Способ и система для прямого электрического нагревания трубопровода

007516 Область техники, к которой относится изобретение Данное изобретение относится к удалению гидратов и льда из трубопроводов, в частности, трубопроводов, которые проводят углеводороды, так чтобы не блокировался поток углеводородов. В частности, данное изобретение относится к новому способу и новой системе для удаления льда или предотвращения образования льда в трубопроводе, так что поток в трубопроводе можно поддерживать или обеспечивать с помощью обычных способов удаления гидратов и льда. Способ и система, согласно данному изобретению, являются особенно предпочтительными для трубопроводов, для которых трудно использовать традиционные способы удаления пробок, таких как трубопроводы, расположенные глубоко под водой, и трубопроводов, которые изолированы в меньшей степени. Изобретение применимо также к проводящим воду трубопроводам, таким как трубопроводы для закачки воды. Уровень техники При транспортировке углеводородов по трубопроводам возникает проблема блокирования углеводородов за счет образования так называемых гидратных пробок и/или ледовых пробок. Обычно используемый способ для исключения пробок из гидратов и/или льда в трубопроводах заключается в добавке химикатов в поток углеводородов, которые влияют на равновесное состояние гидратов и/или льда. Наиболее часто используемыми химикатами для этого являются метанол и гликоли. Для удаления гидратных пробок в трубопроводах также известно применение сброса давления, поскольку пониженное давление приводит к уменьшению температуры плавления гидратов, так что образовавшиеся гидраты могут плавиться. Однако известно, что сброс давления необходимо выполнять осторожно, поскольку вследствие этого сброса давления может легко образовываться лед, так что лед вместо гидратов или дополнительно к гидратам может блокировать поток углеводородов в трубопроводе. Для устранения указанной выше проблемы пробок из гидратов и льда из уровня техники известно выполнение прямого электрического нагревания трубопроводов для сохранения температуры выше равновесной температуры для образования гидратов и образования льда, соответственно, так чтобы можно было исключить образование гидратов и льда. Прямое электрическое нагревание основано на том, что электрический ток в металлическом проводнике создает тепло за счет омических потерь. Электрические кабели присоединяют к трубопроводу, образуя тем самым электрический контур, включающий трубопровод. Когда ожидается образование гидратов и льда, то включают в работу систему прямого электрического нагревания, что осуществляется путем подачи переменного электрического тока в электрический контур, включающий трубопровод. В Норвежском секторе Северного моря установлены системы для прямого электрического нагревания шести транспортировочных трубопроводов (диаметр 10 дюймов (25 см), длина 6,0-8,5 км), соединенных с месторождением Асгард Б и трубопроводами для конденсата (диаметр 8 дюймов (20 см), длина 16 км) между месторождениями Хулдра и Веслефрикк. Дополнительно к этому, для месторождения Кристин были разработаны системы для прямого электрического нагревания шести транспортировочных трубопроводов (диаметр 10 дюймов (25 см), длина 6,0-6,7 км). Все установленные системы имеют электропитание от инфраструктуры платформ вблизи систем трубопроводов. Системы для прямого электрического нагревания у месторождения Асгард сданы в эксплуатацию, однако до настоящего времени не имеется опыта их работы. Но системы для прямого электрического нагревания в месторождении Хулдра введены в действие в 2002 г. и работают в соответствии с конструкцией. Система для прямого электрического нагревания в месторождении Кристин должна быть введена в строй в 2005 г. Система для прямого электрического нагревания в месторождении Хулдра имеет рабочее напряжение 6,0 кВ и все кабели предназначены для напряжения U0/U (UМ) 12/20 (24) кВ. Однако было установлено, что осуществление прямого электрического нагревания для трубопроводов, которые расположены на большой глубине или имеют меньшую степень тепловой изоляции, является чрезмерно дорогим и сложным, что представляет значительную проблему. Поэтому существует потребность в способе и системе для прямого электрического нагревания, для которых в значительной мере уменьшается указанная выше проблема. Сущность изобретения Данное изобретение предлагает способ прямого электрического нагревания трубопровода для обеспечения удаления или отсутствия пробок изо льда или гидратов, отличающийся тем, что нагревание осуществляют до температуры выше точки плавления льда, но ниже точки плавления гидратов. Данное изобретение предлагает также систему, которая является особенно предпочтительной для осуществления способа, при этом система имеет конструкцию и отличительные признаки, изложенные в пункте 3 формулы изобретения. Краткое описание чертежей Данное изобретение иллюстрировано на чертеже, на котором показана система для прямого электрического нагревания, согласно данному изобретению. Подробное описание изобретения На чертеже показана общая система для прямого электрического нагревания, согласно данному изобретению. В частности, система реализована на подводном трубопроводе 1. Система содержит надводное судно 2, имеющее возможность манипулирования кабелями и другим необходимым оборудова-1 007516 нием и поставки необходимого электропитания для электрического нагревания. С надводного судна 2 свисает в море вертикальный кабель 3, который используется для подачи электропитания с надводного судна в подводный трубопровод. На нижнем конце вертикального кабеля предусмотрены два соединения 4, которые можно соединять или отсоединять под водой. Каждое из соединений 4 дополнительно соединено с кабелем 5 для прямого электрического нагревания, при этом кабели для прямого электрического нагревания на другом конце соединены через соединения 6 с трубопроводом. Контур тока образуется посредством прохождения тока от надводного судна вниз через одну часть вертикального кабеля 3, через подводное соединение 4, через кабель 5 для прямого электрического нагревания, через соединение 6 в трубопровод 1, через трубопровод на расстоянии между двумя соединениями 6, обратно из трубопровода в другое соединение 6 и через другой кабель для прямого электрического нагревания, затем через другое подводное соединение и вверх к надводному судну через другую часть вертикального кабеля. За счет пропускания тока через указанный контур обеспечивается резистивное нагревание трубопровода в секции между соединениями 6. Относительно прямого электрического нагревания в трубопроводе предпочтительно иметь как можно больше наружной теплоизоляции на трубопроводе для уменьшения потерь в окружающее море. Как указывалось выше, прямое электрическое нагревание требует много оборудования и затрат, поэтому данное изобретение обеспечивает значительную экономию. Количественно экономию необходимо оценивать в каждой ситуации из-за существенных изменений потерь тепла и затрат на требуемое оборудование. Данное изобретение предназначено для использования вместе с вводом химических веществ и сбросом давления. Ни ввод химических веществ, ни сброс давления не будут эффектным, если гидратные пробки и/или ледовые пробки имеют низкую проницаемость или не имеют проницаемости, в этой ситуации использование данного изобретения помогает решить эту проблему. Сброс давления не эффективен, когда давление не может быть сброшено ниже равновесного давления для образования гидратов при окружающей температуре, или же сброс давления приводит к образованию ледовых пробок. Нагревание содержимого трубопровода с помощью прямого электрического нагревания до температуры выше точки плавления льда исправляет ситуацию. При повышении температуры лед плавится вблизи стенки трубопровода, проницаемость увеличивается, так что становятся возможными ввод химических веществ и сброс давления. Предполагается, что для системы прямого электрического нагревания достаточно плавить лед в тонкой зоне в непосредственной близости от стенки трубопровода для восстановления функции ввода химических веществ и сброса давления. Толщина этой зоны зависит от времени плавления. Нет необходимости в плавлении всей ледовой пробки, поскольку достаточно обеспечить поток через пробку. Возможным оценочным критерием размера может быть толщина зоны 5 мм, однако можно использовать другую толщину в качестве критерия, а также можно использовать в качестве критерия выбора размеров период времени для плавления. В отличие от существующих систем и способов задание размеров таково, что обеспечивается плавление лишь части льда, поскольку было установлено, что достаточно удалять оставшиеся лед и гидраты с помощью обычных способов, таких как ввод химических веществ и сброс давления, дополнительно к которым начинающийся поток приводит к разрушению льда и гидратов и их уносу потоком. Проблема образования льда и гидратов связана, так же может быть вызвана отключениемпотока в трубопроводе, поскольку температура падает до окружающей температуры. Способ, согласно изобретению, предпочтительно применять в течение достаточного периода времени перед пуском потока трубопровода, или же его можно применять в течение всего времени отключения для исключения образования льда. Способ предпочтительно содержит такое нагревание, при котором плавится зона люда, имеющая толщину по меньшей мере 5 мм вблизи внутренней стенки трубопровода, что обеспечивает восстановление или сохраняет проницаемость через трубопровод, так что становятся возможными технологии ввода химических веществ и сброса давления для удаления пробок или предотвращения образования пробок изо льда и гидратов. Система для прямого электрического нагревания содержит судно со средствами, имеющими возможность поставки достаточного тока и манипулирования вертикальным кабелем для опускания вниз в море до трубопровода для подводного соединения с кабелями для прямого электрического нагревания,которые предпочтительно предварительно установлены и соединены с трубопроводом. Пример На расстоянии 15 км от месторождения Ормен Ланге в норвежском секторе Северного моря,имеющего два трубопровода диаметром 30 дюймов (76 см), нормальная окружающая температура составляет -2 С в наиболее холодный период времени. Для плавления слоя льда толщиной 5 мм с внутренней стенки трубопровода система и способ, согласно изобретению, должны иметь следующие параметры: Ток системы: 1700 А Напряжение питания: 8,5 кВ Требуемая мощность: 3,9 МВт Необходимы два кабельных проводника для прямого электрического нагревания (кабеля прямого электрического нагревания), имеющие каждый поперечное сечение 1000 мм 2.-2 007516 Необходим вертикальный кабель (вертикальный кабель прямого электрического нагревания),имеющий поперечное сечение проводников 2 х 1600 мм 2. При толщине покрытия 8 мм на трубопроводах месторождения Ормен Ланге требуется период нагревания 50 ч для нагревания ледовой пробки от -2 до 1 С и плавления наружного слоя толщиной 5 мм на длине 15 км трубопровода. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ прямого электрического нагревания трубопровода для содействия удалению или препятствию образования пробок льда и не обязательно гидратов, отличающийся тем, что нагревание выполняют до температуры выше точки плавления льда, но ниже точки плавления гидратов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагревание выполняют так, что плавится зона льда,имеющая толщину по меньшей мере 5 мм вблизи внутренней стенки трубопровода, так что восстанавливается или сохраняется проницаемость через трубопровод, так что становятся возможными способы ввода химических веществ или сброса давления для удаления пробок или предотвращения образования пробок льда или гидратов. 3. Система для прямого электрического нагревания подводного трубопровода (1), который проводит углеводороды и который может быть блокирован пробками льда или гидратов, при этом система содержит судно (2) или другое устройство, имеющее средства с возможностью поставки достаточного тока, вертикальный кабель (3), проходящий для контакта между судном и трубопроводом, два подводных соединения (4) на нижнем конце вертикального кабеля, два кабеля (5) прямого электрического нагревания, соединенных с каждым подводным соединением (4) на первом конце и с трубопроводом (1) на втором конце (6) и проходящим так, что между его концами находится секция трубопровода, так что может быть образован контур тока от судна (2) вниз через вертикальный кабель (3), через первое подводное соединение (4) и первый кабель (5) прямого электрического нагревания и его соединение (6) с трубопроводом (1), через секцию трубопровода и обратно к судну (2) через второе соединение (6) во второй кабель (5) прямого электрического нагревания, через второй кабель прямого электрического нагревания,второе подводное соединение (4) и вертикальный кабель (3), отличающаяся тем, что система имеет такие размеры, что образовавшийся лед можно плавить в зоне по меньшей мере 5 мм от внутренней стенки трубопровода, однако система не имеет таких размеров, чтобы могли плавиться гидраты как таковые. 4. Система по п.3, отличающаяся тем, что судно (2) выполнено с возможностью опускания вертикального кабеля вниз до трубопровода и содержит вертикальный кабель, соединенный с подводным соединителем (4).