OA19064A - Method and device for induction heating of an internal pipe of a set of coaxial pipes. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de chauffage d'une conduite interne d'un ensemble de conduites coaxiales, caractérisé en ce que l'on réalise un chauffage par induction de la conduite interne à l'aide d'une bobine d'induction électromagnétique (5) entourant coaxialement la conduite externe, avec un courant parcourant la bobine de fréquence inférieure à 100Hz optimale pour une efficacité énergétique maximale de chauffage par effet joule de la conduite interne. La présente invention concerne aussi un dispositif de chauffage par induction (8) d'une conduite interne de conduites coaxiales comprenant (a) des moyens de chauffage par induction comprenant au moins une bobine d'induction électromagnétique (5) entourant coaxialement la conduite externe de conduites coaxiales, et (b) des moyens de soulèvement (9) au-dessus du sol marin (13) d'une portion (1-2) de conduites coaxiales (1) ainsi que de la (ou des) dite(s) bobine(s) d'induction (5) l'entourant. The present invention relates to a method of heating an internal pipe of a set of coaxial pipes, characterized in that an induction heating of the internal pipe is carried out using an electromagnetic induction coil ( 5) coaxially surrounding the external pipe, with a current flowing through the coil of frequency less than 100 Hz optimal for maximum energy efficiency of heating by Joule effect of the internal pipe. The present invention also relates to an induction heating device (8) of an internal pipe of coaxial pipes comprising (a) induction heating means comprising at least one electromagnetic induction coil (5) coaxially surrounding the external pipe of coaxial conduits, and (b) lifting means (9) above the sea floor (13) of a portion (1-2) of coaxial conduits (1) as well as said one or more surrounding induction coil (s) (5).
Description
Titre de l'inventionTitle of invention
Procédé et dispositif de chauffage par induction d'une conduite interne d'un ensemble de conduites coaxialesMethod and device for induction heating of an internal pipe of a set of coaxial pipes
Arrière-plan de l'inventionInvention background
La présente invention se rapporte au domaine général du chauffage des conduites métalliques de transport de fluides, et en particulier des conduites sousmarines reposant au fond de la mer et assurant une liaison entre des puits de production d'hydrocarbures sous-marins, notamment de pétrole et de gaz, et une installation de surface, par exemple une unité flottante de production, de stockage et de déchargement.The present invention relates to the general field of heating metal pipes for transporting fluids, and in particular submarine pipes lying at the bottom of the sea and providing a connection between wells for producing underwater hydrocarbons, in particular petroleum and of gas, and a surface installation, for example a floating production, storage and unloading unit.
Dans un même champ de production d'hydrocarbures offshore, il est courant d'exploiter plusieurs puits qui peuvent être séparés les uns des autres de plusieurs kilomètres, voire dizaines de kilomètres. Les fluides issus de ces différents puits doivent être collectés par des conduites sous-marines métalliques (typiquement en acier) posées au fond de la mer et transférés par des conduites de liaison fond/surface vers une installation de surface, par exemple un navire ou un point dé collecte terrestre, qui va les recueillir pour les stocker (et éventuellement les traiter).In the same offshore hydrocarbon production field, it is common to exploit several wells which can be separated from each other by several kilometers, even tens of kilometers. The fluids from these different wells must be collected by metallic submarine pipes (typically steel) laid at the bottom of the sea and transferred by bottom / surface connecting pipes to a surface installation, for example a ship or a land collection point, which will collect them to store them (and possibly treat them).
Les fluides issus des puits de production ont tendance à se refroidir très rapidement en parcourant les nombreux kilomètres de conduites sous-marines. Or, si aucune disposition n'est prise pour conserver une température de seuil minimale à l'intérieur de ces conduites, le risque est important que les molécules de gaz, notamment le méthane, contenus dans les fluides transportés se combinent aux molécules d'eau pour former, à basse température inférieures à 20°C, des cristaux d'hydrates. Ces derniers peuvent coller aux parois, s'y agglomérer et conduire à la formation de bouchons capables de bloquer la circulation des fluides à l'intérieur des conduites. De même, la solubilité dans le pétrole des composés à haut poids moléculaires, comme les paraffines ou les asphaltènes, diminue lorsque la température baisse, ce qui donne naissance à des dépôts solides capables eux-aussi de bloquer la circulation. Ces hydrates peuvent boucher la conduite irréversiblement si une longueur trop importante de ligne descend trop bas en température. Ce problème peut apparaître dans deux cas principaux :Fluids from production wells tend to cool very quickly by traveling the many kilometers of subsea pipelines. However, if no provision is made to maintain a minimum threshold temperature inside these pipes, there is a significant risk that the gas molecules, in particular the methane, contained in the transported fluids combine with the water molecules to form hydrate crystals at low temperatures below 20 ° C. These can stick to the walls, agglomerate there and lead to the formation of plugs capable of blocking the circulation of fluids inside the pipes. Likewise, the solubility in petroleum of high molecular weight compounds, such as paraffins or asphaltenes, decreases when the temperature drops, which gives rise to solid deposits capable of also blocking circulation. These hydrates can clog the pipe irreversibly if too long a line drops too low in temperature. This problem can appear in two main cases:
- l'arrêt de la production offshore, et- stopping offshore production, and
- sur des lignes de production ou transport offshore très longues.- on very long production or offshore transport lines.
L'une des solutions connues pour tenter de remédier à ce problème consiste à chauffer les conduites grâce à des câbles électriques, ronds ou plats, qui sont enroulés autour des conduites en acier sur toute leur longueur pour chauffer ces conduites par effet Joule. La puissance électrique qui est fournie aux câbles électriques provient d'un générateur électrique externe raccordé aux câbles par un ombilical. Cette solution de chauffage électrique qui est appelée « chauffage par traçage » ou « chauffage tracé » (« heat tracing » en anglais) permet de maintenir les fluides transportés dans les conduites à une température supérieure à un seuil critique sur tout leur trajet depuis le puits de production jusqu'à l'installation de surface.One of the known solutions in an attempt to remedy this problem consists in heating the pipes using electric cables, round or flat, which are wound around the steel pipes over their entire length to heat these pipes by Joule effect. The electric power which is supplied to the electric cables comes from an external electric generator connected to the cables by an umbilical. This electric heating solution which is called “heating by tracing” or “heating traced” (“heat tracing” in English) makes it possible to maintain the fluids transported in the pipes at a temperature above a critical threshold throughout their journey from the well. from production to surface installation.
On connaît dans US2013098625A1, US2013220996A1,We know in US2013098625A1, US2013220996A1,
US2014305613A1 et US2012031621A1, des procédés de chauffage de l'intérieur d'une conduite ou tube simple à l'aide d'une bobine d'induction électromagnétique disposée autour de la conduite ou tube simple. Pour les applications dans l'offshore, l'élément à chauffer est toujours une conduite de fluide conductrice, la plupart du temps en acier ferromagnétique. La conduite chauffe ensuite le fluide transporté par divers phénomènes de transferts thermiques. En pratique, dans l'état de l'art du chauffage à induction d'une conduite simple, on met en œuvre un courant électrique de fréquence supérieure à 1 kilo-Hertz. La bobine parcourue par ce courant électrique crée un champ magnétique qui induit des courants de Foucault lesquels - dans le chauffage par induction classique, se répartissent sur la surface de la conduite à chauffer sur une épaisseur de l'ordre de 1mm. Le reste du tube et les éléments à l'intérieur du tube sont chauffés indirectement par des effets de transferts thermiques. Dans le cas du chauffage par induction selon l'état de l'art la puissance dégagée par effet joule sur une couche de 1mm ou moins sur la paroi externe du tube acier augmente proportionnellement au carré du courant parcourant l'inducteur et au carré de la fréquence de ce courant.US2014305613A1 and US2012031621A1, methods of heating the interior of a single pipe or tube using an electromagnetic induction coil arranged around the single pipe or tube. For offshore applications, the element to be heated is always a conductive fluid line, mostly ferromagnetic steel. The pipe then heats the fluid transported by various phenomena of heat transfers. In practice, in the state of the art of induction heating of a single pipe, an electric current of frequency greater than 1 kilo-Hertz is used. The coil traversed by this electric current creates a magnetic field which induces eddy currents which - in conventional induction heating, are distributed over the surface of the pipe to be heated over a thickness of the order of 1mm. The rest of the tube and the elements inside the tube are heated indirectly by heat transfer effects. In the case of induction heating according to the state of the art, the power released by the Joule effect on a layer of 1mm or less on the external wall of the steel tube increases in proportion to the square of the current flowing through the inductor and to the square of the frequency of this current.
Dans US 6 278 096, on réalise le chauffage d'un revêtement thermoplastique isolant électrique sur la surface externe d'une conduite simple (et non pas d'un ensemble de deux conduites coaxiales de type PIP), au niveau de la soudure entre deux segments de conduites, par chauffage par induction de l'épaisseur de paroi de la conduite dont le revêtement thermoplastique est à réparer.In US 6,278,096, an electrically insulating thermoplastic coating is heated on the external surface of a single pipe (and not of a set of two PIP type coaxial pipes), at the weld between two pipe segments, by induction heating of the wall thickness of the pipe whose thermoplastic coating is to be repaired.
US 6 278 095 concerne le chauffage de courts segments de conduites simples (« Single Heated Insulated Pipeline » SHIP) dénommés « jumpers » (voir colonne 3 lignes 19 à 22). Il s'agit ici de pallier l'absence de revêtement contenant des câbles de chauffage électrique par effet de Joule, au niveau de dits « jumpers » assurant la jonction entre deux parties de conduites comprenant de tels revêtements comprenant des câbles de chauffage électrique en réalisant un chauffage par induction à l'aide d'une bobine d'induction entourant le dit jumper.^US 6,278,095 relates to the heating of short segments of single pipes (“Single Heated Insulated Pipeline” SHIP) called “jumpers” (see column 3 lines 19 to 22). This is to compensate for the absence of a coating containing electric heating cables by the Joule effect, at the level of so-called “jumpers” ensuring the junction between two parts of pipes comprising such coatings comprising electric heating cables by making induction heating using an induction coil surrounding the said jumper. ^
La présente invention se rapporte plus précisément aux ensembles de deux conduites sous-marines coaxiales de type « Pipe In Pipe » ou PIP, c'est-àdire « conduite dans une conduite », dans laquelle un tube interne transporte les fluides et un tube externe coaxial au précédent, appelé aussi « enveloppe externe », est en contact avec le milieu ambiant, c'est-à-dire avec l'eau. L'espace annulaire entre les deux tubes peut être rempli d'un matériau isolant ou encore être vidé de tout gaz de façon à assurer une isolation thermique pour les fluides circulant dans le conduit interne. De telles conduites coaxiales sous-marines sont particulièrement utilisées dans le cadre d'installations par grandes profondeurs où la température de l'eau est typiquement de 4°C et où les fluides dans les lignes doivent être impérativement maintenus à des températures supérieures à 20°C pour éviter la formation d'hydrates.The present invention relates more precisely to the assemblies of two coaxial underwater pipes of the “Pipe In Pipe” or PIP type, that is to say “pipe in a pipe”, in which an internal tube transports the fluids and an external tube coaxial with the previous one, also called “external envelope”, is in contact with the ambient medium, that is to say with water. The annular space between the two tubes can be filled with an insulating material or even be emptied of any gas so as to provide thermal insulation for the fluids circulating in the internal conduit. Such submarine coaxial pipes are particularly used in the context of installations at great depths where the water temperature is typically 4 ° C. and where the fluids in the lines must imperatively be maintained at temperatures above 20 ° C to avoid the formation of hydrates.
Dans l'état de l'Art du chauffage par induction de conduites sousmarines, on ne décrit pas la mise en œuvre d'un chauffage par induction de la conduite interne de deux conduites coaxiales de type « Pipe In Pipe » ou PIP. Pour chauffer le tube interne d'une conduite du type PiP depuis une bobine d'induction disposée autour du tube externe, le champ magnétique doit pouvoir traverser le tube externe, il faut pour cela que la fréquence de fonctionnement de la bobine source de champ magnétique soit telle que la profondeur caractéristique de pénétration du champ magnétique (aussi nommé profondeur de peau) dans le tube externe soit supérieure à son épaisseur pour atteindre le tube interne. Cela se fait en réduisant la fréquence. Mais, Il faut d'un autre côté maintenir cette fréquence la plus élevée possible pour maximiser la puissance de l'effet Joule induit dans les éléments à chauffer à l'intérieur du tube externe. C'est pourquoi, il est impossible par les méthodes d'induction conventionnelles de chauffer le tube interne d'un « pipe in pipe » comprenant un tube acier épais dans un autre tube acier épais tel qu'utilisé dans l'industrie pétrolière offshore, par induction via un champ magnétique variable créé depuis l'extérieur du tube externe. En effet, une conduite en acier ferromagnétique telle que mise en œuvre (notamment en termes de conductivité et perméabilité magnétique) épaisse d'environ 10mm ou plus comme celle du tube externe d'une conduite sous-marine PiP constitue une barrière pour le chauffage par induction du tube interne à partir d'un courant de moyenne ou haute fréquence supérieure à 1kHz car la profondeur de pénétration du champ magnétique dans ce matériau est alors faible, de l'ordre du mm au maximum pour de l'acier. Le champ magnétique ne traverse donc pas la barrière du tube externe, toute l'énergie étant dissipée dans celle-ci. Le chauffage par induction classique ne permet donc pas le chauffage par induction d'éléments conducteurs à travers une telle barrière.In the state of the art of induction heating of submarine pipes, the implementation of induction heating of the internal pipe of two coaxial pipes of the “Pipe In Pipe” or PIP type is not described. To heat the internal tube of a PiP type pipe from an induction coil arranged around the external tube, the magnetic field must be able to pass through the external tube, this requires that the operating frequency of the source magnetic field coil or such that the characteristic depth of penetration of the magnetic field (also called skin depth) in the outer tube is greater than its thickness to reach the inner tube. This is done by reducing the frequency. But, on the other hand, it is necessary to maintain this frequency as high as possible to maximize the power of the Joule effect induced in the elements to be heated inside the external tube. This is why, it is impossible by conventional induction methods to heat the internal tube of a “pipe in pipe” comprising a thick steel tube in another thick steel tube as used in the offshore petroleum industry, by induction via a variable magnetic field created from outside the outer tube. Indeed, a ferromagnetic steel pipe as implemented (in particular in terms of conductivity and magnetic permeability) about 10mm thick or more like that of the outer tube of a PiP underwater pipe constitutes a barrier for heating by induction of the internal tube from a medium or high frequency current greater than 1 kHz because the penetration depth of the magnetic field in this material is then small, of the order of a maximum of mm for steel. The magnetic field therefore does not cross the barrier of the external tube, all the energy being dissipated therein. Conventional induction heating therefore does not allow induction heating of conductive elements through such a barrier.
Cependant, on a découvert selon la présente invention qu'il était possible de déterminer des conditions optimales de mise en œuvre d'un chauffage par effet Joule de courants induits par induction électromagnétique dans la paroi en acier de la conduite interne pour chauffer la conduite interne isolée thermiquement d'une conduite PiP sous-marine dont la conduite externe est en acier. La chaleur est alors immédiatement transmise par transfert thermique à l'intérieur de la conduite et permet d'empêcher la formation d'hydrate ou de faire fondre les hydrates déjà présents dans la conduite interne d'un PiP en mer profonde à 4°C.However, it has been discovered according to the present invention that it was possible to determine optimal conditions for implementing Joule heating of currents induced by electromagnetic induction in the steel wall of the internal pipe to heat the internal pipe. thermally insulated from a submarine PiP pipe whose external pipe is made of steel. The heat is then immediately transmitted by thermal transfer inside the pipe and makes it possible to prevent the formation of hydrate or to melt the hydrates already present in the internal pipe of a PiP in deep sea at 4 ° C.
En pratique, on estime qu'il suffit de chauffer la conduite interne et l'intérieur de la conduite interne à pas plus de 20°C au-dessus de la température environnante de l'eau pour désagréger les hydrates et/ou empêcher leur formation. D'autre part, compte tenu des épaisseurs des dites conduites internes et conduites externes, de la capacité thermique des aciers des conduites usuelles en offshore et de l'isolation thermique annulaire des conduites interne de pipe in pipe généralement utilisé par l'industrie pétrolière offshore, la température d'une conduite interne chaude de plus que 40°C ne descend pas en dessous de 20°C en 24h dans un environnement du PIP à 4°C.In practice, it is estimated that it suffices to heat the internal pipe and the interior of the internal pipe to no more than 20 ° C. above the surrounding temperature of the water to disintegrate the hydrates and / or prevent their formation. . On the other hand, taking into account the thicknesses of said internal pipes and external pipes, the thermal capacity of the steels of usual pipes in offshore and the annular thermal insulation of internal pipes from pipe in pipe generally used by the offshore oil industry , the temperature of a hot internal pipe of more than 40 ° C does not drop below 20 ° C in 24 hours in a PIP environment at 4 ° C.
Or, selon la présente invention, on a découvert qu'avec une bobine d'induction électromagnétique entourant la conduite externe en acier parcourue par un courant de fréquence basse dans une fourchette de basse fréquence de 0.1 à 10Hz et pour laquelle le rendement énergétique est maximal (en termes de perte par effet joule dans la conduite interne en acier), on obtient une puissance utile de chauffe de la conduite interne par effet joule suffisante de IkW à 200kW par machine pour chauffer une telle conduite interne et ainsi élever la température de la conduite interne jusqu'à 40°C dans un environnement à 4°C à raison d'au moins lOOm/jour voire jusqu'à lOkm/jour selon le diamètre de la conduite interne et selon les propriétés physiques du contenu à chauffer, notamment pour des conduites interne de diamètre et épaisseurs standards soit des diamètres externes de conduite interne de 2 à 12. Pour des épaisseurs de conduites internes et conduites externes de 10 à 30 mm, d'épaisseur d'isolation thermique tel que décrite ci-dessus, avec une conduite externe d'épaisseur inférieure ou égale à celle de la conduite interne et si le tube interne est rempli d'eau ou d'un fluide de capacité thermique inférieure à celle de l'eau on estime pouvoir déboucher jusqu'à lOkm/jour/machine de ligne PIP de tube interne de diamètre externe inférieur à 4 et jusqu'à 1.5km/jour/machine de tube interne de diamètre externe inférieur à^ avec un système nécessitant une alimentation électrique en topside de puissance inférieure au MW.However, according to the present invention, it has been discovered that with an electromagnetic induction coil surrounding the external steel pipe traversed by a current of low frequency in a low frequency range of 0.1 to 10 Hz and for which the energy efficiency is maximum (in terms of loss by Joule effect in the internal steel pipe), one obtains a useful heating power of the internal pipe by Joule effect sufficient from IkW to 200kW per machine to heat such an internal pipe and thus raise the temperature of the internal pipe up to 40 ° C in an environment at 4 ° C at a rate of at least 100m / day or even up to 10km / day depending on the diameter of the internal pipe and according to the physical properties of the content to be heated, in particular for internal pipes of standard diameter and thicknesses, ie external diameters of internal pipe from 2 to 12. For thicknesses of internal pipes and external pipes from 10 to 30 mm, with insulation thickness thermal as described above, with an external pipe of thickness less than or equal to that of the internal pipe and if the internal tube is filled with water or a fluid with a thermal capacity lower than that of water, estimates that it can open up to 10 km / day / PIP line machine for an internal tube with an external diameter of less than 4 and up to 1.5 km / day / internal tube machine for an external diameter of less than ^ with a system requiring an electrical supply topside of power less than MW.
Ceci permet de maintenir une conduite interne de n km au-dessus de +20°C par rapport à la température ambiante pendant 24h en déplaçant le dispositif de chauffage autour de la conduite à une vitesse de n km/jour, notamment lors d'un redémarrage de la production après un temps d'arrêt ayant conduit à des bouchages de conduite par des hydrates solidifiés.This makes it possible to maintain an internal pipe of n km above + 20 ° C relative to the ambient temperature for 24 hours by moving the heating device around the pipe at a speed of n km / day, especially during a restarting of production after a downtime which led to pipe blockages by solidified hydrates.
Plus précisément, la présente invention fournit un procédé de chauffage d'une conduite interne d'un ensemble de conduites coaxiales en acier comprenant une dite conduite interne et une conduite externe, de préférence d'un ensemble de deux conduites coaxiales du type PiP sous-marines, de préférence dans lequel la conduite interne est isolée thermiquement, caractérisé en ce que l'on réalise un chauffage par induction de la conduite interne à l'aide d'une bobine d'induction électromagnétique entourant coaxialement la conduite externe, avec un courant parcourant la bobine de fréquence inférieure à 100Hz optimale pour une efficacité énergétique maximale de chauffage par effet joule de la conduite interne, de préférence une fréquence de 0.1Hz à 10Hz.More specifically, the present invention provides a method of heating an internal pipe of a set of coaxial steel pipes comprising a said internal pipe and an external pipe, preferably of a set of two coaxial pipes of the PiP sub-type. marine, preferably in which the internal pipe is thermally insulated, characterized in that one carries out an induction heating of the internal pipe using an electromagnetic induction coil coaxially surrounding the external pipe, with a current traversing the coil of frequency less than 100Hz optimal for maximum energy efficiency of heating by Joule effect of the internal pipe, preferably a frequency of 0.1Hz to 10Hz.
Le chauffage par induction fonctionne indépendamment du fait que la conduite interne soit isolée thermiquement, mais le chauffage selon l'invention est plus efficace et aisé si la conduite interne est isoléé. Plus particulièrement, la bobine d'induction électromagnétique génère un champ magnétique de valeur H d'au moins 0,1 Tesla de préférence de 0.1 à 0.2 Tesla avec un courant de fréquence optimale entre 1Hz à 10Hz pour obtenir une puissance de chauffe de la conduite interne de 1 à 200kWde préférence d'au moins 5 kW.Induction heating works independently of the fact that the internal pipe is thermally insulated, but the heating according to the invention is more efficient and easy if the internal pipe is insulated. More particularly, the electromagnetic induction coil generates a magnetic field of H value of at least 0.1 Tesla preferably from 0.1 to 0.2 Tesla with an optimal frequency current between 1Hz to 10Hz to obtain a heating power of the pipe internal from 1 to 200kW preferably at least 5 kW.
Plus particulièrement encore, ces valeurs de champ et de puissance sont appropriées pour des conduites présentant les caractéristiques suivantes :More particularly still, these field and power values are suitable for pipes having the following characteristics:
- le diamètre externe de dite conduite interne est de 5 à 40cm,- the external diameter of said internal pipe is 5 to 40 cm,
- le diamètre externe de dite conduite externe est de 7.5 à 50cm,- the external diameter of said external pipe is 7.5 to 50 cm,
- les épaisseurs des dites conduite interne et conduite externe sont de 10 à 30 mm, la conduite externe étant de préférence d'épaisseur du même ordre de grandeur que celle de la conduite interne.- The thicknesses of said internal pipe and external pipe are from 10 to 30 mm, the external pipe preferably having a thickness of the same order of magnitude as that of the internal pipe.
Les valeurs de champ et de courant sont appropriées quel que soit le diamètre de conduite. Mais la puissance permettant de générer le courant nécessaire au chauffage augmente quand le diamètre à chauffer augmente.Field and current values are appropriate regardless of the pipe diameter. However, the power used to generate the current necessary for heating increases when the diameter to be heated increases.
Plus particulièrement encore, le procédé selon l'invention est mis en œuvre lors du redémarrage d'une conduite sous-marine après un arrêt de production exposant à un risque de formation de bouchons d'hydrates afin de détruire les dits bouchons. Pour ce faire, on chauffe la conduite interne d'un ensemble de deux conduites coaxiales sous-marines de type PIP pour maintenir sa température à au moins 20°C au-dessus de la température de l'eau environnant la conduite externe et ce pour une durée donnée de préférence d'au moins 24h.More particularly still, the method according to the invention is implemented when restarting an underwater pipe after a production stop exposing to a risk of formation of hydrate plugs in order to destroy said plugs. To do this, the internal pipe is heated with a set of two PIP type submarine coaxial pipes to maintain its temperature at least 20 ° C above the temperature of the water surrounding the external pipe. a given duration, preferably at least 24 hours.
De préférence, on chauffe la conduite interne à 40°C, les conduites interne et externe en acier présentant les caractéristiques de capacité thermique des aciers des conduites et d'isolation thermique de l'espace annulaire entre les conduite interne et externe telles que la durée de refroidissement de 40°C à 20°C est d'au moins 24h.Preferably, the internal pipe is heated to 40 ° C., the internal and external steel pipes having the characteristics of thermal capacity of the steels of the pipes and of thermal insulation of the annular space between the internal and external pipes such as the duration cooling from 40 ° C to 20 ° C is at least 24h.
Dans un premier mode de réalisation, on met en œuvre un dispositif mobile de chauffage par induction comprenant au moins une dite bobine d'induction électromagnétique entourant coaxialement la conduite externe, et on déplace ledit dispositif mobile de chauffage le long dudit ensemble des conduites coaxiales, de préférence à une vitesse d'au moins 1 km/jour.In a first embodiment, a mobile induction heating device is implemented comprising at least one said electromagnetic induction coil coaxially surrounding the external pipe, and said mobile heating device is moved along said set of coaxial pipes, preferably at a speed of at least 1 km / day.
Plus particulièrement, on chauffe la conduite interne à une température T2 avec un dispositif mobile de chauffage par induction comprenant une dite bobine d'induction électromagnétique entourant coaxialement la conduite externe, et on déplace ledit dispositif mobile de chauffage à une vitesse d'au moins n km/jour de sorte que la température de la conduite interne d'une longueur donnée de conduite reste supérieure à Tl inférieure à T2, T2-T1 étant supérieure à la diminution de température de la conduite interne en une journée.More particularly, the internal pipe is heated to a temperature T2 with a mobile induction heating device comprising a said electromagnetic induction coil coaxially surrounding the external pipe, and said mobile heating device is moved at a speed of at least n km / day so that the temperature of the internal pipe of a given length of pipe remains greater than T1 below T2, T2-T1 being greater than the decrease in temperature of the internal pipe in one day.
Plus particulièrement encore, Tl est supérieure à 20°C et T2 est supérieure à 40°C.More particularly still, Tl is greater than 20 ° C and T2 is greater than 40 ° C.
Plus particulièrement, on effectue les étapes suivantes dans lesquelles :More particularly, the following steps are carried out in which:
a) on soulève une portion de conduites coaxiales reposant sur le sol marin la dite portion de conduite comprenant au moins une dite bobine d'induction disposée coaxialement autour de la conduite externe, eta) a portion of coaxial pipes resting on the seabed is lifted, said pipe portion comprising at least one said induction coil arranged coaxially around the external pipe, and
b) on déplace un dispositif mobile de chauffage par induction comprenant au moins une dite bobine d'induction électromagnétique en déplacement relatif le long et par rapport aux dites conduites coaxiales avec progression du déplacement concomitant d'une nouvelle portion surélevée de conduites coaxiales.b) moving a mobile induction heating device comprising at least one said electromagnetic induction coil in relative displacement along and with respect to said coaxial pipes with progression of the concomitant movement of a new raised portion of coaxial pipes.
Dans un mode de réalisation, on met en œuvre un dispositif amovible de chauffage par induction apte à être appliqué sur des conduites coaxiales reposant au fond de la mer, comprenant une dite bobine d'induction électromagnétique comprenant deux parties de bobines demies-cylindriques indépendantes aptes à être solidarisées pour former une bobine coaxiale entourant la dite conduite externe en soulèvement par rapport au sol marin.In one embodiment, a removable induction heating device is used which can be applied to coaxial pipes lying at the bottom of the sea, comprising a so-called electromagnetic induction coil comprising two parts of independent semi-cylindrical coils capable of to be joined to form a coaxial coil surrounding said external pipe in uplift from the sea floor.
La présente invention fournit également un dispositif de chauffage par induction d'une conduite interne de conduites coaxiales utile dans un procédé selon l'invention comprenant :The present invention also provides an induction heating device for an internal pipe of coaxial pipes useful in a method according to the invention comprising:
- des moyens de chauffage par induction comprenant au moins une bobine d'induction électromagnétique entourant coaxialement la conduite externe de conduites coaxiales, etmeans of induction heating comprising at least one electromagnetic induction coil coaxially surrounding the external pipe of coaxial pipes, and
- des moyens de soulèvement au-dessus du sol marin d'une portion de conduites coaxiales ainsi que de la (ou des) dite(s) bobine(s) d'induction l'entourant.- means for lifting above the sea floor a portion of coaxial pipes as well as the (or) said (s) induction coil (s) surrounding it.
Dans un mode de réalisation, il s'agit d'un dispositif mobile comprenant en outre :In one embodiment, it is a mobile device further comprising:
- des moyens de déplacement motorisé aptes à permettre le déplacement relatif de la (ou des) dite(s) bobine(s) d'induction coaxialement le long de la conduite externe des conduites coaxiales, etmotorized displacement means capable of allowing the relative displacement of said induction coil (s) coaxially along the external pipe of the coaxial pipes, and
- des dits moyens de soulèvement au-dessus du sol marin d'une portion de conduites coaxiales ainsi que de la (ou des) dite(s) bobine(s) d'induction l'entourant et dits moyens de déplacement motorisé.- Said means of lifting above the sea floor a portion of coaxial pipes as well as the (or) said (s) induction coil (s) surrounding it and said means of motorized movement.
Plus particulièrement encore, les moyens de soulèvement comprennent des bouées que l'on peut ballaster ou déballaster de manière contrôlée.More particularly still, the lifting means comprise buoys which can be ballasted or unpacked in a controlled manner.
Plus particulièrement encore, les moyens de déplacement motorisé comprennent des dispositifs à chenilles aptes à venir en appui contre la conduite externe et ainsi se déplacer le long de la conduite externe lorsqu'ils sont actionnés, la dite bobine coulissant coaxialement relativement à la dite conduite externe.More particularly still, the motorized displacement means comprise caterpillar devices able to come into abutment against the external pipe and thus move along the external pipe when they are actuated, the said reel sliding coaxially relative to the said external pipe. .
Plus particulièrement encore, les dits moyens de soulèvement comprennent des roulettes supportant la conduite externe et aptes à coulisser relativement à ladite conduite externe lorsque les dits moyens de déplacement motorisé sont actionnés; les dites roulettes dites bobines et dites chenilles étant suspendues à des bouées.More particularly still, the said lifting means comprise rollers supporting the external pipe and capable of sliding relative to the said external pipe when the said motorized displacement means are actuated; said rollers, said reels and said tracks being suspended from buoys.
Plus particulièrement encore, les dits moyens de soulèvement et les dites bobines, et dits moyens de déplacement motorisé, sont aptes à être solidarisés entre eux et supportés par une structure-support commune.More particularly still, the said lifting means and the said coils, and the said motorized displacement means, are capable of being joined together and supported by a common support structure.
Dans un mode de réalisation, ledit dispositif de chauffage par induction est amovible et apte à être appliqué sur des conduites coaxiales reposant au fond de la mer comprenant une dite bobine d'induction électromagnétique comprenant deux parties de bobines demies-cylindriques indépendantes aptes à être solidarisées pour former une bobine coaxiale entourant la dite conduite externe.^In one embodiment, said induction heating device is removable and able to be applied to coaxial pipes lying at the bottom of the sea comprising a said electromagnetic induction coil comprising two parts of independent half-cylindrical coils capable of being secured to form a coaxial coil surrounding said external pipe. ^
Plus particulièrement encore, les deux parties de bobines demiescylindriques indépendantes sont montées aptes à être déplacées en translation relative l'une par rapport à l'autre dans la direction transversale perpendiculaire à la direction longitudinale des dites conduites et dite bobine pour permettre de les installer sur une conduite en soulèvement par rapport au sol marin pour former une bobine coaxiale entourant la dite conduite externe.More particularly still, the two parts of independent semi-cylindrical coils are mounted capable of being moved in relative translation relative to one another in the transverse direction perpendicular to the longitudinal direction of said conduits and said coil to allow them to be installed on a pipe in lifting from the sea floor to form a coaxial coil surrounding said external pipe.
De préférence, on choisit une bobine de longueur suffisamment longue, de préférence de longueur d'au moins 5 fois son diamètre, placée autour du tube externe. On peut alors considérer que l'on a un système axisymétrique invariant par translation suivant l'axe de coaxialité des tubes et de la bobine, La puissance utile est proportionnelle au carré du champ magnétique H=NI/L généré dans l'inducteur. N étant le nombre de spires, L la longueur de l'inducteur et I le courant parcourant chaque spirePreferably, a coil of sufficiently long length, preferably of length at least 5 times its diameter, is chosen, placed around the outer tube. We can then consider that we have an axisymmetric system invariant by translation along the axis of coaxiality of the tubes and the coil. The useful power is proportional to the square of the magnetic field H = NI / L generated in the inductor. N being the number of turns, L the length of the inductor and I the current flowing through each turn
On obtient un plus grand rendement ou efficacité énergétique si la section de la conduite interne (e2x 2 π r2) est plus importante que celle de la conduite externe (elx 2 π rl).Greater efficiency or energy efficiency is obtained if the cross-section of the internal pipe (e2x 2 π r2) is larger than that of the external pipe (elx 2 π rl).
On peut chauffer à de plus hautes températures si on ralentit l'avance. La température maximum dépend alors des caractéristiques thermiques de l'isolation thermique du tube (Uvalue), de son diamètre et de la puissance utile. Pour les conduites avec une Uvalue de l'ordre de lW/m2/K on pourrait chauffer à plusieurs centaines de degrés sans problèmes.You can heat at higher temperatures if you slow down the advance. The maximum temperature then depends on the thermal characteristics of the thermal insulation of the tube (Uvalue), its diameter and the useful power. For pipes with a Uvalue of the order of lW / m 2 / K, it could be heated to several hundred degrees without problems.
La fréquence que l'on utilise se situe toujours entre 0Hz et 50Hz. Elle dépend de l'épaisseur de la barrière (le tube externe), de la conductivité électrique du matériau constituant les tubes, et de leur perméabilité magnétique. Elle vaut en ordre de grandeur :The frequency that we use is always between 0Hz and 50Hz. It depends on the thickness of the barrier (the outer tube), the electrical conductivity of the material of the tubes, and their magnetic permeability. It is worth in order of magnitude:
f — 1/πγμδ2 épaisseur du tube externe y: conductivité électrique du tube externe μ: perméabilité magnétique du tube externe f: fréquencef - 1 / πγμδ 2 thickness of the outer tube y: electrical conductivity of the outer tube μ: magnetic permeability of the outer tube f: frequency
Pour certains matériaux particuliers comme l'acier une difficulté supplémentaire pour les calculs est le fait que la perméabilité magnétique dépend du champ magnétique dans lequel il est placé.For certain particular materials such as steel, an additional difficulty for calculations is the fact that the magnetic permeability depends on the magnetic field in which it is placed.
L'utilisation la plus courante est entre 0.01 et 10Hz. En effet, si on est capable de générer des champs magnétiques très importants on peut quand même chauffer notablement, même avec des épaisseurs de tube externe importante et des fréquences très basse de 0.01 Hz ou moins,The most common use is between 0.01 and 10Hz. In fact, if we are able to generate very large magnetic fields, we can still heat considerably, even with large external tube thicknesses and very low frequencies of 0.01 Hz or less,
L'épaisseur maximum que l'on peut traverser dépend de la puissance utile souhaitée. Pour des tubes en acier ferromagnétique le rendement de l'opération de chauffage augmente avec le champ magnétique appliqué. Il faut donc vérifier si au champ magnétique et à la puissance maximum qu'il est possible de générer en faisant varier la fréquence on arrive à augmenter le rendement suffisamment pour obtenir la puissance utile souhaitée.The maximum thickness that can be crossed depends on the desired useful power. For ferromagnetic steel tubes the efficiency of the heating operation increases with the applied magnetic field. It is therefore necessary to check whether, at the magnetic field and at the maximum power that it is possible to generate by varying the frequency, it is possible to increase the efficiency enough to obtain the desired useful power.
A titre illustratif, pour des conduites internes et externes en acier de construction de type ASTM A512 de capacité thermique d'environ 1 W/m2/K, d'épaisseurs pour la conduite externe allant de 10 à 20mm, d'épaisseur du tube interne de plus de 10mm et si l'on applique des champs magnétiques de l'ordre de 0.1 à 0.2T sur plusieurs mètres on peut obtenir une puissance de chauffage du tube interne allant jusqu'à plus de 50kW par mètre de bobinage et avec un rendement hors pertes de production et transport de l'énergie jusqu'à l'inducteur meilleur que 20%. Pour des conduites interne de diamètre externe entre 4 et 12 avec une source de courant de puissance de l'ordre de 800kW ceci permet de chauffer par jour à +40°C au-dessus de la température ambiante de l'eau de mer jusqu'à 1.5km de conduite interne de 12 remplie d'eau ou 10km de conduite interne 4 remplie d'eau.By way of illustration, for internal and external structural steel pipes of ASTM A512 type with a thermal capacity of approximately 1 W / m 2 / K, of thicknesses for the external pipe ranging from 10 to 20mm, of thickness of the tube. internal of more than 10mm and if one applies magnetic fields of the order of 0.1 to 0.2T over several meters one can obtain a heating power of the internal tube going up to more than 50kW per meter of winding and with a efficiency excluding production losses and energy transport to the inductor better than 20%. For internal pipes of external diameter between 4 and 12 with a power source of the order of 800kW this allows to heat per day at + 40 ° C above the ambient temperature of sea water up to 1.5km of internal pipe 12 filled with water or 10km of internal pipe 4 filled with water.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the description given below, with reference to the appended drawings which illustrate an embodiment thereof devoid of any limiting character. In the figures:
- la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'une conduite sous-marine de type PIP- Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a PIP type underwater pipe
- la figure IA est une courbe représentant les pertes par effet Joule dans le tube interne en fonction de la fréquence du courant dans une bobine coaxiale entourant le tube externe de la conduite PIP,FIG. IA is a curve representing the Joule effect losses in the internal tube as a function of the frequency of the current in a coaxial coil surrounding the external tube of the PIP pipe,
- la figure IB est une courbe représentant les pertes par effet Joule dans le tube externe en fonction de la fréquence du courant dans une bobine coaxiale entourant le tube externe de la conduite PIP, etFIG. 1B is a curve representing the Joule effect losses in the external tube as a function of the frequency of the current in a coaxial coil surrounding the external tube of the PIP pipe, and
- le figure IC est une courbe représentant l'efficacité énergétique en fonction de la fréquence du courant dans une bobine coaxiale entourant le tube externe de la conduite PIP,FIG. IC is a curve representing the energy efficiency as a function of the frequency of the current in a coaxial coil surrounding the external tube of the PIP pipe,
- la figure 2 est une vue schématique d'une installation de chauffage par induction apte à être déplacée le long de la conduite PIP;- Figure 2 is a schematic view of an induction heating installation adapted to be moved along the PIP pipe;
- la figure 2A montre une variante de dispositif mobile de chauffage par induction,FIG. 2A shows a variant of a mobile induction heating device,
- la figure 3 est une vue schématique d'une bobine apte à former une installation de chauffage par induction amovible apte à être rapportée autour d'une conduite PIP, etFIG. 3 is a schematic view of a coil capable of forming a removable induction heating installation able to be attached around a PIP pipe, and
- la figure 3A montre une variante de dispositif mobile de chauffage par induction avec une bobine 5 amovible.- Figure 3A shows a variant of mobile induction heating device with a removable coil 5.
Exemple 1 :Example 1:
On décrit ici un exemple de système de chauffage local mobile par induction d'une conduite PIP 1 (pipe in pipe) en acier de type ASTM A512 capable de chauffer à 40°C une ligne de longueur de l'ordre de 3km par jour. Il s'agit d'une ligne de tube interne 12 rempli d'eau. Le fluide contenu dans la ligne est en général de capacité thermique supérieure à l'eau. Cet exemple est donné à titre illustratif.We describe here an example of mobile local heating system by induction of a PIP 1 pipe (pipe in pipe) of steel type ASTM A512 capable of heating to 40 ° C a line of length of the order of 3km per day. It is a line of internal tube 12 filled with water. The fluid contained in the line is generally of greater thermal capacity than water. This example is given by way of illustration.
On souhaite chauffer la conduite interne la à 40°C au-dessus de la température de l'eau de mer en moins de 10min sur une distance de l'ordre de 10m ce qui permettrait de parcourir 1.5km/jours/machine environ.We want to heat the internal pipe la to 40 ° C above the sea water temperature in less than 10 min over a distance of about 10m which would allow us to travel 1.5km / days / machine approximately.
Le PIP comprend une conduite externe le, une isolation thermique annulaire lb à base d'aérogel et une conduite interne la tel que montré figure 1. Le temps de refroidissement du tube interne de 40° à 20°C est de 24h.The PIP comprises an external pipe 1c, an annular thermal insulation lb based on an airgel and an internal pipe 1a as shown in FIG. 1. The cooling time of the internal tube from 40 ° to 20 ° C is 24 hours.
machines permettraient de rétablir l'intégralité du système en cas de défaillance totale du système de chauffage tracé électrique.machines would restore the entire system in the event of a total failure of the electric heating system.
Les dimensions des conduites interne et externe utilisées sont données ci-après dans le tableau dans lequel ID= diamètre interne, OD=diamètre externe.The dimensions of the internal and external pipes used are given below in the table in which ID = internal diameter, OD = external diameter.
Tableau 1 : Dimensions du PIPTable 1: Dimensions of the PIP
L'énergie utile pour le chauffage est l'énergie dégagée par effet Joule par le tube interne. La conduite interne est suffisamment isolée pour que durant tout le temps de la chauffe de la portion de 10m de ligne par la machine l'énergie dégagée par conduction soit négligeable. Toute l'énergie dégagée par effet Joule par la conduite externe ou la bobine d'induction est considéré comme perdue. Les constantes des matériaux utilisés sont celles des tableaux 2 et 3 suivants.The energy useful for heating is the energy released by the Joule effect from the internal tube. The internal pipe is sufficiently insulated so that during all the time of the heating of the portion of 10m of line by the machine the energy released by conduction is negligible. All the energy released by the Joule effect through the external pipe or the induction coil is considered to be lost. The constants of the materials used are those of Tables 2 and 3 below.
Tableau 2 : Propriétés thermiques utiliséesTable 2: Thermal properties used
La conduite interne est isolée de l'eau de mer avec une isolation thermique de Uvalue d'environ 1 Wm-2K_1.The internal pipe is isolated from sea water with a thermal insulation of Uvalue of approximately 1 Wm- 2 K _1 .
Tableau 3 : Propriétés électromagnétiques des matériaux utilisésTable 3: Electromagnetic properties of the materials used
Sur la figure IC : l'efficacité énergétique en fonction de la fréquence est calculée en calculant le rapport de la puissance totale dégagée par effet Joule dans le tube interne et de la puissance totale fournie.In Figure IC: the energy efficiency as a function of frequency is calculated by calculating the ratio of the total power released by the Joule effect in the internal tube and the total power supplied.
Les courbes des figures IA à IC montrent que le chauffage par induction de la conduite interne de ce pipe in pipe est possible si l'on envoie dans la bobine entourant la conduite externe un courant à la fréquence précise de maximum d'efficacité de 25% de l'ordre de 4 Hz correspondant à une puissance utile de chauffe par effet joule de 25 kW par mètre de bobine, soit une puissance totale de 10x25=250kW. Cette valeur rend faisable le projet car la puissance nécessaire pour réaliser le chauffage d'une rame de conduite de 10m en 10min est inférieure à 250kW.The curves of Figures IA to IC show that the induction heating of the internal pipe of this pipe in pipe is possible if we send in the coil surrounding the external pipe a current at the precise frequency of maximum efficiency of 25% of the order of 4 Hz corresponding to a useful heating power by Joule effect of 25 kW per meter of coil, or a total power of 10x25 = 250kW. This value makes the project feasible because the power required to heat a 10m line train in 10min is less than 250kW.
Exemple 2 : Dispositif mobile de chauffage par induction.Example 2: Mobile device for induction heating.
Sur la figure 2 on a représenté un dispositif mobile de chauffage par induction 8 capable de chauffer jusqu'à 10km de ligne/jour selon les diamètres de conduites, puissance disponible et puissance de chauffage requises.FIG. 2 shows a mobile induction heating device 8 capable of heating up to 10 km of line / day according to the diameters of pipes, available power and required heating power.
Lors du redémarrage de la ligne chaque dispositif mobile 8 chauffe au préalable la conduite PIP 1 à +40°C au-dessus de la température ambiante pour détruire les bouchons d'hydrates.When the line is restarted, each mobile device 8 heats the PIP line 1 beforehand to + 40 ° C above ambient temperature to destroy the hydrate plugs.
Le dispositif mobile de chauffage par induction 8 peut être préinstallé lors de la pose de la conduite PIP 1 ou installé sur la conduite 1 reposant au fond la mer comme décrit à l'exemple 3.The mobile induction heating device 8 can be pre-installed when the PIP pipe 1 is laid or installed on the pipe 1 lying at the bottom of the sea as described in Example 3.
En opération le dispositif mobile 8 est entièrement soulevé au-dessus du sol 13 par déballastage contrôlé de bouées 3,4 décrites ci-après.In operation, the mobile device 8 is entirely raised above the ground 13 by controlled deballasting of buoys 3,4 described below.
Les éléments principaux du dispositif mobile de chauffage par induction 8 sont:The main elements of the mobile induction heating device 8 are:
- une structure support rigide 7,- a rigid support structure 7,
- deux bobines d'induction 5, 5-1 et 5-2, espacées dans la direction longitudinale de la conduite disposées coaxialement à la conduite externe et permettant de générer le champ magnétique variable nécessaire au chauffage de la conduite interne, les bobines 5 étant solidaires de ladite structure support 7- two induction coils 5, 5-1 and 5-2, spaced in the longitudinal direction of the pipe arranged coaxially with the external pipe and making it possible to generate the variable magnetic field necessary for heating the internal pipe, the coils 5 being integral with said support structure 7
- des premières bouées 3, 3-1 et 3-2 respectivement an aval de la première bobine 5-1 et en amont de la deuxième bobine 5-2, les premières bouées 3 étant solidaires de ladite structure support 7 et aptes à soulever ladite structure support 7 et la conduite 1,- First buoys 3, 3-1 and 3-2 respectively downstream of the first reel 5-1 and upstream of the second reel 5-2, the first buoys 3 being integral with said support structure 7 and capable of lifting said support structure 7 and pipe 1,
- des deuxièmes bouées 4 de type Trelleborg subsea buoyancy solidaires de la structure support 7 et permettant de contrôler par déballastage contrôlé le soulèvement de la structure support 7 par rapport au sol marin 13;- Second buoys 4 of the Trelleborg subsea buoyancy type secured to the support structure 7 and making it possible to control, by controlled deballasting, the lifting of the support structure 7 relative to the sea floor 13;
- des rouleaux 2 disposés en sous face de la conduite externe de la ligne 1 et suspendus aux premières bouées 3 via des liens 3a, les rouleaux 2 supportant la ligne 1 et étant aptes à permettre le déplacement relatif de ia ligne 1 par coulissement relatif de la conduite 1 sur les rouleaux 2 lorsque la conduite 1 et la structure support 7 sont soulevées à l'aide des premières bouées 3, le dispositif mobile 8 est déplacé en translation relative par rapport à la ligne 1,- rollers 2 arranged below the external pipe of line 1 and suspended from the first buoys 3 via links 3a, the rollers 2 supporting line 1 and being able to allow the relative movement of line 1 by relative sliding of the pipe 1 on the rollers 2 when the pipe 1 and the support structure 7 are raised using the first buoys 3, the mobile device 8 is moved in relative translation relative to the line 1,
- un dispositif à chenilles 6 supporté par la structure support 7 permettant de faire avancer le dispositif mobile 8 le long de la conduite PIP 1, des chenilles supérieure 6a et inferieure 6b aptes à venir coincer la conduite entre elles par déplacement radial relatif par rapport à la conduite avec des moyens de déplacement radial relatif 6'.a tracked device 6 supported by the support structure 7 making it possible to advance the mobile device 8 along the pipe PIP 1, upper tracks 6a and lower 6b capable of coming to wedge the pipe between them by relative radial displacement relative to driving with relative radial displacement means 6 '.
La structure support 7 supporte donc directement les bobines 5 et le dispositif à chenilles 6 et indirectement la conduite 1 via les rouleaux 2.The support structure 7 therefore directly supports the coils 5 and the tracked device 6 and indirectly the pipe 1 via the rollers 2.
Le dispositif à chenilles 6 est du type pipe tensionneur à motorisation hydraulique (Huisman, 4C Offshore).The tracked device 6 is of the hydraulic tensioning pipe type (Huisman, 4C Offshore).
Un transformateur sur le bateau 11 en surface 12 permet de transformer la puissance électrique 400V AC triphasé, 50Hz du bateau 11 en surface 12 en puissance équivalente à une tension supérieure à lOkV ou plus selon la distance entre le bateau et la machine 8 pour un transport avec peu de pertes de puissance. Ce transport de l'électricité peut être réalisé par un ombilical, en général un câble rempli d'huile à forte capacité d'isolation électrique, La machine 8 devra disposer d'une source de courant AC placée dans un environnement étanche permettant de générer le courant AC monophasé de 0.1-50Hz permettant de faire fonctionner de manière optimale l'inducteur. La machine 8 est reliée au bateau par un ombilical 10 comprenant un câble sous-marin apportant la puissance électrique et hydraulique pour le fonctionnement du module d'induction et le module de déplacement.A transformer on boat 11 on surface 12 transforms the 400V AC three-phase, 50Hz AC power from boat 11 on surface 12 into power equivalent to a voltage greater than 10kV or more depending on the distance between the boat and the machine 8 for transport with little power loss. This transport of electricity can be carried out by an umbilical, in general a cable filled with oil with high capacity of electrical insulation, The machine 8 will have to have a source of AC current placed in a tight environment allowing to generate the single-phase AC current of 0.1-50Hz allowing the inductor to operate optimally. The machine 8 is connected to the boat by an umbilical 10 comprising an underwater cable providing electrical and hydraulic power for the operation of the induction module and the displacement module.
Le procédé de mise en œuvre du dispositif mobile de chauffage par induction 8 comprend donc les étapes suivantes dans lesquelles:The method of implementing the mobile induction heating device 8 therefore comprises the following steps in which:
- on soulève une portion longitudinale 1-2 de conduite 1 qui adopte une forme en dos d'âne avec deux portions de conduites 1-1 et 1-3 reposant sur le sol 13 de part et d'autre de la portion 1-2 formant une bosse surélevée au-dessus du sol marin 13,- a longitudinal portion 1-2 of pipe 1 is raised which adopts a donkey shape with two portions of pipes 1-1 and 1-3 resting on the ground 13 on either side of the portion 1-2 forming a raised hump above the sea floor 13,
- on applique les chenilles 6 en appui contre la conduite 1,- the tracks 6 are applied in abutment against the pipe 1,
- on applique les bobines 5 autour de la conduite 1,- the coils 5 are applied around the pipe 1,
- on actionne les chenilles 6 ce qui provoque le déplacement relatif de l'ensemble du dispositif de chauffage 8 (comprenant la structure 7 et les éléments 2, 3, 4, 5 et 6 qui lui sont solidaires) le long de la conduite en déplaçant concomitamment la partie en dos d'âne surélevée le long de la conduite 1.- the tracks 6 are actuated which causes the relative displacement of the whole of the heating device 8 (comprising the structure 7 and the elements 2, 3, 4, 5 and 6 which are integral with it) along the pipe by moving concomitantly with the elevated donkey section along line 1.
Dans une variante, sur la figure 2A, la structure support 7 comprend des tiges rigides 7a, 7b qui supportent et relient solidairement entre elles les bouées 31 et 3-2. Les deux bouées 3-1 et 3-2 supportent chacune un lien 3a avec une pluralité de petits rouleaux 2 montés en chapelet sur le lien 3a et en sous face de la conduite 1. Le chenillard 6 disposé entre les deux bobines 5-1 et 5-2 comprend des chenilles du type à bande sans fin aptes à être plaquées contre la conduite par un actionneur 6' non représenté, à savoir: 2 chenilles supérieures 6al, 6a2 et deux chenilles inferieures 6bl, 6b2. La structure support 7 supporte les deux bobines 5 via des modules support 5'. Les deuxièmes bouées 4 supportent le chenillard 6 via des tiges verticales rigides 4a solidaires en 4b de la tige rigide horizontale 7a de la structure support 7. χIn a variant, in FIG. 2A, the support structure 7 comprises rigid rods 7a, 7b which support and connect the buoys 31 and 3-2 together. The two buoys 3-1 and 3-2 each support a link 3a with a plurality of small rollers 2 mounted in a chain on the link 3a and on the underside of the pipe 1. The chaser 6 disposed between the two coils 5-1 and 5-2 comprises tracks of the endless belt type able to be pressed against the pipe by an actuator 6 'not shown, namely: 2 upper tracks 6al, 6a2 and two lower tracks 6bl, 6b2. The support structure 7 supports the two coils 5 via support modules 5 '. The second buoys 4 support the chase 6 via rigid vertical rods 4a integral at 4b with the horizontal rigid rod 7a of the support structure 7. χ
Les bobines 5 sont constituées de bobines simples couche ou double couche selon la puissance requise, avec des spires sous forme de tubes de cuivre refroidis par eau par exemple. Les bobines sont placées dans une chambre remplie d'un fluide spécialement conçu qui n'est pas en contact avec l'eau de mer.The coils 5 consist of single layer or double layer coils depending on the power required, with turns in the form of copper tubes cooled by water for example. The coils are placed in a chamber filled with a specially designed fluid which is not in contact with sea water.
Dans les exemples 2A et 2B ci-après, les conduites de la conduite PIP sont constituées des matériaux de l'exemple 1 et configurées pour une durée de refroidissement en 24h de +40°C à 20°C avec des conduite interne et conduite externe en acier de capacité thermique lW/m2/K pour permettre de traiter une conduite PIP de 12km en 24h. Les conduites internes sont remplies d'eau.In Examples 2A and 2B below, the pipes of the PIP pipe are made of the materials of Example 1 and configured for a cooling time in 24 hours from + 40 ° C to 20 ° C with internal pipe and external pipe in steel with thermal capacity lW / m 2 / K to allow processing of a PIP pipe of 12km in 24 hours. The internal pipes are filled with water.
Exemple d'application 2A :Application example 2A:
- machine 8 préinstallée sur le tube- machine 8 preinstalled on the tube
- conduite interne : diamètre externe 4 et épaisseur 10mm,- internal pipe: external diameter 4 and thickness 10mm,
- conduite externe : diamètre externe 8 et épaisseur 10mm,- external pipe: external diameter 8 and thickness 10mm,
- Inducteurs : 2 bobines 5 de 1m, permettant de générer un champ magnétique de 0.1T et permettant chacune de générer une puissance utile de 50kW- Inductors: 2 coils 5 of 1m, allowing to generate a magnetic field of 0.1T and each allowing to generate a useful power of 50kW
- Source AC 400kW à fréquence 4Hz et puissance utile lOOkW- AC source 400kW at 4Hz frequency and useful power lOOkW
- Vitesse de déplacement du dispositif 8: 5.6 km/jour.- Travel speed of device 8: 5.6 km / day.
Exemple d'application 2B :Application example 2B:
- machine 8 préinstallée sur le tube- machine 8 preinstalled on the tube
- conduite interne : diamètre externe 12 et épaisseur 20mm,- internal pipe: external diameter 12 and thickness 20mm,
- conduite externe : diamètre externe 16 et épaisseur 15mm,- external pipe: external diameter 16 and thickness 15mm,
- Inducteurs : 2 bobines 5 de 2m permettant de générer un champ magnétique de 0.1T environ et permettant chacune de générer une puissance utile de lOOkW- Inductors: 2 coils 5 of 2m allowing to generate a magnetic field of approximately 0.1T and each allowing to generate a useful power of lOOkW
- Source AC 800kW à fréquence 2Hz. Puissance utile 200kW- AC source 800kW at 2Hz frequency. Useful power 200kW
- Vitesse de déplacement du dispositif 8 :1.5km/jour.- Movement speed of device 8: 1.5km / day.
Exemple 3 : Dispositif de chauffage par induction amovible.Example 3: Removable induction heater.
Il s'agit d'un dispositif que l'on peut rapporter localement sur une conduite reposant au fond de la mer pour un chauffage ponctuel, mais il peut également être appliqué dans le cadre d'un dispositif mobile tel que décrit à l'exemple 2 et sur ia figure 3A.It is a device that can be brought locally on a pipe resting at the bottom of the sea for occasional heating, but it can also be applied as part of a mobile device as described in the example. 2 and in FIG. 3A.
La bobine d'induction 5 telle que montrée schématiquement figure 3 comprend deux parties symétriques demies-cylindriques 5a, 5b aptes à entourer la conduite PIP et que l'on vient raccorder l'une à l'autre à l'aide de connecteurs électriques 5c en bout de demies-spires 5d qu'elles supportent.The induction coil 5 as shown diagrammatically in FIG. 3 comprises two symmetrical half-cylindrical parts 5a, 5b capable of surrounding the PIP pipe and which are just connected to each other using electrical connectors 5c at the end of half-turns 5d which they support.
Ces demies-bobines demies-cylindriques sont préparées comme décrit ciaprès.These half-cylindrical half-coils are prepared as described below.
On utilise des tubes de cuivre de section ronde de l'ordre de 1000mm2 ou plus et des courants de l'ordre de 10000A pour n'avoir qu'une seule couche de tubes conducteurs à connecter.Copper tubes of round section of the order of 1000 mm 2 or more and currents of the order of 10000A are used to have only one layer of conductive tubes to connect.
La connexion des deux parties 5a et 5b se fait par des connecteurs plats 5c ou connecteurs s'emboîtant l'un dans l'autre de section plus grande. Les circuits de refroidissement d'eau peuvent être indépendants pour les deux parties de la bobine.The connection of the two parts 5a and 5b is done by flat connectors 5c or connectors which fit into each other of larger section. The water cooling circuits can be independent for the two parts of the coil.
Les étapes de fabrication comprennent :The manufacturing steps include:
- le pliage du tube cuivre en spires de bobine standard,- folding the copper tube into standard coil turns,
- la découpe de la bobine obtenue dans un plan axial, et- the cutting of the coil obtained in an axial plane, and
- le soudage des connecteurs plats 5c de chaque côté des demies spires 5d.- welding of the flat connectors 5c on each side of the half turns 5d.
Dans le dispositif mobile de la figure 3A, les deux demi-bobines 5a, 5b sont montées aptes à être déplacées en translation relative sur un bâti transversal 5' sous la poutre horizontale 7a de la structure support 7.In the mobile device of FIG. 3A, the two half-coils 5a, 5b are mounted capable of being moved in relative translation on a transverse frame 5 'under the horizontal beam 7a of the support structure 7.
Ainsi il est possible de venir monter les bobines 5 autour de la conduite 1 après soulèvement de la conduite 1 par les bouées 3 et 4 sans nécessiter de les préinstaller.Thus it is possible to mount the coils 5 around the pipe 1 after lifting the pipe 1 by the buoys 3 and 4 without the need to preinstall them.
Plus précisément sur la figure 3A, la structure support 7 est constituée de 3 parties 7a, 7b-1 et 7b-2 initialement indépendantes et rendues solidaires avant opération.More precisely in FIG. 3A, the support structure 7 consists of 3 parts 7a, 7b-1 and 7b-2 initially independent and made integral before operation.
Des poutres verticales 7b-l et 7b-2 sont solidaires chacune des premières bouées 3-1 et respectivement3-2. Une poutre horizontale 7a solidaire de deuxièmes bouées 4 supporte les bobines 5 et les chenilles 6.Vertical beams 7b-1 and 7b-2 are secured to each of the first buoys 3-1 and respectively3-2. A horizontal beam 7a secured to second buoys 4 supports the coils 5 and the tracks 6.
Initialement, les bouées 3-1 et 3-2 avec les poutres 7b-l et 7b-2 sont mises en œuvre de façon à soulever la portion 1-2 de conduite 1. Pour ce faire on les positionne espacées le long et au-dessus de la conduite à l'aide d'un ROV non représenté et on dispose les liens 3a supportées par les bouées 3 autour de la conduite 1 avec les rouleaux 2 en sous face de la conduite.Initially, the buoys 3-1 and 3-2 with the beams 7b-l and 7b-2 are implemented so as to raise the portion 1-2 of pipe 1. To do this, they are positioned spaced along and above the pipe using a not shown ROV and there are the links 3a supported by the buoys 3 around the pipe 1 with the rollers 2 on the underside of the pipe.
Ensuite, on vient positionner la poutre centrale horizontale 7a munie de ses bouées 4 entre les poutres verticales 7b-l et 7b-2 de façon à positionner les bobines 5 et chenilles 6 autour de la conduite 1. Pour ce faire, une fois en position, on actionne en translation les demies-bobines 5a, 5b pour former des bobines 5 disposées coaxialement autour de la conduite 1 et on actionne radialement les chenilles 6a et 6b en appui conte la conduite 1 avec l'actionneur 6' et on fixe les^ poutres 7b-l et 7b-2 sur la poutre centrale 7a celles-ci de manière à former une structure support commune 7.Then, we just position the horizontal central beam 7a provided with its buoys 4 between the vertical beams 7b-l and 7b-2 so as to position the coils 5 and tracks 6 around the pipe 1. To do this, once in position , the half-coils 5a, 5b are actuated in translation to form coils 5 arranged coaxially around the pipe 1 and the tracks 6a and 6b are radially actuated in support against the pipe 1 with the actuator 6 'and the ^ are fixed beams 7b-1 and 7b-2 on the central beam 7a these so as to form a common support structure 7.
Claims (17)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1660717 | 2016-11-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| OA19064A true OA19064A (en) | 2019-12-27 |
Family
ID=
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