Caso de proyecto
Skid de intercambio térmico para un proyecto geotérmico de profundidad media-profunda con tubería coaxial de CO2 supercrítico
Este skid de intercambio térmico se utiliza en el primer proyecto aplicado del mundo de extracción de calor geotérmico con CO2 supercrítico, puesto en marcha por China Huaneng en Zhengzhou, Henan. Sharp Eagle suministró el skid completo de intercambio térmico para el proyecto. El sistema utiliza CO2 supercrítico en lugar de agua como medio de transferencia de calor, lo envía a un pozo geotérmico de unos 2.500 metros de profundidad para absorber calor subterráneo y, tras regresar a la superficie, transfiere ese calor al agua de calefacción residencial mediante el skid de intercambio térmico.
Imágenes del modelo 3D
10.2 m x 4.0 m x 4.4 m
Antecedentes del proyecto
Soporte de ingeniería para el primer proyecto aplicado del mundo
Impulsado por la demanda de calefacción limpia y de uso más eficiente de la energía geotérmica, este proyecto llevó la geotermia de profundidad media-profunda desde la explotación del recurso hacia la aplicación de ingeniería. En comparación con la extracción térmica tradicional basada en agua, el ciclo cerrado con CO2 supercrítico exige más al intercambio térmico en superficie, los equipos a presión, la integración de tuberías y la estabilidad operativa a largo plazo.
Uso de CO2 en lugar de agua para extraer calor
El proyecto utiliza CO2 supercrítico como medio de transferencia de calor. Entra en el pozo geotérmico profundo para absorber calor, regresa a la superficie y luego transfiere ese calor al agua de calefacción. En comparación con la extracción térmica tradicional con agua, el CO2 tiene menor resistencia al flujo y mayor eficiencia de extracción de calor.
Mejor eficiencia y menor consumo energético de calefacción
Las propiedades del CO2 supercrítico son más adecuadas para la extracción de calor profundo. Puede ayudar a aumentar la capacidad de extracción de calor en alrededor de un 20% y reducir el consumo energético unitario de calefacción en alrededor de un 10%. Tras la puesta en marcha, el proyecto puede cubrir la demanda de calefacción centralizada de invierno de más de 18.000 metros cuadrados de viviendas.
Sin extracción de agua subterránea, limpio y seguro
El proceso de extracción de calor en circuito cerrado no extrae agua subterránea, no contamina las formaciones y no altera el entorno geológico. Según las estimaciones de operación del proyecto, puede sustituir unas 288 toneladas de carbón estándar al año y reducir las emisiones de CO2 en unas 750 toneladas.
Retos técnicos
El reto no era solo el intercambio térmico, sino la ingeniería completa de un sistema supercrítico de alta presión
El CO2 supercrítico debe operar bajo condiciones específicas de temperatura y presión. El proyecto impuso requisitos exigentes al intercambiador de calor, los recipientes a presión, las tuberías de pared gruesa, la calidad de soldadura, el control de instrumentación y la disposición general del skid.
Control difícil del estado supercrítico
El CO2 debe mantener el estado supercrítico, lo que exige controlar conjuntamente presión, temperatura, caudal y eficiencia de intercambio térmico. La inestabilidad en cualquier parte del sistema podría afectar la eficiencia de extracción de calor y la seguridad operativa.
Alta clase de presión del sistema
El proyecto se diseñó en torno a condiciones de alta presión de clase 20 MPa. El intercambiador de calor, los recipientes a presión, las tuberías, las válvulas y los instrumentos debían adaptarse al entorno de operación de alta presión, y los márgenes de diseño y fabricación no podían tratarse como condiciones ordinarias.
Envolvente de módulo restringida
Dentro de una envolvente de módulo de 10.200 x 4.000 x 4.400 mm, el diseño debía resolver la disposición de equipos, rutas de tuberías, acceso de mantenimiento, izaje y transporte, conexiones en sitio y mantenimiento posterior. La compacidad por sí sola no era suficiente.
Solución de Sharp Eagle
La coordinación multidisciplinaria convirtió el sistema de intercambio térmico de alta presión en un módulo skid entregable
Sharp Eagle realizó ingeniería detallada alrededor del intercambiador de calor de alta presión y las condiciones de operación con CO2 supercrítico, integrando estructura de acero, proceso de tuberías, equipos, electricidad e instrumentación, y requisitos de inspección de fabricación en una solución que pudiera fabricarse, inspeccionarse, transportarse y conectarse en sitio.
Diseño conjunto multidisciplinario
Estructura de acero, proceso de tuberías, equipos, electricidad, instrumentación y otras disciplinas trabajaron en paralelo, considerando en conjunto tamaño de equipos, esfuerzos de tuberías, espacio operativo, interfaces de instrumentos y requisitos de control para evitar retrabajos tardíos entre disciplinas.
Ingeniería detallada alrededor del intercambiador principal
El equipo central era el intercambiador de calor de alta presión. La solución se centró en la disposición del intercambiador, las tuberías de alta presión del lado de CO2, las interfaces del lado de agua de calefacción, la disposición de válvulas e instrumentos y el espacio de mantenimiento, de modo que el sistema cumpliera los requisitos de proceso y siguiera siendo fabricable y operable.
Control de riesgos en fábrica antes de la entrega
Mediante el diseño modular del skid, la soldadura, el montaje, las comprobaciones dimensionales, el cableado eléctrico e instrumental, las pruebas de presión y el FAT se completaron en fábrica tanto como fue posible. En sitio, el trabajo se concentró principalmente en posicionamiento, conexión y preparación de puesta en marcha, reduciendo el riesgo de trabajos cruzados.
Fabricación y aseguramiento de calidad
Verificación de fabricación alrededor de un sistema de intercambio térmico de alta presión
Debido a la alta clase de presión del proyecto y a las tuberías y recipientes de pared gruesa, los controles clave se centraron en la calidad de soldadura, los ensayos no destructivos y la verificación de presión.
Control de soldadura de pared gruesa
Para tuberías de alta presión y recipientes a presión, se controlaron la preparación de biseles, el ajuste, los parámetros de soldadura y la calidad posterior a la soldadura.
100% ensayos no destructivos
Las soldaduras clave se inspeccionaron mediante radiografía o phased array según los requisitos, para identificar y resolver posibles problemas antes de la entrega tanto como fuera posible.
Verificación mediante prueba de presión
Antes de la entrega se completaron pruebas de presión, estanqueidad y funcionamiento para confirmar que el skid cumplía los requisitos de aceptación de entrega.
Cierre de calificaciones y documentación
Los registros de materiales, soldadura, inspección, pruebas y FAT se archivaron para la aceptación del cliente y la trazabilidad posterior.
¿Tiene un proyecto similar de skid de intercambio térmico de alta presión o skid de energía limpia?
Envíenos su P&ID, parámetros de operación, presión y temperatura, requisitos de intercambio térmico, envolvente dimensional, interfaces de sitio y criterios de aceptación. Sharp Eagle evaluará una solución skid mounted adecuada para su proyecto combinando requisitos de proceso, equipos, tuberías, estructura de acero, electricidad e instrumentación.