NO335863B1

NO335863B1 - Direkte elektrisk oppvarmingssammenstilling for lange utlegg

Info

Publication number: NO335863B1
Application number: NO20120180A
Authority: NO
Inventors: Ole A Heggdal; Ole Johan Bjerknes
Original assignee: Aker Subsea As
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2015-03-09
Also published as: CN104170522B; NO20120180A1; AU2013224165B2; RU2615503C2; WO2013124270A1; RU2014136791A; AU2013224165A1; EP2818024B1; US20140376900A1; CN104170522A; MY166486A; US20180017199A1; CA2862574A1; BR112014020336B1; US9964249B2; EP2818024A1

Description

Direkte elektrisk oppvarmingssammenstilling for lange utlegg

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører oppvarming av lange hydrokarbon-førende strømningsledninger på havbunnen og kraftforsyning via havbunns-kabler ved store avstander. Den vedrører særlig metoden som i teknikken er kjent som direkte elektrisk oppvarming (direct electric heating), hvorved elektrisk kraft blir anvendt for å varme rørledninger for å unngå hydratdannelse. Sammenstillingen er særlig egnet for hydraWvoks-hindring i strømningsledning-er for lange utlegg ved direkte elektrisk oppvarming av for eksempel 10" til 30"

(omtrent 25 til 76 cm) karbonstålrør i et område på for eksempel 60-300 km eller mer.

Bakgrunn

Direkte elektrisk oppvarming (DEH) av lange strømningsledninger tilveiebringer mange fordeler sammenlignet med alternative metoder. DEH er blitt anvendt aktivt i de siste 10 årene for å hindre hydratformasjon og tas nå i bruk på måter som tidligere ikke var ansett som mulige. Ved å bruke kvalifisert teknologi og eksisterende designmodeller kan lengre og større rørledninger varmes periodisk eller kontinuerlig.

Direkte elektrisk oppvarmet rør i rør (DEHPIP) er en noe annerledes teknologisk tilnærming til det samme problemet som har temmelig lignende krav for det elektriske forsyningssystemet som driver dem, følgelig kan de fleste av de elektriske kraftforsyningssystem-topologiene anvendes til å forsyne både DEH- og DEHPIP-systemer uavhengig av endematete eller midtpunktmatete topologier. Felles for begge systemene er at den elektriske strømmen strømmer aksialt gjennom rørveggen og fører til direkte elektrisk oppvarming av strømningsled-ningen.

Våt-isolert: Åpen sløyfe-system

Endematet rør

Sentermatet rør

Tørr-isolert: Lukket sløyfe-system

Endematet rør-i-rør

Sentermatet rør-i-rør

DEHPIP-systemer blir noen ganger beskrevet som elektrisk strømnings-ledningsoppvarmingsystemer (EFH - Electrical Flowline Heating) ettersom EFH-systermer tradisjonelt er blitt assosiert med tørr-isolert (rør-i-rør) strømningsrør-oppvarmingssystemteknologi, men begrepet kan også anvendes som en generell referanse til hvilket som helst strømningsrøroppvarming ved bruk av elektrisitet.

Elektrisk oppvarming av rørledninger er attraktivt for korte og lange utleggings-avstander ettersom DEH driftskostnader er betraktelig mindre enn anvendelse av kjemikalier. Teknologien er unik og kommersielt og teknisk attraktiv. Den tillater anvendelse av DEH for både felt-strømningsledninger, tilknytnings-ledninger og eksportrør med diametre rundt 6" til 30" (omtrent 15 til 76 cm) og over. Et økt antall DEH-sammenstillinger er blitt evaluert for olje- og gassfelt eller prosjektutbyggingskonsepter rundt i verden og utstrekningen av denne nye teknologien vil generelt gi høyere fleksibilitet i drift av felt i løpet av planlagte eller ikke-planlagte nedstengninger. Materialaldring og andre sviktmekanismer forårsaket av høye temperaturer og vanntrykk er også veldig viktig. Nøyaktighet i design og analyse, så vel som industrierfaring, er viktig ved løsing av prosjektspesifikke hydrat- eller voksproblemer i lange DEH-systemer.

Bruk av DEH kan involvere å anordne en DEH-kabel langsmed et stål strøm-ningsrør. Strøm blir ført gjennom DEH-kabelen i én retning og returnert gjennom strømningsrørstålet i returretningen. Varme blir generert i strømnings-rørstålet, delvis grunnet ohmsk motstand i stålet og delvis grunnet indusert varme, idet strømmen er en vekselstrøm. Idet kontakten mellom DEH-kabelen og strømningsledningsstålet ikke er isolert mot det omgivende sjøvannet, vil en fraksjon av strømmen også strømme gjennom sjøvannet og ikke i strømnings-ledningen.

Patentsøknadspublikasjon EP2166637 (Siemens Aktiegesellschaft) beskriver en kraftforsyningsanordning for direkte elektrisk oppvarming (DEH) av et rørled-ningssystem. Kraftforsyningsanordningen har en trefase-transformator og en kompensasjonsenhet omfattende en kondensatoranordning, og er innrettet til å mate elektrisk kraft til en singelfase-last.

WO2007011230 (Aker Kværner Engineering & Technology) beskriver et system for kraftforsyning til en strømningsrøroppvarmings-krets. En elektrisk distribu-sjonskabel (3) er koblet til systemet, som strekker seg til det havbunnslokaliser-te strømningsrøret (4) som skal varmes. Ved havbunnen er det anrodnet 3-til-2-fase transformatorer som kobler elektrisk kraft fra en forsyningskabel til seksjoner av "piggyback"-kabler som er stroppet på den oppvarmete rørledningen.

Videre beskriver WO2006075913 et system for elektrisk krafttilførsel til havbunnsinstallasjoner. Det er vist et DEH-anlegg for havbunnsplasserte rør. Over havoverflaten er krafttilførselen forsynt med en symmetri- og lastfaktor-kompenseringsenhet (23).

Oppfinnelsen

I samsvar med oppfinnelsen er det tilveiebrakt en havbunns direkte elektrisk oppvarmingssammenstilling som er innrettet til å varme en hydrokarbonførende stålstrømningsledning (typisk rørvegger med ferromagnetiske eller lignende materialegenskaper) som er anordnet på havbunnen. Sammenstillingen omfatter en direkte elektrisk varmingskabel (DEH-kabel) som strekker seg langs og er koblet til stålrørledningen og en kraftoverføringskabel som er innrettet til å motta elektrisk kraft fra en kraftforsyning til havs eller til lands og å mate direkte elektrisk varmingskabelen. I samsvar med oppfinnelsen omfatter havbunns direkte elektrisk varmingssammenstillingen ytterligere en effektkondisjoneringsanordning som er anordnet på havbunnen, mellom kraftoverføringskabelen og direkte elektrisk varmingskabelen. Kraftoverføringskabelen strekker seg fra kraftforsyningen ved overflaten eller på land, og ned til effektkondisjoneringsanordningen.

Kraftoverføringskabelen skal forstås å bety en hvilken som helst kabel eller flertall av kabler som transporterer elektrisk kraft fra en offshore overflatelokasjon eller pålandslokasjon til havbunnslokasjonen til effektkondisjoneringsanordningen. Det skal forstås at kraftoverføringskabelen også kan motta elektrisk kraft via en annen havbunnsenhet, så som en kraftdistribusjonsenhet anordnet ved havbunnen.

Effektkondisjoneringsanordningen kan fordelaktig omfatte en havbunnskonden-satoranordning. Ettersom DEH-kabelen kombinert med stålrørledningen som skal varmes utgjør en induktiv last, vil anvendelsen av en kondensatoranordning tilpasse den leverte kraften slik at den passer til lasten. Det vil si, effektfaktoren vil bli justert til å balansere den induktive lasten med kraftforsyningen. Som et resultat kan tverrsnittet av kraftoverføringskabelen bli redusert sammenlignet med løsninger fra kjent teknikk, i hvilke effektkondisjoneringen ble foretatt på land eller på en flytende installasjon, langt vekk fra lasten.

Effektkondisjoneringsanordningen kan også omfatte en transformator. Effektkondisjoneringsanordningen kan også omfatte en reaktor.

Direkte elektrisk varmingskabelen er fortrinnsvis anordnet langs og festet til en stålrørledning. En fagmann på området kjenner denne metoden som piggyback-løsningen.

En piggyback-løsning kan også anvendes for en havbunns kraftkabel uavhengig av DEH eller EFH. Det vil si, en kabel kan, under rørlegging eller før grøfting, stroppes til en overføringsrørledning for hydrokarboner eller produsert vann eller injeksjonsvann, for å etablere en elektrisk forbindelse mellom to offshoreinstallasjoner eller mellom land- og offshoreinstallasjoner. For lange forbindelser av denne typen eller lignende, uten DEH, er en havbunnsreaktor hensiktsmessig for å overvinne noen av reaktiv effektflytutfordningene assosiert med kritiske kabellengder og overføringstap for høyspennings vekselstrømskraftkabler.

I en utførelsesform i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er havbunns direkte oppvarmingssammenstillingen innrettet til å varme et flertall stålrør-ledningsseksjoner som hver utgjør en del av en lengre stålrørledning. I denne utførelsesformen omfatter sammenstillingen et flertall DEH-kabler som er anordnet langs og/eller i nærheten av stålrørledningsseksjonene. For hver stålrørledningsseksjon er det anordnet en nevnt effektkondisjoneringsanordning mellom kraftoverføringskabelen og seksjonvarmingskablene tilknyttet hver stålrørledningsseksjon.

I en utførelsesform blir kraft fra kraftoverføringskabelen matet til en direkte elektrisk varmingskabel som er innrettet til å varme en stålrørledning som strekker seg mellom en havbunnsbrønn og et havbunns kompresjonsanlegg, gjennom havbunns effektkondisjoneringsanordningen.

Havbunns kondensatoranordningen kan være i kV- og kVAr-området eller over. Fortrinnsvis omfatter kondensatoranordningen et kondensatorelement som er anordnet inne i en tank som forhindrer sjøvann fra å entre tanken og komme i kontakt med kondensatoranordningen. Tanken er fortrinnsvis trykkbalansert og fylt med et trykkompensasjonsfluid.

En trinn-kobler som opereres med belastning eller uten belastning, eller en reguleringsanordning kan være anordnet i kombinasjon med et magnetisk gir for å muliggjøre operasjon uten penetrering av en vannbarriere av metall til tanken eller huset til havbunns kondensatorenheten.

Transformatoren er også fortrinnsvis anordnet inne i den samme tanken.

Trinn-kobleren som opereres med belastning eller uten belastning, eller regu-leringsanordningen, kan være justert med ROV-operasjoner eller en elektrisk eller en hydraulisk aktuator som typisk blir anvendt for havbunns ventil-operasjoner.

Kondensatoranordningen er fortrinnsvis en variabel kondensatoranordning. Kapasitansen kan da være justerbar mellom en øvre og nedre verdi, fortrinnsvis ved hjelp av en aktuator anordnet inne i tanken. I denne utførelsesformen er operatøren i stand til å tilpasse den leverte effekten til lasten etter installasjon av effektkondisjoneringsanordningen, det vil si tuning av DEH-sløyfene eller økt effektnivåstyring.

Tilsvarende kan transformatoren være en justerbar transformator for tuning av DEH-sløyfer eller økt effektnivåstyring.

En utførelsesform av en justerbar transformator er en transformator som er utstyrt med en trinn-kobler som opereres med belastning eller uten belastning, eller en reguleringsanordning, som er fortrinnsvis i stand til et +/- 30% spenningsstyringsområde eller mer.

En annen utførelsesform av en justerbar transformator er en transformator som er utstyrt med en magnetisk-felt styringsanordning som opereres under belastning, fortrinnsvis i stand til et +/- 30% spenningsstyringsområde eller mer, det vil si en justerbar luftspalte eller en styrbar induktans-transformator.

Én eller flere av transformator-utmatingsterminalene kan valgfritt være utstyrt med serie-reaktorer som kan tappes eller kortsluttes for å steppe (eng: step) utmatingsstrømmen.

Alternativt til justerbare transformatorer kan det anvendes løsninger med halvlederbasert kraftelektronikk for å begrense spenningen tilføft en seksjon med DEH eller EFH, det vil si typisk tyristorer i anti-parallell, transistorer eller andre opplegg som kan drives på lignende måte som en soft-starter for kontinuerlig drift. Halvledere kan være trykksatt eller anordnet i et atmosfæretrykk-kontrollert kammer tilknyttet med eller inne i den trykkompenserte transforma-tortanken/huset eller tanken til effektkondisjoneringsanordningen.

Fremgangsmåtene ovenfor for tuning av DEH-sløyfer eller økt EFH-effektnivåstyring kan generelt anvendes for effektkondisjoneringsutførelses-former med singelfasetransformatorer, 3-til-2-fasetransformatorer (typisk Scott-eller Le Blanc-koblet) eller 3-til-4-fasetransformatorer, men noen vil være bedre egnet enn andre for spesifikke løsninger.

I en fordelaktig utførelsesform omfatter kraftoverføringskabelen tre faser og tre seksjonsvarmingskabler er hver koblet mellom to forskjellige par av faser og kraftoverføringskabelen. I en variasjon av denne utførelsesformen omfatter sammenstillingen tre sett av seksjonsvarmekabler, hvorved hvert sett omfatter to eller flere seksjonskabler. En seksjonsvarmekabel er en DEH-kabel som er innrettet til å varme en stålrørledningsseksjon. Dette vil bli beskrevet nedenfor under henvisning til tegningene.

Parallelle stålrørledninger eller U-formete retur-pig-bare strømningsledninger eller ledninger innen et felt kan ha parallelle rørseksjoner med DEH anvendt separat med dedikerte piggyback-kabler på hver parallell rørseksjon, kraftforsynt via tre-til-to-fase transformator eller tre-til-fire-fase transformatorer.

I en endematet utførelsesform kan effektkondisjoneringsanordningen være koblet mellom kraftoverføringskabelen og en endematet stålrørledningsseksjon. En transformatorfase går ut fra tanken gjennom penetrator(er) og er koblet til respektive fjernender av nevnte stålrørledningsseksjon. Videre, en andre transformatorterminal er koblet til en seksjon nærende tilkoblingskabel som kobler til en nærende på stålrørledningsseksjonen mellom nevnte respektive ender. Seksjon nærendetilkoblingskabelen er kortsluttet til en stålstruktur til effektkondisjoneringsanordningen slik den andre transformatorterminalen også er. Stålstrukturen kan for eksempel være tankstrukturen.

I en midtpunkt-utførelsesform kan effektkondisjoneringsanordningen være koblet mellom kraftoverføringskabelen og en midtpunktmatet stålrørlednings-seksjon. To transformatorfaser går ut fra tanken gjennom penetratorer og er koblet til respektive ender av nevnte stålrørledningsseksjon. Videre, en tredje transformatorterminal er koblet til en seksjon midtpunktstilkoblingskabel som kobler til et midtpunkt på stålrørledningsseksjonen mellom nevnte respektive ender. Seksjon midtpunkttilkoblingskabelen er kortsluttet til en stålstruktur til effektkondisjoneringsanordningen slik også den tredje transformatorterminalen er. Stålstrukturen kan for eksempel være tankstrukturen.

I en særlig utførelsesform er effektkondisjoneringsanordningen koblet til et flertall DEH-kabler som er anordnet langs forskjellige stålrørledninger.

I en annen, men i en viss grad lignende utførelsesform, er effektkondisjoneringsanordningen koblet til et flertall sett av et flertall DEH-kabler, hvorved hvert sett er anordnet for å varme et flertall separate stålrørledninger.

I utførelsesformene i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen kan kraft-overføringskabelen strekke seg for eksempel 30 km mellom kraftforsyning og nevnte effektkondisjoneringsanordning.

Med begrepet direkte elektrisk varmekabel (DEH-kabel) er ment en kabel som blir forsynt med elektrisk vekselstrøm for å varme en havbunnsstålrørledning som er innrettet til å føre hydrokarboner. I teknikken omfatter dette løsninger som er kjent som direkte elektrisk varming.

Eksempel på utførelsesform

Idet oppfinnelsen er blitt beskrevet i generelle begrep ovenfor, vil et mer detal-jert utførelseseksempel bli gitt i det følgende med henvisning til tegningene, der

Fig. 1 er en prinsippskisse av en havbunnsstålrørledning som blir varmet med en direkte elektrisk oppvarmingssammenstilling som blir forsynt med kraft fra en flytende overflateinstallasjon; Fig. 2 er et perspektivriss av et termisk isolert stålrør som har en direkte elektrisk varmekabel og to kraftoverføringskabler stroppet på seg; Fig. 3 er en skjematisk tegning som viser en løsning fra kjent teknikk, der en kraftforsyningsanordning er anordnet ved en overfate- eller land-lokasjon; Fig. 4 er en skjematisk tegning av de samme trekkene som vist i Fig. 3, imidlertid med en kraftoverføringskabel anordnet mellom en havbunns kondensatoranordning og de gjenværende komponentene til kraftforsyningsanordningen; Fig. 5 er et skjematisk riss av en endematet DEH-sammenstilling i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 6 er et skjematisk riss av en midtpunktmatet DEH-sammenstilling i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 7 er et skjematisk riss av en endematet DEH-sammenstilling omfattende et flertall varmekabelseksjoner; Fig. 8 er et skjematisk riss av en midtpunktmatet DEH-sammenstilling omfat tende et flertall varmekabelseksjoner; Fig. 9 er et skjematisk riss av en DEH-sammenstilling som kombinerer ende mating og midtpunktmating; Fig. 10 er et skjematisk riss av en annen DEH-sammenstilling som kombinerer endemating og midtpunktmating; Fig. 11 er et skjematisk riss av en mulig effektkondisjoneringsanordning som blir anvendt med en DEH-sammenstilling i samsvar med oppfinnelsen; Fig. 12 er et perspektivriss av effektkondisjoneringsanordningen vist i Fig. 11; Fig. 13 er et prinsippriss av et variabel kondensatorelement i effektkondisjon eringsanordningen vist i Fig. 11; Fig. 14 er et prinsipp perspektivriss av variabel kondensatorelementet vist i Fig. 13 i en justert posisjon; Fig. 15 er et sideriss av variabel kondensatorelementet vist i Fig. 14; Fig. 16 er et skjematisk riss av en utførelsesform i samsvar med oppfinnelsen; Fig. 17 er et skjematisk riss av en DEH-sammenstilling i samsvar med en ytterligere utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen, uten en kondensatoranordning; Fig. 18 er et skjematisk riss av en DEH-sammenstilling i samsvar med oppfinnelsen, hvorved forskjellige rør blir varmet med DEH-kabler som blir matet fra den samme effektkondisjoneringsanordningen; og Fig. 19 er et skjematisk riss av en DEH-sammenstilling i samsvar med oppfinnelsen, hvorved et flertall sett av parallelt ragende stålrørledninger er forsynt med DEH-kabler som blir matet fra en felles effektkondisjoneringsanordning. Fig. 1 viser en del av en hydrokarbonførende stålrørledning 1 som er anordnet på havbunnen. Langs en seksjon av stålrørledningen 1 er en direkte elektrisk varmekabel (DEH-kabel) 3. DEH-kabelen 3 kobler til nevnte seksjon av stålrør-ledningen 1 i to steder og tilveiebringer at elektrisk vekselstrøm strømmer gjennom stålet til rørledningen 1, mellom nevnte steder. Ved stedene for elektrisk kontakt mellom DEH-kabelen 3 og stålet til rørledningen 1, er det også

kontakt med omgivende sjøvann. Noe strøm vil følgelig strømme gjennom sjø-vannet, langs stålrørledningen.

Mellom DEH-kabelen 3 og kraftforsyningen anordnet på en flytende installasjon 5 strekker det seg en kraftforsyningskabel 7. Det er også kjent å tilveiebringe kraft gjennom en kraftforsyningskabel 7 fra et sted på land.

Fig. 2 er et perspektiv snittriss av stålrørledningen 1. På stålrørledningen 1 er det stroppet en DEH-kabel 3 og to kraftoverføringskabler 7. Denne teknikken er kjent i teknikken som piggyback-kabling. Det skal bemerkes at kraftoverførings-kablene 7 vist stroppet på stålrørledningen 1 i Fig. 2 ikke nødvendigvis blir anvendt for å mate kraft til DEH-kabelen 3. Det vil si, de kan brukes for å mate andre DEH-kabler enn de som er vist, eller til å mate annet havbunnsutstyr.

På stålseksjonen til stålrørledningen 1 er det anordnet termisk isolasjon. Dette reduserer varmetapet til omgivende sjøvann når stålet blir varmet. Fig. 3 er en skjematisk tegning som viser en løsning fra kjent teknikk, nemlig patentsøknadspublikasjon EP2166637. Tegningen viseren kraftforsyningsanordning som er innrettet til å forsyne elektrisk strøm til en DEH-kabel som er anordnet på havbunnen, slik som DEH-kabelen 3. Fig. 4 er en modifikasjon av tegningen vist i Fig. 3, i samsvar med en utførelses-form av den foreliggende oppfinnelsen. I denne utførelsesformen er kondensatoranordningen som er anordnet før DEH-kabelen 3, anordnet ved en havbunnslokasjon, nær DEH-kabelen 3. Som et resultat av dette er en kraft-overføringskabel 7 anordnet mellom DEH-kabelen 3 og de andre delene til kraftforsyningen. Som illustrert i Fig. 1 strekker kraftoverføringskabelen 7 seg fra en overflatelokasjon (eller en lokasjon på land) og ned til DEH-kabelen 3. Fig. 5 og Fig. 6 viser to typer oppsett for en DEH-sammenstilling i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. I disse utførelsesformene, så vel som for ytterligere utførelsesformer som skal bli beskrevet senere under henvisning til ytterligere tegninger, er det antatt en karbonstål rørledning på 30" (omtrent 76 cm), og kraftoverføringskabler på 52 kV. Det skal imidlertid være klart for fagmannen på området at oppfinnelsen ikke er begrenset til disse begrensningene. Rør-ledningsdiameteren kan således være mindre eller større, og kraftoverførings-kablene med høyere eller lavere spenning kan bli anvendt, for eksempel 132 kV. I 2011 var den øvre grensen for elektriske havbunnskoblinger eller penetratorer som var anerkjent i industrien 132 (145) kV, jf. Mecon DM 145 kV. Videre, utførelsesformene beskrevet heri er ikke begrenset til bruk ved dype vann-dybder, slik som 1000 til 2000 meter. Imidlertid er de beskrevne utførelses-formene i samsvar med oppfinnelsen godt egnet for slike dybder.

I utførelsesformen vist i Fig. 5 er omtrent 50 km av termisk isolert stålrørledning 1 varmet med en DEH-sammenstilling i samsvar med oppfinnelsen. Fra en ikke vist kraftforsyning, som for eksempel kan være anordnet på en flytende installasjon eller et anlegg på land, blir elektrisk kraft tilført gjennom en kraftover-føringskabel 7. Kraftoverføringskabelen 7 har tre separate ledere eller faser (som antydet med de tre skråstilte linjene som skjematisk krysser kraftover-føringskabelen 7).

Den trefasete kraftoverføringskabelen 7 er koblet til en effektkondisjoneringsanordning 100. I denne utførelsesformen omfatter effektkondisjoneringsanordningen 100 en kondensatoranordning 110 og en transformator 120. Til effektkondisjoneringsanordningen 100 er det koblet en DEH-kabel 3, som strekker seg langs stålrørledningen 1. Den elektriske kraften levert av kraftover-føringskabelen 7 kan bli modifisert og/eller kompensert ved havbunnslokasjonen for å passe til den induktive lasten til DEH-kabelen 3 (det vil si DEH-kabelen og den tilkoblete rørlednignen). Det vil si, i denne utførelsesformen blir den leverte kraften fra kraftoverføringskabelen 7, i effektkondisjoneringsanordningen 100, transformert til en singelfaselast hvor spenningsnivået er redusert (strøm er øket) og effektfaktoren (cos cp) er tilpasset til å passe til en induktiv last.

Det henvises fortsatt til Fig. 5. Fra effektkondisjoneringsanordningen 100 er en ledning koblet til et første tilkoblingspunkt 9 til stålrørledningen 1 (venstre side i

Fig. 5). Ved den motsatte enden av den aktuelle stålrørledningsseksjonen 1 er

DEH-kabelen 3 koblet til et andre tilkoblingspunkt 9, 50 km bortenfor.

Tilkoblingspunktene 9 er anordnet i en strømoverføringssone 11 (CTZ - current transfer zone), som er forsynt med anoder 13. Mellom strømoverføringssonene 11 er det også anordnet mellomliggende anoder 15 for katodisk beskyttelse av stålrørledningen, særlig i tilfelle sprekker i beleggingen / termisk isolasjon. De mellomliggende anodene 15 fungerer også som jordingspunkter for stålrørledningen. Utførelsesformen vist i Fig. 5 blir kalt et endepunktmatet system, i hvilket de to singelfase-terminalene er koblet til de to motsatte endene av en rørseksjon.

Fig. 6 illustrerer skjematisk en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. I denne utførelsesformen er det midtpunktmatete systemet anvendt. I denne utførelsesformen er to faser benyttet, en koblet til respektive ender av stålrørledningsseksjonen på omtrent 100 km. Lengden til stålrørledningen 1 som blir varmet med de to fasene er således dobbel av lengden varmet i utførelsesformen vist i Fig. 5 (som anvender det endematete systemet). Selv om det ikke er vist i Fig. 6, kan man også koble punktet mellom to fjernliggende tilkoblingspunkter 9 til jord (en tredje leder til stålrørledningens midtpunkt fra kondensatorene på transformatoren).

Som vist i Fig. 6 rager to DEH-kabler 3 ut fra effektkondisjoneringsanordningen 100. DEH-kablene 3 strekker seg i motsatte retninger langs stålrørledningen 1 som skal varmes av DEH-sammenstillingen. Tilsvarende trekkene til utførelses-formen vist i Fig. 5, er DEH-kablene 3 koblet til respektive tilkoblingspunkter 9 (100 km fra hverandre) anordnet inne i en strømoverføringssone 11.

I denne utførelsesformen, som vist i Fig. 6, omgjør effektkondisjoneringsanordningen 100 de tre fasene i kraftoverføringskabelen 7 til to faser, av hvilke en blir anvendt på hver av de respektive DEH-kablene 3.

I utførelsesformene vist i Fig. 5 og Fig. 6 vil kondensatoranordningen 110 tilpasse den elektriske strømmen som leveres til DEH-kablen(e) 3, idet DEH-kabelen(e) 3, sammen med stålrørledningen 1 som skal varmes, utgjør en induktiv last. Som et resultat strømmer det mindre strøm i kraftoverføringskabelen 7 og således kan en mindre kabel med mindre leder(kobber)tverrsnitt bli installert. Det nødvendige ledertverrsnittet kan bli redusert med omtrent V2til Va av tverrsnittet til tilsvarende løsninger fra kjent teknikk, uten havbunnskondensatoranordningen 110.

Fig. 7 og Fig. 8 viser skjematisk et DEH-utlegg hvor stålrørledningen 1 er delt i

tre varmete stålrørledningsseksjoner 1a. I begge utførelsesformene blir elektrisk kraft forsynt gjennom en 52 kV kraftoverføringskabel 7. I utførelsesformen vist i

Fig. 7 strekker en (ikke vist) DEH-kabel 3 seg mellom to tilkoblingspunkter 9 på hver side av hver av de tre stålrørledningsseksjonene 1a. Mellom hver av de tre DEH-kablene 3 og kraftoverføringskabelen 7 er det tilkoblet en effektkondisjoneringsanordning 100 som omfatter en kondensatoranordning 110 (jf. Fig. 5). I denne utførelsesformen er hver stålrørledningsseksjon 1a omtrent 50 km lang. Den illustrerte DEH-sammenstillingen varmer således en stålrørledning 1 med en lengde på omtrent 150 km. Utførelsesformen vist i Fig. 8 er lignende den vist i Fig. 7. Det er imidlertid anvendt et midtpunktmatet system, slik som det beskrevet med henvisning til Fig. 6 ovenfor. Også i denne utførelsesformen er det tre stålrørlednings-seksjoner 1a, imidlertid ettersom det midtpunktmatete systemet er anvendt kan hver stålrørledningsseksjon 1a lages lengre, slik som for eksempel 50 til 100 km lang. Hver stålrørledningsseksjon 1a og tilknyttet effektkondisjoneringsanordning 100 kan korrespondere med utførelsesformen vist i Fig. 6. Fig. 9 viser en annen utførelsesform av en DEH-sammenstilling i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. I denne utførelsesformen blir to rørseksjoner 1a på 80 km varmet med det midtpunktmatete systemet, hvorved en tredje rør-seksjon 1a på 40 km blir varmet med det endepunktmatete systemet. Den endepunktmatete rørseksjonen 1a på 40 km er nær en kraftforsyning og kan være delvis over havoverflaten. Det er følgelig ikke noe effektkondisjoneringsanordning 100 mellom den typiske to-kjernete kraftoverføringskabelen 7 og DEH-kabelen 3 tilknyttet denne stålrørledningsseksjonen 1a. Idet stålrørled-ningen 1 fortsetter en lang avstand langs sjøbunnen, slik som til en havbunns hydrokarbonbrønn (ikke vist) blir de andre to stålrørledningsseksjonene varmet

med DEH-sammenstillingen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Mellom den trefasete kraftoverføringskabelen 7 og DEH-kablene 3 er det anordnet, ved en havbunnslokasjon nær stålrørledningen 1, en effektkondisjoneringsanordning 100. I denne utførelsesformen omfatter effektkondisjoneringsanordningen 100 en tre-til-tofase transformator 120. Den omfatter også en kondensatoranordning 110 med et kondensatorelement 115 anordnet mellom en seksjonsmidtpunkttilkobling 4 til stålrørledningen ved midtpunktet mellom tilkoblingspunktene 9 til den respektive stålrørledningsseksjonen 1a, og transformatoren 120. Transformatoren 120 tilveiebringer galvanisk skille mellom primærsiden forsynt via den trefasete kraftoverføringskabelen 7 og sekundærsiden som er elektrisk koblet til stålrørledningen via DEH-kabelen 3 og midtpunkttilkoblingen 4.

Som vil bli forklart senere med henvisning til Fig. 16, kan seksjonsmidtpunkttil-koblingen 4 mellom nevnte rørledningsseksjonsmidtpunkt og transformatoren 120 være koblet til chassiset eller til den ytre tanken / kappen til transformatoren 120.

Fig. 10 viser en særlig utførelsesform som fremviser tre omtrent like lange stålrørledningsseksjoner 1a på 60 km, og en kortere stålrørledningsseksjon på omtrent 20 km. Som ved utførelsesformen vist i Fig. 9 strekker det seg en separat, kort, og typisk to-kjernet kraftoverføringskabel 7 fra en kraftforsyning på land til den korte stålrørledningsseksjonen 1a på 20 km. For denne stålrør-ledningsseksjonen 1a er det ikke noe effektkondisjoneringsanordning 100 anordnet på havbunnen eller mellom kraftoverføringskabelen 7 og DEH-kabelen 3. I tilknytning til hver av de etterfølgende tre stålrørledningsseksjonene 1a er det imidlertid anordnet en effektkondisjoneringsanordning 100. Videre, i denne utførelsesformen er det ikke anordnet noen seksjonsmidtpunkttilkobling 4 mellom transformatoren 120 og stålrørledningen 1. I denne utførelsesformen er transformatoren 120 en singelfasetransformator (det vil si en singelfasetransformator for hver effektkondisjoneringsanordning 100). Transformatoren 120 tilveiebringer galvanisk skille mellom primærsiden som forsynes via den trefasete kraftoverføringskabelen 7 og sekundærsiden som er elektrisk koblet til stålrørledningen via DEH-kabelen 3.

I utførelsesformen vist i Fig. 10 er DEH-sammenstillingen som er tilknyttet de tre lengste stålrørledningsseksjonene 1a koblet til et unikt par av to faser til den trefasete kraftoverføringskabelen 7. Det vil si, de tre respektive transformatorene 120 tilknyttet de tre lange (60 km) stålrørledningsseksjonene 1a er koblet til overføringskabelfaser L1 + L3, L2 + L3, og L1 + L2, henholdsvis. Mellom hver transformator 120 og DEH-kabel 3 er det koblet en kondensatoranordning 110. Med slik koblingsutlegg oppnår man en balansert last på fasene L1, L2, L3 til kraftoverføringskabelen 7 når lengden eller lasten til hver stålrørledningsseksjon 1a er den samme.

Fig. 11 viser et skjematisk riss av en effektkondisjoneringsanordning 100, innrettet til å bli installert i et havbunnsmiljø. Effektkondisjoneringsanordningen 100 haren kondensatoranordning 110 anordnet inne i en stiv tank 105. Tanken 105 er fylt med en væske, slik som en olje. Kondensatoranordningen 110 kan også ha anordnet en transformatoranordning 120 inne i den samme tanken 105. Elektrisk tilkoblet til kondensatoranordningen 110 og/eller til transformator-anordningen 120 er et par elektriske kabler 103 som er koblet til et par penetratorer 130. De elektriske kablene 103 kan være koblet til kondensatoranordningen 110 ved tilkobling til penetratorene 130 i et havbunnsmiljø. Effektkondisjoneringsanordningen 100 kan således tilføres til et eksisterende elektrisk system og/eller kan bli koblet fra for vedlikehold eller utskifting. De elektriske kablene 103 kan være koblet til DEH-kabel(er) 3 eller kan faktisk være selve DEH-kabelen(e) 3.

For å gjøre havbunns effektkondisjoneringsanordningen 100 egnet for installasjon i et havbunnsmiljø, eventuelt med store omgivende trykk, kan væsken inne i tanken 105 være utjevnet. Trykkbalansering er tilveiebrakt med en trykk-balanseringsseksjon 135. Trykkbalanseringsseksjonen 135 er funksjonelt koblet til det indre av tanken 5 gjennom en trykkbalanseringsvæskeledning 140.

Trykkbalanseringsvæskeledningen 140 strekker seg mellom det indre av tanken 105 og en hovedmetallbelg 145 som kan være fylt med olje. Hovedbelgen 145 er komprimerbar. Følgelig, når effektkondisjoneringsanordningen 100 blir senket ned i sjøen vil det omgivende trykket komprimere hovedbelgen 145. Dette resulterer i omtrent det samme trykket inne i hovedbelgen 145 og tanken 105 som i det omgivende sjøvannet. For å tilveiebringe en litt større trykk inne i hovedbelgen 145 og tanken 105, er en vekt 150 anordnet på hovedbelgen 145 på en slik måte at den forspenner eller komprimerer belgen 145. Trykket inne i tanken 105 vil følgelig alltid være litt høyere enn trykket i det omgivende sjø-vannet. Dette hindrer lekkasje av sjøvann inn i tanken 105. For å gjøre det mulig å fylle eller tappe væske inn i eller ut av hovedbelgen 145 (slik som ved hjelp av en ROV), er det anordnet en tilkoblingsledning og ventil 147 i tilknytning til hovedbelgen 145.

Utenfor hovedbelgen 145 kan det være anordnet en tilleggsbelg 155. Tilleggsbelgen 155 omslutter hovedbelgen 145 sammen med en bunnplate. Tilleggsbelgen 155, det vil si volumet mellom tilleggsbelgen 155 og hovedbelgen 145, kan også fylles med olje eller en annen hensiktsmessig barrierevæske. På denne måten blir hovedbelgen 145 beskyttet mot sjøvann. Slik som hovedble-gen 145 er også tilleggsbelgen 155 forsynt med en tilkoblingsledning og ventil 157. I tillegg til tilleggsbelgen 155 er det anordnet en indikatorpinne 159 som rager opp fra toppen av tilleggsbelgen 155. Indikatorpinnen 159 indikerer den vertikale posisjonen til toppen av tilleggsbelgen 155 og angir således til opera-tøren hvorvidt væskemengden i tilleggsbelgen 155 behøver å bli øket eller redusert.

Som vil forstås av en fagmann på området er trykkutjevningsfunksjonen også tilveiebrakt uten tilleggsbelgen 155. Også, uten tilleggsbelgen 155 kan indikatorpinnen 159 være anordnet på hovedbelgen 145.

En stiv kapsling 160 omgir hovedbelgen 145 og tilleggsbelgen 155 og beskytter belgene 145, 155, slik som mot støt fra fallende objekter eller kollisjon med en

ROV.

Ved bruk av effektkondisjoneringsanordningen 100 i de forskjellige utførelses-formene i samsvar med oppfinnelsen kan man anordne både en kondensatoranordning 110 og en transformatoranordning i den samme tanken 105. Man kan også anordne dem i separate tanker. Man ville imidlertid da måtte koble dem sammen med elektriske ledninger og ytterligere våtkoblingskontakter. I samsvar med den foreliggende oppfinnelsen kan det også være utførelses-former uten transformatorer (jf. Fig. 17).

Fig. 12 viser et mer realistisk perspektivriss av havbunns effektkondisjoneringsanordningen 100. I denne illustrasjonen omfatter trykkbalanseringsseksjonen 135 også noen blærekompensatorer 165. Disse er ikke til stede i utførelses-formen vist i Fig. 11. Blærekompensatorene 165 er koblet til tilleggsbelgen 155 i stedet for tilkoblingsledningen og ventilen 157 vist i Fig. 11. Hver blærekom-pensator 165 har en stiv beholder som holder et gassvolum og et væskevolum, hvorved volumene er atskilt med en fleksibel blære. Væskeledningen (ikke vist) som strekker seg mellom blærekompensatorene 165 og det indre av tilleggsbelgen 155 kan ha en ventil som er innrettet for fylling og/eller tømming av væske (for eksempel olje) inn i eller ut av blærekompensatorene 165 og tilleggsbelgen 155.

Det henvises nå til tegningene i Fig. 13, Fig. 14, og Fig. 15. Disse tegningene viser prinsippskisser av en mulig variabel kondensatoranordning 110. Kondensatoranordningen 110 omfatter et sett av første plater 111 og et sett av andre plater 113. Som ikke er vist, men som vil forstås av en fagmann på området, er settet av første plater 111 funksjonelt koblet til en av de elektriske kablene 103, mens settet av andre plater 113 er funksjonelt koblet til den andre elektriske kabelen 103 (jf. Fig. 11). Videre, settet av andre plater 113 er koblet til en dreiestang 115 som er innrettet til å bli dreiet ved hjelp av en elektrisk aktuator (ikke vist) inne i tanken 105. Når settet av andre plater 113 blir dreiet i forhold til det stasjonære settet av første plater 111 forandrer kapasitansen seg.

Fig. 13 viser en situasjon hvor de første platene 111 er innrettet med de andre platene 113. Fig. 14 viser en situasjon hvor de andre platene 113 er blitt rotert omtrent 90 grader i forhold til den innrettete posisjonen vist i Fig. 13. I denne posisjonen er det overlappende arealet mellom de første og andre platene mindre enn i den innrettete posisjonen, slik at kapasitansen til kondensatoranordningen 110 er redusert. Med ytterligere rotasjon av settene med andre plater 113 kan de bli beveget til en posisjon hvor det er hovedsakelig ingen overlapping mellom de første og andre platene 111,113. Kapasitansen til kondensatoranordningen kan da være i praksis null. Fig. 15 viser den samme situasjonen som i Fig. 14 i et sideriss.

I en mer realistisk utførelsesform vil kondensatoranordningen 110 ha flere plater 111,113 og platene kan være anordnet nærmere hverandre. Videre, i stedet for å ha ett kondensatorelement som vist i Fig. 13, kan kondensatoranordningen 110 omfatte et flertall kondensatorelementer, det vil si et flertall sammenstillinger som vist i Fig. 13. Disse kan kobles i parallell og noen eller alle av dem kan være av den variable typen. Spaltene mellom platene 111, 113 kan bli fylt med væsken, fortrinnsvis olje, som er til stede i tanken 105.

Fig. 16 viser skjematisk effektkondisjoneringsanordningen 100 i tilknytning til en midtpunktmatet stålrørledning 1 eller stålrørledningsseksjon 1a. I denne utførelsesformen omfatter effektkondisjoneringsanordningen 100 en transformator 120 og kondensatoranordning 110. To av fasene ut fra transformatoren 120 er koblet i parallell med kondensatoranordningen 110. Etter kondensatoranordningen 110, går de to fasene ut av tanken 105 gjennom penetratorene 130. En av fasene er koblet til en ende av stålrørledningsseksjonen 1a og er terminert til stålrørledningen 1.1 denne utførelsesformen er kabelen 103 som går utfra penetratoren 130 den samme kabelen som DEH-kabelen 3 som er piggyback-festet på stålrørledningen 1. Den andre fasen er koblet til den andre enden av stålrørledningsseksjonen 1b og er terminert til stålrørledningen 1. Den tredje fasen som går ut fra transformatoren 120 er funksjonelt koblet til seksjonsmidtpunkttilkoblingskabelen 4, som kobler til midtpunktet til stålrør-ledningsseksjonen 1b.

For å redusere mengden penetratorer og således kostnaden og kompleksiteten er kabelen til seksjonsmidtpunktkoblingen 4 som er koblet til stålrørledningssek-sjonen 1b kortsluttet ved stålstrukturen til effektkondisjoneringsanordningen 100, slik som på den ytre flaten til tanken 105. Dette kan gjøres på forskjellige måter. For eksempel ved å koble kabelen til seksjonsmidtpunktskoblingen 4 til en stålhylse og så sveise denne stålhylsen til stålstrukturen til tanken 105. På innsiden til tanken 105 kan den tredje fasen så bli koblet til transformatoren 120 med en kobberkabel som er kortsluttet til den innvendige siden av tanken 105. Ved å gjøre dette er det ikke behov for en kabel som går gjennom kondensatoranordningen og således er det behov for en penetrator mindre.

Som vil forstås av en fagmann på området er effektkondisjoneringsanordningen 100 koblet til en ikke vist kraftoverføringskabel 7, som vist i utførelsesformene ovenfor. Fig. 17 viser en ytterligere utførelsesform av en havbunns DEH-sammenstilling i samsvar med oppfinnelsen. Utførelsesformen samsvarer på mange måter med utførelsesformen beskrevet med henvisning til Fig. 10. I utførelsesformen vist i Fig. 17 omfatter imidlertid effektkondisjoneringsanordningen 100 ikke noen transformator, og følgelig har de forskjellige seksjonene med DEH ikke galvanisk skille. For de tilstøtende systemene er galvanisk skille tilveiebrakt ved mate-transformatorene og eventuelt den mottakende transformatoren i den fjerne enden, hvis installert. Fig. 18 viser en særlig utførelsesform i samsvar med oppfinnelsen. På havbunnen er det anordnet et flertall forskjellige stålrørledninger 1. Hver stålrør-ledning er anordnet med en DEH-kabel 3.1 denne utførelsesformen blir hver stålrørledning varmet med et endepunktmatet system, hvorved hver respektive DEH-kabel 3 blir matet med en felles effektkondisjoneringsanordning 100. Som ved utførelsesformene ovenfor mottar effektkondisjoneringsanordningen 100, som er anordnet ved havbunnen, kraft gjennom en kraftoverføringskabel 7. Fig. 19 viser en utførelsesform lignende utførelsesformen vist med henvisning til Fig. 18. I utførelsesformen vist i Fig. 19 er imidlertid hver DEH-kabel 3 anordnet i en konfigurasjon for å varme et flertall (tre) stålrørledninger 1. Det vil si, hver DEH-kabel 3 er tilknyttet tre stålrørledningssegmenter som strekker seg mellom de samme stedene. Videre, med utførelsesformen vist i Fig. 19, tilveiebringer en effektkondisjoneringsanordning 100 kraft til tre sett av tre DEH-kabler 3. Som vil forstås av en fagmann på området, med dette utlegget vist i Fig. 19 vil det være fordelaktig å ha stålrørledningene 1 nære hverandre for å redusere den

nødvendige lengden av DEH-kablene 3 og ledningene som kobler sammen hver stålrørledning (eller hver stålrørledningsseksjon 1a til forskjellige stålrør-ledninger 1, henholdsvis).

Fagmannen på området vil erkjenne at den foreliggende oppfinnelsen er egnet for andre utførelsesformer enn de som er vist ovenfor, slik som rør-i-rør-teknikken som er antatt kjent for fagmannen.

De ovenfor beskrevne utførelsesformer kan typisk anvendes med stålrørled-ninger som har en diameter i området på for eksempel 20" til 30" (omtrent 51 til 76 cm) og med en lengde på for eksempel mer enn 100 km. Som vist ved oppdeling av den oppvarmete stålrørledningen 1 i seksjoner 1a, kan en stålrørledning som er mye lengre enn 100 km bli varmet.

For å illustrere de tekniske fordelene som den foreliggende oppfinnelsen med-fører er det følgende eksempelet gitt. Ved bruk av direkte elektrisk varmingssammenstillingen i samsvar med oppfinnelsen, kan man for eksempel fjerne 2 - 10 DEH stigerør (jf. kraftoverføringskabelen 7 i Fig. 1) som strekker seg ned fra en flytende plattform (typisk for felt med 2-10 varmete strømningsledninger), hvor hvert stigerør typisk omfatter to ledere med et kobbertverrsnitt på 1200-1600 mm<2>. Alle disse stigerørene kan erstattes med ett 3-kjerne stigerør som har tre ledere med 200 mm<2>til 800 mm<2>.

Nedenfor er noen generelle betraktninger og bakgrunn for den foreliggende oppfinnelsen, så vel som ytterligere beskrivelse av forskjellige utførelsesformer.

Generell systemdesign

Den lengste enkeltrørledningslengden operert med DEH i dag er 42 km (Tyrihans i Nordsjøen). Den viktigste begrensende faktoren er DEHC (DEH Cable) driftsspenning, som begrenser oppvarmet lengde til ca 50 km, avhengig av varmebehovet, slik som DEH system impedans, for selve tilfellet. Derfor vil oppvarming av en 100-300 km rørledning som en kontinuerlig oppvarmet lengde være langt utover noen erfaringer i øyeblikket. For å unngå omfattende verifiseringsproblemer er det foreslått å utforme DEHS som et seksjonert varmesystem. Dvs. rørledningen vil bli oppvarmet fra et strømforsyningssystem mater en rekke DEH seksjoner. Dersom den første enden er drevet fra land eller en fast plattform, vil de øvrige seksjoner bli utformet som separate deler. Seksjonene kan bli matet av separate strømkabler til hver seksjon ("tradisjonell design") eller hver del kan være galvanisk adskilt av en transformator og matet gjennom en felles strømkabel ("subsea-løsning").

DEH-metoden krever bruk av designerte anoder ved endene, hvor AC forsyningsstrøm vil delvis bli overført til sjøvann. Dette er på grunn av naturen av denne oppvarmingsmetode (åpen sløyfe), siden forbindelsene mellom kablene og strømningslinjen er utsatt for sjøvann. Typisk, strømmen overført til sjøvann er omtrent 60% av den totale (tilførsel) strømmen. Anodesystemet er konstruert med tradisjonelle offeranoder, arrangert som halve skall eller sleder.

Lange utleggskonfigurasjoner for en 30" rørledning

Alternative utforminger

Bruken av DEH er evaluert for en 100-300 km lang 30" (ca. 76 cm) rørledning med termisk belegging. Rørledningen kan ha et ekstra betong vektbelegg.

Den maksimale oppvarmede seksjonslengden avhenger av en rekke ulike faktorer. Hovedproblemet er spenningsnivået. DEHC er for tiden begrenset til et visst spenningsnivå. Overskridelse av dette nivået krever kvalifiseringsarbeid. På grunn av kapasitive strømmer, DEHC likestrøm og dermed den genererte varme i rørledningen, vil variere langs den oppvarmede seksjon. For en 30"

(omtrent 76 cm) rørledning på 50 km, øker den genererte varme med ca 10 %, mens det for en 100 km lang rørledning er økningen ca 60%. For å begrense variasjonen av den genererte strøm i rørledningen bør lengden være begrenset til omtrent 50 km. Det er imidlertid mulig å begrense strømmen øker med en ny kabelkonstruksjon, noe som gir betydelig mindre kapasitive strømmer, men dette vil imidlertid kreve betydelig utviklingsarbeid.

Det er flere alternative design for seksjonering av DEHS. Dette kan utføres ved endematete og midtpunktmatete systemer. Tradisjonelt blir DEHS matet fra oversiden direkte til den oppvarmede rørledning, uten noen undersjøisk transformator. Ledertverrsnittfortilførselskablene foren tradisjonell DEHS er lik det store tverrsnittet for DEH-systemet, vanligvis 1200 mm<2>for hver kabelleder. En "subseadesign" med en transformator og reaktiv kompensasjon plassert subsea vil redusere størrelsen på strømkabelen betraktelig. Gitt "subsea utforming" kan en optimal utnyttelse oppnås ved hjelp av et trefaset nett og utføres ved seksjonering av varmesystemet i et multiplum av tre, det vil si en vanlig trekjerne strømkabel mater tre seksjoner. Dette krever separate transformatorer å dele hver seksjon galvanisk.

For endematete systemer kan tre lengder på 50 km (dvs. totalt 150 km lengde) bli matet av et trefase system fra en trekjernet strømkabel. En skisse av endematet system er vist i Fig. 20. Ved å bruke et midtpunktkoblet rørlednings-grensesnitt, kan lengden økes til 2x50 km, dvs. den praktiske grensen for en oppvarmet seksjon gitt midtpunktet tilkobling er ca 100 km. En skisse av et midtpunktmatet system er vist i fig. 21. Et midtpunktmatet system kan deles i to deler ved en midtpunkttilkobling til rørledningen, med en ekstra CTZ tilveiebrakt med anoder ved denne posisjonen. Med denne tilkoblingen vil det være mulig å oppvarme de to delene hver for seg. Imidlertid er denne konfigurasjon lignende de to endematete systemene.

Det kan være mulig å forsyne tre 100 km lange seksjoner med bruk av midtpunkt-koblinger, det vil si en total lengde på 300 km, ved hjelp av en trefaset strømkabelsystem. Hvis samme strømkabel spenningsnivå blir benyttet for et midtpunktsystem på 300 km som til endematet tilfelle (av totalt 150 km), vil i det minste en seks leders ledning være nødvendig.

Et alternativ til "subseadesign" med en trefaset strømforsyningskabel er den

tradisjonelle design, det vil si å bruke en separat tokjerne strømkabel for hver av de tre delene. Imidlertid, denne singelmatete konfigurasjonen for de tre seksjonene trenger dobbelt så mange av antallet singelkjernekabler sammenlignet med å bruke en vanlig trefase tilførselskabel. Fig. 22 viser en DEH-konfigurasjon med DEHC piggyback-festet til den belagte rørledningen. Fig. 23 viser et tilfelle med CWC med stålarmering. Stålarmeringen har innvirkning på den genererte varmen i rørledningen og systemimpedansen. Reduksjonen av den genererte varmen i rørledningen på grunn av armering kan være 10%. Fig. 25 illustrerer et langt utleggsoppsett med tre seksjoner for ende- og midtpunktmatete systemer, henholdsvis. For det endematete systemet i fig. 24 kan en total på 150 km kan være tilstrekkelig med en enkelt tilførselsledning med tre enkelt-leder kabler. Et spenningsnivå på 52 kV kan være tilstrekkelig til å holde røret 20 °c over omliggende sjøvanntemperatur med en U-verdi på 3,5 W / m K. 2 For midtpunktetmatete systemet i fig. 25 totalt 300 km kan være nødvendig å installere to 52 kV tre sentrale strømkabler for å holde røret 20<0>C over omkringliggende sjøvann temperatur gitt samme U-verdi.

Begge designene i fig. 24 og fig. 25 krever en subsea transformator og konden-satorbank for reaktiv effekt kompensasjon for hver rørseksjon. Både serie- og parallell reaktiv kompensering av DEH lasten er mulig. Typisk verdi av lasten effektfaktor er nær 0,3.

Ved grøfting kan det være en fordel å anordne strømkabelen i samme grøft som rørledningen som vist i figur 8 og 9. Imidlertid vil DEH-rørledningen indusere spenning i strømkabel-lederne. Beregninger viser at den induserte spenningen er i området fra 1 kV for en 50 km lang seksjon. I den neste seksjonen vil den induserte spenningen ha en 120<0>forskyvning og dermed vil den maksimale induserte spenningen ikke være høyere enn verdien indusert i en seksjon. Stålarmering og annet ledende materiale som kan være koblet i parallell med DEH rørledningen bør unngås i strømkabelen siden disse lederne kan ta en betydelig del av rørstrømmen og dermed redusere den genererte varme (temperatur) i rørledningen.

Den trefasete strømkabelen som er et tillegg til strømningsledningen som vist i figur 9 har ikke stål armering, men en dårlig ledende eller ikke-ledende ytre kappe armeringen basert på metallisk karbonkompositt, glassfibrer og PVC. Den samlede kapasitive ladestrøm til de tre kjerner vil være null, siden skjerm-ene sammenkobles via semiledende materialer og vann. Dette er i strid med DEH spesifikke singlekjerne piggybacked kabel design, hvor kapasitiv lade-strøm bør tømmes til rørledningen gjennom hull eller semiledende områder i sin ytre kappearmering.

Eksempler på DEH for en 30" rørledning

For konvensjonell termisk rørbelegg er det mulig med en U-verdi på 3,5 W/m<2>K. For den nye "Ultra" belegg er U-verdien forventet å være så lav som 2,5 W/m<2>K. Beregninger utført for en 50 km lang rørledning gir følgende resultater for å oppnå 20° C i rørets innhold på stabile forhold for rørledningen uten CWC: En U-verdi på 3,5 W/m<2>K krever en strøm på omtrent 1700 A, en matespenning på 26 kV og effektbehov på 13,3 MW for en 5 km lengde. For tre seksjoner, dvs. 150 km, er den trefase strømforsyning ca 450 A og et kraftledertverrsnitt på ca 400 mm<2>kreves for hver faseleder.

Reduksjon av U-verdien til 2,5 W / m<2>K ("Ultra") krever en strøm på ca 1430 A, en spenning på 22 kV og effektbehov på 9,4 MW for 50 km lengde. For dette tilfellet kreves omtrent 240 mm<2>for hver faseledning av 52 kV-kabel.

Dersom rørledningen er utstyrt med CWC ytterligere 5% av strøm er nødvendig, spenningen øker med ca 7% og kraftbehovet med ca 10%.

For midtpunktet tilfelle den nødvendige strøm for en U-verdi på 3,5 W / m<2>K er 1700 A, som for det endematete systemet. Kraftbehovet for 100 km er 27 MW, og for tre seksjoner, dvs. 300 km, er den trefase strømforsyning ca 900 A og effektbehovet er 81 MW. Et strømledertverrsnitt på ca 630 mm<2>kreves for hver faseleder for 52 kV-ledningen. Ved å redusere U-verdien til 2,5 W / m<2>K kraften ledertverrsnitt kan reduseres til 500 mm<2>for hver faseleder for 52 kV-kabel. I dette tilfellet er kraftbehovet 56,4 MW for 300 km. Et ledertverrsnitt lik 120 Omm<2>for DEHC antas for alle tilfellene ovenfor.

Fig. 29 - Fig. 33 viser resultatene fra beregningene for et langt utlegg mellom 100 og 300 km for seksjonering av DEHS i tre seksjoner for U-verdier på henholdsvis 2,5 og 3,5 W / m<2>K. Fig. 29 viser strømmen i trefase tilførselsledningen versus total oppvarmet lengde, Fig. 30 viser det nødvendige ledertverrsnitt for hver av de tre faseledere i den 52 kV strømtilførselskabelen, Fig. 32 viser effektbehov for DEHS og Fig. 33 viser den totale genererte varme i tilførselsledningen i forhold til den totale varmeutviklingen i DEHS.

Beregningene i dette avsnittet er basert på ønsket temperaturøkning på 20<0>C i forhold til omkringliggende sjøvannstemperatur. Ytterligere temperaturstigning krever ekstra strøm og generert varme i stålrør. Hvis ekstra 10 °C er nødvendig (ytterligere 50 %) vil kraftbehovet øke tilsvarende, dvs. med 50%. Den nødvendige strøm vil øke med ca 22 %, noe som også vil være tilfelle for kabel ledertverrsnitt.

Sammenligning mellom tradisjonell og subseadesign

Den tradisjonelle DEH design har transformatoren og reaktiv kompensasjonsenhet topside. Fig. 34 - Fig. 35 viser skisser av tradisjonell design med terminal og midtpunktmatete systemer. Disse konfigurasjonene trenger store ledertverrsnitt for strømkabelen siden DEHC-strømmen mates direkte fra topside kraftsystemet. Hver seksjon er i dette tilfelle utstyrt med to kjerne-52 kV kabel med et tverrsnitt på 1200 mm<2>for rørledningen med U = 2,5 W / m<2>K og med et tverrsnitt på 1400 mm<2>for rørledningen med U = 3.5 W / m<2>K. Sammenlignet med den undersjøiske utformingen i fig. 24 og fig. 25 krever tilførselsstrømkabel dobbelt så mange faseledere og hver av faselederne trenger minst dobbelt så mye ledertverrsnitt. Videre krever den tradisjonelle utformingen det samme ledertverrsnitt uavhengig av den oppvarmede lengde, mens for den undersjøiske utforming er ledertverrsnittet stadig mer lineært med det totale oppvarmede lengde. For en 100 km lengde er det nødvendige tverrsnitt for "subseadesignet" mindre enn 20% av den tradisjonelle utformingen og bare halve antallet av faseledere er nødvendig.

Den nødvendige varmetilførsel til DEHS er det samme for subseadesignene i fig. 24 og fig. 25 som for den tradisjonelle utformingen i fig. 34 og fig. 35. Imidlertid er generert varmetap i tilførselskablene betydelig økt for den tradisjonelle design, viser den genererte varmen i tilførselskablene versus oppvarmede rørledningslengde. I figuren, foren lengde mellom 100 og 150 km antas et endematet system og et midtpunktmatet system antas for 200-300 km. For en 100 kilometer lang rørledning den genererte varmen i tilførselskablene er mer enn 30% av den genererte varmen av DEHS. For de største avstander den genererte varmen kan være enda mer enn 50 % av den genererte varme av de DEHS. En ytterligere økning av tverrsnittet av forsyningskabelen vil redusere tapene, men fordelen av å øke tverrsnittet fra 1400 mm<2->2000 mm<2>gir bare en reduksjon i den totale genererte varme på nær 5%.

Tabell 1 viser en sammenligning av den totale kraftbehovet mellom "subseadesign" og tradisjonell design for en U-verdi på 2,5 W / m<2>K. Som det fremgår fra disse resultater, er den totale kobber ledertverrsnitt for forsyningskabelen av "subseadesign" bare 12,5% av den for den tradisjonelle utformingen.

To mulige løsninger for "subseadesign" er vist i figurene 17 og 18.

For den "tradisjonelle utformingen" effektiviteten er i området fra 50 - 60% av maksimum 300 km oppvarmet lengde. For "subseadesign" er effektiviteten 70 - 75%. Effektiviteten er definert som forholdet mellom den genererte varme i stål-røret og den totalt genererte varmen i DEHS.

Claims

1. En havbunns elektrisk direkte oppvarmingssammenstilling innrettet til å varme en hydrokarbonførende stålrørledning (1) anordnet på havbunnen, hvor sammenstillingen omfatter en direkte elektrisk varmingskabel (3) som strekker seg langs og er koblet til stålrørledningen (1) og en kraftoverføringskabel (7) som mottar elektrisk kraft fra en overflate offshore eller onshore kraftforsyning (5) og mater direkte elektrisk varmingskabelen (3), karakterisert vedat havbunns elektrisk direkte oppvarmingssammenstillingen ytterligere omfatter en effektkondisjoneringsanordning (100) anordnet ved en havbunnslokasjon, i en posisjon mellom kraftoverføringskabelen (7) og direkte elektrisk varmingskabelen (3), hvorved kraftoverføringskabelen (7) strekker seg fra kraftforsyningen (5) og ned til effektkondisjoneringsanordningen (100).

2. En havbunns direkte elektrisk oppvarmingssammenstilling i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat effektkondisjoneringsanordningen (100) omfatter en havbunns kondensatoranordning (110).

3. En havbunns direkte elektrisk oppvarmingssammenstilling i samsvar med et av de foregående patentkravene,karakterisert vedat effektkondisjoneringsanordningen (100) omfatter en transformator (120).

4. En havbunns direkte elektrisk oppvarmingssammenstilling i samsvar med et av de foregående patentkravene,karakterisert vedat den er innrettet til å varme et flertall av stålrørledningsseksjonene (1a) som hver utgjør en del av en lengre stålrørledning (1), idet direkte elektrisk varmesammenstillingen omfatter et flertall direkte elektrisk varmekabler (3) som er anordnet langs og/eller i nærhet av stålrørledningsseksjonene (1a) og at for hver stålrørledningsseksjon (1a) er en nevnte effektkondisjoneringsanordning (100) anordnet mellom kraftoverføringskabelen (7) og seksjonsvarmingskabelen (3) tilknyttet hver stålrørledningsseksjon (1a).

5. En havbunns direkte elektrisk oppvarmingssammenstilling i samsvar med et av de foregående patentkravene,karakterisert vedat kraft fra kraftoverføringskabelen (7) er matet til en direkte elektrisk varmekabel (3) som er innrettet til å varme en stålrør- ledning som strekker seg mellom en havbunnsbrønn og et kompresjonsanlegg, gjennom havbunns effektkondisjoneringsanordningen (100).

6. En havbunns direkte elektrisk oppvarmingssammenstilling i samsvar med et av patentkravene 2 til 5,karakterisert vedat havbunns kondensatoranordningen (110) er i kV- og kVAr-området og over, omfattende et kondensatorelement (111, 113) som er anordnet inne i en tank (105) som hindrer sjøvann fra å entre tanken (105), hvorved tanken (105) er trykkbalansert og fylt med et trykkompensasjonsfluid.

7. En havbunns direkte elektrisk oppvarmingssammenstilling i samsvar med patentkrav 3 og patentkrav 6,karakterisert vedat transformatoren (120) er anordnet i tanken (105).

8. En havbunns direkte elektrisk oppvarmingssammenstilling i samsvar med patentkrav 6 eller patentkrav 7,karakterisert vedat kondensatoranordningen (110) er en variabel kondensatoranordning (110), hvis kapasitans er justerbar mellom en øvre og nedre verdi ved hjelp av en aktuator inne i tanken (105).

9. En havbunns direkte elektrisk oppvarmingssammenstilling i samsvar med et av patentkravene 3 til 8,karakterisert vedat transformatoren (120) er en justerbar transformator.

10. En havbunns direkte elektrisk oppvarmingssammenstilling i samsvar med et av de foregående patentkravene,karakterisert vedat kraftoverføringskabelen (7) omfatter tre faser (L1, L2, L3) og at tre seksjonsvarmekabler (3) hver er koblet mellom et forskjellige par av faser (L1, L2, L3).

11. En havbunns direkte elektrisk oppvarmingssammenstilling i samsvar med patentkrav 10,karakterisert vedat den omfatter tre sett varmekabler (3), hvorved hvert sett omfatter to eller flere seksjonskabler (3).

12. En havbunns direkte elektrisk oppvarmingssammenstilling i samsvar med patentkrav 7,karakterisert vedat effektkondisjoneringsanordningen (100) er koblet mellom kraftoverføringskabelen (7) og en midtpunktmatet stålrørledningsseksjon (1a), hvorved to transformatorterminaler går ut av tanken (105) gjennom penetratorer og er koblet til respektive ender av nevnte stålrørledningsseksjon (1a), og at en tredje transformatorterminal er koblet til en kabel til en seksjonsmidtpunktkobling (4) som kobler til et midtpunkt på stålrørledningsseksjonen (1 a) mellom nevnte respektive ender, hvorved kabelen til seksjonsmidtpunktkoblingen (4) er kortsluttet til en stålstruktur til effektkondisjoneringsanordningen (100) slik også den tredje transformatorterminalen er.

13. En havbunns direkte oppvarmingssammenstilling i samsvar med hvilket som helst av de foregående patentkravene,karakterisert vedat kraftoverføringskabelen (7) strekker seg minst 30 km mellom kraftforsyningen (5) og nevnte effektkondisjoneringsanordning (100).

14. En havbunns direkte oppvarmingssammenstilling i samsvar med hvilket som helst av de foregående patentkravene,karakterisert vedat effektkondisjoneringsanordningen (100) er koblet til et flertall DEH-kabler (3) som er anordnet langs forskjellige stålrørledninger (1).

15. En havbunns direkte oppvarmingssammenstilling i samsvar med hvilket som helst av de foregående patentkravene,karakterisert vedat effektkondisjoneringsanordningen (100) er koblet til et flertall sett av et flertall DEH-kabler (3), hvorved hvert sett er innrettet til å varme et flertall parallelle stålrørledninger (1).