RU2525561C1

RU2525561C1 - Pipeline heater

Info

Publication number: RU2525561C1
Application number: RU2013107099/06A
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Герасимов; Валерий Петрович Искуснов
Original assignee: Евгений Михайлович Герасимов
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2014-08-20

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: heater comprises heating units, each of which is located around the heated pipeline and comprises the heat insulating layer with the electrical heating element built in it, connected to current-carrying wires. The heating unit located at the beginning part of the pipeline is formed as a heat exchanger with the intermediate coolant using the thermal energy of the condenser of superheated steam of the nuclear reactor. Each subsequent heating unit is provided with a temperature sensor of the pipeline wall electrically connected to the control processor located in a control unit of the maritime platform. The heating element of each heating unit comprises a mechanism of start and stop of contact with current-carrying wires interconnected with the control processor. The pipeline with the heating sections and current-conductive elements are placed in a single heat insulated casing.

EFFECT: stable maintenance of the specified temperature range of the product pumped through the main pipeline under conditions of the cooling effect of the environment.

2 dwg

Description

Устройство относится к эксплуатации магистральных трубопроводов и может быть использовано при эксплуатации месторождений нефти в условиях арктического шельфа для подогрева магистральных продуктопроводов, транспортирующих нефть и газ с морских платформ ледового класса, в том числе использующих в качестве источника энергии атомные реакторы.The device relates to the operation of main pipelines and can be used in the operation of oil fields in the Arctic shelf to heat the main product pipelines transporting oil and gas from offshore platforms of the ice class, including those using nuclear reactors as an energy source.

Общий технический уровень. Известны технические решения по предупреждению замерзания магистральных газонефтепроводов, проложенных в вечномерзлом грунте (патенты 1638431, 504044) или по дну глубоководных преград (патент 2037725), включающие наличие теплозащитных экранов (патент №779719) или теплоизолирующих кожухов (патент №394619). Недостатком подобных решений является необходимость придания высоких температур перекачиваемому по трубопроводу продукту на начальном этапе транспортировки.General technical level. Known technical solutions to prevent freezing of gas and oil pipelines laid in permafrost soil (patents 1638431, 504044) or along the bottom of deep-sea barriers (patent 2037725), including the presence of heat shields (patent No. 779719) or heat-insulating covers (patent No. 394619). The disadvantage of such solutions is the need to give high temperatures to the product pumped through the pipeline at the initial stage of transportation.

Наибольшее количество патентных решений относится к вариантам электроподогрева трубопроводов (№№802686, 932084, 1221458, 1481553, 1620766, 2037725, 2292676, 2371889, 2406916, 2415517, 2439863 и т.п.), что свидетельствует о перспективности данного направления борьбы с замерзанием транспортируемого продукта. Однако реализация данных технических решений сдерживается дефицитом электроэнергии в зонах размещения буровых платформ.The largest number of patent solutions relates to options for electric heating of pipelines (No. 802686, 932084, 1221458, 1481553, 1620766, 2037725, 2292676, 2371889, 2406916, 2415517, 2439863, etc.), which indicates the prospects of this direction of the fight against freezing transported product. However, the implementation of these technical solutions is constrained by the shortage of electricity in the areas of drilling platforms.

Аналоги заявляемого технического решения.Analogues of the claimed technical solution.

Известны устьевые и путевые нагревательные печи для подогрева продукции скважин в устьях выкидных линий скважин или перед аппаратами обезвоживания и обессоливания. В частности, нагреватель нефти блочный БН-2М с пропускной способностью до 3 млн. тонн в год имеет основной технологический блок, включающий четыре последовательно соединенных подогревателя типа «труба в трубе»; причем печь трубчатая ПТБ-10-64 с водным теплоносителем, тепловой производительностью 10 млн. ккал/ч при допустимом рабочем давлении 64 атм. при массе в 57,1 т предназначена для подогрева обводненных нефтей с пропускной способностью до 9 млн.т/год; при этом установки оснащены приборами автоматического регулирования температуры и давления [Нефтяные нагревательные печи. Электронный ресурс. Режим доступа: oborudovanie/21-neftianve-nagrevateli-i-ptchi - дата обращения 30.01.2013].Wellhead and track heating furnaces are known for heating well products at the mouths of flow lines of wells or in front of dehydration and desalination apparatuses. In particular, the block oil heater BN-2M with a throughput of up to 3 million tons per year has a main technological unit, including four series-connected pipe-in-pipe heaters; moreover, a tubular furnace PTB-10-64 with an aqueous coolant, a thermal capacity of 10 million kcal / h with an allowable working pressure of 64 atm. with a mass of 57.1 tons it is intended for heating irrigated oils with a throughput of up to 9 million tons / year; at the same time, the units are equipped with devices for automatic control of temperature and pressure [Oil heating furnaces. Electronic resource. Access mode: oborudovanie / 21-neftianve-nagrevateli-i-pchi - date of treatment 01/30/2013].

Недостатком устьевых нагревателей является использование газовых топок с инжекционными сопловыми горелками, эффективными в наземных условиях, но недопустимыми в условиях морских платформ.The disadvantage of wellhead heaters is the use of gas furnaces with injection nozzle burners, effective in ground conditions, but unacceptable in conditions of offshore platforms.

Известен подогреватель нефти, предназначенный для нагрева трубопровода транспортировки нефти, с размещенным внутри него трубчатым элементом удлиненной формы, по которому осуществляется подача теплоносителя, при этом трубчатый теплоноситель может быть выполнен в виде спирали [патент США №Н 2139, МПК Б28F 7/10].Known oil heater, designed to heat the oil transportation pipeline, with an elongated tubular element placed inside it, through which the coolant is supplied, while the tubular coolant can be made in the form of a spiral [US patent No. H 2139, IPC B28F 7/10].

Недостатком всех систем подогрева нефти или стенок трубопровода с внутритрубным размещением теплонесущего или теплогенерирующего оборудования является невозможность последующего применения чистящих скребков или диагностических снарядов, т.е. необходимых процедур эксплуатации магистральных нефтепроводов.The disadvantage of all oil heating systems or pipeline walls with in-tube placement of heat-carrying or heat-generating equipment is the impossibility of subsequent use of cleaning scrapers or diagnostic shells, i.e. necessary operating procedures for oil pipelines.

Известно техническое решение по предупреждению замерзания нефтепровода посредством обогревания его стенок паром от дополнительного сопутствующего трубопровода [Устройство обогревания трубопровода, патент №1800205].A technical solution is known to prevent freezing of an oil pipeline by heating its walls with steam from an additional accompanying pipeline [Patent No. 1800205].

Недостатком аналога являются дополнительные затраты на создание и обслуживание дублирующего трубопровода.The disadvantage of the analogue is the additional cost of creating and maintaining a backup pipeline.

Известен нагреватель, предназначенный для нагрева трубопровода для транспортировки нефти, который содержит нагревательный элемент, выполненный в виде трубы из ферромагнитного материала, расположенный с наружной стороны трубопровода параллельно его оси и соединенный по концам проводниками с источником тока [патент №343483 МПК Н05 В 3/10)].A heater is known for heating a pipeline for transporting oil, which contains a heating element made in the form of a pipe made of ferromagnetic material, located on the outside of the pipeline parallel to its axis and connected at the ends by conductors with a current source [patent No. 343483 IPC Н05 В 3/10 )].

Линейное соприкосновение стенок нагревающего и обогреваемого элемента недостаточно эффективно и обладает малым коэффициентом передачи тепловой энергии.The linear contact of the walls of the heating and the heated element is not efficient enough and has a low coefficient of transfer of thermal energy.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является нагреватель трубопровода, содержащий греющие блоки, каждый из которых расположен вокруг обогреваемого трубопровода и включает теплоизоляционный слой с вмонтированным в него электронагревательным элементом, подключенным к токонесущим проводам, причем каждый греющий блок выполнен в виде двух спаренных греющих секций, каждая из которых содержит корпус, имеющий форму полого пустотелого тонкостенного полуцилиндра, внутренняя полость которого заполнена теплоизоляционным материалом, и электронагревательный элемент, размещенный внутри корпуса на его стенке, примыкающей к обогреваемому трубопроводу, при этом электронагревательный элемент выполнен в виде проволоки, изготовленной из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением и снабженной изолирующими элементами, внутренний диаметр корпуса греющей секции равен наружному диаметру обогреваемого трубопровода, а в каждом греющем блоке греющие секции соединены друг с другом наружными легкосъемными хомутами, расположенными на концевых участках греющих секций [патент РФ на полезную модель №38214, МПК7 F16L 53/00, опубл.2004.05.27].The closest to the claimed technical essence and the achieved result, selected as a prototype, is a pipeline heater containing heating blocks, each of which is located around a heated pipeline and includes a heat-insulating layer with an electric heating element mounted in it, connected to current-carrying wires, each heating the block is made in the form of two paired heating sections, each of which contains a housing having the form of a hollow hollow thin-walled half-cylinder, the inner cavity of which is filled with heat-insulating material, and an electric heating element placed inside the housing on its wall adjacent to the heated pipeline, while the electric heating element is made in the form of a wire made of a material with high electrical resistivity and equipped with insulating elements, the inner diameter of the heating section body equal to the outer diameter of the heated pipeline, and in each heating block the heating sections are connected to each other by external removable clamps located on the end sections of the heating sections [RF patent for utility model No. 38214, IPC7 F16L 53/00, publ. 2004.05.27].

Техническое устройство предназначено как временное съемное устройство подготовки поверхности строящегося трубопровода к нанесению изоляционного покрытия.The technical device is intended as a temporary removable device for preparing the surface of a pipeline under construction for applying an insulating coating.

Технической задачей заявляемого технического решения является стабильное поддержание диапазона заданной температуры прокачиваемого по магистральному трубопроводу продукта в условиях охлаждающего воздействия окружающей среды.The technical task of the proposed technical solution is the stable maintenance of the range of the set temperature of the product pumped through the main pipeline in the conditions of the cooling effect of the environment.

Поставленная задача решается тем, что нагреватель трубопровода, содержащий греющие блоки, каждый из которых расположен вокруг обогреваемого трубопровода и содержит теплоизоляционный слой с вмонтированным в него электронагревательным элементом, подключенным к токонесущим проводам, согласно изобретению греющий блок, расположенный в начальной части трубопровода, выполнен в виде теплообменника с промежуточным теплоносителем, использующим тепловую энергию конденсатора перегретого пара атомного реактора; причем каждый последующий греющий блок обеспечен датчиком температуры стенки трубопровода, электрически связанным с управляющим процессором; при этом электронагревательный элемент каждого греющего блока содержит механизм пуска-отключения контакта с токонесущими проводами, взаимосвязанными с силовым блоком; при этом трубопровод с греющими блоками, токонесущими проводами, информационно-управляющими каналами связи и силовым электрокабелем помещены в теплоизолированный кожух.The problem is solved in that the pipeline heater, containing heating blocks, each of which is located around the heated pipeline and contains a heat-insulating layer with an electric heating element mounted in it, connected to current-carrying wires, according to the invention, the heating block located in the initial part of the pipeline is made in the form a heat exchanger with an intermediate coolant using the thermal energy of a superheated steam condenser of a nuclear reactor; moreover, each subsequent heating unit is provided with a temperature sensor for the wall of the pipeline, electrically connected to the control processor; wherein the electric heating element of each heating unit comprises a start-up mechanism for contact with current-carrying wires interconnected with the power unit; while the pipeline with heating blocks, current-carrying wires, information and control communication channels and a power cable are placed in a thermally insulated casing.

Конструкция заявляемого нагревателя трубопровода представлена на фиг.1 и фиг.2. Фиг.1 иллюстрирует конструкцию греющего блока начальной части трубопровода, размещенную в отсеках морской платформы и выполненную в виде теплообменника, использующего тепло конденсатора перегретого пара атомного реактора. Фиг.2 иллюстрирует соотношение элементов греющих блоков на участках трубопровода, отдаленных от морской платформы.The design of the inventive pipeline heater is presented in figure 1 and figure 2. Figure 1 illustrates the design of the heating block of the initial part of the pipeline, placed in the compartments of the offshore platform and made in the form of a heat exchanger using the heat of a superheated steam condenser of a nuclear reactor. Figure 2 illustrates the ratio of the elements of the heating blocks in sections of the pipeline remote from the offshore platform.

Заявляемый нагреватель трубопровода расположен (конструктивно находится) в начальном отделе трубопровода 1, размещенного в теплозащищенных отсеках морской платформы 2, и содержит теплозащитный кожух 3, вмещающий участок трубопровода 1, контактирующий с теплообменником, выполненным в виде теплоотдающей системы трубчатых каналов 4, взаимосвязывающих емкость теплоносителя 5 с системой теплонагреваемых трубчатых каналов 6, получающих тепло от конденсатора 7 перегретого пара атомного реактора 8, при этом емкость теплоносителя 5 имеет датчики 9 системы измерения температуры и давления, взаимосвязанные информационно-управляющими каналами связи 10 с управляющим процессором 11, причем системы трубчатых каналов 4, сообщающих емкость теплоносителя 5 с системой нагреваемых трубчатых каналов 6, соединены посредством насоса 12. При этом каждый греющий блок 13 нагревателя отдаленных от платформы 2 участков трубопровода 14 имеет теплозащитный слой 15, в который заделан электронагревательный элемент 16, при этом каждый греющий блок 13 снабжен датчиком температуры 17 стенки трубопровода 14 и механизмом 18 пуска-отключения контакта электронагревательного элемента 16 от токонесущих проводов 19, взаимосвязанных с силовым блоком 20 морской платформы 2, причем силовой блок 20 имеет электрическую связь с силовым электрокабелем 21, электрообеспечивающим береговую технологическую базу (на рисунке не показана); при этом все отдаленные участки трубопровода 14, греющие блоки 13 с токонесущими проводами 19, информационно-управляющими каналами связи 10 и силовым электрокабелем 21 помещены в цилиндрический теплоизолированный кожух 22.The inventive pipeline heater is located (structurally located) in the initial section of the pipeline 1, located in the heatproof compartments of the offshore platform 2, and contains a heat shield 3, accommodating a portion of the pipeline 1 in contact with a heat exchanger made in the form of a heat transfer system of tubular channels 4, interconnecting the heat carrier capacity 5 with a system of heat-heated tubular channels 6, receiving heat from the condenser 7 of the superheated steam of the atomic reactor 8, while the capacity of the coolant 5 has sensors 9 temperature and pressure measuring systems interconnected by information-control communication channels 10 with a control processor 11, and the system of tubular channels 4 communicating the capacity of the coolant 5 with the system of heated tubular channels 6 are connected by means of a pump 12. Each heating block 13 of the heater is remote from the platform 2 of the pipeline sections 14 has a heat-shielding layer 15 into which the electric heating element 16 is embedded, while each heating unit 13 is equipped with a temperature sensor 17 of the pipeline wall 14 and the fur Nizm 18 start-up and shutdown of the contact of the electric heating element 16 from the current-carrying wires 19, interconnected with the power unit 20 of the offshore platform 2, and the power unit 20 is in electrical communication with the power cable 21, which provides shore technology base (not shown); in this case, all remote sections of the pipeline 14, heating blocks 13 with current-carrying wires 19, information and control communication channels 10 and a power cable 21 are placed in a cylindrical insulated casing 22.

Устройство действует следующим образом. Диапазон допустимых температур стенки магистрального трубопровода на начальном и последующих участках пути от платформы к объектам береговой технологической базы задается в управляющий процессор 11 с учетом показаний датчика температуры 17 начального отдела трубопровода 1. Устройство работает в поточном режиме. Стенка начального отдела трубопровода 1 нагревается теплом от стенок теплоотдающей системы трубчатых каналов 4, взаимосвязывающих емкость теплоносителя 5 с системой теплонагреваемых трубчатых каналов 6, получающих тепло от конденсатора 7 перегретого пара атомного реактора; при этом циркуляция теплоносителя в системе теплообменника осуществляется по принципу теплового насоса и стимулируется насосом 12 перекачки охлажденного теплоносителя в систему теплонагреваемых трубчатых каналов 6. Температура стенок магистрального трубопровода 14 контролируется датчиками 17 и регулируется процессором 11 блока управления морской платформы на каждом участке размещения греющих блоков 13, используя возможности обратной связи процессора 11 по включению электронагревательных элементов 16 через пусковой механизм 18 для корректирования температуры стенки трубопровода 14.The device operates as follows. The range of permissible temperatures of the wall of the main pipeline at the initial and subsequent sections of the path from the platform to the objects of the onshore technological base is set in the control processor 11 taking into account the readings of the temperature sensor 17 of the initial section of the pipeline 1. The device operates in a stream mode. The wall of the initial section of the pipeline 1 is heated by heat from the walls of the heat-transfer system of the tubular channels 4, interconnecting the capacity of the coolant 5 with the system of heat-heated tubular channels 6, receiving heat from the condenser 7 of the superheated steam of a nuclear reactor; the circulation of the coolant in the heat exchanger system is carried out according to the principle of a heat pump and is stimulated by the pump 12 for transferring the cooled coolant to the system of heat-heated tubular channels 6. The temperature of the walls of the main pipeline 14 is controlled by sensors 17 and is regulated by the processor 11 of the marine platform control unit at each location of the heating blocks 13 using the feedback capabilities of the processor 11 to turn on the electric heating elements 16 through the trigger 18 for corre tirovanie conduit 14 wall temperature.

Мы отказались от возможности использовать потенциал силового кабеля 21, размещенного в одном кожухе 22 с магистральным трубопроводом 14, из-за неоправданного риска частого нарушения целостности оболочки силового кабеля для подключения электронагревательных элементов 16 греющих блоков 13, и предпочли ввести в структуру заявляемого нагревателя трубопровода отдельного электрического кабеля 19, сообщающего электронагревательные элементы 16 греющих блоков 13 с силовым блоком 20 морской платформы.We refused the opportunity to use the potential of the power cable 21, located in one casing 22 with the main pipe 14, because of the unjustified risk of frequent violation of the integrity of the power cable sheath for connecting the electric heating elements 16 of the heating blocks 13, and preferred to introduce a separate electric pipeline into the structure of the inventive heater cable 19, which communicates the electric heating elements 16 of the heating blocks 13 with the power block 20 of the offshore platform.

Мы отказались от использования тепла отходящих газов типовых для платформ установок типа LМ2500 электрической мощностью 28 МВт каждый, размещенных со всеми вспомогательными системами в теплозвукоизолированных контейнерах, которые рассчитаны на эксплуатацию на открытой палубе. Например, на выхлопных патрубках газотурбогенераторов платформы «Приразломная» оборудованы блоки утилизации тепла выхлопных газов тепловой мощностью по 25 МВт каждый. Однако использование газотурбогенераторов на морских платформах приводит к массированному загрязнению воздушного бассейна окислами азота на значительном расстоянии от районов эксплуатации, что привело к необходимости их замены на атомные электростанции. В связи с этим источником тепла для обогрева трубопроводов мы использовали избыточную тепловую энергию конденсатора 7 перегретого пара атомного реактора, передаваемую промежуточному теплоносителю, например, гликолю, обогревающему начальный отдел трубопровода 1 в узле обработки флюида на морской платформе.We abandoned the use of waste gas heat typical for platforms of the LM2500 type with an electric power of 28 MW each, placed with all auxiliary systems in heat and sound insulated containers, which are designed for operation on an open deck. For example, the exhaust pipes of gas turbine generators of the Prirazlomnaya platform are equipped with heat recovery units for exhaust gases with a thermal capacity of 25 MW each. However, the use of gas turbine generators on offshore platforms leads to massive pollution of the air basin with nitrogen oxides at a considerable distance from the operating areas, which led to the need to replace them with nuclear power plants. In this regard, the heat source for heating the pipelines we used the excess thermal energy of the condenser 7 of the superheated steam of a nuclear reactor transmitted to an intermediate coolant, for example, glycol, heating the initial section of the pipeline 1 in the fluid processing unit on the offshore platform.

Claims

A pipeline heater containing heating blocks, each of which is located around a heated pipeline and contains a heat-insulating layer with an electric heating element mounted in it, connected to current-carrying wires, characterized in that the heating block located in the initial part of the pipeline is made in the form of a heat exchanger with an intermediate heat carrier using the thermal energy of a superheated steam condenser of a nuclear reactor; moreover, each subsequent heating unit is provided with a temperature sensor for the wall of the pipeline, electrically connected to the control processor; at the same time, the electric heating element of each heating block contains a start-up mechanism - disconnecting the contact from current-carrying wires interconnected with the power block of the offshore platform, while the pipeline with heating blocks, current-carrying wires, information and control communication channels and a power electric cable are placed in a heat-insulated casing.