프로젝트 사례
초임계 CO2 동축 케이싱 중·심층 지열 프로젝트용 열교환 스키드
이 열교환 스키드는 중국 화넝이 허난성 정저우에서 가동한 세계 최초의 초임계 CO2 지열 열추출 응용 프로젝트에 사용되었습니다. Sharp Eagle은 이 프로젝트에 완전한 열교환 스키드를 공급했습니다. 이 시스템은 물 대신 초임계 CO2를 열전달 매체로 사용하여 약 2,500 m 깊이의 지열정으로 보내 지하 열을 흡수하고, 지상으로 돌아온 뒤 열교환 스키드를 통해 주거 난방수로 열을 전달합니다.
3D 모델 이미지
10.2 m x 4.0 m x 4.4 m
프로젝트 배경
세계 최초 응용 프로젝트를 위한 엔지니어링 지원
청정 난방과 지열 에너지의 고효율 활용 수요 속에서 이 프로젝트는 중·심층 지열을 자원 개발 단계에서 엔지니어링 응용 단계로 끌어올렸습니다. 기존의 물 기반 열추출 방식과 비교하면 초임계 CO2 폐쇄 루프 순환은 지상 열교환, 압력 장비, 배관 통합, 장기 운전 안정성에 더 높은 요구사항을 제시합니다.
물 대신 CO2로 열을 추출
이 프로젝트는 초임계 CO2를 열전달 매체로 사용합니다. CO2가 깊은 지열정에 들어가 열을 흡수한 뒤 지상으로 돌아오고, 이후 그 열을 난방수로 전달합니다. 기존 물 기반 열추출 방식에 비해 CO2는 유동 저항이 작고 열추출 효율이 더 높습니다.
효율 향상과 난방 에너지 소비 절감
초임계 CO2의 물성은 심층 열추출에 더 적합합니다. 약 20%의 열추출 능력 향상과 약 10%의 단위 난방 에너지 소비 절감을 지원할 수 있습니다. 프로젝트 가동 후 18,000 m² 이상의 주거용 건물에 겨울철 중앙 난방을 공급할 수 있습니다.
지하수 취수 없는 깨끗하고 안전한 방식
폐쇄 루프 열추출 전 과정은 지하수를 뽑아 쓰지 않고, 지층을 오염시키거나 지질 환경을 교란하지 않습니다. 프로젝트 운전 추산에 따르면 매년 표준석탄 약 288톤을 대체하고 CO2 배출량을 약 750톤 줄일 수 있습니다.
기술 과제
과제는 단순한 열교환이 아니라 고압 초임계 시스템 전체의 엔지니어링이었습니다
초임계 CO2는 특정 온도와 압력 조건에서 운전되어야 합니다. 이 프로젝트는 열교환기, 압력용기, 후육 배관, 용접 품질, 계장 제어, 전체 스키드 배치에 높은 요구사항을 제시했습니다.
초임계 상태 제어의 어려움
CO2가 초임계 상태를 유지하려면 압력, 온도, 유량, 열교환 효율을 함께 관리해야 합니다. 시스템의 어느 한 부분이라도 불안정하면 열추출 효율과 운전 안전에 영향을 줄 수 있습니다.
높은 시스템 압력 등급
이 프로젝트는 20 MPa급 고압 조건을 기준으로 설계되었습니다. 열교환기, 압력용기, 배관, 밸브, 계측기는 모두 고압 운전 환경에 맞아야 했으며, 설계와 제조 여유도 일반 운전 조건처럼 처리할 수 없었습니다.
제한된 모듈 외형
10,200 x 4,000 x 4,400 mm의 모듈 외형 안에서 장비 배치, 배관 경로, 유지보수 접근성, 인양과 운송, 현장 연결부, 추후 유지보수를 모두 고려해야 했습니다. 단순히 컴팩트하게 만드는 것만으로는 충분하지 않았습니다.
Sharp Eagle 솔루션
다분야 협업으로 고압 열교환 시스템을 납품 가능한 스키드 모듈로 구현
Sharp Eagle은 고압 열교환기와 초임계 CO2 운전 조건을 중심으로 상세 엔지니어링을 수행하고, 철골 구조, 배관 공정, 장비, 전기·계장, 제조 검사 요구사항을 제작, 검사, 운송, 현장 연결이 가능한 하나의 솔루션으로 통합했습니다.
다분야 공동 설계
철골 구조, 배관 공정, 장비, 전기, 계장 등 여러 분야가 동시에 참여하여 장비 크기, 배관 응력, 조작 공간, 계장 인터페이스, 제어 요구사항을 함께 검토함으로써 후반 단계의 분야 간 재작업을 줄였습니다.
핵심 열교환기를 중심으로 상세 설계
핵심 장비는 고압 열교환기였습니다. 솔루션은 열교환기 배치, CO2 측 고압 배관, 난방수 측 인터페이스, 밸브와 계장 배치, 유지보수 공간을 중점적으로 다루어 시스템이 공정 요구사항을 만족하면서도 제작과 운전에 적합하도록 했습니다.
출하 전 공장 단계 리스크 관리
모듈식 스키드 설계를 통해 용접, 조립, 치수 확인, 전기·계장 배선, 압력 시험, FAT를 가능한 한 공장에서 완료했습니다. 현장 작업은 주로 위치 지정, 연결, 시운전 준비에 집중하여 현장 교차 작업 리스크를 줄였습니다.
제조 및 품질보증
고압 열교환 시스템을 중심으로 한 제조 검증
이 프로젝트는 압력 등급이 높고 배관과 용기의 벽 두께가 크기 때문에 용접 품질, 비파괴 검사, 압력 검증이 핵심 관리 항목이었습니다.
후육 용접 관리
고압 배관과 압력용기를 대상으로 개선 가공, 조립, 용접 조건, 용접 후 품질을 관리했습니다.
100% 비파괴 검사
주요 용접부는 요구사항에 따라 방사선 검사 또는 위상배열 검사를 수행하여 잠재 문제를 출하 전 가능한 한 발견하고 처리했습니다.
압력 시험 검증
출하 전 압력, 기밀, 기능 검사를 완료하여 스키드가 납품 승인 요구사항을 만족하는지 확인했습니다.
자격과 문서 폐쇄
자재, 용접, 검사, 시험, FAT 기록을 보관하여 고객 검수와 추후 추적성을 지원했습니다.
유사한 고압 열교환 스키드나 청정에너지 스키드 프로젝트가 있으신가요?
P&ID, 운전 조건, 압력과 온도, 열교환 요구사항, 크기 제한, 현장 인터페이스, 승인 기준을 보내주세요. Sharp Eagle은 공정, 장비, 배관, 철골 구조, 전기·계장 요구사항을 함께 검토하여 프로젝트에 적합한 스키드 모듈 솔루션을 평가합니다.