地热真空保温管与真空隔热油管的差异
隔热油管主要应用于稠油开采领域,由于工作环境复杂多变,对隔热油管的综合性能提出了更高的要求。隔热油管技术发展较为成熟,且已形成规格化的产品,应用领域也在不断扩展,其中在地热能开发中的应用越来越多。由于隔热油管是注蒸汽稠油开采的专用设备,在地热开发井中的适用性不高,主要表现在以下3个方面:
(1)应用环境的差异。用于稠油开采的隔热油管,需要注入温度为350 ℃、压力为几十兆帕的蒸汽(2000 m井深注入压力20 MPa),在工作过程中隔热油管要承受拉伸、冲击、扭转、弯曲、内压和外挤等各种作用力,因此要求内外管材和管柱具有更高的高温和力学性能。作为温度范围最高的干热岩地热井,4000~6000 m深岩体温度为200 ℃具有较高的利用价值;同轴换热系统作为地热开发的主流模式,3000 m井深的井底实际水压不会超过5 MPa。隔热油管的整体性能远远超出了地热能开采的需求,若地热开采中采用标准的隔热油管会变相增加开采的成
(2)井深的差异。通常稠油井深为1200~2000 m,地热井的深度范围较大,通常中深层地热井深度>2000 m,目前世界上最深的地热井达到了6400 m,常规隔热油管的抗拉强度已无法满足中深井地热开发的需求。
(3)井径的差异。稠油开采井通常为小井眼,隔热油管最大规格为Ø127 mm/Ø76 mm,地热井为了提高采热效率,常采用的终孔直径为216 mm,有的甚至达到311 mm,常规的隔热油管无法满足高效采热的需求。
因此,为了更加高效地开采地热能,需要根据地热井与稠油开采井的差异优化真空隔热油管结构,适当降低内外管的壁厚,提高抗拉强度,增大内外管的直径,逐步形成适用于地热能开发的真空保温管。
保温管技术发展的趋势
浅层地热能的开发已不能满足人类对能源的需求,对高温地热能的需求持续增加,因此面向深部地热能开发的力度增大。为了保护地下水资源及生态环境,“取热不取水”及井下换热成为深部地热能开发的主流模式。对于应用在深部地热能开发的保温管提出了更高的要求。首先,通常要求保温管的导热系数≯0.02 W/(mK),有效服役时间≮20 y,这样热能在传输过程中才能最大化地降低沿程损失,提高热传导的效率,降低综合开采成本。从上文可知,目前常规真空隔热油管已无法满足深部地热能高效开采的要求。因此,需要根据深部地热井地热能开采改进真空保温管的结构尺寸和抗拉强度,提高保温寿命,逐步形成适用于深部地热能开发的高效保温管。
二氧化硅气凝胶纳米材料具有超强保温性、超强耐温性、良好柔韧性及超长使用寿命的优点。二氧化硅纳米气凝胶毛毡材料逐渐应用于真空保温管中,即在真空层包裹气凝胶毛毡以弥补真空的损失,使真空保温管具有更好的保温性能和使用寿命,能够满足深部地热能开采的需求。由于纳米气凝胶毛毡相较于其他保温材料较贵,成本为其他保温材料的2~3倍,为了使成本和保温性能达到最优的平衡,可通过优化真空纳米气凝胶保温管的基础结构来实现,其基础结构因素主要包括保温层保温材料缠绕的密实度、缠绕的层数以及抽真空的真空度等,直接影响着保温管的导热系数。随着材料科学和喷涂工艺的发展,经过热喷涂的常规油管或许不仅能满足深井地热的开发要求,还将大大降低保温管的质量并取代真空纳米气凝胶保温管。总之,保温管技术的发展,必将推动地热能产业的发展进程。
地热能是一种可再生清洁能源且应用前景十分广阔,保温管技术是提高深部地热能开发效率的关键技术之一。决定保温管综合性能的因素主要为保温管的结构和材料、保温材料及制作工艺。
(1)根据深部地热能开发的特殊要求,真空纳米双层保温管既能满足强度要求,又具有较好的保温性能,因此成为目前深部地热能开发的最佳选择;可根据具体井况设计真空纳米保温管结构、尺寸、机械强度、质量、保温性能等参数,使保温管的综合性能与成本达到双优的指标。
(2)与传统保温材料相比纳米保温材料成本较高,突破保温管基础结构因素对保温性能的影响机制,进而优化制作工艺参数,可达到降本增效的目标。
(3)探索新材料和新工艺使单层保温管技术能够达到深部地热能高效开发的要求,使保温管技术的发展登上新台阶,促进我国地热事业的高速发展,有助于实现“碳达峰”和“碳中和”的目标。
北京华通利达保温管有限公司,公司成立2006年,公司是保温材料研发生产企业,总部在北京通州,2014年产业基地搬至天津和山东,北京从事保温材料的研发,公司主要生产保温管,聚氨酯保温管,预制直埋保温管,地热管,中深层地热地埋管、地热开采专用保温管、地面热能输送管线、地热真空保温管、纳米气凝胶保温管,纳米气凝胶绝热毡蒸汽管道,本公司是专业生产保温管的厂家,成立十余年来,经过不断开拓进取,在管道保温领域中得到了长足的发展,公司在发展的过程中,逐步配备了雄厚的专业生产及安装技术队伍,完整的生产及检测工具设备。公司业务范围遍布北京及周边省市,并多次在国家重点热力工程项目中中标