專利名稱：由雙套管管段制成的隔熱加熱管道及此管道的鋪設(shè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域涉及到碳?xì)浠衔镞\(yùn)輸管道的加熱方式，即保持碳?xì)浠衔锏臏囟取?br> 背景技術(shù)：
眾所周知，碳?xì)浠衔锏倪\(yùn)輸管道，即通常所說(shuō)的管線可通過(guò)不同方法加熱。安裝在水下的管道，多采用電加熱方式，以避免碳?xì)浠衔飪?nèi)形成固體阻塞物，又稱堵塞物。電加熱方式可將管內(nèi)溫度保持在20或20攝氏度以上。在海底油井典型壓力條件(幾十到幾百巴)下，管道內(nèi)部會(huì)在20攝氏度時(shí)出現(xiàn)汽水合物，如果液體內(nèi)含有固化溫度較高的石蠟時(shí)，溫度甚至超過(guò)30、40度，甚至60攝氏度。·
電加熱方式可通過(guò)多種途徑實(shí)現(xiàn)。通過(guò)在管壁上制造渦流，可制造出磁場(chǎng)來(lái)加熱管道。專利EP-0441814對(duì)該方法有詳細(xì)闡述。專利EP-0441814方法的缺點(diǎn)之一是需要第二套套管，從而影響保溫效果(液體管與海底環(huán)境之間的熱交換系數(shù)“U”低于2甚至IW/(m2. K))。第二套套管使用碳鋼制成，形成了一層電磁屏，妨礙了對(duì)第一層內(nèi)套管形成的主管進(jìn)行加熱。另外一種方式如專利US-3293407所述直接向金屬壁內(nèi)注入電流。但管道內(nèi)通了電的管壁對(duì)于進(jìn)入管道作業(yè)的操作人員來(lái)說(shuō)危險(xiǎn)重重。而且，一旦管線周圍發(fā)生漏電現(xiàn)象，將導(dǎo)致管道的腐蝕和提前老化。專利EP-1461559則闡述了使用焦耳效應(yīng)通過(guò)電熱電纜來(lái)加熱雙層壁的管道。雙層壁管道及絕緣裝置的配合使用使得熱交換降低到上述水平(“U”低于2甚至IW/ (m2. K))，而且當(dāng)電源在通常的3到50W/m2時(shí)，可加熱更長(zhǎng)的管道。不過(guò)，EP1461559里提到的雙壁管道必須使用卷管技術(shù)。當(dāng)安裝的管道直徑小，且長(zhǎng)度適中，在已安裝就位的容器的承受范圍之內(nèi)時(shí)，該技術(shù)十分具有優(yōu)勢(shì)。該鋪設(shè)技術(shù)原本是用來(lái)鋪設(shè)很短的管道，最多鋪幾十公里，而且管道的彎曲硬度與已安裝就位的容器的卷繞及拉直系統(tǒng)的變形能力相兼容。形成碳?xì)浠衔锕艿赖乃苄螐澢?，?shí)際上與其厚度和直徑的平方的乘積成正比。雙壁管道與耐熱材料的結(jié)合使用在緊密性和含能性方面優(yōu)勢(shì)明顯，因?yàn)槌颂岣弑匦阅芡猓€可通過(guò)使用小口徑管的電線均勻加熱。當(dāng)卷起的管道被拉直后，空置的容器必須回到端點(diǎn)裝載另外一卷管道。裝載了新的卷起管道的容器必須回到鋪設(shè)點(diǎn)，恢復(fù)已經(jīng)鋪設(shè)的那部分管道，以便在拉直新管道前做好銜接。對(duì)于重要的間距，S或J形鋪設(shè)技術(shù)更適用，或僅僅適用于大口徑管道。該鋪設(shè)技術(shù)用于組裝已安裝就位的容器的短直段管道，例如12到71米，以便構(gòu)造長(zhǎng)度合適的管道。組裝時(shí)，即可水平鋪設(shè)(S形鋪設(shè))，也可垂直鋪設(shè)(J形鋪設(shè))。專利EP1461559提到的管道加熱方法的另外一個(gè)缺陷是雙壁管內(nèi)定位在確定部位的加熱回路一旦發(fā)生故障，故障點(diǎn)以下所有管道的加熱完全罷工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服以前工藝的一個(gè)或多個(gè)缺陷，以S或J形的鋪設(shè)方式安裝管段，并優(yōu)化管道的保溫及加熱。目標(biāo)是碳?xì)浠衔镞\(yùn)輸管道的管段用于海底環(huán)境，上述管段由至少包括一個(gè)有內(nèi)部和外部套管的雙層套管，雙層套管放置在環(huán)形空間內(nèi)，環(huán)形空間包括保溫絕緣材料。其特點(diǎn)為上述的管段包括至少一個(gè)加熱回路，該回路布置在上述環(huán)形空間內(nèi)；連接基座固定在外部套管上，并與連在外部電源電纜相連的插座相連接；連接基座靠近與環(huán)形空間通信的入口段；加熱回路由連接基座供電；連接基座形成閉合的加熱電回路用來(lái)加熱管段。實(shí)際上，最重要的是將S或J形鋪設(shè)技術(shù)用于運(yùn)輸管道，并結(jié)合耐電加熱和出色的保溫性能，因?yàn)榻５碾娏膿p的減少可大大提高利用率。本發(fā)明的特色之一是閉合密封的環(huán)形空間。該空間在預(yù)先設(shè)定的壓力水平內(nèi)工作，可優(yōu)化保溫性能。 其優(yōu)勢(shì)是，施加在環(huán)形空間上的壓力，如上所述，是預(yù)先設(shè)定的優(yōu)化值，其壓力水平低于大氣壓。本發(fā)明的特點(diǎn)之一是加熱回路包括電加熱線路,該線路獨(dú)立于外部套管和內(nèi)部套管。這種形狀使得近海部分通過(guò)與內(nèi)部管道焊接而連接在一起。管段的外部套管并未焊接在一起，可通過(guò)安裝加強(qiáng)絕緣套筒的方式加強(qiáng)彎曲強(qiáng)度并加固焊縫周圍的保溫層。本發(fā)明的另外一個(gè)特征是布置在環(huán)形空間內(nèi)部的加熱回路，該加熱回路的電源與管段外部的電源并聯(lián)。這樣一來(lái)，管段內(nèi)部和外部的電纜即可區(qū)分開(kāi)來(lái)。本發(fā)明的另外一個(gè)特征是加熱回路里包括一個(gè)加熱閉合電路，該閉合電路僅用于焦耳效應(yīng)的加熱，并由外部電纜單相供電。本發(fā)明的另外一個(gè)特征是加熱回路里包括三個(gè)加熱三角回路，或首尾相連的回路，并由外部電纜三相供電。 三相外部電纜可包括三個(gè)電纜及一個(gè)或多個(gè)額外的中性線。一個(gè)單相加熱回路可以由外部電源單相的三相的外部電纜單各類相供電。例如，三相電纜里的兩條線可給一個(gè)單相加熱回路供電。熟知工藝的技術(shù)人員應(yīng)可辨認(rèn)各類變化都可導(dǎo)致球體平衡電路圖，例如將三段連續(xù)的管段沿著整根管道與外部電纜的不同相連接起來(lái)。另外一個(gè)特征是管段可通過(guò)將內(nèi)部套管與兩個(gè)相鄰的管段焊接起來(lái)進(jìn)行組裝。其加熱回路可通過(guò)傳導(dǎo)焊縫周圍區(qū)域的熱量進(jìn)行加熱。本發(fā)明的另外一個(gè)特征為如果在上述的環(huán)形空間里發(fā)生短路，與上述連接相連的基座元件可切斷供電。本發(fā)明的另外一個(gè)特征是管段包括專門(mén)用來(lái)加熱上述管段的多余的加熱回路。這些加熱回路的電源由上述連接基座供給；或多個(gè)與多個(gè)入口段相連的連接基座在與環(huán)形空間通信過(guò)程中，每個(gè)連接基座各關(guān)閉一段入口段。本發(fā)明的另外一個(gè)特征為加熱回路需要一個(gè)5到50W/m2的電源以保持溫度。功率越高，加熱管段所需時(shí)間越短，加熱速度越快。為計(jì)算供電的電壓，必須參考雙壁管道的內(nèi)部或外部管表面的電源(根據(jù)實(shí)際情況，可同時(shí)將兩個(gè)表面計(jì)算在內(nèi))。
根據(jù)該發(fā)明的另外一個(gè)特征，該管段的熱交換系數(shù)范圍為O. I to 2ff/(m2. K)。本發(fā)明的另外一個(gè)目的是運(yùn)輸碳?xì)浠衔锏墓艿烙膳c已安裝就位的容器焊在一起的直管段組成，其特性為根據(jù)本發(fā)明組成了大量的加熱管段，這些加熱管段包括其與上述外部電纜平行連接的電加熱回路。本發(fā)明的另外一個(gè)特性通過(guò)將加熱的管段內(nèi)的熱量分配到鄰近的未加熱的管段內(nèi)的方式進(jìn)行加熱。例如氣泡內(nèi)的氣體通過(guò)管道時(shí)傳輸熱量；或通過(guò)液體自然對(duì)流時(shí)產(chǎn)生的宏觀移動(dòng)傳輸熱量。氣體或另外一種液體從管到的一端傳入。一段加熱過(guò)的管段在故障后，可能成為一段未加熱的管段。但根據(jù)本發(fā)明，管道內(nèi)的各段依然可以被加熱。例如通過(guò)多于的加熱回路提供熱量。本發(fā)明的另外一個(gè)特性為與外部電纜連接的插頭被安置在一支分流的一端，該支流與外部電纜的一條線通過(guò)一個(gè)電器元件相連；當(dāng)該支流下游發(fā)生短路時(shí)，該電器元件可切斷電源。 本發(fā)明的另外一個(gè)特性為外部電纜由一個(gè)發(fā)生器供電，根據(jù)各管段到發(fā)生器的距離，每段管段內(nèi)的加熱回路的電阻值逐漸遞減。發(fā)生器可根據(jù)不同要求提供交流電或直流電。根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)特性，外部電纜供電電壓的范圍為5到lkV。本發(fā)明的另外一個(gè)目標(biāo)與鋪設(shè)管道相關(guān)，如-在就位的容器上水平或垂直放置一個(gè)管段；-該管段與已經(jīng)組裝的管道的一部分焊在一起；-焊縫上套有保溫絕緣套管；-套管下方及兩段管段之間的空間內(nèi)填入材料；-連接基座與外部電纜的支流相連接。本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)源自其鋪設(shè)工藝采用S和J形管道鋪設(shè)方式，這樣，就沒(méi)有必要沿著雙壁管道和連續(xù)的環(huán)形空間的滿程長(zhǎng)度的電路通道上施電焊。本發(fā)明明顯不同于過(guò)去的工藝技術(shù)。如果使用過(guò)去的工藝組裝短管段，以便為裝有電線的區(qū)域創(chuàng)建一個(gè)連續(xù)的環(huán)形空間，則根本不可能為每段管段連續(xù)提供電連接。假設(shè)為了再次創(chuàng)建一個(gè)環(huán)形空間而組裝短管段，這些管段只有幾十公里，那么首要的風(fēng)險(xiǎn)就是高缺陷率，第二個(gè)風(fēng)險(xiǎn)則是與連續(xù)電連接的接觸電阻相應(yīng)的電壓會(huì)出現(xiàn)遞減現(xiàn)象。本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于可修改各管段的電阻器，因此各段的電源可調(diào)制最理想狀態(tài)。本發(fā)明另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于管道加熱回路的平行連接，以增強(qiáng)其抵抗缺陷或故障的能力，因?yàn)榧訜峋€路的電源故障只會(huì)影響到有問(wèn)題的那段管段，而不會(huì)影響到相鄰管段的加熱功能。另外，一個(gè)加熱回路的故障可通過(guò)相鄰管段得到緩解，因?yàn)樵趥鲗?dǎo)和對(duì)流的影響下，熱量可傳輸?shù)绞У墓芏卫?。這對(duì)于預(yù)防出現(xiàn)停工十分重要。通過(guò)增加電源供應(yīng)，還有可能補(bǔ)償某管段內(nèi)的就地?zé)崃亢膿p。同樣可通過(guò)利用管道內(nèi)液體的移動(dòng)提高熱量傳輸。這樣，在停工階段，管道雖然繼續(xù)增壓，但進(jìn)口閥可短暫開(kāi)啟，當(dāng)管內(nèi)氣泡從一端開(kāi)始移動(dòng)時(shí)，可增加或利用液體的移動(dòng)。本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于加熱的雙壁管道的直徑并不會(huì)限制管道的鋪設(shè)。根據(jù)本發(fā)明，所采用的管道直徑差異為400mm或以上，因此管段的直徑范圍在200mm至600mm之間，甚至更高。以下的描述可體現(xiàn)本發(fā)明其他特別的優(yōu)點(diǎn)，參看附圖會(huì)對(duì)這些優(yōu)點(diǎn)有更直觀的理解。


圖I為本發(fā)明一部分管 段的剖視圖；圖2為本發(fā)明一部分管道的剖視圖；圖3為S形鋪設(shè)圖；圖4為J形鋪設(shè)圖；圖5、6和7分別為安裝有多個(gè)連接基座的管段的剖視圖；圖8和9為雙壁管道內(nèi)一段內(nèi)部套管周圍的內(nèi)部電加熱線路的布置方式；圖10為一個(gè)單相加熱回路圖；圖11和12分別為三相加熱回路圖；圖13為與三相電纜相連的單相加熱回路圖；圖14為采用加熱回路的管道的電加熱圖；圖15為與管段加熱回路平行的三相電纜的連接圖；圖16為管道內(nèi)形成氣泡并重新分配熱量；圖17為本發(fā)明鋪設(shè)管道的工藝示例。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在，本發(fā)明的描述更加詳細(xì)。如前所述，將個(gè)管段焊接在一起，可組裝出超長(zhǎng)的雙壁管道。各管段利用各自的加熱方式，獨(dú)立產(chǎn)生熱量，并通過(guò)與外部電纜并聯(lián)供電。作為本發(fā)明的補(bǔ)充內(nèi)容，可參考專利FR-2721681、FR-2751721及FR-2758872的內(nèi)容，這里面闡述了雙壁管道管段的鋪設(shè)技術(shù)。專利FR-2721681首先描述了建造運(yùn)輸近海石油產(chǎn)品的管道工藝；其次是用戶實(shí)現(xiàn)這一工藝的小管及管連接裝置。專利FR-2751721首先描述了通過(guò)將管道連續(xù)組裝在一起組成管路的工藝；其次介紹了實(shí)施這一工藝的管道。專利FR-2758872描述了熱保溫層，即運(yùn)輸石油產(chǎn)品的海底管道的建造。圖I為管道段的縱視圖。管段I包括定位在內(nèi)部套管5周圍的外部套管5。一段的長(zhǎng)度為，例如12到72米之間。管段I包括布置在外部套管5和內(nèi)部套管6之間的環(huán)形空間104理的熱絕緣材料7。連接基座8靠近并密封與環(huán)形空間104通信的入口段10。固定在管段I外部套管5上的連接基座8，是電動(dòng)連接元件，用來(lái)連接與電源電纜9相接的插頭4。詳情見(jiàn)后。連接基座8焊在外部套管5的外部。如圖I所示，外部套管5的外部突起出為連接基座8。入口段10將布置在環(huán)形空間104內(nèi)的加熱回路12連接起來(lái)。加熱回路12包括電線17。一旦上述環(huán)形空間104發(fā)生短路，連接基座8與元件11 一起切斷電源。一旦發(fā)生短路或過(guò)熱，為安全起見(jiàn)，元件11通過(guò)切斷開(kāi)關(guān)或保險(xiǎn)絲來(lái)切斷電。連接基座8下游一旦發(fā)生短路，將通過(guò)該方式切斷電流。另一種方法，如后所述，同樣的電源切斷元件26也可安裝在與外部電源電纜9相連的支流13的起始段。外部套管5上的管端的沖模3，外部套管的后面部分焊在內(nèi)部套管6上。外部套管5和內(nèi)部套管6之間的環(huán)形空間104由焊縫14b閉合并形成密封空間。在生產(chǎn)管段，并將之裝載到放置就位的容器上之前，外部套管5的沖模在海岸上制成。外部套管5剛開(kāi)始是管子，由沖模加工制成，因此其端部與內(nèi)部套管6接觸。沖模3的形狀基本上從逐漸變細(xì)。按照名為S形鋪設(shè)或J形鋪設(shè)的鋪設(shè)方法，圖I里顯示的管段I組裝在一起便組成了管路。圖3所示的S形鋪設(shè)方法是將管段水平相連，形成管路。S形鋪設(shè)通常用于不太深的管子。圖4所示J形鋪設(shè)方法則將管段垂直拼接。J形鋪設(shè)方法通常用于較深的管子。
圖I所示管段I與其他管段連在一起，形成了雙壁管道2，如圖2所示。圖I和圖2使用了相同的參照符號(hào)，以確定相同的元件。如圖2所示，不同的管段I通過(guò)焊接方式連接在一起。這樣，焊縫14a在兩個(gè)對(duì)流管段的兩個(gè)內(nèi)部套管6上形成。雙壁管道2可包括幾百到幾千個(gè)管段I。為表達(dá)清晰，圖2里只展示了 4段管段I。焊接區(qū)域14a上套了保溫絕緣套管。套管16裝在兩個(gè)管段之間，涵蓋了管段上超出沖模3的兩個(gè)外部套管5。這樣，套管16在焊縫14a周圍的一定距離內(nèi)呈放射形布置。兩個(gè)對(duì)流管段I之間的套管16下方就形成了封閉空間。內(nèi)部套管6和管子沖模3為該空間的邊界，套管16與外部套管5的彎曲處在兩個(gè)管沖模3基座處連接。在套管16下方注入快干填料15。該固化材料15可增強(qiáng)兩段管段連接處的強(qiáng)度?？稍谔坠?6下方注入樹(shù)脂。管段I的連接基座8通過(guò)與電源電纜9相連的插頭4通電。連接基座8和插頭4組成一個(gè)電連裝置。一旦插頭4通電，連接基座8及插頭4組成一個(gè)密封的電連裝置，可在外部環(huán)境內(nèi)電保溫。安裝過(guò)程中，電源電纜9綁在管道上，用以保養(yǎng)管道2。根據(jù)專業(yè)經(jīng)驗(yàn)及不同的外部意外壓力，還可給電源電纜安裝一個(gè)機(jī)械的保護(hù)構(gòu)架，以防外部的意外壓力對(duì)地腳螺栓或容器外殼造成損傷。連接基座8可能用于海底連接，這種情況下，連接裝置必須為指定的“潮濕環(huán)境中使用”的類型。連接基座8還可能在戶外進(jìn)行連接，或使用密閉外殼，這種情況下，連接裝置必須為“干燥環(huán)境中使用”的類型。干燥環(huán)境中使用的連接裝置通常安裝在已經(jīng)就位的容器的底板上。為做好準(zhǔn)備，可能會(huì)在連接裝置周圍裝上氣密罩殼。潮濕環(huán)境中使用的連接裝置可裝在水下，而無(wú)需安裝氣密罩殼。干燥環(huán)境中使用的連接裝置比潮濕環(huán)境中使用的連接裝置更經(jīng)濟(jì)。如前所述的連接裝置在石油及潛水領(lǐng)域大名鼎鼎。完成組裝后，加熱回路12通過(guò)連接基座8通電及外部電源電纜9通電。連接基座8與裝在支流13 —端的插頭4相連接。
加熱方式為當(dāng)溫度維持在最低的安全溫度時(shí)，或冷卻之后，讓液體開(kāi)始流動(dòng)來(lái)進(jìn)行循環(huán)，以提高溫度。當(dāng)最低溫度的范圍為18到25攝氏度時(shí)，保持該溫度，以免形成氣水合物?？杉訜岬?0到40攝氏度，或者甚至60攝氏度，以免主管內(nèi)的內(nèi)部套管6的內(nèi)管壁內(nèi)形成石蠟。將電源切斷裝置26放置到支流的起源點(diǎn)13，該支流與外部電源電纜9相連。發(fā)生故障時(shí)，該電源切斷裝置可保護(hù)支流13。當(dāng)該電源切斷元件26的下游出現(xiàn)短路時(shí)，切斷電流，如支流13的中間位置。不同管段的不同的加熱回路12與外部電源電纜9平行連接。電連接支流13安裝在外部電源電纜9和連接基座8之間。當(dāng)連接基座由外部電源電纜通電時(shí)，加熱回路12與連接基座8內(nèi)部的連接元件電連，以形成閉合的電加熱回路來(lái)加熱單根管段I。連接基座8的連接元件與插頭4的連接元件相接觸。雖然知道連接基座8的連接元件和插頭4的存在，卻看不到它們；這樣管段I就可由其加熱回路12單獨(dú)加熱。但是，熱量同樣可能通過(guò)對(duì)流或液體的球體移動(dòng)從一個(gè)管段傳到另一個(gè)管段，SP通過(guò)管段I內(nèi)碳?xì)浠衔锏幕旌蟼鳠?，例如該加熱回?2發(fā)生故障的時(shí)候。這*是因?yàn)楣茏油庥杏行У谋貙?。管子的保溫層U < IW/(m2. K)，或U < O. 5W/(m2. K)。U即是表面交換和溫度不同的情況下，以熱的形式散發(fā)的功率。雙層壁的結(jié)構(gòu)可有效保溫，以保證一段或多段管段之間距離過(guò)長(zhǎng)情況下的熱傳送。采用無(wú)限定的方式時(shí)，可提供感溫器。感溫器與外部控制線路通信?？刂凭€路沿管道2安裝，并依附在管道2上。感溫器和控制線路既可用來(lái)測(cè)量管道2上各管段I的溫度，也可測(cè)量管道2上兩個(gè)管段I之間的連接處的溫度。這樣一來(lái)，可通過(guò)該問(wèn)題監(jiān)控管道上的操作參數(shù)。如圖5、6所示，多個(gè)連接基座8可安裝到管段I上。連接基座8的布置要么相反，要么相近。各連接基座8均配有裝置11用來(lái)切斷供電。各連接基座8分別靠近一段入口段10，入口段與分布在外部套管5和內(nèi)部套管6之間的空間104通信?？墒褂眠B接基座8將一個(gè)或多個(gè)加熱回路12與外部電源電纜9電動(dòng)連接起來(lái)。如圖5、6和7所示，可重復(fù)布置額外的加熱回路12，以加熱一段管段。多個(gè)加熱回路12可通過(guò)相同的連接基座8與外部電源電纜9相連接，如圖7所示。這些額外的加熱回路12可增加對(duì)管段I的加熱，這樣，如果一根電線17出現(xiàn)故障，管段I可從加熱回路12的余熱接收熱量。如圖8所示，使用三個(gè)加熱回路可產(chǎn)生多余的熱量。圖9里，多余的熱量由5個(gè)加熱回路12提供?？筛鶕?jù)需求，毫不費(fèi)力地增減管段I上的電加熱電線17或加熱回路12的數(shù)量。在沒(méi)有限定的情況下，加熱電線17可沿著內(nèi)部套管16安裝就位，如圖5、8和9所示，或裝在內(nèi)部套管周圍，如圖6和7所示。圖10、11和12顯示多種可能的電子回路情況。熱量由焦耳效應(yīng)產(chǎn)生，電線17與電流一起通過(guò)來(lái)供應(yīng)熱量。如圖10所示，形成加熱回路12的電線17與外部套管5和內(nèi)部套管6絕緣。電線包括電絕緣套18。電線形成一個(gè)加熱回路，通過(guò)焦耳效應(yīng)加熱，并由外部電源電纜9通過(guò)單相方式供電。外部電源電壓9包括兩條電線32a和32b，電線間通過(guò)保險(xiǎn)裝置或連接元件連接到加熱電線17形成的回路上。保險(xiǎn)元件26安裝在支流13的起始段。插頭4和連接基座8將加熱電線17和電源電線32a和32b連接起來(lái)。根據(jù)圖11，加熱回路12包括三條電加熱電線17。這三條電線17以五角星的圖案連接起來(lái)，并由外部三相電源電纜9供電。電線32c，32d和32e分別由三相各自供電，并通過(guò)保險(xiǎn)元件26或連接元件13、4和8與加熱回路12相連。三條電線17分別與各相獨(dú)立連接。圖12所示為按三角形組裝的方式，也由外部三相電源電纜9供電。如圖11所示，電源電纜9包括三條電線32c、32d和32e，三條線由三相獨(dú)立供電。各加熱電線17與電 線32c、32d和32e里的兩條電線相連。反之，專利EP1641559里，運(yùn)輸和加熱的電源由不同的元件供電。也就是說(shuō)焦耳效應(yīng)產(chǎn)生的加熱功能和供電功能由獨(dú)立的電線單獨(dú)供電。加熱電線17的電阻比較高時(shí)，外部電源電纜9的電源線電阻可優(yōu)化功率耗損，因?yàn)楦鞴芏蝺?nèi)功率和的運(yùn)輸和散發(fā)相同熱量的功率一致，這樣，電源電纜9內(nèi)的電壓耗損和降至最低。如圖13所示，電源電纜9的三相可兩兩連續(xù)使用，使組裝能球面平衡。例如第一段管段由第一相和第二相供電；第二段管段由第一相和第三相供電；第三管段由第二相和第三相供電；下段管段開(kāi)始周而復(fù)始。加熱回路12與電源線32c、32d和32e通過(guò)元件13、4和8以及保險(xiǎn)元件2、6和11進(jìn)行電連接。圖14所示電路圖顯示了各管段I的加熱阻抗，參考100、101、102和103，布置外部電源電纜9的電源線的截面抗阻19和20。單相或三相發(fā)生器33給外部電源電纜9供電。圖14示例為通過(guò)沒(méi)有限定的方式給有兩條線的單相電源電纜9供電。兩條線包括相同和不同的阻抗19和20。相同抗阻是因?yàn)殡娫淳€相同。電源線也可以不同，例如其直徑不同，因此電源線的阻抗也不同?？赏ㄟ^(guò)調(diào)整各管段內(nèi)的電加熱回路12的電阻進(jìn)一步優(yōu)化電路圖；那么安裝在給電源電纜9供電的發(fā)生器33附近的加熱回路的電阻高于那些距離發(fā)生器較遠(yuǎn)的加熱回路12。阻抗100、101、102和103逐漸遞減，例如第一個(gè)阻抗100大大高于最后一個(gè)阻抗103。安裝在距離給電源電纜9供電的發(fā)生器33較遠(yuǎn)的加熱回路的電阻低于距離電源發(fā)生器33較近的加熱回路，并可能產(chǎn)生相等的加熱功率。實(shí)際上，由電源電纜9供給的管段電壓因電纜自身的電阻會(huì)降低。加熱回路的電阻可隨著電源電纜內(nèi)電壓的遞減而降低，因此各管段內(nèi)的功率會(huì)持續(xù)發(fā)散。兩段相連的管段間的電阻也會(huì)發(fā)生改變，考慮到實(shí)際的建造，一百段管段為一組。雖然都是由相同的外部電源電纜9供電，但最近的管段與較遠(yuǎn)的管段的加熱電阻比通常為5比I，甚至是2比1，該比例大于或等于I。圖15顯示外部電源電纜9由三條電線32c、32d和323組成，每條電線由三相電源不同的相及三相的中性線32f獨(dú)立供電。管段包括多個(gè)單相加熱回路12，這些回路由不同的相供電，然后與相同的中性線連接。單相加熱回路連在一起，再與中性線連接，可忽略中性線的恢復(fù)。例如如果組裝件包括了這三個(gè)回路，即為平衡。除連接元件13、4和8外，還提供保險(xiǎn)元件26。加熱電線的剖面粗細(xì)為O. I到lmm2，采用耐合金材料，例如鉻鎳合金或鐵，鉻鋁合金。外部電源電纜9的設(shè)計(jì)將電壓耗損降到最低，這樣就需要使用大截面的銅或鋁的傳導(dǎo)線，截面多為100到1000mm2。加熱回路電阻及外部電源電纜截面電阻比為105到109，該外部電源電纜裝在連接管段的兩個(gè)連接裝置之間?？筛鶕?jù)電源發(fā)生器與加熱回路之間的距離，選擇管道，例如電阻比為107時(shí)，所選管道的加熱電阻是不一樣的。主電纜的有效電壓低于10kV，甚至低于3kV。通常情況下，電流越大，上述電壓功
率更大。當(dāng)環(huán)境溫度為4攝氏度時(shí)，外部電源電纜供應(yīng)IM瓦的電壓將長(zhǎng)度超過(guò)10公里、管徑為400mm的管道維持在20攝氏度，保溫絕緣為O. 5W/ (m2. K)。如上所述，當(dāng)管段的長(zhǎng)度為48米時(shí)，如需保持20攝氏度，則電壓為500瓦。圖16顯示運(yùn)輸碳?xì)浠衔锏碾p壁管道2，該管道包括大量的管道1，且各管段依靠各自的加熱回路獨(dú)立加熱。將管段與放置到位的容器焊接在一起，組裝成碳?xì)浠衔镞\(yùn)輸管道2 ;各管段均裝有加熱回路，且這些回路均通過(guò)連接基座8通電；所 以，如果有些管段未加熱，其相鄰兩段內(nèi)的熱量可傳導(dǎo)進(jìn)來(lái)。具體原來(lái)，前文已述。沒(méi)有任何加熱回路的管段，為管段la。該管段的加熱回路為lb，并無(wú)供電。例如故障25導(dǎo)致斷電，以至圖中所示支流13故障。如果發(fā)生了加熱故障，或如果某管段沒(méi)有采用任何加熱方式，可使用其相鄰的加熱管段里的熱量來(lái)加熱未加熱的管段。當(dāng)液體停滯在管道內(nèi)部時(shí)，管道的自然傾斜21可促使熱量的自然對(duì)流，例如，當(dāng)液體在相鄰的管段內(nèi)加熱時(shí)，在未加熱的管段Ia下方。當(dāng)碳?xì)浠衔镌陔p壁管道2內(nèi)循環(huán)時(shí)，通過(guò)流動(dòng)的液體產(chǎn)生熱傳輸。氣泡可以促使，同時(shí)也是液體在管道內(nèi)循環(huán)的誘因?？啥虝r(shí)間開(kāi)啟操作平臺(tái)上的碳?xì)浠衔镞M(jìn)口閥22及碳?xì)浠衔锍隹陂y23，將氣體24導(dǎo)入管道2的內(nèi)部套內(nèi)里。內(nèi)部套管內(nèi)的氣體24攪動(dòng)液體從而傳送熱量。密封管段I的優(yōu)點(diǎn)使得分布在內(nèi)部套管6和外部套管5之間的環(huán)形空間104，可增壓到預(yù)先設(shè)定的能實(shí)現(xiàn)熱保溫的理想壓力值。之所以采用該增壓方式，是因?yàn)槊芊夤芏蔚拈L(zhǎng)度減少了。能實(shí)現(xiàn)熱保溫的理想壓力值低于大氣壓力。使用微孔材料保溫。生產(chǎn)階段，當(dāng)管段定位到放置好的容器上之前進(jìn)行增壓。這樣，通過(guò)S或L形鋪設(shè)的雙壁管道即可進(jìn)行步驟34的操作，即水平或垂直就位。就位后，執(zhí)行步驟35定位。管段的內(nèi)部套管焊到已經(jīng)安裝好的部分管道上。管段安全安裝完畢后，進(jìn)行步驟36，安裝保溫絕緣套管。套管的優(yōu)點(diǎn)在于減少兩段管段之間連接出的熱量耗損。套管就位后，步驟37是注入加固材料。加固材料為快干樹(shù)脂，這樣可補(bǔ)償兩段管段之間連接處的移動(dòng)造成的強(qiáng)度衰減。填充材料為聚氨酯或環(huán)氧樹(shù)脂類樹(shù)脂或混凝土。加固材料固化后，步驟37是通過(guò)支流13 —端的插頭4，將管段I的連接基座8與外部電纜9連接起來(lái)。如果有多個(gè)連接基座8，可將多個(gè)連接基座8與多個(gè)插頭4相連接。另外，步驟34，定位另外一段管段，例如，繼續(xù)鋪設(shè)管道，將管段與連續(xù)銜接起來(lái)，并與外部電纜9平行。顯然，那些熟知工藝的人可從目前的發(fā)明衍生出不同的應(yīng)用。因此，必須將目前的應(yīng)用當(dāng)作所附權(quán)利要求里所定義的發(fā)明的闡述。
權(quán)利要求
1.一種適于海底環(huán)境的用于運(yùn)輸碳?xì)浠衔锏墓艿?2)的管段(I)，所述管段由包括一個(gè)外套管(5)及一個(gè)內(nèi)套管(6)的至少一個(gè)雙套管構(gòu)成,在所述外套管與所述內(nèi)套管之間布置包括隔熱材料(7)的環(huán)形空間(104)，其特征在于所述管段包括布置在所述環(huán)形空間(104)中的至少一個(gè)加熱電路(12)及固定到所述外套管(5)且到達(dá)鏈接到外部電力電纜(9)的連接插頭(4)的連接基座(8)，所述連接基座(8)封閉與所述環(huán)形空間(104)連通的進(jìn)入通道(10)，所述加熱電路(12)由形成封閉加熱電路的所述連接基座供電以加熱所述管段。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的管段，其特征在于其適于將根據(jù)S形鋪設(shè)方法或J形鋪設(shè)方法安裝的管道。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的管段，其特征在于所述環(huán)形空間(104)封閉或密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的管段，其特征在于所述環(huán)形空間(104)在針對(duì)隔熱優(yōu)化的預(yù)定壓力水平下加壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的管段，其特征在于所述環(huán)形空間(104)在小于大氣壓力的壓力水平下加壓到所述優(yōu)化預(yù)定壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求I到5中任一項(xiàng)所述的管段，其特征在于布置在所述管段(I)的所述環(huán)形空間(104)中的所述加熱電路(12)由位于所述管段外部的所述電力電纜(9)平行供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求I到6中任一項(xiàng)所述的管段，其特征在于所述加熱電路(12)包括用于借由焦耳效應(yīng)加熱的加熱回路且借由所述外部電力電纜(9)以單相模式供電。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適于海底環(huán)境的用于運(yùn)輸碳?xì)浠衔锏墓艿?2)的管段(1)，所述管段由包括一個(gè)外套管(5)及一個(gè)內(nèi)套管(6)的至少一個(gè)雙套管構(gòu)成，在所述外套管與所述內(nèi)套管之間布置包括隔熱材料(7)的環(huán)形空間(104)，其特征在于所述管段包括布置在所述環(huán)形空間(104)中的至少一個(gè)加熱電路(12)及固定到所述外套管(5)且鏈接到外部電力電纜(9)的連接插頭(4)的連接基座(8)，所述連接基座(8)封閉與所述環(huán)形空間(104)連通的進(jìn)入通道(10)，所述加熱電路(12)由形成封閉加熱電路的所述連接基座供電以加熱所述管段。
文檔編號(hào)F16L53/00GK102840413SQ20111036535
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者克里斯蒂安格爾森, 韋恩P·格羅貝拉爾 申請(qǐng)人:Itp Sa公司