Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zur Beheizung von Pipelines, insbesondere erdverlegter Pipelines für den Transport von Erdöl und Erdölprodukten über große Transportentfernungen.

1. Problembeschreibung

Im Zuge des Transports von Fluiden, insbesondere von schweren und

hochviskosen Erdölen in langen Pipelines (z.B. mehr als 100 km) ergibt sich bei bestimmten Rohölsorten u.a. die Aufgabenstellung, die Temperatur des Erdöls mittels einer Begleitheizung und in Kombination mit einer Wärmedämmung aus folgenden beiden Gründen oberhalb der Temperatur des Stockpunkts (Pour Point) zu halten:

a ) um die Viskosität des Erdöls, und damit den Reibungswiderstand und die

benötigte Pumpenantriebsleistung während des normalen Transportbetriebs zu verringern,

b ) um nach einem beabsichtigten oder unbeabsichtigten längeren Förderstillstand den Förderbetrieb mit den zur Verfügung stehenden Pumpen wieder aufnehmen zu können, ohne dass es infolge der Erdöl-Abkühlung zu einer Verfestigung (Gelierung) des transportierten Erdöls kommt, die einen Re-Start des

Förderbetriebs verhindern könnte.

Bekannte Methoden für die Beheizung von Transportleitungen sind die Methode der Aufheizung in Heizstationen sowie die Methode der Begleitheizung vorzugsweise mit elektrischer Energie, z.B. die Methode der ,Skin-Effekt' Heizung, auch bekannt unter den Bezeichnungen SECT (skin effect current trace heating), SEHTS (skin effect heat tracing System) oder SEHMS (skin effect heat management System), bei der längs der Pipeline eine vergleichsweise kleine Rohrleitung aus

ferromagnetischem Werkstoff verläuft, die durch den ,Skin-Effekt' aufgrund der in ihr verlegten isolierten elektrischen Leitung erwärmt wird und ihre Wärme an die zu beheizende Erdölleitung abgibt. Als weitere Methode ist die Methode der elektrischen Widerstandsheizung bekannt, bei der die Heizdrähte durch den in ihnen fließenden Strom erwärmt werden, und die erzeugte Wärme an die zu beheizende Rohrleitung abgeben.

Ein Beispiel für eine elektrisch nach der SECT-Methode beheizte Erdölpipeline findet sich beim Mangala Development Project (MDP) in Indien 11,21, bei der die Erdöl-Transportleitung sowie die daran angebrachte Heizleitung des SECT-Systems von einer PUR-Schaum-Wärmedämmung umgeben ist, die ihrerseits auf der Außenseite ihren Abschluss durch ein Kunststoff-Mantelrohr findet.

Die wesentlichen Nachteile der Aufheizmethode mittels Heizstationen lassen sich wie folgt charakterisieren:

• Aufgrund des Sägezahn-förmigen Temperaturprofils ist die Transporttemperatur am Eingang der beheizten Leitung stets höher als die als Mindesttemperatur am Ausgang, so dass die Leitung im Durchschnitt ggf. erheblich oberhalb der Mindesttemperatur betrieben werden muss; dies führt insgesamt zu einem erhöhten Wärmeverlust.

• Bei geringeren Förderdurchsätzen muss die Eingangstemperatur in einen

Leitungsabschnitt entsprechend erhöht werden, um die gewünschte minimale Ausgangstemperatur einzuhalten. Da die maximale Fluidtemperatur am

Leitungseingang aus konstruktiven Gründen, z.B. zur Beherrschung des temperaturabhängigen Ausdehnungsbestrebens der Leitung begrenzt ist, ist das Pipeline-Transportsystem nur für Fluid-Durchsätze oberhalb einer bestimmten Mindest-Förderrate geeignet, was die Durchsatz-Flexibilität eines solche Transportsystems stark einschränkt.

• Bei einer Unterbrechung des normalen Transportbetriebs steht nur eine

vergleichsweise geringe zulässige Stillstandszeit zur Verfügung. Danach muss der Transportbetrieb wieder aufgenommen werden, um eine Verfestigung (z.B. Gelierung) des transportierten Fluids zu vermeiden. Die Wiederaufheizung eines verfestigten Fluids innerhalb eines abgekühlten Leitungsabschnitts (ohne Begleitheizung) ist praktisch nicht möglich.

Die wesentlichen Nachteile der elektrischen Begleitheizung längs der Leitungstrasse lassen sich wie folgt charakterisieren:

• Die für die elektrische Begleitheizung bereitzustellende elektrische Energie wird nur mit einem vergleichsweise geringen Wirkungsgrad in Bezug auf den ursprünglich eingesetzten Brennstoff erzeugt. Hinzu kommen elektrische Leitungsverluste in Zusammenhang mit Transport und Verteilung der elektrischen Energie auf die einzelnen zu beheizenden Leitungsabschnitte.

• Die Infrastruktur für Transport und Verteilung der elektrischen Energie ist

anfällig gegenüber äußeren Einflüssen, insbesondere in unwegsamem Gelände, wie z.B. Beschädigung von Hochspannungsleitungen durch umstürzende Bäume, Eingriff Dritter oder auch die bekannte Beeinflussung des kathodischen

Leitungsschutzes der Fluid-Transportleitung durch parallel verlaufende

Hochspannungsleitungen.

In der Literatur IM ist ein elektrisches Begleitheizungssystem beschrieben, bei dem parallel zu der zu beheizenden Transportleitung eine Heizgas führende Pipeline verlegt ist, mit welchem in verschiedenen Generatorstationen elektrische Energie erzeugt wird, die dann ihrerseits zur Versorgung des längs der Pipeline angeordneten elektrischen Begleitheizsystems verwendet wird.

Die grundsätzlich oben beschriebenen Nachteile der elektrischen Begleitheizung werden dadurch nur teilweise verringert, insbesondere verbleibt der Nachteil des vergleichsweise geringen Wirkungsgrads der elektrischen Begleitheizung sowie die Möglichkeit eines Ausfalls eines gesamten Leitungsabschnitts z.B. infolge einer Unterbrechung der elektrischen Stromzuführung zu der elektrischen Begleitheizung.

2. Aufgabenstellung

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Anordnung und Verfahren zur Beheizung von Pipelines für den Fluidtransport zu finden, welches die dargestellten Nachteile bekannter Begleitheizsysteme beseitigt bzw. weitgehend verringert. 3. Lösung

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung und ein Verfahren gelöst wie es nachstehend beschrieben und in den Patentansprüchen dargestellt ist.

3.1 Grundprinzip der Kraft- Wärme-Kopplung

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die zur Beheizung und Warmhaltung der Pipeline benötigte Energie in längs der Pipeline angeordneten Heizstationen aus gasförmigen, flüssigen oder festen Brennstoffen nach dem oftmals in Blockheizkraftwerken realisierten Prinzip der gekoppelten Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme („Kraft- Wärme- Kopplung") erzeugt wird. Während die erzeugte elektrische Energie hierbei zur Versorgung eines oder mehrerer benachbarter Begleitheizungsabschnitte dient, wird die im Bereich der Heizstation anfallende Wärme unmittelbar zur Aufheizung des transportierten Fluids verwendet. Die in den Heizungs-Brennstoffen enthaltene Wärmeenergie kann somit möglichst vollständig zur Beheizung und Warmhaltung des transportierten Fluids eingesetzt werden.

3.2 Typ der Kraft- Wärme-Kopplung

Die Heizstation wird mit einer Verbrennungsmotor-Generatoreinheit, mit einer Gasturbinen-Generatoreinheit oder mit einer Brennstoffzelle, bzw. einer

Kombination dieser Einheiten ausgerüstet und betrieben.

3.3 Heizmedium aus der Transport-Pipeline

Je nach Eignung kann das transportierte Produkt selbst als Heizmedium Verwendung finden, z.B. Rohöl als Heizmedium für eine Rohöl transportierende Pipeline.

3.4 Alternative Heizmedien

Alternativ oder eventuell ergänzend zum transportierten Fluid können andere Heizmedien, wie Wasserstoff, Erdgas, Benzin, Naphtha, Dieselkraftstoff oder ein andrer für Wärme- bzw. Stromerzeugung geeigneter Brennstoff als Heizmedien eingesetzt werden. 3.5 Parallele Brennstoffpipeline

Es kann vorteilhaft sein, das Heizmedium für die Heizstationen in einer parallel zur Transportleitung verlegten Pipeline zu transportieren und den Heizstationen zuzuführen, da damit die Versorgungssicherheit der Heizstationen erhöht, die Versorgungsleitung gut gegen externe Einflüsse geschützt, und wirtschaftlich im Zuge des Baus der Transportleitung ggf. im gleichen Rohrgraben verlegt werden kann.

3.6 Normalbetrieb der Heizstationen als KWK-Betrieb

Der Normalbetrieb der Heizstationen ist dadurch gekennzeichnet, dass eine

Heizstation eine oder mehrere parallel geschaltete KWK-Einheiten zur Erzeugung von elektrischer Energie bzw. Wärme enthält, die so dimensioniert sind bzw. so betrieben werden, dass die von den jeweils in Betrieb befindlichen Einheiten erzeugte Elektro- und Heizenergie möglichst vollständig, d.h. mit hohem Gesamt- Wirkungsgrad zur Beheizung bzw. Warmhaltung des Transportfluids verwendet wird. Während die in einer Heizstation erzeugte Elektroenergie zur Beheizung des zugeordneten Heizabschnittes mittels elektrischen Begleitheizsystems dient, wird die gleichzeitig erzeugte Wärme mittels Wärmetauscher auf einen im Bereich der Heizstation abgezweigten Teilstrom des Transportmediums übertragen, und der erwärmte Teilstrom anschließend wieder in den zu transportierenden Fluidstrom zurückgeführt und eingemischt, wobei er die Gesamttemperatur des Transportstroms im Bereich der Heizstation erhöht.

3.7 Sonderbetrieb der Heizstationen bei Förderstillstand

Der Betrieb der Heizstationen bei Förderstillstand ist dadurch gekennzeichnet, dass dann die elektrisch erzeugte gesamte Heizstationsleistung der installierten Heiz- Einheiten ausreicht, um die Transportleitung mittels elektrischer Begleitheizung auf der festgelegten Mindesttemperatur zu halten bzw. den Leitungsinhalt in

angemessener Zeit wieder auf die für den Transport benötigte Mindest- Transporttemperatur zu erwärmen. In dieser außergewöhnlichen Betriebsart kann die in den Heizstationen erzeugte Wärmeenergie nicht in nennenswerter Weise auf das strömende Transportmedium übertragen werden. Es ist daher in diesem Fall vorgesehen, die anfallende Wärmeenergie gegebenenfalls in die Umgebung der Heizstation abzugeben.

3.8 Aufteilung der elektrischen Heizleistung auf mehrere Heizsysteme

Um längere elektrische Heizungsabschnitte von einer Heizstation aus versorgen zu können, ohne die erforderliche elektrische Einspeise-Spannung erhöhen zu müssen, kann die in einer Heizstation erzeugte elektrische Energie auf zwei oder mehr entlang der Transportleitung parallel verlegte Begleitheizsysteme aufgeteilt werden. Durch die Parallelverlegung zweier oder mehrerer Begleitheizsysteme kann zusätzlich die Redundanz des eingesetzten Heizsystems, des SECT -oder/und Widerstands-Heizsystems entsprechend erhöht werden.

3.9 Exemplarischer Heizstations-Aufbau

Ein exemplarischer Heizstations-Aufbau ist in der beigefügten Figur 1 schematisch dargestellt.

Im dargestellten Heizstations-Aufbau wird ein Teilstrom des zu beheizenden Transportfluids aus der Transportfluid-Leitung (1) über eine Stations- Absperrarmatur (2), eine Heizeinheit- Absperrarmatur (3), einen Filter (4) zur Partikelabscheidung, eine Pumpe (5) zur Überwindung des Stationsdruckverlusts, einen Wärmetauscher (6) zur Übertragung der in der Kraft- Wärme-Erzeugungseinheit erzeugten Wärme geleitet, und über eine Rückschlagklappe (7), eine Heizeinheit- Absperrarmatur (8) und die Stations- Absperrarmatur (2) wieder in die Transportfluidleitung

zurückgeführt. Der Brennstoff zur Versorgung der Heizstation wird hierbei aus der Brennstoffleitung (14) oder ggf. aus der Transportfluid-Leitung (1) über eine nicht in Figur 1 dargestellte Verbindungsleitung, eine Stations-Absperrarmatur (9), eine Heizeinheit- Absperrarmatur (10), einen Filter (11) zur Partikelabscheidung und eine Druckreduziereinrichtung (12) der Heizeinheit (13) zur gekoppelten Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme zugeführt. Zur Brennstoff-Vorratshaltung können ferner ein oder mehrere Lagertanks (15) in die Aufheizstation integriert sein, die gegebenenfalls über eine separate Leitungsverbindung auch mit Transportfluid als alternativem Brennstoff befüllt werden können. Die in Figur 1 beschriebenen Einrichtungen sind hierbei beispielhaft in 2 parallel angeordnete Heizeinheiten untergliedert. 3.10 Ausführung der Heizeinheiten als mittels Gasturbinen angetriebene KWK- Einheiten

Um insgesamt eine kleinere Dimensionierung der Aufheizstation zu ermöglichen, kann die Installation einer mittels Gasturbine angetriebenen Kraft- Wärme- Kopplungseinheit in Betracht gezogen werden, die aufgrund der erhöhten

Abgastemperatur eine deutlich höhere Aufheizung des aus der Transportfluid- Leitung abgezweigten Seitenstroms zulässt. Bei gleicher Wärmeübertragungsleistung der KWK-Einheit kann der Durchfluss des aus der Transportfluid-Leitung abgezweigten Seitenstroms verringert werden, sodass eine insgesamt kleinere Dimensionierung der Aufheizstation ermöglicht wird.

3.1 1 Weitgehende Vorfertigung der Heizstationen

Die Aufheizstationen können in vorteilhafter Weise in Zuge der System-Errichtung als weitgehend vorgefertigte und betriebsfähige Einheiten, etwa in Container- Bauweise, angeliefert werden, und nach Durchführung der Anschlüsse an die Transportfluid-Leitung (1), an die Brennstoffleitung (14) und an das/die

elektrische(n) Begleitheizsystem kurzfristig in Betrieb genommen werden.

4. Literaturangaben

IM Beschreibung Begleitheizsystem Mangala Project (MDP) India, (insbes. S.16), heruntergeladen am 07.02.2014 unter

http://www.cairnindia.com/sites/default/files/investor-prese ntation- pdf/AnalvstsRaiasthanSiteVisitFeb09 O.pdf

121 PENTAIR: Managing the flow of crude oil along 700 km pipeline using

Raychem STS, heruntergeladen am 25.01.2014 aus dem Internet unter http://www.pentairthennal.coiri/Lnages/EN-STSCairnIndiaCrude Oil-WPCS- H80931 tcm432-38489.pdf