kommer til å bli mer tydelig på bakgrunn av de ytterlige beskrivelser anført nedenfor gjennom eksempler og med henvisning til tegningene, hvor:

- Figur 1 representerer et langsgående snitt av et oppvarmet fluidtransporterende rør, - Figur 2 representerer en detalj i figur 1,

- Figur 3 representerer et tverrsnitt gjennom et oppvarmet fluidtransporterende rør, - Figur 4 representerer en prosess for å implementere et oppvarmet fluidtransporterende rør utstyrt med midler for å redusere de delvise elektriske utladinger, hvor prosessen omfatter innsprøytingen av en isolerende gass inn i annulærrommet, - Figur 5 representerer et tverrsnitt gjennom en varmekabel,

- Figurene 6 og 7 representerer hver et tverrsnitt gjennom en varmekabel utstyrt med midler for å redusere de delvise elektriske utladinger som foreliggerer i form av én eller flere ytterlige lag,

- Figur 8 representerer en detalj i oppsettet av varmekabelen med tanke på midlene til å redusere de delvise elektriske utladinger som omfatter et isolerende belegg påfort transportrøret,

- Figur 9 representerer et langsgående snitt av et oppvarmet fluidtransporterende rør som omfatter et på langs segmentert annulært rom, og

- Figur 10 representerer et langsgående snitt av et oppvarmet fluidtransporterende rør som omfatter et annulært rom som strekker seg langs røret.

Detaljert beskrivelse av utførelsesformer

Oppfinnelsen skal nå beskrives mer detaljert.

Figur 1 viser et langsgående snitt av et oppvarmet fluidtransporterende rør 1. Det oppvarmede rør 1 omfatter en transportomslutning 2 anordnet i en utvendig omslutning 7. Omslutningene 2 og 7 er koblet sammen ved sine ender med forsterkningsringer 9. Annulærrommet 8 avgrenset av den eksterne omslutningen 7 og transportomslutningen 2 er lukket hermetisk. Passasjene til de elektriske kablene eller åpningene til trykksettingen vises ikke i figur 1 for tegningens klarhet sin skyld.

Annulærrommet 8 kan settes på redusert trykk i betydning av trykk lavere enn atmosfærisk trykk. Dens termiske isolasjonsegenskaper blir på denne måten optimalisert.

Annulærrommet kan også forbli ved atmosfærisk trykk. Termisk isolering blir da redusert sammenlignet med et annulært rom ved redusert trykk. For å forbedre de termiske isolasjonsegenskaper, foretrekkes at trykket reduseres i annulærrommet.

Det er også mulig at tvunget trykk etableres i annulærrommet, nemlig trykk høyere enn atmosfærisk trykk, imidlertid reduseres de termiske isolasjonsegenskaper da også.

Et varmeisolerende materiale 6 er anordnet inne i annulærrommet. Dette varmeisolerende materiale, så som det som vist, muliggjør nemlig at den eksterne omslutningen 7 støttes under sammenstillingen. Et mer fleksibelt varmeisolerende materiale som bruker avstandsstykker for å sikre støttefunksjonen kan også vurderes.

Videre er det varmeisolerende materiale 6 som fyller annulærrommet et åpen-poret materiale å sette det istand til å settes på redusert trykk. Det varmeisolerende materiale 6 er anordnet på de elektriske varmekabler 3 og på transportomslutningen 2 for å fremme oppvarmingen av transportomslutningen 2.

Det indre av annulærrommet 8 omfatter en blanding av forhåndsbestemte gasser ved forhåndsbestemt trykk. Trykket i annulærrommet er for eksempel mellom 1 mbar og 1000 mbar, dvs 10² til 10<5 >Pa. Denne gassblandingen kan omfatte luft eller nitrogen.

I figur 1 vises skjematisk to kabler, men røret kan selvfølgelig omfatte et større antall kabler, så som tolv kabler, som vist i snittet i figur 3. En enkel kabel kan også vurderes til oppvarmingen.

Hver varmekabel kan danne en energi-forsynt løkke, eller grupper med tre varmekabler kan energi-forsynes av en 3-fas forsyning i form av et trekant- eller stjerne-oppsett. Grupper med kabler kan også tilveiebringes som er multipler av 3, så som for eksempel 6 kabler pr gruppe, hvor hver gruppe blir energi-forsynt av en 3-fas forsyning.

Som vist i figur 2 omfatter hver kabel 3 minst én elektrisk ledende kjerne anordnet i en elektrisk isolerende varmeledende mantel. Den elektriske varmekabelen kan være av en enkel struktur som er forholdsvis rimelig, eller spesifikke kabler som kombinerer et større antall materialer kan brukes, som det skal beskrives nedenfor.

Figurene 1 og 2 viser også lett bølgete kabler 3 for bedre å illustrere oppfinnelsen, men oppfinnelsen blir selvfølgelig anvendt på samme måte som kabler strukket tett mot det indre rør 2.

Det varmeisolerende materiale 6 er tilpasset profilen av kablene 3 og delvis omslutter disse. De oppvarmede kablene 3 installert her direkte langs transportomslutningen er delvis anordnet i kontakt med transportomslutningen 2 og delvis med kort avstanden fra den som vist i figur 2. Dette oppsettet skaper inntrykket av deler av kablene elektrisk ladet ved overflaten i de sonene hvor disse kablene ligger med avstand fra transportomslutningen 2 når kabelen er forsynt med elektrisk energi.

På liknende måte kan perifere forskjeller i potensiale i de sonene hvor kabelen er i kontakt med transportrøret opptre mellom de delene av kabelen vendt mot røret og de delene av kabelen vendt bort fra røret når kabelen er forsynt med energi.

Når forsyningsspenningen til varmekabel 3 overstiger en kritisk terskel bevirker akkumuleringen av overflateladninger på kablene en delvis elektrisk utlading mellom den ladete sonen av kabelen og transportomslutningen 2 og ionisering av gassen rundt.

Faktisk har undersøkelser vist at varmekablene også er utsatt for koronaeffekt og delvis elektrisk utlading selv om klassisk Paschen’s lov for å bestemme den delvise utladingsspenning mellom to metalliske elektroder atskilt av en gass ikke kan anvendes direkte.

Undersøkelser har også vist at disse delvise elektriske utladinger kan fremkalles mellom transportomslutningen og den eksterne overflaten til varmekabelen når det finnes sterk akkumulering av overflateladninger på kabelen for en forhåndsbestemt spenning inne i kabelen.

Undersøkelser har også vist at delvise utladinger er fremmet pga lav trykk og høy elektrisk spenning i kablene.

Undersøkelser har videre vist at hver delvis utlading fører til nedbryting av varmekabelen på det stedet hvor utladingen frembringes slik at de delvise elektriske utladingene fører til nedbrytingen av den elektrisk isolerende delen av hver kabel pga det høye antall delvise utladinger som til slutt fører til lokal ødeleggelse av isolasjonen og kortslutning.

Foreliggende oppfinnelse bruker med fordel midler for å redusere de delvise elektriske utladinger mellom de elektriske kablene og transportomslutningen.

Rør, elektrisk oppvarmet av Joule-effekten i henhold til oppfinnelsen, kan benyttes på land, under bakken eller til havs.

Første midler til å redusere de delvise elektriske utladinger består i å bruke en gassblanding i annulærrommet som omfatter en elektrisk isolerende gass som utgjør 30 til 100 % av massen til gassblandingen. Den isolerende gassen er for eksempel svovel hexafluorid S-F6, kloroform H-Cl3 eller karbon tetraklorid C-Cl4. Disse eksempler på gasser kalles elektronegativ og de muliggjør å eliminere de frie elektroner som kunne føre til start av delvise utladinger.

Den isolerende gassen er for eksempel fullstendiggjort med luft eller nitrogen. En gassblanding i annulærrommet omfatter for eksempel 50 % nitrogen og 50 % S-F6.

Gassen eller gassene lagt til den elektrisk isolerende gassen har fortrinnsvis en termisk ledningsevne mindre eller lik 27 mW<.>m<-1.>K<-1>.

Effekten som spres gjennom bortledning gjennom en stasjonær luftspalte (i mW) kan beregnes av produktet av den termiske konduktiviteten (i mW<.>m<-1.>K<-1>) av temperaturgradienten (i K) og overflaten (i m²) delt på tykkelsen av luftspalten (i m).

Partialtrykket av den isolerende gassen er for eksempel mellom 1 og 1000 mbar og fortrinnsvis mellom 1 og 50 mbar.

Overraskende med tanke på de kjente anvendelser av en elektronegativ gass, kan en slik gass benyttes så som svovel hexafluorid S-F6 ved svært lavt trykk.

Figur 4 viser en prosess for å implementere et oppvarmet fluidtransporterende rør omfattende en elektrisk isolerende gass ved redusert trykk injisert inn i dens annulærrom.

Først anordnes kablene rundt og langs den fluidtransporterende omslutningen. Hver kabel omfatter en elektrisk ledende kjerne anordnet i en elektrisk isolerende varmeledende mantel.

Et varmeisolerende materiale anordnes deretter rundt de elektriske varmekabler.

Ringkompressorer holder flakene av varmeisolerende materiale rundt kablene. Det åpen-porete varmeisolerende materiale, fremstilt for eksempel av pyrogenisk silika, omslutter et stort volum av gass. En blokk av åpen-poret isolerende materiale omfatter for eksempel mellom 50 og 95 volum% gass.

Den indre omslutningen og det varmeisolerende materiale blir deretter innført i en ekstern omslutning.

Denne eksterne omslutningen blir så skjøtet hermetisk til den indre omslutningen, minst ved de to endene av røret eller ved de to endene av hvert røravsnitt. Den eksterne omslutningen begrenser på denne måten et forseglet annulært rom egnet til å bli satt på redusert trykk.

Luft pumpes så ut av annulærrommet. Luften pumpes inntil et gjenstående trykk er nådd som er lavere enn det endelige trykk som skal oppnås. Det gjenstående trykk er for eksempel, mindre enn 50 % av det endelige trykk. Slik pumping gjennomføres ved å aktivere en pumpe tettende koblet til annulærrommet.

Pumpingen kan utføres ved hjelp av en munning i en forsterkende ring eller ved hjelp av en munning borret i den eksterne omslutningen og ment å bli forseglet etterpå.

En isolerende gass blir så innført inn i annulærrommet. Den isolerende gassen innføres frem til det endelige ønskete trykk er oppnådd. Den isolerende gassen kommer for eksempel, fra en tank tettende koblet til annulærrommet.

Til slutt blir annulærrommet forseglet. Det annulære mellomrom omfatter på denne måten en gassblanding som omfatter en andel av elektrisk isolerende gass.

Trykkreduksjonen kan også gjøres direkte fra det endelige trykket uten at isolerende gasser blir injisert, andre midler for å redusere de delvise elektriske utladinger blir implementert.

I tilfelle av at hvert røravsnitt omfatter et annulært rom, blir alle avsnitt klargjort på fabrikken før de settes sammen for å danne rørledningen.

Annulærrommet kan være forseglet i et kontrollert miljø slik at gassblandingen komponeres 100 % av elektrisk isolerende gass.

I tilfellet av et rør som omfatter et sammenhengende annulærrom sammenstilles avsnittene til å danne annulærrommet som deretter blir kondisjonert av prosessen i henhold til oppfinnelsen.

Etter å ha fått i seg gassblandingen omfatter annulærrommet minst én elektrisk isolerende gass ved partialtrykk på mellom 1 og 1000 mbar og som utgjør 30 % til 100 % av gassblandingens masse. Med fordel beholder røret etter å ha blitt forseglet sine varmeisolerende egenskaper kombinert med vesentlig tilgjengelig elektrisk effekt over hele dens levetid. En annen fordel med foreliggende oppfinnelse er derfor at gassen forblir avgrenset inne i annulærrommet.

Figur 5 viser et tverrsnitt gjennom én utførelsesform av en varmekabel. Varmekabelen kan være en kabel som omfatter en ledende kjerne 100 og en mantel 101 laget av elektrisk isolerende materiale.

Den ledende kjernen 100 er for eksempel én-trådet eller en flettet flertrådet vaier; enkeltråden eller enkeltrådene kan fremstilles av kobber, stål, jern, aluminium eller av en legering av én av disse materialene.

Den elektrisk isolerende mantelen 101 omgir kjernen 100. Denne mantelen 101 er for eksempel laget av et plastmateriale så som tetrafluoroetylen, polyetylen (PE), silisium, etylen-propylen, krysslinkbare polyetylen-forbindelse (XLPE) eller polyvenylklorid (PVC).

Kjernen 100 har for eksempel en diameter mellom 0,5 mm og 5 mm og laget 101 av elektrisk isolerende materiale har en tykkelse for eksempel mellom 50 µm og 1000 µm.

Andre midler for å redusere de delvise elektriske utladinger består i å bruke bestemte elektriske varmekabler slik som de vist i figurene 6 og 7.

Figur 6 viser et tverrsnitt gjennom en varmekabel utstyrt med midler for å redusere de delvise elektriske utladinger som foreliggerer i form av et dopet utvendig lag. Det eksterne dopete lag 102 har en tykkelse på mellom 20 µm og 2000 µm og er påført nevnte mantel 101 av elektrisk isolerende materiale på hver varmekabel 3e.

Det eksterne lag 102 drenerer ladningen på den eksterne overflaten til kabelen 3e mot transportomslutningen 2 takket være sonene med kontakt mellom transportomslutningen og alle kabler. Denne dreneringen forhindrer at ladete soner på den eksterne overflaten til kabelen oppstår.

Hvert dopete lag er for eksempel laget av et isolerende materiale dopet med partikler av karbon-baserte ledende partikler. Det dopete lag omfatter for eksempel en elektrisk isolerende matriks av fluoroetylen, polyetylen, tetrafluoroetylen eller silisium. Denne elektrisk isolerende matriks er for eksempel dopet med korn eller flak av grafitt eller sot.

For hvert dopete lag, også kallt halvledende lag, blir det dopet ved et nivå som overstiger perkoleringsterskelen for på denne måten for å gjøre det mulig for de ledende dopingpartikler å opprette en sammenhengende elektrisk link gjennom matrisen som inneholder disse partiklene.

Det eksterne lag 102 til hver kabel kan også være laget av et elektrisk ledende materiale. Dette elektrisk ledende materiale er for eksempel en ledende maling eller et elektrisk ledende belegg påført i et vakuum. Tykkelsen av dette lag av ledende materiale er for eksempel på mellom 1 µm og 2000 µm.

Det ledende belegg som danner lag 102 omfatter for eksempel kobber, stål, jern, aluminium eller en legering av disse metaller.

Den ledende maling som danner lag 102 omfatter for eksempel et bindemiddel innbefattet kobber, stål, jern, aluminium eller en blanding av disse elementene hvor dens konsentrasjon i bindemiddelet muliggjør sammenhengende ledning.

Figur 7 viser et tverrsnitt gjennom en varmekabel utstyrt med midler for å redusere de delvise elektriske utladinger som foreliggerer i form av et dopet utvendig lag 102 og innvendig lag 103.

Det dopete indre lag 103 er laget i en tykkelse på mellom 20 µm og 2000 µm. Dette dopete indre lag er anordnet mellom kjernen 100 av elektrisk ledende materiale og mantelen 101 av elektrisk isolerende materiale til hver kabel 3d. Med fordel har dette dopete indre lag 103 en dreneringsfunksjon og hindrer oppståelse av ladete interne soner, særlig på den interne overflaten av mantelen 101 av elektrisk isolerende materiale, særlig i de delene hvor laget 103 påfort kjernen 100 er adskilt fra sistnevnte.

Tredje middel for å redusere de delvise elektriske utladinger består i å påføre et isolerende belegg 30 på transportomslutningen 2.

Figur 8 viser en detalj i oppsettet av varmekabelen 3 med tanke på midlene for å redusere de elektriske utladinger og som omfatter det isolerende belegg 30 påfort transportrøret 2.

Det isolerende belegg 30 på mellom 100 µm og 1000 µm tykkelse påføres på transportomslutningen 2 til å begrense utvekslingene av ladete partikler mellom transportomslutningen 2 og varmekablene 3. Et slikt belegg 30 har for eksempel formen av en bestemt maling hvor dens elektronemisjonskoeffisient er mindre enn den av stål.

Belegget omfatter for eksempel polymerer så som epoksy-polymerer. Antall elektroner tilgjengelig på transportomslutningen blir dermed redusert i betydning av at den sekundære elektronemisjonskoeffisient reduseres.

Figur 9 viser et langsgående snitt av et oppvarmet fluidtransporterende rør 1a som omfatter avsnittene 12a-c hvor dens annulærrommene 8a, 8b eller 8c er kondisjonert på fabrikken før avsnittene er satt sammen ende-til-ende for eksempel in situ. Hvert avsnitt omfatter midler i henhold til oppfinnelsen for å redusere de delvise elektriske utladingene.

I hvert avsnitt er de elektriske varmekabler 3a, 3b eller 3c elektrisk sammenkoblet hermetisk ved hjelp av en konnektor 11a, 11b eller 11c til en kraftlinje 10 anordnet i det omgivende miljø nær røret.

Det oppvarmede rør 1a strekker seg fra et brønnhode 15 til en driftsplattform 16.

Selvfølgelig bestemmes antall avsnitt sammensatt ende-til-ende av behovet.

Driftsplattformen 16 omfatter særlig en elektrisk generator 17 koplet til kraftlinjen 10.

Harpiks 18 er anordnet rundt hver skjøt mellom to avsnitt, og denne harpiks overdekkes av en hylse. De elektriske konnektorer 11a-c sammenkobles når røret settes sammen.

I tilfelle av et annulærrom som er segmentert langs røret, utførtes oppvarmingen for eksempel av 3 til 6 elektriske kabler i hvert segment, alle med en lengde på 12 til 200 m. De elektrisk ledende kjernene til kablene har for eksempel et avsnitt på 0.1mm² til 1mm² og kablene har for eksempel en diameter på mindre enn 4 mm.

Figur 10 viser et langsgående snitt av et oppvarmet fluidtransporterende rør 1b hvor dens annulære rom strekker seg langs røret. Dette røret omfatter med fordel midler for å redusere de delvise elektriske utladinger i henhold til oppfinnelsen. Røret sammenstilles av avsnitt sammensatt ende-til-ende hvor dens annulærrommene kommuniserer med herandre. Forsterkningsringer 20, også kallt skott, kan være plassert mellom avsnittene i henhold til konstruksjonens behov.

Forsterkningsringene 20 omfatter en indre ring til å forbinde transportomslutningen 2 og en utvendig ring til å forbinde den eksterne omslutning 7. De indre og ytre ringene av forsterkningsringen er satt sammen mot hverandre men passasjer 21 er innrettet til gjennomføring av de elektriske kablene og passasjene 22 kan også være anordnet for å tillate to deler av annulærrommet 8 til å kommunisere med herandre.

Figur 10 viser gjennom eksempler kondisjoneringsmidler for et rør i løpet av de avsluttende trinn av sin installasjon. Én ende av røret 1b kobles til et brønnhode 15. I det viste eksempel kobles den andre enden av røret 1b til driftsplattformen 16 som omfatter et gasskompressions- og innsprøytingssystem koblet hermetisk til annulærrommet 8. Trykksettingssystemet omfatter en trykksensor 23 koblet til en ventil 24. Det målte trykket er representativt for trykket i annulærrommet. Ventilen kan være lukket eller åpnet for å gjøre det mulig at annulærrommet 8 kommuniserer med en vakuumpumpe 25 eller en tank 26 for gass så som en elektronegativ gass. Annulærrommet kan altså settes under redusert trykk. Etter etablering av det reduserte trykk kan vakuumpumpen og tanken demonteres og annulærrommet forsegles.

Den reduserte trykksetting kan også utføres forut for installasjonsfasen.

Videre er de elektriske varmekablene 3 lenket til en elektrisk kraftforsyning 17 med en forseglet elektrisk konnektor 27.

Alle kabler strekker seg over hele lengden av annulærrommet og kan være 1 km til 100 km lange. Mellom 6 og 72 varmekabler anordnes for eksempel rundt transportomslutningen 2, hvor de elektrisk ledende kjernene av kablene har for eksempel et avsnitt på mellom 3 mm² og 15 mm² og kablene har for eksempel en diameter på under 15 mm.

Fortrinnsvis ligger lengden av hver kabel på mellom 3 og 30 km, antall kabler anordnet rundt transportomslutningen ligger mellom 12 og 36 og avsnittet av kjernen til hver kabel ligger mellom 3 mm² og 8 mm².

Ulike midler for å redusere de delvise elektriske utladinger kan selvfølgelig kombineres for å optimalisere muligheten for bruk av et rør som omfatter et segmentert annulærrom eller for et rør som omfatter et sammenhengende annulærrom.

En fagperson vil skjønne at foreliggende oppfinnelse muliggjør andre utførelsesformer. Følgelig skal foreliggende utførelsesform betraktes som illustrerende.

Claims (12)

Patentkrav

1. Oppvarmet rør (1) til transport av et fluid som omfatter:

- en fluidtransporterende omslutning (2),

- én eller flere elektriske varmekabler (3) alle anordnet langs transportomslutningen (2), hvor hver kabel (3) omfatter en elektrisk ledende kjerne (100) anordnet i en elektrisk isolerende og varmeledende mantel (101),

- et varmeisolerende materiale (6) påført på nevnte varmekabel eller kabler (3) og på transportomslutningen (2),

- en ekstern omslutning (7) anordnet rundt det varmeisolerende materiale (6) og utført integrert med transportomslutningen (2) på en forseglet måte for å definere minst ett annulært rom (8) for å gjøre det mulig at dens trykk reduseres, karakterisert ved at det oppvarmede røret omfatter én eller flere midler for å redusere delvise elektriske utladinger mellom varmekabelen (3) eller -kablene og transportomslutningen (2), hvor de nevnte midlene omfatter et utvendig halvledende lag (102) med en tykkelse på mellom 20 µm og 2000 µm, eller ett utvendig lag (102) av elektrisk ledende materiale med en tykkelse på mellom 1 µm og 2000 µm, påført mantelen (101) av elektrisk isolerende materiale på hver varmekabel (3), slik at ladninger på en ekstern overflate av kabelen dreneres mot kontaktsoner mellom kabel og transportomslutning.

2. Oppvarmet rør (1) ifølge krav 1,

karakterisert ved at, hvor det utvendige halvledende lag omfatter et elektrisk isolerende materiale som danner en matrise i hvilken partikler av karbon er tatt med, hvor karbonpartikelkonsentrasjonen gjør det mulig med en sammenhengende elektrisk strøm som går gjennom matrisen.

3. Oppvarmet rør (1) ifølge ett av kravene 1 til 2,

karakterisert ved at midlene for å redusere de delvise elektriske utladinger omfatter et innvendig halvledende lag (103) med en tykkelse på mellom 20 µm og 2000 µm, anordnet mellom kjernen (100) og mantelen (101) til hver kabel, hvor det indre halvledende lag omfatter et elektrisk isolerende materiale som danner en matrise i hvilken karbonpartikler er tatt med, hvor karbonpartikelkonsentrasjonen gjør det mulig med en sammenhengende elektrisk strøm som går gjennom matrisen.

4. Oppvarmet rør (1) ifølge ett av kravene 1 til 3,

karakterisert ved at midlene for å redusere delvise elektriske utladinger omfatter minst ett elektrisk isolerende belegg (30) med en tykkelse på mellom 100 µm og 1000 µm påført transportomslutningen (2).

5. Oppvarmet rør (1) ifølge krav 4,

karakterisert ved at det elektrisk isolerende belegg (30) omfatter polymerer med en elektronemisjonskoeffisient mindre enn den av stål.

6. Oppvarmet rør (1) ifølge krav 5,

karakterisert ved at det elektrisk isolerende belegg (30) omfatter epoksypolymerer.

7. Oppvarmet rør (1) ifølge ett av kravene 1 til 6,

karakterisert ved at midlene for å redusere de delvise elektriske utladinger omfatter minst én isolerende gass med et partialtrykk på mellom 1 mbar og 1000 mbar innført i annulærrommet og spredning opp til transportrøret, hvor den isolerende gassen utgjør 30 til 100 % av hele gassmassen i annulærrommet.

8. Oppvarmet rør (1) ifølge krav 7,

karakterisert ved at den isolerende gassen er en elektronegativ gass.

9. Oppvarmet rør (1) ifølge ett av kravene 7 til 8,

karakterisert ved at den isolerende gassens partialtrykk ligger mellom 1 mbar og 50 mbar.

10. Oppvarmet rør (1) ifølge ett av kravene 8 til 9,

karakterisert ved at den isolerende gassen utgjør mindre enn 100 % av gassen som foreligger i annulærrommet, som i tillegg omfatter én eller flere andre gasser alle med en termisk ledningsevne på mindre enn eller lik 27 mW<.>m<-1.>K<-1>.

11. Oppvarmet rør (1) ifølge krav 10,

karakterisert ved at gassen eller gassene omfatter luft eller nitrogen.

12. Oppvarmet rør (1) ifølge ett av kravene 1 til 11,

karakterisert ved at midlene for å redusere de delvise elektriske utladinger er innrettet for å hindre delvise elektriske utladinger for en forsyningsspenning av den elektriske varmekabelen eller -kablene (3) på minst 300V for et redusert trykk i annulærrommet på mellom 1 mbar og 100 mbar.