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WO2019175488A1 - Canalisation de transport sous-marin de produits pétroliers et procédé d'isolation - Google Patents

Canalisation de transport sous-marin de produits pétroliers et procédé d'isolation Download PDF

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WO2019175488A1
WO2019175488A1 PCT/FR2019/050383 FR2019050383W WO2019175488A1 WO 2019175488 A1 WO2019175488 A1 WO 2019175488A1 FR 2019050383 W FR2019050383 W FR 2019050383W WO 2019175488 A1 WO2019175488 A1 WO 2019175488A1
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WO
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bara
pipe
spacing
pressure
krypton
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Ceased
Application number
PCT/FR2019/050383
Other languages
English (en)
Inventor
Fouad Ammouri
Philippe Arpentinier
Régis Reau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of WO2019175488A1 publication Critical patent/WO2019175488A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general
    • F16L59/06—Arrangements using an air layer or vacuum
    • F16L59/065—Arrangements using an air layer or vacuum using vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general
    • F16L59/08—Means for preventing radiation, e.g. with metal foil

Definitions

  • the invention relates to a pipeline for submarine transport of petroleum products and an isolation process.
  • the invention relates to a pipe for the underwater transport of petroleum products comprising an inner pipe for containing the oil to be transported and an outer pipe arranged concentrically around the first pipe with a spacing between the two pipes, the spacing between the two lines being under vacuum at a pressure between 0 and 1 bara.
  • the oil is extracted from the deposit at a temperature generally between 50 and 130 ° C and conveyed in a pipe via a pumping system.
  • This oil must be kept at a temperature that prevents its solidification in the pipes.
  • the internal pipe is generally heated and
  • an air vacuum insulation is also provided between the inner pipe and the outer pipe by means of a pump.
  • This vacuum evacuation operation is generally carried out during the installation of the underwater pipeline.
  • it may be necessary to provide several hours for a vacuum pump to reach in the inter- conducted a vacuum of 10 to 20 mbar (bara absolute bar) for a pipe of several hundred meters in length.
  • An object of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages of the prior art noted above.
  • the pipeline according to the invention is essentially characterized in that the vacuum spacing contains gas having a molar fraction concentration of krypton. greater than 70% and preferably greater than 80%.
  • embodiments of the invention may include one or more of the following features:
  • the vacuum spacing is at a pressure of between 0.40 bara and 0.01 bara
  • the vacuum spacing is at a pressure of between 0.37 bara and 0.01 bara, in particular 0.05 bara,
  • the first pipe is coated at least on its outer surface with a layer of a material with a reduced emissivity of between 0.05 and 0.2,
  • the inner pipe has an emissivity of between 0.1 and 0.9, in particular between 0.3 and 0.9 and preferably between 0.1 and 0.5,
  • the second pipe is coated at least on its inner surface with a layer with a reduced emissivity of between 0.05 and 0.2,
  • the external pipe has an emissivity of between 0.1 and 0.9, especially between 0.3 and 0.9 and preferably between 0.1 and 0.5, -
  • the pipe comprising a heating member of the inner pipe.
  • 1 / invention also relates to a method of isolating at least one subsea oil transport and distribution pipe, the pipe comprising an inner pipe containing the oil to be transported and an outer pipe arranged concentrically around the first pipe with a spacing between the two pipes, the spacing between the two pipes being evacuated to a pressure between 0 and 1 bara, the vacuum space containing a gas having a krypton concentration greater than 70% and preferably greater than 80%.
  • the vacuuming of the spacing between the two pipes comprises a step of introducing krypton in the spacing between the two pipes initially containing a gas distinct from krypton at a pressure of less than 0.37 bar, in particular 0.01 bara the krypton being introduced into the spacing until reaching a pressure of 0.37 bara and 0.01 bara, in particular 0.05 bara,
  • the evacuation of the spacing between the two pipes comprises a step of introducing krypton into the spacing between the two pipes initially containing a gas distinct from krypton at a pressure greater than 0.4 bar, in particular 1 bara, krypton being introduced into the gap until reaching a high pressure of between 1.2 and 20 bara, especially 10 bara, the introduction step being followed by a purge step of removing gas from the spacing until reaching a determined low pressure of between 0.37 bara and 0.01 bara, in particular 0.05 bara.
  • the invention may also relate to any device, network or alternative method comprising any combination of features above or below in the context of the claims.
  • FIG. 1 represents a sectional view, schematic and partial, illustrating the structure of a pipe according to the invention
  • FIGS. 2 and 3 are schematic and partial sectional views illustrating the structure and operation of two possible embodiments of an insulation of a pipe according to FIG.
  • Line 1 for submarine transport of oil illustrated in the figures comprises an inner pipe 2 for containing the oil to be transported and an outer pipe 4 concentrically disposed around the first pipe 2 with a spacing 5 between the two pipes 2, 4 .
  • the pipes 2, 4 may be composed of at least one of the following materials; steel, or other metal alloys.
  • the pipe or conduits 2, 4 may be composed in particular of a steel having a conductivity of 50 Wm -1 .K -1 .
  • the pipes 2, 4 may have diameters of between 20 and 60 cm for example.
  • the pipe 1 may comprise a member 3 for heating the inner pipe 2, for example an electric heater.
  • the spacing 5 between the two lines 2, 4 is under vacuum at a pressure between 0 and 1 bara.
  • the vacuum gas providing this thermal insulation is krypton or a mixture which has a molar fraction concentration of krypton greater than 70% and preferably greater than 80%, especially 90% or more (the rest can be air) . This improves the thermal insulation properties (convection and radiation) compared to known solutions where the spacing contains air.
  • the inventors further determined that the pressure in the vacuum gap is preferably between 0.40 bara and 0.01 bara. This is greater than the pressure used in known solutions with air.
  • the pressure of the gas containing predominantly krypton in the vacuum space should preferably be less than 0.37 bara and advantageously equal to or close to 0.05 bara.
  • the pressure in the spacing may be between 0.37 and a low value that is greater than 0.010 bara. This low value is for example equal to 0.015, 0.020, 0.025, 0.030 or 0.035, 0.040, 0.045, 0.050 or 0.055 bara, for example).
  • the depression of the spacing 5 can be easier and less expensive energy.
  • the thermal insulation is further improved if the emissivity of the pipe or conduits 2, 4 is as low as possible. This is achieved by minimizing the oxidation and the rough state of the surface of the pipe 2, for example by coating it a coat of paint with a low-emissivity coating, often based on aluminum, or by sticking a very bright aluminum foil on the wall.
  • the emissivity of the outer surface of the inner pipe 2 and / or the inner surface of the outer pipe 4 is lowered between 0.05 and 0.20.
  • the insulation can be performed as follows (in connection with FIG. 2).
  • Krypton from a source 6 can be introduced into the gap 5 between the two lines 2, 4 to reach a pressure of 0.37 bara and 0.01 bara, in particular 0.05 bara. This can be achieved by means of a pump 7 or any other suitable organ. Considering an emissivity of 0.1 for the pipes 2, 4, this modification of the composition and the pressure in the spacing 5 makes it possible to reduce by approximately 43% the thermal losses with respect to an equivalent solution of the art. prior.
  • the insulation can be made as follows (in connection with FIG. 3).
  • Krypton 6 may be introduced into the gap 5 between the two lines 2, 4 containing air, for example 1 bara.
  • the krypton is introduced into the spacing, for example via a pump 7 until reaching in the spacing a high pressure of between 2 and 20 bara, in particular 10 bara.
  • the gas of the space is purged (for example via a vacuum pump 8 until a determined low pressure of between 0.37 bara and 0.01 bara, in particular 0.05 bara, is reached. to be carried out in two stages:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Insulation (AREA)
  • Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)

Abstract

Canalisation pour le transport sous-marin de produits pétroliers comprenant une conduite (2) interne destinée à contenir le pétrole à transporter et une conduite externe (4) disposée concentriquement autour de la première conduite (2) avec un espacement (5) entre les deux conduites (2, 4), l'espacement (5) entre les deux conduites (2, 4) étant sous vide à une pression comprise entre 0 et 1 bara, caractérisée en ce que l'espacement (5) sous vide contient du gaz ayant une concentration en fraction molaire de krypton supérieure à 70% et de préférence supérieure à 80%.

Description

Canalisation de transport sous -marin de produits pétroliers et procédé d' isolation
L'invention concerne une canalisation de transport sous- marin de produits pétroliers ainsi qu'un procédé d'isolation.
L' invention concerne plus particulièrement une canalisation pour le transport sous-marin de produits pétroliers comprenant une conduite interne destinée à contenir le pétrole à transporter et une conduite externe disposée concentriquement autour de la première conduite avec un espacement entre les deux conduites, l'espacement entre les deux conduites étant sous vide à une pression comprise entre 0 et 1 bara.
Il est connu d'utiliser des canalisations à double enveloppe pour transporter le pétrole brut sous la mer entre les sites off-shore d'exploitation ou entre un site off-shore et la côte. La canalisation est située sous l'eau à une température en général inférieure à 10°C. Certaines canalisations ou réseaux ont une longueur qui peut atteindre plusieurs dizaines de kilomètres.
Le pétrole est extrait du gisement à une température comprise généralement entre 50 et 130°C et véhiculé dans une canalisation via un système de pompage. Ce pétrole doit être maintenu à une température permettant d'éviter sa solidification dans les canalisations. Pour cela, (i) la canalisation interne est généralement chauffée et (ii) une isolation sous vide d'air est également prévue entre la conduite interne et la conduite externe au moyen d'une pompe. Cette opération de mise sous vide d'air s'effectue généralement au cours de la mise en place de la canalisation sous-marine. Ainsi, il peut être nécessaire de prévoir plusieurs heures pour une pompe à vide pour atteindre dans l'espacement inter- conduites un vide de 10 à 20 mbara (bara=bar absolu) pour une canalisation de plusieurs centaines mètre de longueur.
Ces solutions sont donc complexes, coûteuses et nécessitent notamment une quantité d'énergie électrique importante pour maintenir ces températures.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.
A cette fin, la canalisation selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce que l'espacement sous vide contient du gaz ayant une concentration en fraction molaire de krypton supérieure à 70% et de préférence supérieure à 80%.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- l'espacement sous vide est à une pression comprise entre 0,40 bara et 0,01 bara,
- l'espacement sous vide est à une pression comprise entre 0,37 bara et 0,01 bara, notamment 0,05 bara,
- la première conduite est revêtue au moins sur sa surface extérieure d'une couche d'un matériau à émissivité réduite comprise entre 0,05 et 0,2,
- la conduite interne a une émissivité comprise entre 0,1 et 0,9 notamment entre 0,3 et 0,9 et de préférence entre 0,1 et 0,5,
- la deuxième conduite est revêtue au moins sur sa surface interne d'une couche à émissivité réduite comprise entre 0,05 et 0,2,
- la conduite externe a une émissivité comprise entre 0,1 et 0,9 notamment entre 0,3 et 0,9 et de préférence entre 0,1 et 0,5, - la canalisation comprenant un organe de chauffage de la conduite interne.
1/ invention concerne également un procédé d' isolation d'au moins une canalisation de transport et de distribution de pétrole sous-marin, la canalisation comprenant une conduite interne contenant le pétrole à transporter et une conduite externe disposée concentriquement autour de la première conduite avec un espacement entre les deux conduites, l'espacement entre les deux conduites étant mis sous vide à une pression comprise entre 0 et 1 bara, l'espacement sous vide contenant un gaz ayant une concentration de krypton supérieure à 70% et de préférence supérieure à 80%.
Selon d'autres particularités possibles :
la mise sous vide de l'espacement entre les deux conduites comprend une étape d' introduction de krypton dans l'espacement entre les deux conduites initialement contenant un gaz distinct du krypton à une pression inférieure à 0,37 bar, notamment 0,01 bara, le krypton étant introduit dans l'espacement jusqu'à y atteindre une pression comprise 0,37 bara et 0,01 bara, notamment 0,05 bara,
- la mise sous vide l'espacement entre les deux conduites comprend une étape d'introduction de krypton dans l'espacement entre les deux conduites initialement contenant un gaz distinct du krypton à une pression supérieure 0,4 bar, notamment 1 bara, le krypton étant introduit dans l'espacement jusqu'à y atteindre une pression haute comprise entre 1,2 et 20 bara, notamment 10 bara, l'étape d'introduction étant suivie d'une étape de purge consistant à retirer du gaz de l'espacement jusqu'à y atteindre une pression basse déterminée comprise entre 0,37 bara et 0,01 bara, notamment 0,05 bara.
L' invention peut concerner également tout dispositif, réseau ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications .
D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
- la figure 1 représente une vue en coupe, schématique et partielle, illustrant la structure d'une canalisation selon 1 ' invention,
- les figures 2 et 3 représentent des vues en coupe, schématiques et partielles, illustrant la structure et le fonctionnement de deux exemples de réalisation possible d'une isolation d'une canalisation conforme à la figure 1.
La canalisation 1 pour le transport sous-marin de pétrole illustrée aux figures comprend une conduite 2 interne destinée à contenir le pétrole à transporter et une conduite externe 4 disposée concentriquement autour de la première conduite 2 avec un espacement 5 entre les deux conduites 2, 4.
Les conduites 2, 4 peuvent être composées de l'un au moins des matériaux suivants ; acier, ou d'autres alliages de métaux. La ou les conduites 2, 4 peuvent être composées notamment d'une acier ayant une conductivité de 50 W.m-1.K-1.
Les conduites 2, 4 peuvent avoir des diamètres compris entre 20 et 60 cm par exemple.
Comme illustré à la figure 2, la canalisation 1 peut comprendre un organe 3 de chauffage de la conduite 2 interne, par exemple un organe de chauffage électrique.
Classiquement, l'espacement 5 entre les deux conduites 2, 4 est sous vide à une pression comprise entre 0 et 1 bara.
Selon une particularité avantageuse, le gaz sous vide assurant cette isolation thermique est du krypton ou un mélange qui ayant une concentration en fraction molaire de krypton supérieure à 70% et de préférence supérieure à 80%, notamment 90% ou plus (le reste peut être de l'air) . Ceci améliore les propriétés d' isolation thermique (convection et radiation) par rapport aux solutions connues où l'espacement 5 contient de l'air.
Pour encore améliorer significativement l'isolation, les inventeurs ont déterminé en outre que la pression dans l'espacement 5 sous vide est de préférence comprise entre 0,40 bara et 0,01 bara. Ceci est supérieur à la pression utilisée dans les solutions connues avec de l'air.
En particulier, les inventeurs ont mis en évidence que la pression du gaz contenant majoritairement du krypton dans l'espacement 5 sous vide devait préférentiellement être inférieure à 0,37 bara et avantageusement égale ou proche de 0,05 bara .
Ces conditions améliorent notablement l'isolation, notamment les pertes par convection même si la pression dans l'espacement (0,37 à 0,01 bara par exemple) est supérieure aux niveaux de pression des systèmes connus (0,01bara) . La pression dans l'espacement peut être comprise entre 0,37 et une valeur basse qui est supérieure à 0,010 bara. Cette valeur basse est par exemple égale à 0,015, 0,020, 0,025, 0,030 ou 0,035, 0,040, 0,045, 0,050 ou 0,055 bara par exemple).
Ainsi, l'utilisation d'une forte proportion de krypton améliore les conditions d'isolation. Ces conditions d' isolation sont encore améliorées pour des niveaux de pression déterminés dans l'espacement. Cette solution permet de diminuer les pertes thermiques et diminuent également le cas échéant les niveaux de dépression requis pour l'isolation.
La mise en dépression de l'espacement 5 peut être plus aisée et moins coûteuse énergétiquement.
L' isolation thermique est encore améliorée si l'émissivité de la ou des conduites 2, 4 est aussi basse que possible. Ceci est obtenue en minimisant l'oxydation et l'état brut de la surface de la conduite 2, par exemple en la revêtant d'une couche de peinture avec un enduit à faible émissivité, à base souvent d'aluminium, ou en collant sur la paroi une feuille d'aluminium très brillante.
De préférence l'émissivité de la surface externe de la conduite 2 interne et/ou la surface interne de la conduite 4 externe est abaissée entre 0,05 et 0,20.
Pour une conduite déjà sous vide d'air selon l'art antérieur (pression dans l'espacement de 0,01 bara par exemple), l'isolation peut être réalisée comme suit (en liaison avec la figure 2) .
Du krypton provenant d'une source 6 peut être introduit dans l'espacement 5 entre les deux conduites 2, 4 jusqu'à y atteindre une pression comprise 0,37 bara et 0,01 bara, notamment 0,05 bara. Ceci peut être réalisé au moyen d'une pompe 7 ou tout autre organe approprié. En considérant une émissivité de 0,1 pour les conduites 2, 4, cette modification de la composition et de la pression dans l'espacement 5 permet de réduire d'environ 43% les pertes thermiques par rapport à une solution équivalente de l'art antérieur.
Pour une conduite 1 initialement à la pression atmosphérique dans l'espacement 5 (non isolée), l'isolation peut être réalisée comme suit (en liaison avec la figure 3) .
Du krypton 6 peut être introduit dans l'espacement 5 entre les deux conduites 2, 4 contenant de l'air, par exemple à 1 bara. Le krypton est introduit dans l'espacement, par exemple via une pompe 7 jusqu'à atteindre dans l'espacement une pression haute comprise entre 2 et 20 bara, notamment 10 bara.
Ensuite, le gaz de l'espacement est purgé (par exemple via une pompe 8 à vide, jusqu'à y atteindre une pression basse déterminée comprise entre 0,37 bara et 0,01 bara, notamment 0,05 bara. Cette purge peut être réalisée en deux temps :
1) diminution de la pression dans l'espacement 5 jusqu'à la pression atmosphérique ou proche, 2) pompage sous vide.
En considérant également une émissivité de 0,1 pour les conduites 2 et 4, cette modification de la composition et de la pression dans l'espacement 5 permet de réduire d' environ 47% les pertes thermiques par rapport à une solution équivalente de l'art antérieur (même avec une pression 0,05 bara cinq fois supérieure à la pression 0,01 bara de vide de la solution antérieure) .

Claims

REVENDICATIONS
1. Canalisation pour le transport sous-marin de produits pétroliers comprenant une conduite (2) interne destinée à contenir le pétrole à transporter et une conduite externe (4) disposée concentriquement autour de la conduite (2) interne avec un espacement (5) entre les deux conduites (2, 4), l'espacement (5) entre les deux conduites (2, 4) étant sous vide à une pression comprise entre 0 et 1 bara, caractérisée en ce que l'espacement (5) sous vide contient du gaz ayant une concentration en fraction molaire de krypton supérieure à 70% et de préférence supérieure à 80%, et en ce que la conduite (2) interne est revêtue au moins sur sa surface extérieure d'une couche d'un matériau à émissivité réduite comprise entre 0,05 et 0,2 et/ou la conduite (4) externe est revêtue au moins sur sa surface interne d'une couche à émissivité réduite comprise entre 0,05 et 0,2.
2. Canalisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'espacement (5) sous vide est à une pression comprise entre 0,40 bara et 0,01 bara.
3. Canalisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'espacement (5) sous vide est à une pression comprise entre 0,37 bara et 0,01 bara, notamment 0,05 bara.
4. Canalisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la conduite (2) interne a une émissivité comprise entre 0,3 et 0,9 et de préférence entre 0,1 et 0,5.
5. Canalisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la canalisation (1) comprenant un organe (3) de chauffage de la conduite interne.
6. Procédé d'isolation d'au moins une canalisation de transport et de distribution de pétrole sous-marin, la canalisation (1) comprenant une conduite (2) interne contenant le pétrole à transporter et une conduite externe (4) disposée concentriquement autour de la première conduite (2) avec un espacement (5) entre les deux conduites (2, 4), l'espacement (5) entre les deux conduites (2, 4) étant mis sous vide à une pression comprise entre 0 et 1 bara, l'espacement (5) sous vide contenant un gaz ayant une concentration de krypton supérieure à 70% et de préférence supérieure à 80%, et en ce que la conduite (2) interne est revêtue au moins sur sa surface extérieure d'une couche d'un matériau à émissivité réduite comprise entre 0,05 et 0,2, la conduite (4) externe est revêtue au moins sur sa surface interne d'une couche à émissivité réduite comprise entre 0,05 et 0,2.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la mise sous vide de l'espacement (5) entre les deux conduites (2, 4) comprend une étape d'introduction (7) de krypton (6) dans l'espacement (5) entre les deux conduites (2, 4) initialement contenant un gaz distinct du krypton à une pression inférieure à 0,37 bar, notamment 0,01 bara, le krypton étant introduit dans l'espacement jusqu'à y atteindre une pression comprise entre 0,37 bara et 0,01 bara, notamment 0,05 bara.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la mise sous vide l'espacement (5) entre les deux conduites (2, 4) comprend une étape d'introduction (7) de krypton (6) dans l'espacement entre les deux conduites (2, 4) initialement contenant un gaz distinct du krypton à une pression supérieure 0,4 bar, notamment 1 bara, le krypton étant introduit dans l'espacement (5) jusqu'à y atteindre une pression haute comprise entre 2 et 20 bara, notamment 10 bara, l'étape d'introduction étant suivie d'une étape de purge consistant à retirer (8) du gaz de l'espacement (5) jusqu'à y atteindre une pression basse déterminée comprise entre 0,37 bara et 0,01 bara, notamment 0,05 bara.
PCT/FR2019/050383 2018-03-12 2019-02-20 Canalisation de transport sous-marin de produits pétroliers et procédé d'isolation Ceased WO2019175488A1 (fr)

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