包括射頻加熱站的烴流體管線及相關方法

2023-06-03 16:19:06

包括射頻加熱站的烴流體管線及相關方法
【專利摘要】一種烴流體管線包括多個管線段，它們在相隔的第一和第二地理位置之間端對端地連接在一起，並被構造成在其中傳輸烴流體。該烴流體管線還可包括射頻(RF)加熱站，該射頻加熱站包括射頻源以及位於所述多個管線段的相鄰管線段之間的射頻加熱裝置。射頻加熱裝置包括位於相鄰的管線段之間的內管電介質耦合器、以及導電外殼。導電外殼包圍所述內管電介質耦合器，並連接到所述射頻源上以加熱烴流體。
【專利說明】包括射頻加熱站的烴流體管線及相關方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及烴流體管線領域，更具體而言，涉及烴流體管線加熱和相關方法。

【背景技術】
[0002] 與烴流體（如，汽油或其他烴源）相關的運輸成本將會增加總燃料費用一定百分 t匕。為了降低與烴流體相關的運輸成本，已經採用了一些用於整批分配烴流體的方法。例 如，可使用貨櫃船、遊輪、貨櫃車輛或油罐車來運輸相對大量的烴流體。用於輸運烴流 體的另一方法例如可以是採用烴流體管線。
[0003] -種特殊的烴輸送管線是阿拉斯加輸油管系統（TAPS)。阿拉斯加輸油管系統包括 長度大致為800英裡（1287km)、直徑為48英寸（122cm)的烴流體管線，可將石油從普拉德 霍灣輸送到阿拉斯加州的瓦爾迪茲，主要用於輸送原油。
[0004] 在特別寒冷環境（如，阿拉斯加州）下的烴流體管線由於發生熱損耗而會增加操 作問題。另外，當烴流體管線中的流量減小時，溫度和湍流均將降低。
[0005] 與流量或溫度降低相關的操作問題包括石蠟沉積、積澱（溫度低於75 T時出現） 和水漏失，從而將增加腐蝕和結冰。其他的操作問題包括土工技術問題，如，在管線的埋藏 部分中形成冰、以及管線移動。
[0006] 為了解決一些上述操作問題並對烴流體管線進行維護，可使用清管器。清管器是 被送到烴管線中的機械裝置，可發揮各種維護功能。最普通的清管器是刮刀清管器，其可去 除掉從石油中沉積出來、然後聚集在烴流體管線壁上的蠟。如上所述，烴流體越冷，蠟積累 就越多。這種積累將會引起各種問題，因此，需要進行常規的"清管"以保持管線暢通。但 是，流量減小時，會中斷這些清管操作，從而會增加操作問題或需要進行額外的清管操作。
[0007] 其他的操作問題包括檢漏性能減弱。啟動、關閉以及其他安全問題也越來越成為 令人關心的問題。
[0008] 進行可靠操作可達到合適的特定流量（桶/每天，BPD)。由於壓力和輸送量降低 而會減小流量，因此，需要採用緩解技術。
[0009] 烴流體在升高的溫度下通常從源頭（即，儲層）進入烴流體管線，烴流體可在烴流 體管線內被迅速冷卻。沿烴流體管線布置的少量煉油廠會增加一些熱量。但是，這些熱量 並不足以減少操作問題和降低有效維護烴流體管線的成本。因此，需要進一步加熱烴流體 管線內的烴流體。
[0010] 加熱烴流體管線的一種方法包括建造蒸汽噴射工廠，通過熱交換器進行傳導加 熱。但是，對於傳導加熱而言，要求相對大的溫度增量。
[0011] 美國專利申請公開No. 2011/0049133(發明人為Przybyla)公開了採用射頻加熱 管線內的電介質液。將射頻能量施加到電極板上，以加熱經過管線的烴流體。不幸運的是， 電極板阻礙管線內的流動以及清管操作。
[0012] 美國專利No. 6142707(發明人為Bass等）公開了直接的電管線加熱。內外導電 壁起到電流通道的作用。但是，通過電阻加熱管線壁進行熱傳導效率低。
[0013] 美國專利申請公開No. 2010/0219105 (發明人為White等，受讓人為本專利的受讓 人）公開了射頻加熱烴流體管線中的烴流體。可調的輻射電線包裹在非導電管周圍以界定 輻射元件的實施。


【發明內容】

[0014] 根據上述【背景技術】，本發明的目的是加熱流經烴流體管線的烴流體。
[0015] 一種烴流體管線能實現根據本發明的這些和其他目的、特徵和優點，該烴流體管 線包括多個管線段，它們在相隔的第一和第二地理位置之間端對端地連接在一起，被構造 成在其中傳輸烴流體。該烴流體管線還包括射頻（RF)加熱站。該射頻加熱站包括射頻源、 以及位於所述多個管線段的相鄰管線段之間的射頻加熱裝置。射頻加熱裝置包括位於相鄰 的管線段之間的內管電介質耦合器、以及導電外殼。導電外殼包圍所述內管電介質耦合器 並連接到所述射頻源上。因此，流經烴源管線的烴流體可被加熱，以減少與流量減少相關的 操作問題。
[0016] 本申請的方法涉及一種用於加熱流經烴流體管線的烴流體的方法，該烴流體管線 包括在相互隔開的第一和第二地理位置之間端對端地連接在一起的多個管線段。該方法包 括將射頻加熱裝置定位在所述多個管線段中相鄰的管線段之間。該射頻加熱裝置包括位於 所述多個管線段中的相鄰管線段之間的內管電介質耦合器、以及包圍內管電介質耦合器的 導電外殼。該方法還包括以下步驟：通過所述外殼將射頻能輸送給射頻加熱裝置，以加熱流 經烴管線的烴流體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是根據本發明的烴流體管線的示意圖；
[0018] 圖2是圖1中的射頻加熱站的示意圖；
[0019] 圖3是圖2中的射頻加熱裝置的分解透視圖；
[0020] 圖4是圖2中的射頻加熱裝置的局部透視圖；
[0021] 圖5是截面圖，沿線5-1示出了圖4中的射頻加熱裝置的一部分；
[0022] 圖6是烴流體溫度曲線圖，包括採用根據本發明的烴流體管線加熱烴流體而模擬 的烴流體典型溫度。

【具體實施方式】
[0023] 現在將參照附圖更充分描述本發明，附圖中示出了本發明的優選實施例。但是，本 發明可採用許多不同形式來實施，不應解釋為受限制於在此闡釋的實施例。提供這些實施 可充分徹底地公開本專利申請，可讓本領域的普通技術人員能充分明白本發明的範圍。附 圖中的類似標記表示類似元件。
[0024] 首先參照圖1，一種烴流體管線20包括在隔開的第一和第二地理位置之間端對端 地連接在一起的管線段21。管線段21可包括例如金屬，這樣它們就能導電。例如，烴流體 管線20可在其中傳輸原油、汽油或其他烴流體。更具體而言，例如，烴流體管線20可將烴 流體從源頭或儲層傳輸到煉油廠或口岸、或其他烴處理設備。
[0025] 烴流體管線20還包括隔開布置的支撐件24,它們將至少一部分管線段21定位在 地面層25上方。支撐件24可有利地減少與地面元件或地下元件的接觸，可提高管線段檢 查和維修的便利性。圖中直觀地示出支撐件24為金屬支撐件結構形式。支撐件例如可以 是橋狀物的形式。在某些實施例中，支撐件24可以不是金屬結構；和/或支撐件可以是滑 座的結構形式，例如，這種情況下管線段越過地面25中的斷裂線。
[0026] 另外請參照圖2,烴流體管線20還包括射頻（RF)加熱站30,該射頻加熱站包括射 頻源31。射頻加熱站30還包括連接到射頻源31上的電力發生器32,用於在無供電的情況 下發電。可以包括一個以上的射頻加熱站39,它們可以位於與其他射頻加熱站（圖1)隔開 的地理位置上。另外，儘管圖中直觀示出射頻加熱站30位於地面層25上方，但是，射頻加 熱站可以位於地面層之下。
[0027] 烴流體泵站50連接到管線段上，與射頻加熱站30相鄰。烴流體泵站50被構造成： 當烴流體沿烴流體管線段21流動時，能增加烴流體的壓力或流量。烴流體泵站50和射頻 加熱站30可位於同一結構（如，煉油廠）內。更具體而言，對於射頻源31和泵站而言，它 們位於相同位置是有利的。
[0028] 現在還請參照圖3-5,烴流體管線20還包括位於管線段21中的相鄰部分之間的 射頻加熱裝置35。射頻加熱裝置35被構造成加熱在管線段21中流動的烴流體。射頻加 熱裝置35包括位於管線段21的相鄰部分之間的內管電介質耦合器40。內管電介質耦合 器40可包括一對端部凸緣41a、41b和在該對凸緣之間延伸的管狀主體42。端部凸緣41a、 41b分別連接到管線段21的各相應的端部凸緣26a、26b上。內管電介質耦合器40的端部 凸緣41a、41b可包括表面結構49,在連接的情況下，所述表面結構有助於內管電介質耦合 器與管線段21對準、提高密封性。肋59可沿內管電介質耦合器40的長度部分延伸，以增 強強度。內管電介質耦合器40的截面形狀與所述多個管線段的相鄰部分相同。換句話說， 管線段21和內管電介質耦合器40的內徑相同，例如為48英寸，這樣能降低烴流體流動受 到的阻礙。
[0029] 內管電介質耦合器40可以為高密度聚乙烯（HDPE)。當然，內管電介質耦合器40 可以是其他電介質材質。
[0030] 射頻加熱裝置35還包括包圍內管電介質耦合器40的導電外殼43。與內管電介質 奉禹合器40類似，導電外殼43包括一對隔開的端壁47a、47b和在該對端壁之間延伸的管狀 主體48。導電外殼43是界定射頻腔44的圓筒形結構。導電外殼43還可以是由兩部分構 成的殼體，例如，它們相互分開以提高組裝的便利性。隔開的端壁47a、47b均包括相對於射 頻腔44而言的凹部51a、51b，用於將管線段21的端部凸緣26a、26b容納在其中。每個凹 部51a、51b有助於與管線段21對準。當然，端壁47a、47b可以不包括凹部，或者可以包括 其他或另外的表面特徵。
[0031] 射頻加熱裝置35包括連接到射頻腔44和射頻源31上的射頻輸入器46。更具體 而言，射頻輸入器46延伸至射頻腔44中一定距離或長度，該距離或長度與射頻腔的共振頻 率適配。射頻腔44的共振頻率以導電外殼43的直徑為基礎。因此，射頻源31被構造成： 在基於射頻腔44的共振頻率的頻率下產生射頻能量。
[0032] 射頻源31產生的射頻能量可與射頻腔44的共振頻率適配。當然，射頻源31可在 其他頻率下或頻率範圍內產生射頻能量。例如，如果流量小於550000桶/每天，射頻源31 可被構造成：例如，當1. 5兆瓦特的功率通常對應於1 °F的溫升時，產生7-8兆瓦特的射頻 能量。但是，應帶理解為，管線段21和射頻腔41的尺寸可以相互無關。
[0033] 射頻源31產生射頻能量來加熱管線段21內的烴流體。更具體而言，以容積的方 式加熱烴流體，即，從截面加熱烴流體。換句話說，射頻加熱裝置30與射頻源31相互配合， 主要加熱烴流體，而不加熱管線段21外部。的確，包括金屬的管線段21阻擋射頻能量。
[0034] 射頻加熱裝置30特別適合於被構造成，提供大部分射頻能量給烴流體，減小射頻 腔44所吸收的功率，使壁溫（如，內管電介質耦合器40的管狀主體42的壁溫）不過高。
[0035] 烴流體管線20還可包括壓力平衡組件60,其連接在相鄰管線段21和導電外殼43 之間。具體而言，壓力平衡組件可連接到相鄰管線段21的孔52和導電外殼43上的孔53。 壓力平衡組件60例如可以是壓力閥的結構形式，對於由於清管作業所產生的壓力不均衡 尤其有利。腔中壓力平衡可允許電介質壁部分更薄，可讓壁的能量損失更少。
[0036] 的確，射頻加熱站30可被有利地安裝，可相對容易地操作。更具體而言，現有的管 線段可用文中所述的包括射頻加熱裝置35的烴流體管線21取代。可增加一個以上的包括 射頻加熱裝置35的射頻加熱站30,以使沿管線段21的長度方向的溫度分布適宜。包括射 頻源31的射頻加熱站30還可電控。更具體而言，在某些實施例中，射頻加熱站30可遠程 監測，射頻源31也可被遠程控制。例如，根據管線段21內被傳輸的烴流體類型，在清管器 經過時，需要改變頻率或需要關閉射頻源31。
[0037] 現在請參照圖6中的曲線80,示出了以400000桶/每天的流量穿過阿拉斯加輸 油管線系統的原油81沿管線在不同英裡數時的溫度。可直觀看出，大致在275英裡時，溫 度下降至低於32 T，並保持低於32 T，直到大致到達450英裡為止（此時，原油被煉油廠 加熱）。烴流體管線21將有利地保持原油溫度高於32 T，如線83所示。將三個射頻加熱 站添加在200英裡的位置與大致350英裡的位置之間，每個射頻加熱站將使原油溫度增加 7 °F。原油離開煉油廠之後，根據需要可補充另外的射頻加熱站。因此，溫度增量更小是適 宜的，這是因為，溫度增量更小將會使用更少的能量。儘管使用阿拉斯加輸油管線系統這個 例子，但是，將理解為，射頻加熱站可與尺寸和形狀不同的其他管線一起使用。
[0038] 本發明的方法方面涉及一種用於加熱流經烴流體管線20的烴流體的方法，該烴 流體管線包括多個管線段21，它們相互連接在隔開的第一和第二地理位置之間。該方法包 括，將射頻加熱裝置35定位在相鄰的管線段21之間。射頻加熱裝置35包括位於相鄰管線 段21之間的內管電介質f禹合器40、以及包圍內管電介質f禹合器40的導電外殼43。該方法 還包括，通過外殼43將射頻能量提供給射頻加熱裝置35,以加熱流經烴管線20的烴流體。
【權利要求】
1. 一種烴流體管線，包括： 多個管線段，它們在相隔的第一和第二地理位置之間端對端地連接在一起，並被構造 成在其中傳輸烴流體；以及， 射頻（RF)加熱站，該射頻加熱站包括： 射頻源，以及 射頻加熱裝置，該射頻加熱裝置位於所述多個管線段中的相鄰管線段之間，並包括： 內管電介質耦合器，該內管電介質耦合器位於相鄰的管線段之間，以及 導電外殼，該導電外殼包圍所述內管電介質耦合器，並連接到所述射頻源上以加熱烴 流體。
2. 根據權利要求1的烴流體管線，其中，所述導電外殼界定射頻腔；所述射頻加熱裝置 還包括連接到射頻腔上的射頻輸入器。
3. 根據權利要求2的烴流體管線，其中，所述射頻源被構造成在基於射頻腔的共振頻 率的頻率下產生射頻能量。
4. 根據權利要求1的烴流體管線，其中，所述內管電介質耦合器的截面形狀與相鄰的 管線段的截面形狀相同。
5. 根據權利要求1的烴流體管線，其中，所述導電外殼包括一對隔開的端壁和在該對 端壁之間延伸的管狀主體。
6. 根據權利要求1的烴流體管線，其中，所述內管電介質耦合器包括一對端部凸緣以 及在該對端部凸緣之間延伸的管狀主體。
7. -種用於加熱流經烴流體管線的烴流體的方法，該烴流體管線包括在相互隔開的第 一和第二地理位置之間端對端地連接在一起的多個管線段，該方法包括以下步驟： 將射頻加熱裝置定位在相鄰的管線段之間，該射頻加熱裝置包括： 內管電介質耦合器，該內管電介質耦合器位於所述多個管線段中的相鄰管線段之間， 以及 導電外殼，該導電外殼包圍內管電介質f禹合器；以及 通過所述外殼將射頻能量輸送給射頻加熱裝置，以加熱流經烴管線的烴流體。
8. 根據權利要求7的方法，其中，定位射頻加熱裝置的步驟包括將射頻輸入器連接到 射頻腔上。
9. 根據權利要求7的方法，還包括以下步驟：將內管電介質形成所需尺寸，以使其截面 形狀與所述多個管線段的相鄰部分的截面形狀相同。
10. 根據權利要求7的方法，包括以下步驟：將導電外殼形成為具有一對隔開的端壁和 在該對端壁之間延伸的管狀主體。
【文檔編號】H05B6/80GK104160780SQ201380012102
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年3月6日 優先權日:2012年3月7日
【發明者】M·E·布盧, 小R·E·傑克遜, M·J·奧拓馬內利, D·S·喬治 申請人:哈裡公司