CN108952631A - 一种用于高矿化地热井的除垢系统及其工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于除垢系统技术领域，公开了一种用于高矿化地热井的除垢系统及其工艺，该系统包括地热井、套管、水垢沉降池、加压泵和换热器，地热井内安装套管，套管通过排水管与水垢沉降池连接，水垢沉降池通过流水管与换热器连接，流水管上设有加压泵，换热器通过回水管与地热井连接。该系统针对高矿化地热井进行除垢，通过在地热井内设置套管替代地热井的内壁结垢，并在水垢沉降池内进行沉降除垢处理，形成中低矿化度地热水，通过主动结垢的方式大幅度降低了地热水的矿化度，再使用加压泵进一步降低地热水的矿化度，减少了换热器的管线结垢，有利于热能的交换。该系统结构简单，除垢效果好，使用成本低。
Description
技术领域
本发明属于除垢系统技术领域，具体涉及一种用于高矿化地热井的除垢系统及其工艺。
背景技术
随着石油、天然气等不可再生资源的快速消耗，地热能作为一种具有广阔开发前景的新能源日益受到关注，地热能用于采暖、发电、制冷、医疗洗浴和水产养殖等各种形式的工农业的能量来源。地热能的取用，通常以汽水混合物的形式直接从地下取出，地热水中由于含有大量的矿物杂质，如Ca2+、Mg2+、Fe2+、Al3+、S2-、CO3 2-等，很容易生成钙镁离子的碳酸盐以及氢氧化物微溶性盐，微溶性盐的溶解度与一般的盐类不同，不是随着温度的升高而升高，而是随着温度的升高而降低，因此，这些微溶性盐很容易达到过饱和状态，由水中结晶析出。水垢一方面使得受热面的传热性能变差，会增加很大的传热阻力，影响传热效果，造成热量损失；另一方面，水垢会大量附着在设备管道内壁，严重时会堵塞管道，威胁设备的安全运行，水垢严重的工业企业甚至被迫停产。
结垢是一个常见的问题，全球每年用于水垢的清洗和结垢引起的热能损失耗资达百亿美元。目前防垢方法已经有很多，如机械法除垢、化学法除垢、磁场防垢、静电除垢等。其中最有效的是化学除垢法，但是化学剂的添加存在环境污染的风险，对环境要求严格的地区，如西藏并不适用。另外磁场、静电、树脂等阻垢除垢方法只适用于矿化程度不高，结垢不十分严重的场合。因而，对于部分矿化程度极高，钙镁离子浓度极大的矿井而言，如何除垢并充分利用地热能依然是一个问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种用于高矿化地热井的除垢系统，该系统具有主动除垢功能，可大幅度减少管道中的结垢现象，且结构简单易推广。本发明还提供了一种用于高矿化地热井的除垢系统的工艺，该工艺处理简单，成本低，易于实施。
本发明所采用的技术方案为：一种用于高矿化地热井的除垢系统，包括地热井、套管、水垢沉降池、加压泵和换热器，所述地热井内安装套管，所述套管通过排水管与水垢沉降池连接，所述水垢沉降池通过流水管与换热器连接，所述流水管上设有加压泵，所述换热器通过回水管与地热井连接。
作为优选方式，所述地热井上安装有可移动井架，可移动井架上设有用于控制所述套管在地热井内起降的卷扬机。
作为优选方式，所述水垢沉降池顶部设有保温盖。
作为优选方式，所述水垢沉降池的内壁嵌有碎石。
作为优选方式，所述水垢沉降池的相对两侧内壁上交叉设置折流板。
作为优选方式，所述折流板的表面上设有凸起。
作为优选方式，所述折流板采用耐腐蚀金属材料制成。
作为优选方式，所述折流板上捆绑有吸附材料。
作为优选方式，所述吸附材料为植物纤维或棉纺废料。
本发明所采用的另一技术方案为：一种用于高矿化地热井的除垢系统的工艺，包括如下步骤：
步骤1，地热井内的高矿化地热水经套管排出，经排水管进入水垢沉降池进行沉降除垢处理形成中低矿化度地热水；
步骤2，中低矿化度地热水在加压泵的作用下进一步降低地热水的矿化度，并进入换热器进行换热；
步骤3，经换热器热交换后的地热水通过回水管回到地热井内。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种用于高矿化地热井的除垢系统，针对高矿化地热井进行除垢，通过在地热井内设置套管替代地热井的内壁结垢，并在水垢沉降池内进行沉降除垢处理，形成中低矿化度地热水，本发明通过主动结垢的方式大幅度降低了地热水的矿化度，再使用加压泵进一步降低地热水的矿化度，减少了流水管和回流管的结垢，同时也减少了换热器的管线结垢，有利于热能的交换。该系统结构简单，除垢效果好，使用成本低，易于实施。
本发明还提供了一种用于高矿化地热井的除垢系统的工艺，该工艺先将高矿化地热水进行沉降除垢处理形成中低矿化度地热水，中低矿化度地热水在加压泵的作用下进一步降低地热水的矿化度，并进入换热器与换热器的冷凝水进行热交换，换热器的冷凝水得到热量后输送至用户使用，经换热器热交换后的地热水通过回水管回到地热井内。该工艺处理简单，成本低，易于实施。
附图说明
图1是本发明提供的一种用于高矿化地热井的除垢系统的结构示意图。
图2是本发明提供的一种用于高矿化地热井的除垢系统的水垢沉降池的俯视图。
图中：1-地热井；2-套管；3-水垢沉降池；4-加压泵；5-换热器；6-排水管；7-流水管；8-回水管；9-可移动井架；10-卷扬机；11-保温盖；12-碎石；13-折流板；14-凸起；15-吸附材料。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。
如图1所示，本实施例提供了一种用于高矿化地热井的除垢系统，包括地热井1、套管2、水垢沉降池3、加压泵4和换热器5，所述地热井1内安装套管2，所述套管2通过排水管6与水垢沉降池3连接，所述水垢沉降池3通过流水管7与换热器5连接，所述流水管7上设有加压泵4，所述换热器5通过回水管8与地热井1连接。
高温高压的高矿化地热水由套管2喷出，通过排水管6进入水垢沉降池3底部，水垢沉降池3通常为地下池，高矿化地热水在水垢沉降池3内进行沉降除垢处理，形成中低矿化度地热水。加压泵4采用常规的增压水泵，其设置目的是为后续换热器5的管线提供压力，并增加地热水中钙镁离子的溶解度，减少换热器5的管线结垢，充分交换地热水的热量。中低矿化度地热水在加压泵4的作用下进一步降低地热水的矿化度，并进入换热器5与换热器5的冷凝水进行热交换，冷凝水获得地热水的热量后输送至用户使用，经换热器5换热后的地热水通过回水管8回到地热井1内。换热器5可使用常规的换热器5，优选地，所述换热器5为固定管板式换热器或板翅式换热器。
本发明针对高矿化地热井1进行除垢，通过在地热井1内设置套管2替代地热井1的内壁结垢，并在水垢沉降池3内进行沉降除垢处理，形成中低矿化度地热水，本发明通过主动结垢的方式大幅度降低了地热水的矿化度，再使用加压泵4进一步降低地热水的矿化度，减少了流水管7和回流管8的结垢，同时减少了换热器5的管线结垢，有利于热能的交换。该系统结构简单，除垢效果好，使用成本低，易于实施。
在本实施例中，所述地热井1上安装有可移动井架9，可移动井架9上设有用于控制所述套管2在地热井1内起降的卷扬机10。卷扬机10可安装在可移动井架9上，也可以安装在地面，通过钢丝绳与套管2连接。套管2与地热井1的内壁留有5厘米间隙，套管2用于替代地热井1的内壁结垢，当套管2内壁结垢达到5厘米后，通过卷扬机10将套管2提出至地热井1外，在地面采用机械或者化学方法将套管2内壁的水垢去除后，再下到地热井1内重复使用，避免水垢沉积在套管2内壁上从而堵塞套管2。
所述水垢沉降池3顶部设有保温盖11，保温盖11用于将水垢沉降池3封闭但不密封，保温盖11使水垢沉降池3内的地热水保持高温，可减少地热水的热量损失，有利于后续的换热，使地热水的热量得到充分利用，同时有利于地热水中的水垢析出，减少流水管7和回流管8的结垢。
在本实施例中，为了提高水垢沉降池3的除垢能力，所述水垢沉降池3的内壁嵌有碎石12。水垢沉降池3的内壁四周均采用混泥土材料制成，碎石12嵌在混泥土上以增加水垢沉降池3内壁的粗糙度。
如图2所示，为了促进更大程度的结垢，所述水垢沉降池3的相对两侧内壁上交叉设置折流板13。折流板13可降低地热水在水垢沉降池3内的流速，增加地热水在水垢沉降池3中的沉降结垢时间。
优选地，所述折流板13的表面上设有凸起14。凸起14用于增加折流板13的表面积，增加地热水与折流板13的接触面积，有利于地热水的结垢。所述折流板13采用耐腐蚀金属材料制成，如不锈钢，有利于提高折流板13的使用寿命。
进一步地，所述折流板13上捆绑有吸附材料15，吸附材料15的比表面积大，可增加地热水与吸附材料15的接触面积，有利于水垢的沉积。
在本实施例中，所述吸附材料15为植物纤维或棉纺废料，优选地，植物纤维为稻草秸秆。
本实施例还提供了一种基于上述的用于高矿化地热井的除垢系统的工艺，包括如下步骤：
步骤1，地热井1内的高矿化地热水经套管2排出，经排水管6进入水垢沉降池3进行沉降除垢处理形成中低矿化度地热水；
步骤2，中低矿化度地热水在加压泵4的作用下进一步降低地热水的矿化度，并进入换热器5与换热器5的冷凝水进行热交换；
步骤3，经换热器5热交换后的地热水通过回水管8回到地热井1内。
该工艺先将高矿化地热水进行沉降除垢处理形成中低矿化度地热水，中低矿化度地热水在加压泵4的作用下进一步降低地热水的矿化度，并进入换热器5与换热器5的冷凝水进行热交换，换热器5的冷凝水得到热量后输送至用户使用，经换热器5热交换后的地热水通过回水管8回到地热井1内。该工艺处理简单，成本低，易于实施。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (10)
1.一种用于高矿化地热井的除垢系统，包括地热井(1)、套管(2)、水垢沉降池(3)、加压泵(4)和换热器(5)，其特征在于，所述地热井(1)内安装套管(2)，所述套管(2)通过排水管(6)与水垢沉降池(3)连接，所述水垢沉降池(3)通过流水管(7)与换热器(5)连接，所述流水管(7)上设有加压泵(4)，所述换热器(5)通过回水管(8)与地热井(1)连接。
2.根据权利要求1所述的用于高矿化地热井的除垢系统，其特征在于，所述地热井(1)上安装有可移动井架(9)，可移动井架(9)上设有用于控制所述套管(2)在地热井(1)内起降的卷扬机(10)。
3.根据权利要求1所述的用于高矿化地热井的除垢系统，其特征在于，所述水垢沉降池(3)顶部设有保温盖(11)。
4.根据权利要求1所述的用于高矿化地热井的除垢系统，其特征在于，所述水垢沉降池(3)的内壁嵌有碎石(12)。
5.根据权利要求1所述的用于高矿化地热井的除垢系统，其特征在于，所述水垢沉降池(3)的相对两侧内壁上交叉设置折流板(13)。
6.根据权利要求5所述的用于高矿化地热井的除垢系统，其特征在于，所述折流板(13)的表面上设有凸起(14)。
7.根据权利要求5所述的用于高矿化地热井的除垢系统，其特征在于，所述折流板(13)采用耐腐蚀金属材料制成。
8.根据权利要求5所述的用于高矿化地热井的除垢系统，其特征在于，所述折流板(13)上捆绑有吸附材料(15)。
9.根据权利要求8所述的用于高矿化地热井的除垢系统，其特征在于，所述吸附材料(15)为植物纤维或棉纺废料。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述的用于高矿化地热井的除垢系统的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，地热井(1)内的高矿化地热水经套管(2)排出，经排水管(6)进入水垢沉降池(3)进行沉降除垢处理形成中低矿化度地热水；
步骤2，中低矿化度地热水在加压泵(4)的作用下进一步降低地热水的矿化度，并进入换热器(5)进行换热；
步骤3，经换热器(5)热交换后的地热水通过回水管(8)回到地热井(1)内。
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