BRPI0924495A2

BRPI0924495A2 - cabo de aquecimento de efeito pele isolado com mineral

Info

Publication number: BRPI0924495A2
Application number: BRPI0924495A
Authority: BR
Inventors: G Parman David; White Lawrence
Original assignee: Tyco Thermal Controls Llc
Priority date: 2009-04-02
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2019-08-27
Also published as: JP2012523088A; RU2531292C2; MX2011010234A; CL2011002421A1; US20150237679A1; EP2415325A1; CN102379154A; EP2415325A4; CA2755439C; CA2755439A1; US20120018421A1; KR20120016222A; WO2010114547A1; RU2011144382A

Abstract

cabo de aquecimento de efeito pele isolado com mineral um cabo de aquecedor de efeito pele tem isolamento de cerâmica inorgânica. o cabo de aquecedor tem pelo menos um fio condutor de núcleo dentro de um revestimento. eletricidade é dirigida através do condutor de núcleo em um caminho externo e retoma ao longo de uma "pele" de superfície do revestimento em um caminho de retorno para gerar calor.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção pana CABO DE AQUECIMENTO DE EFEITO DE REVESTIMENTO ISOLADO COM MINERALS

CAMPO DE INVENÇÃO

A presente invenção refere-se geralmente a cabos de aquecimento etetrioos e, mais part.ícuíarmcnts, a nabos aquecedores de efeito de revestimento tendo isolamento de cerâmica inorgânica que utiliza pele menos um fio condutor de núcleo dentro de um revestimento, através do qual a eletricidade é dirigida através do condutor de núcleo em um caminho externo 10 e retorna ao longo de um revestimento” de superfície do revestimento em um caminho de retorno para gerar calor.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção inclui um dispositivo aquecedor tendo um componente de efeito de revestimento com pelo menos um condutor de nú15 cleo elétrica isolado em comunicação elétrica com um formato ferremagnètico alongado adjacente e substanoialmente paralelo, tendo urna redução e localização da profundidade e largura do caminho condutor eficaz na seção transversal da parede ferromagnetics e um componente de isolamento de cerâmica inorgânica. Praferenoísímeate, o componente de isolamento de ce20 râmica inorgânica contém óxido de magnésio.

A presente invenção também inclui um processo de aquecimento que compreende as etapas de fornecer um dispositivo aquecedor compreendendo um componente de efeito de revestimento tendo pelo menos um condutor de núcleo elétrico isolado em comunicação elétrica com um forma25 to ferrcmagnêtico alongado adjacente e substanclalmente paralelo, tendo uma redução e localização da profundidade e largura do caminha condutor eficaz na seção transversal da parede ferromagnética e um componente de isolamento de cerâmica inorgânica e aplicar comente elétrica através do núcleo elétrico, dessa forma aquecendo o formato ferromagnetics.

Ê um objetivo da presente invenção fornecer um aquecedor de efeito de revestimento isolado com mineral,

Ainda outro objetivo da presente invenção é fornecer um aque ceder de efeito de revestimento isolado com minerai adaptado para aplica ções de campo petrolífera.

Outros objetivos e vantagens desta invenção se tomarão apa rentes da seguinte descrição tomada em conjunto com os desenhos em anexo, em que são estabelecidas, a titulo da ilustração e exemplo, certas mo-dalídades desta invenção. Os desenhos constituem urna parle deste relatório descritivo e incluem modalidades exemplares da presente invenção e ilustram vários objetos e características da mesma.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

A figura 1 ilustra uma vista em perspectiva, parcialmente em seção, ilustrando uma modalidade da presente invenção.

A figura 2 ilustra uma vista em perspectiva, parcialmente em seção, ilustrando uma modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

Embat'a_: a presente invenção seja suscetível a modalidades em várias formas, é mostrada nos desenhos e a seguir serà descrita uma modalidade atualmente preferida com o entendimento de que a presente descrição serà considerada uma exempiificação da invenção e não pretende limitar a invenção as modalidades especificas ilustradas,

Com referência geralmente às figuras 1 e 2_: uma modalidade preferida de um aquecedor de afeita de revestimento isolado com mineral da presente invenção é ilustrada. O aquecedor de efeito de revestimento isolado 10 pode incluir um condutor de núcleo interno 12 dentro de um condutor externo 14. O condutor interno e o condutor externo podem ser dispostos radiaimante em toma de um eixo central 16. Os condutores internos e externos podem ser separados por uma camada de isolamento 18. Em certas modalidades, os condutores internos a externas podem ser acopladas nm uma extremidade distai 20 do aquecedor Corrente elétrica pode circular para o aquecedor 10 através dc condutor interno 12 e retornar através do condutor externo 14 ou vice-versa. Um ou ambas as condutores 12, 14 podem incluir material ferromagnético.

Em urna modalidade, α aquecedor de efeito de revestimento iso

3/8 lado minerai 10 é fornecido com um condutor interno ferromagnético 12 e um condutor externo ferromagnético 14, o caminho de corrente de efeito de revestimento ocorre na parte externa do condutor interno e no interior dc condutor externo. Assim, o exterior do condutor externo pode ser recoberto par 5 uma camada de liga resistente á corrosão 22, tal como aço inoxidável, sem afetar o caminho de corrente de efeito de revestimento no interior do condutor externo.

A camada de isolamento 18 pode compreender uma cerâmica eletricamente iselante com alta condutividade térmica, tal como óxido de 10 magnésio, óxido de alumínio, dióxido de silício, óxido de berílio, nitreto de boro, nitreto de silicio, etc. Destes, óxido de magnésio é o mais preferido. A camada de isolamento pode ser um pó compactado (par exemplo, pó de cerâmica compactado). A compactação pode melhorar a condutividade térmica e proporcionar melhor resistência do isolamento e em uma modalidade mais 15 preferida, não limitarite, a compactação è de cerca de 80%. Deve ser notado também que outras taxas de compactação podem ser utilizadas sem se afaster do escopo da invenção.

Geralmente, o condutor de núcleo elétrico isolado transporta corrente alternada (AC) em urna perna de um circuite, de modo que a AC circu20 te de voha através de um formato ferromagnétíco alongado adjacente e substancíalmente paralelo para fornecer a perna de retorno do circuito.. Um efeito de revestimento na superfície localizada da temia ferromagnétíca ou condutor que está em uma faixa imediatamente adjacente ao núcleo, é desenvolvido por efeitos de indução e magnéticos e provoca um efeito de a25 quecímento.

No aquecimento de efeito de revestimento”, calor é gerado na parede do envelope ferromagnético pela perda I - R da circulação de corrente de retome e por histerese e correntes de fuga induzidas pelo campo magnético alternado em torno do condutor Isolado.

A interação eletromagnética entre a corrente no condutor de núcleo isolado e a corrente de retorno no envelope faz a corrente concentrar-se na sua superfície interna devido ao efeito de revestimento, daí, o nome cabo

4/8 de aquecimento de efrnio de revestimento. A intensidade deste fenômeno é aumentada por estar gm íntima proximidade com o condutor de núcleo (denominado efeito de proximidade).

A relação de proximidade dos dois condutores fazenda a corrente circular para fora e de volta e a blindagem eletromagnética adequada ain da aumentam estes efeitos, a base do sistema vantajoso atual. Corrente alternada circula apenas ao longo de uma faixa do pedaço alongado de material ferromagnètíco, agindo como um condutor muito especializado sob estas condições

Como um exemplo não limitante, um tubo ferromagnético pode ser considerado que tem uma espessura mínima de parede de cerna de três vezes a profundidade do revestimento, ou cerca de 3,81 cm (1/8 de polegada), mais ou menos para vários materiais ferromagnéticus e frequências de AC. A AC pode ser conduzida para tora até extremidade distante do tubo por um fio adjacente, interno e isolado que está conectado à parede interna da extremidade distal do tubo. Devida ao que é chamado efeito de revestimento, uma porção substancial da AC circula de volta nessa parte da superfície interna, ou revestimento, do tubo que è ímedíatamente adjacente e paralela ao fio condutor. Esta faixa da superfície de aço estendida por baixo do fio torna-se o que pode ser chamado de um condutor/resistor de efeito de revestimento. O restante da superfície do tubo è, para fins práticos, efetivamente isolado eletricamente de qualquer objeto em contato com eia. Este redução considerável do que é normalmente considerado oomo a seção transversal efetiva des um condutor elétrico (o tuba inteira), aumente consideravelmente a resistência efetiva do que da outra forma seria inteiramente um condutor. A parede do tubo exterior também está em afeito não condutor e o tuba pode ser aterrado e mesmo tocado sem choque.

Deve ser observada que o movimento do fio em relação ao material ferromagnétioo pode mudar o efeito de proximidade, a resistência do tubo e o calor gerado. Portanto, um afastador ou um centralizador pode ser utüizado para posicionar o condutor de núcleo com respeito à perna de retorno ferromagnètica do circuito, O afastado r ou o centralizador também ooda fornecer propriedades isolantes para o condutor de núcleo para permitir que correntes reais altas sejam passadas através do circuito sem arco entre o condutor de núcleo e a perna de retorne. Gases inertes podem ser usados em conjunto com isofadores tipo cerâmica para fornecer propriedades isolan5 tea adicionais..

Materiais do aquecedor podem ser escolhidos para intensificar propriedades físicas de um aquecedor Por exemplo, materiais do aquecedor podem ser selecionados de modo que camadas internas se expandam até um grau maior do que as camadas externas com temperatura em elevação, 10 resultando em uma estrutura acondicionada hermeticamente. Uma camada externa de um aquecedor pode ser resistente á corrosão. Suporte estrutural pode ser proporcionado selecionando material da camada externa com alta resistência à fluência ou selecionando um conduto de parede grossa. Varias camadas impermeáveis podem ser incluídas para inibir a migração de metal 15 através do aquecedor.

Embora a forma ferromagnétioa muitas vezes possa ser um tubo e o fluido utilitário possa ser um liquido sendo forçado através do mesmo, em outros casos, a forrna de aço pode ser diferente de tubular - por exemplo, plana, cônica, esteroidai, etc,; e o fluido utilitário pude ser aquecido ao 20 ser passado ou forçado em contato corn a mesma, em vez de ser transportado dessa forma.

Os aquecedores de efeito de revestimento isolados com mineral da presente invenção podem ser aplicados a uma ampla gama de aplicações incluindo, mas não limitado a, derretímento de neve e gelo, rastreamen25 to de calor da tubulações (terrestres e submarinas) e aplicações no campo petrolífero incluindo aquecimento dentro do p, aquecimento do fundo do poço, aquecimento de furo de poço horizontal e estimulação de reservatório.

Algumas modalidades de aquecedores podem incluir chaves (por exemplo, fusiveís e/ou termostatos e/ou termisfores e/ou tlnstores) que 30 desligam ou reduzem a energia para um aquecedor ou porções de um aquecedor quando uma determinada condição ê atingida no aquecedor. Em certas modalidades, um aquecedor de efeito de revestimento pode ser usado para fornecer calor para uma formação contendo hidrocarboneto. Em urna modalidade, contrate e monitoramento do cabo do aquecedor de efeito de revestimento sito realizados corn um controle de retroalimentaçâo de circuito fechado compreendendo controladores de temperatura e conlatores. Ern ou5 tra modalidade, a medição da temperatura de fibra ótica pode ser utilizada.

Tais sistemas poderíam ser ligados ao controle de um aquecedor de efeito da revestimento usando algoritmos para fornecer entre um e várias centenas de pardos de detecção de temperatura ao longo de um circuito de aquecedor. Em algumas modalidades, os cabos e/ou sensores de fibra óptica po10 dam ser incorporados dentro o cabo do aquecedor. Em outra modalidade, sensores de pressão podem ser utilizados para regular a saida de cater com base na pressão, fornecida nas imediações das aquecedores.

Em algumas modalidades, a frequência AC pode ser ajustada para mudar a profundidade do revestimento de um material ferromagnétíoo.

Por exempla, a profundidade do revestimento de aço carbono a 1% à temporatora ambiente é de cerca de 0,11 cm a 60 Hz, cerca de 0,07 cm a 180 Hz e cerca de 0,04 çm a 440 Hz. Urna vez que a espessura do condutor ferromagnetics externo è tipicamente três vezes a profundidade do revestimento, o uso de uma frequência mais alta pode resultar em um aquecedor menor e 20 pode reduzir os custos de equipamentos. Frequências entre cerca de 50 Hz e cerca de 1000 Hz podem ser usadas.

Em algumas modalidades, a corrente elétrica pode ser ajustada para atingir uma profundidade do revestimento ideal de um material ferromagnético. Uma profundidade de revestimento menor pode permitir que um 25 aquecedor com dimensões menores seja usado, dessa forma reduzindo cs custos de equipamentos. Em cedas modalidades, a corrente aplicada pode variar de peto menos cerca de 10 A até 500 A, -ou maior. Em algumas modalidades, a corrente alternada pode ser fornecida ern voltagens de até ou acima de cerca de 2500 volts.

Novamente cem referência às Oguras 1 e 2, em certas modalidades descritas neste documento, aquecedores de efeito de revestimento isolados com mineral são dimensionados para operar a uma frequência de

7/8 cerca de 60 Hz. Deve ser entenoido que as dimensões de urn aquecedor de efeito de revestimento podem ser ajustadas em relação àquelas descritas neste documento a fim de que o aquecedor de efeito de revestimento opere de uma forma semelhante às outras frequências.

Q aquecedor de efeito de revestimento isolado corn mineral da presente invenção tem capacidade de salda de energia muito alta em comparação com as formas de cabos de aquecimento elétrica existentes, permitindo que um único aquecedor forneça energia suficiente para aplicações de alta taxa de fluxo. Q aquecedor geralmente fornece uma estrutura robusta.

tal corno naquelas modalidades incorporando camadas externas de uma parede de aço pesada. Em outra modalidade, o aquecedor de efeito de revestimento isolado cem mineral, quando fabricado na forma de uma haste, pode ser implantado usando equipamento existente de tubo em espiral, reduzindo os custos de instalação. Com a utilização sob uma implantação de tubo em 15 espiral, o aquecedor de efeito de revestimento isolado com mineral pode ser prontamenie instalado dentro de um tubo de óleo ou gás, dessa forma maximizando a transferência de calor do aquecedor para o fluido Como um aquecedor de efeito de revestimento, um único nabo pede fornecer prontamente um circuito da aquecimento elétrico complete ao passo que 2 ou 3 cabos de outros tipos podem ser necessários para formar um circuito completo.

Em determinadas modalidades, materiais terromagnéticos podem ser acoplados a outros materiais (por exemplo, materiais não ferromagrfeficos e/ou materiais altamente condutores, tal como cobre) para fornecer 25 várias propriedades elétricas e/ou mecânicas. Algumas partes de um aquecedor de efeito de revestimento podem ter uma resistência inferior (causada por diferentes geometries e/ou pelo uso de diferentes materiais ferromagrfetioos e/ou não ferromagnétícos) do que outras partes da aquecedor de efeito de revestimento. Ter partes de um aquecedor de efeito de revestimento com 30 diversos materiais e/ou dimensões pode permitir a adaptação a uma potência calorífica desejada de cada parte do aquecedor.

Üeve ser entendido que, embora certa forma da invenção seja

8/8 ilustrada. eia não será limitada à forma ou disposição específica descrita e mostrada neste documento. Serà aparente para aqueles versados na técnica que várias mudanças podem ser feitas sem se afastar do escopo da invenção e a invenção não será considerada limitada ao que è mostrado e descrito no relatório descritivo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo aquecedor, caracterizado pelo fato da que compreende;

um componente de efeito de revestimento tendo pelo menos um condutor de núcleo elétrico isolado em comunicação elétrica com um formato ferromagnetics alongado adjacente e substanciaimente paralelo tendo uma redução e localização da profundidade e largura do caminho condutor eficaz na seção transversa! da parede ferromagnétioa; e um componente de isolamento de cerâmica inorgânica.
2. Dispositivo aquecedor, de acordo com s reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o componente de isolamento de cerâmica inorgânica compreende óx;do de magnésio
3. Processo de aquecimento, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

fornecer um dispositivo aquecedor compreendendo um componente de efeito de revestimento tendo peto menos um condutor de núcíeo elétrico isolado em comunicação elétrica com um formato ferromagnético alongado adjacente e substancialmente paralelo,, tendo uma redução e localização da profundidade e largura do caminhe condutor eficaz na seção transversal da parede ferromagnétioa e um componente de isolamento de cerâmica inorgânica; e aplicar corrente elétrica através do núcleo elétrico, dessa forma aquecendo o formato ferromagnético.