Кейс проекта
Теплообменный модуль для средне-глубинного геотермального проекта с коаксиальной колонной на сверхкритическом CO2
Этот теплообменный модуль применяется в первом в мире прикладном геотермальном проекте по извлечению тепла с использованием сверхкритического CO2, введенном China Huaneng в городе Чжэнчжоу, провинция Хэнань. Sharp Eagle поставила для проекта полный теплообменный модуль. Система использует сверхкритический CO2 вместо воды в качестве теплоносителя, направляет его в геотермальную скважину глубиной около 2 500 метров для поглощения подземного тепла, а после возврата на поверхность передает это тепло воде для отопления жилых зданий через теплообменный модуль.
Изображения 3D-модели
10.2 m x 4.0 m x 4.4 m
Предпосылки проекта
Инженерная поддержка первого в мире прикладного проекта
На фоне спроса на чистое отопление и более эффективное использование геотермальной энергии этот проект перевел средне-глубинную геотермию от разработки ресурса к инженерному применению. По сравнению с традиционным водяным способом извлечения тепла замкнутый цикл на сверхкритическом CO2 предъявляет более высокие требования к наземному теплообмену, оборудованию под давлением, интеграции трубопроводов и долгосрочной стабильности работы.
Использование CO2 вместо воды для извлечения тепла
В проекте сверхкритический CO2 используется как теплоноситель. Он поступает в глубокую геотермальную скважину, поглощает тепло, возвращается на поверхность и затем передает это тепло воде отопления. По сравнению с традиционным водяным способом извлечения тепла CO2 имеет меньшее гидравлическое сопротивление и более высокую эффективность извлечения тепла.
Повышение эффективности и снижение энергопотребления отопления
Свойства сверхкритического CO2 лучше подходят для извлечения глубинного тепла. Это может повысить теплопроизводительность примерно на 20% и снизить удельное энергопотребление отопления примерно на 10%. После ввода в эксплуатацию проект способен обеспечить централизованное зимнее отопление жилых зданий площадью более 18 000 м².
Без отбора подземных вод, чисто и безопасно
Процесс извлечения тепла в замкнутом цикле не отбирает подземные воды, не загрязняет пласты и не нарушает геологическую среду. По расчетам эксплуатации проекта он может ежегодно замещать около 288 тонн условного угля и сокращать выбросы CO2 примерно на 750 тонн.
Технические задачи
Сложность заключалась не только в теплообмене, а в полной инженерной реализации высоконапорной сверхкритической системы
Сверхкритический CO2 должен работать при определенных температуре и давлении. Проект предъявлял высокие требования к теплообменнику, сосудам под давлением, толстостенным трубопроводам, качеству сварки, управлению КИП и общей компоновке skid-модуля.
Сложное поддержание сверхкритического состояния
CO2 должен сохранять сверхкритическое состояние, поэтому давление, температура, расход и эффективность теплообмена должны контролироваться совместно. Нестабильность любого элемента может повлиять на эффективность извлечения тепла и безопасность эксплуатации.
Высокий класс давления системы
Проект рассчитывался на высоконапорные условия класса 20 MPa. Теплообменник, сосуды под давлением, трубопроводы, клапаны и приборы должны были соответствовать среде высокого давления, а запасы проектирования и изготовления нельзя было рассматривать как для обычных условий.
Ограниченный габарит модуля
В пределах габарита 10 200 x 4 000 x 4 400 mm необходимо было одновременно учесть размещение оборудования, трассировку трубопроводов, доступ для обслуживания, подъем и транспортировку, подключения на площадке и последующее обслуживание. Одной компактности было недостаточно.
Решение Sharp Eagle
Междисциплинарная координация превратила высоконапорную теплообменную систему в поставляемый skid-модуль
Sharp Eagle выполнила детальное проектирование вокруг высоконапорного теплообменника и условий работы на сверхкритическом CO2, объединив стальную конструкцию, технологические трубопроводы, оборудование, электрику и КИП, а также требования к производственному контролю в одно решение, пригодное для изготовления, проверки, транспортировки и подключения на площадке.
Совместное проектирование разных дисциплин
Стальная конструкция, технологические трубопроводы, оборудование, электрика, КИП и другие дисциплины работали параллельно, совместно учитывая размеры оборудования, напряжения трубопроводов, рабочие зоны, интерфейсы приборов и требования управления, чтобы избежать поздних переделок между дисциплинами.
Детальная проработка вокруг ключевого теплообменника
Ключевым оборудованием был высоконапорный теплообменник. Решение сосредоточилось на его размещении, высоконапорных трубопроводах со стороны CO2, интерфейсах со стороны воды отопления, расположении клапанов и приборов, а также пространстве обслуживания, чтобы система отвечала требованиям процесса и оставалась удобной для изготовления и эксплуатации.
Контроль рисков на заводском этапе до поставки
Благодаря модульному skid-подходу сварка, сборка, проверка размеров, электромонтаж и подключение КИП, испытания давлением и FAT были максимально выполнены на заводе. Работы на площадке в основном сводились к позиционированию, подключению и подготовке к пусконаладке, что снижало риск пересечения работ.
Производство и обеспечение качества
Производственная проверка вокруг высоконапорной теплообменной системы
Из-за высокого класса давления и большой толщины стенок трубопроводов и сосудов ключевой контроль был сосредоточен на качестве сварки, неразрушающем контроле и проверке давлением.
Контроль сварки толстостенных элементов
Для высоконапорных трубопроводов и сосудов под давлением контролировались подготовка кромок, сборка, параметры сварки и качество после сварки.
100% неразрушающий контроль
Ключевые сварные швы проверялись радиографическим контролем или phased array согласно требованиям, чтобы по возможности выявить и устранить потенциальные проблемы до поставки.
Проверка испытанием давлением
Перед поставкой были выполнены проверки давления, герметичности и функций, чтобы подтвердить соответствие модуля требованиям приемки.
Закрытие квалификаций и документации
Записи по материалам, сварке, контролю, испытаниям и FAT были архивированы для приемки заказчиком и последующей прослеживаемости.
Есть похожий проект высоконапорного теплообменного skid-модуля или модуля для чистой энергетики?
Отправьте нам P&ID, рабочие параметры, давление и температуру, требования к теплообмену, габаритные ограничения, интерфейсы площадки и критерии приемки. Sharp Eagle оценит подходящее skid-mounted решение для вашего проекта с учетом требований процесса, оборудования, трубопроводов, стальной конструкции, электрики и КИП.