Геотермийн цахилгаан станцын хоолойн системийн зураг төсөл
Геотермаль цахилгаан станцууд нь дэлхийн дотоод дулааны энергийг ашиглан найдвартай, тогтвортой цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэдэг. Ихэнхдээ онцолсон турбин болон генераторуудын ард мөн адил чухал бүрэлдэхүүн хэсэг болох хоолойн систем оршино. Геотермаль хоолойн систем нь халуун шингэнийг (уур, халуун ус/давсны уусмал, конденсацлагдаагүй хийн холимог) үйлдвэрлэлийн худгаас гадаргын байгууламж руу зөөвөрлөж, шингэний фазуудыг ялгаж, уурыг турбин руу хүргэж, давсны уусмал болон конденсатыг дахин шахах зорилгоор боловсруулдаг. Геотермаль шингэний зэврэлт, хальслах, өндөр температур, хоёр фазын шинж чанараас шалтгаалан хоолойн системийн зураг төсөл нь ердийн үйлдвэрлэлийн хоолойн суурилуулалтаас илүү нарийн арга барилыг шаарддаг.
1. Геотермаль шингэний шинж чанарыг ойлгох
Дизайны эхний алхам бол шингэний нөхцөл байдлыг ойлгох явдал юм: температур, даралт, урсгалын хурд, ууссан хатуу бодисын агууламж, рН, CO₂/H₂S агууламж, цахиур, кальцит, сульфид зэрэг орд үүсэх магадлал. Геотермаль шингэн нь хуурай уур, голчлон уур (гялтганасан уур), голчлон шингэн (хоёртын систем дэх давсны уусмал), эсвэл худгаас гарсан хоёр фазын холимог байж болно. Төрөл бүр нь материалын сонголт, хоолойн зузаан, дулаалгын шаардлага, тоног төхөөрөмжийн тохиргоонд (тусгаарлагч, цэвэрлэгч, дуу намсгагч) нөлөөлдөг.
Үүнээс гадна, зураг төсөлд зэврэлт болон элэгдлийн эрсдлийг үнэлэх шаардлагатай. Зэврэлтийг H₂S, CO₂, хлорид болон рН-ийн нөхцөл өдөөдөг; харин элэгдэл нь ихэвчлэн хоёр фазын урсгал эсвэл хатуу тоосонцортой урсгалд тохиолддог. Өндөр температур болон түрэмгий химийн бодисын хослол нь материалын сонголт болон зэврэлтээс хамгаалах асуудлыг хамгийн чухал шийдвэрүүдийн нэг болгодог.
2. Шугам хоолойн архитектур: худгаас цахилгаан станц хүртэл
Ерөнхийдөө гадаргуугийн геотермаль хоолойн системд дараахь зүйлс орно.
1. Худгийн амсар хоолой: үйлдвэрлэлийн худгийг цуглуулах системтэй холбодог.
2. Уур/давсны уусмал цуглуулах сүлжээ: хэд хэдэн худгаас шингэнийг ялгах станц руу эсвэл шууд цахилгаан станц руу урсгадаг.
3. Үндсэн уурын шугам: ханасан/хуурай уурыг турбин руу зөөвөрлөнө.
4. Давсны уусмал/конденсат хоолой: үлдсэн ялгах шингэн эсвэл конденсатыг дахин шахах чиглэлд урсгана.
5. Агааржуулалтын болон конденсацлах боломжгүй хий (NCG) систем: конденсаторын үр ашгийг бууруулахгүйн тулд конденсацлах боломжгүй хийтэй харьцдаг.
Концепцийн үе шатанд дизайнер нь ялгах ажиллагааг худгийн ойролцоо (худагны талбайн тусгаарлагч) эсвэл төвлөрсөн байдлаар (төвийн тусгаарлалт) гүйцэтгэх эсэхийг тодорхойлдог. Худгийн ойролцоох тусгаарлалт нь холын зайн дамжуулах хоолой дахь хоёр фазын урсгалын асуудлыг арилгаж болох боловч тоног төхөөрөмжийн хэмжээ болон олон үйл ажиллагааны хэрэгцээг нэмэгдүүлдэг. Төвийн тусгаарлалт нь үйл ажиллагааг хялбаршуулдаг боловч хоёр фазын дамжуулах хоолойн илүү төвөгтэй загварыг шаарддаг.
3. Хоолойн диаметрийг тодорхойлох болон гидравлик тооцоолол
Хоолойн диаметрийг зорилтот даралтын алдагдал, урсгалын хурд болон үйл ажиллагааны хязгаарлалтууд (жишээлбэл, хоёр фазын урсгалд усны алх эсвэл гацах магадлал)-аар тодорхойлно. Уурын хоолойд хэт өндөр хурд нь даралтын алдагдал болон элэгдлийн эрсдэлийг нэмэгдүүлдэг бол хэт бага хурд нь конденсат хуримтлагдаж, урсгалын тогтворгүй байдалд хүргэдэг. Давсны уусмалын хоолойд хурд нь тунадасжилтаас урьдчилан сэргийлэхэд хангалттай байх ёстой боловч элэгдлийг нэмэгдүүлэхэд хангалттай хэтрүүлэгтэй байх ёсгүй.
Гидравлик тооцоололд ихэвчлэн дараахь зүйлс орно.
– Үрэлт (үрэлтийн алдагдал), өндрийн өөрчлөлт болон холбох хэрэгслүүд (хавхлага, тохой, тройник)-аас үүдэлтэй даралтын уналт.
– Хоёр фазын загвар (уур-усны холимог хоолойн хувьд), энэ нь фазуудын хоорондох гулсалт, уурын фракц болон хоолойн дагуух урсгалын горимын өөрчлөлтийг харгалзан үздэг.
– Дулаалга муутай урт хоолойд уурын конденсац үүсэх нь температурын уналтаас болж конденсац үүсч, усны алхны эрсдэлийг нэмэгдүүлдэг.
Практикт диаметрийн загварыг ихэвчлэн давталттайгаар хийдэг: анхны диаметрийг сонгох, даралт болон хурдны алдагдлыг тооцоолох, дараа нь хоолойн зардал, насос/компрессорын зардал (хэрэв байгаа бол), үйлдвэрийн үр ашгийг харгалзан тохируулах (учир нь уурын даралтын алдагдал нь турбины чадлыг бууруулдаг).
4. Хоолойн материал ба зэврэлтээс хамгаалах стратегиуд
Материалын сонголт нь шингэний химийн найрлага болон температураас хамаарна. Олон уурын систем нь зэврэлтийг сайн хянадаг нүүрстөрөгчийн ган ашигладаг бол хлоридоор баялаг эсвэл рН багатай давсны уусмалын шугам нь тодорхой зэвэрдэггүй ган, хайлшин ган эсвэл дотор бүрхүүл гэх мэт илүү тэсвэртэй материал шаардаж болно. Гэсэн хэдий ч зэвэрдэггүй ган нь ч гэсэн хлорид болон температурын өндөр нөхцөлд стресс зэврэлт хагарах эрсдэлтэй тул үргэлж аюулгүй байдаггүй.
Зэврэлтээс хамгаалах стратеги нь ихэвчлэн дараахь зүйлсийн хослол юм.
– Шингэний дээж авах өгөгдөл болон зэврэлтийн туршилтын үр дүнд үндэслэн тохиромжтой материалыг сонгох.
– Химийн хяналт (жишээлбэл, тодорхой нөхцөлд дарангуйлагч тарилга хийх).
– Зогсонги бүс болон үхсэн хөл үүсэхээс зайлсхийх зориулалттай загвар, учир нь эдгээр хэсгүүд нь орон нутгийн зэврэлтийг хурдасгадаг.
– Хоолойн зузаанд зэврэлтийн хэмжээ, тухайлбал, зураг төслийн хугацаанд сийрэгжилтийг урьдчилан сэргийлэх нэмэлт зузаан.
5. Хэмжээ болон бохирдлын хяналт
Давсны уусмалын шугам болон ялгах тоног төхөөрөмжид царцдас үүсэх нь гол аюул учруулдаг. Цахиурын давхар исэл, кальцит болон бусад эрдэс бодисууд даралт болон температур буурах эсвэл химийн өөрчлөлт гарах үед (жишээлбэл, CO₂ хийгүйжүүлэх) тунадасжиж болно. Шугам хоолойн зураг төсөлд дараахь зүйлийг анхаарч үзэх хэрэгтэй.
– хэт ханасан нөхцөлийг хэт хурдан давахгүйн тулд урсгалын хурд болон температурыг хадгалах,
– тунадасны цөм үүсэхийг өдөөж болох хэт турбулент цэгүүдийг багасгах,
– боломжтой бол гагнуурын ажил/цэвэрлэгээ хийх боломжийг олгох (гэхдээ энэ нь ихэвчлэн геотермаль эрчим хүчний хувьд хэцүү байдаг),
– хуримтлалд өртөмтгий хэсгүүдэд задлахад хялбар дамарны загвар ашиглах.
Олон салбарт масштабын хяналтыг гялбаа болон дахин шахах стратеги тохируулах, мөн тодорхой цэгүүдэд масштабын эсрэг химийн бодис шахах замаар гүйцэтгэдэг.
6. Дулаан тусгаарлалт ба конденсатын менежмент
Уурын хоолойнууд нь дулааны алдагдлыг багасгахын тулд бараг үргэлж дулаалга шаарддаг. Дулаан алдалт нь зөвхөн уурын чанарыг бууруулаад зогсохгүй конденсат үүсэхийг нэмэгдүүлдэг бөгөөд энэ нь усны алх үүсгэдэг. Тиймээс загварт ихэвчлэн дараахь зүйлс орно:
– Зорилтот дулааны алдагдал болон эдийн засгийн үзүүлэлт (дулаалгын зардал ба эрчим хүчний алдагдал) дээр үндэслэн тооцоолсон зузаантай дулаан тусгаарлагч.
– Конденсатыг хяналттай аргаар гадагшлуулахын тулд бага цэгүүдэд болон тодорхой интервалтайгаар уурын хаалт болон ус зайлуулах савыг байрлуулна.
– Конденсат хуримтлагдахаас сэргийлж ус зайлуулах цэг рүү чиглэсэн хоолойн налууг жигд байрлуулна.
Зөв зохистой удирдлагатай конденсат нь турбины найдвартай байдлыг сайжруулж, усны алхнаас үүдэлтэй чичиргээ эсвэл эвдрэлийн тохиолдлыг бууруулдаг.
7. Механик дизайн: дулааны тэлэлт, тулгуур ба уян хатан байдал
Геотермаль системийн өндөр температур нь хоолойн дулааны тэлэлтийг мэдэгдэхүйц болгодог. Хэрэв үүнийг зохицуулахгүй бол дулааны стресс нь фланцын гоожилт, гагнуурын хагарал эсвэл деформацид хүргэж болзошгүй. Тиймээс механик дизайнд дараахь зүйлс орно.
– Ашиглалтын нөхцөл, эхлүүлэх, зогсоох болон онцгой байдлын үед хоолойн стрессийн шинжилгээ.
– Тэлэлтийн гогцоо эсвэл тэлэлтийн холбоос (тэлэлтийн холбоосууд нь гоожих цэгүүдийг нэмэгдүүлж, засвар үйлчилгээ шаарддаг тул болгоомжтой байгаарай).
– Хоолойг тэлэх үед чиглэлтэй байдлаар “хөдлөх” боломжийг олгохын тулд тулгуур, зангуу, чиглүүлэгчийг стратегийн хувьд байрлуулсан.
– Огцом эргэлтийг багасгаж, үзлэгт хамрагдах боломжийг хөнгөвчлөх хоолойн маршрутын төлөвлөлт.
Хоолойнууд нь ихэвчлэн толгодтой газрын гадаргууг гаталдаг тул тулгуур болон суурийн зураг төсөлд өндрийн өөрчлөлт болон хөрсний суултыг харгалзан үзэх шаардлагатай.
8. Аюулгүй байдал, багаж хэрэгсэл, хяналт
Геотермаль хоолойн систем нь даралттай халуун шингэн болон H₂S зэрэг аюултай хий тээвэрлэдэг. Аюулгүй байдлын зураг төсөлд дараахь зүйлс орно.
– Тасалдлын үед засвар үйлчилгээ болон сүлжээний сегментчиллийг хөнгөвчлөх тусгаарлах болон хянах хавхлагууд.
– Хэт даралтын нөхцөлд зориулагдсан даралтын бууруулах хавхлага (PRV) болон яндангийн систем (агааржуулалт/яндангийн систем).
– Салхины чиглэл болон аюулгүйн бүсийг харгалзан H₂S илрүүлэх, цэвэрлэх журам, агааржуулалтын байршлыг тогтоох.
– Даралт дамжуулагч, температурын элементүүд, урсгал хэмжигч, ус зайлуулах хяналт зэрэг багаж хэрэгсэл нь гажигийг (жишээлбэл, масштабтай холбоотой даралтын уналт) тодорхойлоход чиглэгддэг.
Системийн бүрэн бүтэн байдлыг дулааны цочролоос урьдчилан сэргийлэхийн тулд аажмаар хоолойн халаалтыг зохицуулдаг эхлүүлэх журмаар дэмждэг.
9. Барилга угсралт, туршилт болон урт хугацааны ашиглалт
Үйлдвэрлэл болон угсралтын чанар нь системийн урт хугацааны ашиглалтын хувьд чухал ач холбогдолтой. Гагнуур нь стандартын шаардлагыг хангасан байх ёстой бөгөөд чухал үеүүдэд NDT (рентген/хэт авианы) үзлэг хийнэ. Суурилуулалтын дараа шаардлагатай бол гидротест эсвэл хийн туршилтыг хийж, хатааж, аюулгүй ашиглалтад оруулна. Ашиглалтын явцад үечилсэн үзлэгийн хөтөлбөр нь зэврэлт, хана нимгэрэх, чичиргээ, томоохон эвдрэл болж болзошгүй жижиг гоожилтыг хянадаг.
Үүнээс гадна, геотермаль хоолойн системийг "засвар үйлчилгээнд ээлтэй" байхаар хамгийн тохиромжтой байдлаар зохион бүтээсэн: том хавхлагыг солих, ус зайлуулах цэгүүдэд нэвтрэх, талбай өргөжихийн хэрээр нэмэлт мэдрэгч суурилуулахад хялбар байх боломжтой.
Хаах
Геотермаль цахилгаан станцын хоолойн системийн зураг төсөл нь гидравлик, материал, хоолойн механик, дулааны инженерчлэл, шингэний хими, аюулгүй байдлын талыг хослуулсан олон салбарыг хамарсан үйл явц юм. Гол бэрхшээл нь геотермаль шингэний түрэмгий, хоёр фазын болон тунадас үүсгэдэг шинж чанараас үүдэлтэй юм. Зөв сүлжээний тохиргоо, диаметрийг сайтар тооцоолох, тохиромжтой материал, масштаб болон зэврэлтийг хянах, сайтар бодож боловсруулсан дулааны уян хатан байдал, аюулгүй байдлын зураг төслийн тусламжтайгаар хоолойн системүүд хэдэн арван жилийн турш тогтвортой ажиллах боломжтой. Эцсийн эцэст хоолойн найдвартай байдал нь зөвхөн ашиглалтын асуудал биш, харин геотермаль цахилгаан станцын үр ашигтай, аюулгүй, тогтвортой ажиллагааг хангах үндсэн суурь юм.
