CN114608048B - 一种碳酸钙结垢物理防治系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳酸钙结垢物理防治系统，主要包括深井泵，泵管，地热水箱，地热水泵，板换进口压力表，板式换热器，供暖循环泵，板换出口压力表，增阻器，除砂管上阀门，旋转除砂器，除砂管试镜，除砂管下阀门和回灌管线等。通过将深井泵下深至闪蒸位置以下，采用封闭的地热水箱以及设置增阻器，可以防治井管，泵管，地热水箱，输运管线，板换以及回灌井的碳酸钙结垢。增阻器内填充鹅卵石操作简单且费用低；深井泵和地热水泵的流量和扬程调节容易，整个物理防垢系统简单易操作，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及地热开发利用技术领域，具体涉及一种碳酸钙结垢物理防治系统。
背景技术
我国华北地区水热型地热资源丰富，开发利用程度高。在开发蓟县系雾迷山组岩溶热储的过程中，水温常高于100℃。目前的地热供暖系统，地表的地热水箱多设计成开式系统，常造成地热水闪蒸，导致碳酸钙结垢频发，阻碍了地热的进一步开发利用。采用化学加药，可以解决碳酸钙结垢问题，但持续加药导致运行费用较高。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种碳酸钙结垢物理防治系统，通过合理调节各个运行点的压力，防止井内，泵管，地热水箱，输运管线，板换以及回灌井的碳酸钙结垢。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种碳酸钙结垢物理防治系统，包括深井泵、井管、地热水箱、增阻器、板式换热器和建筑物，其特征在于，所述井管至少部分埋设于地面以下，所述深井泵设置于所述井管内，所述深井泵通过泵管至所述地热水箱的进口侧，所述地热水箱的出口侧通过地热供水管线连接至所述板式换热器的地热侧的进液口，所述板式换热器的地热侧的出液口通过地热回水管线连接至所述增阻器的进口侧，所述增阻器的出口侧的一支路通过回灌管线连接至回灌井，另一支路通过地热井旁侧管连接至井管，所述板式换热器的建筑侧通过建筑供暖水管线与所述建筑物构成循环回路；
其中，所述板式换热器靠近井管的一侧为地热侧，另一侧为建筑侧，所述地热供水管线设置有地热水泵，所述深井泵设置于在所述井管出现闪蒸现象位置的深度以下，所述深井泵的流量、所述地热水泵的流量、所述地热水箱的压力、所述板式换热器的地热侧的进液口和出液口的压力相互耦合。
如上所述的碳酸钙结垢物理防治系统，进一步地，所述地热水箱上设置有旋转除砂器，所述旋转除砂器的至少部分管段设置于所述地热水箱的外侧，所述管段的上部安装有除砂管上阀门，所述管段的下部安装有除砂管下阀门，所述除砂管上阀门和所述除砂管下阀门之间设置有除砂管试镜，其中，所述板式换热器的地热侧的地热流体在管道循环工作时，所述除砂管上阀门常开，所述除砂管下阀门常闭；当通过所述除砂管试镜观测到设定量的固体物时，关闭所述除砂管上阀门且打开所述除砂管下阀门，以将固体物质排除。
如上所述的碳酸钙结垢物理防治系统，进一步地，所述地热水箱封闭设置以避免与大气连通。
如上所述的碳酸钙结垢物理防治系统，进一步地，所述深井泵与所述地热水泵的流量和扬程相互耦合。
如上所述的碳酸钙结垢物理防治系统，进一步地，所述地热供水管线上设置有板换出口压力表，所述地热回水管线上设置有板换出口压力表，所述板换出口压力表用于测量所述板式换热器的地热侧的进液口的压力；所述板换出口压力表测量所述板式换热器的地热侧的出液口的压力。
如上所述的碳酸钙结垢物理防治系统，进一步地，所述建筑供暖水管线上设置有供暖循环泵。
如上所述的碳酸钙结垢物理防治系统，进一步地，所述增阻器内布置有鹅卵石，以调整所述板式换热器的地热侧的出液口的压力。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
1、本发明通过合理调节各个运行点的压力，防止井管内，泵管，地热水箱，各路管线，板式换热器以及回灌井的碳酸钙结垢。
2、将深井泵安装在闪蒸位置以下，通过深井泵的加压，可以防止深井泵下部的井管内不出现闪蒸，防止了井管内的碳酸钙结垢。
3、深井泵的流量、地热水泵的流量、地热水箱的压力、板式换热器的地热侧的进液口和出液口的压力相互耦合，通过这些参数同时联动，确保压力均高于当地水温对应的饱和蒸汽压，防止碳酸钙结垢。
4、地热水箱封闭设置以避免与大气连通。
5、通过控制深井泵与地热水泵的流量和扬程，可以容易的控制泵管和地热水箱内的流体压力，防止泵管和地热水箱内出现碳酸钙结垢现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的碳酸钙结垢物理防治系统的结构示意图。
图中，1、深井泵；2、井管；3、泵管；4、地热水箱；5、地热水泵；6、地热供水管线；7、板换进口压力表；8、板式换热器；9、供暖循环泵；10、建筑；11、建筑供暖水管线；12、板换出口压力表；13、地热回水管线；14、增阻器；15、除砂管上阀门；16、旋转除砂器；17、除砂管试镜；18、除砂管下阀门；19、回灌管线；20、回灌井；21、地热井旁侧管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例：
需要说明的是，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
参见图1，图1为本发明实施例的碳酸钙结垢物理防治系统的结构示意图
本发明提供一种碳酸钙结垢物理防治系统，通过合理调节各个运行点的压力，防止井管内，泵管，地热水箱，各路管线，板式换热器以及回灌井的碳酸钙结垢。
一种碳酸钙结垢物理防治系统，包括深井泵1、井管2、地热水箱4、增阻器14、板式换热器8和建筑物10，其特征在于，所述井管2至少部分埋设于地面以下，所述深井泵1设置于所述井管2内，所述深井泵1通过泵管3至所述地热水箱4的进口侧，所述地热水箱4的出口侧通过地热供水管线6连接至所述板式换热器8的地热侧的进液口，所述板式换热器8的地热侧的出液口通过地热回水管线13连接至所述增阻器14的进口侧，所述增阻器14的出口侧的一支路通过回灌管线19连接至回灌井20，另一支路通过地热井旁侧管21连接至井管2，所述板式换热器8的建筑侧通过建筑供暖水管线11与所述建筑物10构成循环回路；其中，所述板式换热器8靠近井管2的一侧为地热侧，另一侧为建筑侧，所述地热供水管线6设置有地热水泵5。
所述深井泵1设置于在所述井管2出现闪蒸现象位置的深度以下。具体地，地热流体沿着井筒上升的过程中，压力不断降低。当压力低于流体温度对应的饱和蒸汽压力时，地热水出现闪蒸，容易出现结垢。因此，将深井泵1安装在闪蒸位置以下，通过深井泵1的加压，可以防止深井泵1下部的井管2内不出现闪蒸，防止了井管2内的碳酸钙结垢。
所述深井泵1的流量、所述地热水泵5的流量、所述地热水箱4的压力、所述板式换热器8的地热侧的进液口和出液口的压力相互耦合。这五个参数要同时联动，确保压力均高于当地水温对应的饱和蒸汽压，防止碳酸钙结垢。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述地热水箱4上设置有旋转除砂器16，所述旋转除砂器16的至少部分管段设置于所述地热水箱4的外侧，所述管段的上部安装有除砂管上阀门15，所述管段的下部安装有除砂管下阀门18，所述除砂管上阀门15和所述除砂管下阀门18之间设置有除砂管试镜17，其中，所述板式换热器8的地热侧的地热流体在管道循环工作时，所述除砂管上阀门15常开，所述除砂管下阀门18常闭；当通过所述除砂管试镜17观测到设定量的固体物时，关闭所述除砂管上阀门15且打开所述除砂管下阀门18，以将固体物质排除。当固体物质排放干净后，关闭除砂管下阀门18，然后打开除砂管上阀门15。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述地热水箱4封闭设置以避免与大气连通。如果地热水箱4与大气相通，当地热流体温度在100℃左右或者超过100℃时，在水箱内会出现闪蒸，导致水箱内以及与水箱相连的泵管3内出现碳酸钙结垢。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述深井泵1与所述地热水泵5的流量和扬程相互耦合。通过控制两个泵的流量和扬程，可以容易的控制泵管3和地热水箱4内的流体压力，防止泵管3和地热水箱4内出现碳酸钙结垢现象。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述地热供水管线6上设置有板换出口压力表12，所述地热回水管线13上设置有板换出口压力表12，所述板换出口压力表12用于测量所述板式换热器8的地热侧的进液口的压力；所述板换出口压力表12测量所述板式换热器8的地热侧的出液口的压力。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述建筑供暖水管线11上设置有供暖循环泵9。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述增阻器14内布置有鹅卵石，以调整所述板式换热器8的地热侧的出液口的压力。增阻器14的尺寸以及填充鹅卵石的规格，需要根据地热流体的流量合理选取，以确保板换前后地热流体侧的压力达到要求值，防止板换内出现碳酸钙结垢。
具体实施例中，泵室对应的井管直径406mm，下至400m深度。深井泵下深240米，泵管直径159mm。闪蒸位置位于井下130m。深井泵下入深度大于闪蒸位置，防止了泵以下位置的碳酸钙结垢。240m处的地热流体温度为105℃，深井泵的流量100m3/h。
地热水箱内流体的温度为104℃，对应的饱和蒸汽压力为116.78kPa(绝压)。为防止流体出现闪蒸，控制地热水箱内的压力为200kPa(绝压)。
而对于深井泵泵口的压力，考虑液柱高度，其压力应不小于2552kPa。
对于板式换热器地热水侧而言，进入板式换热器的地热水温度为103℃，出板式换热器的地热水温度为35℃。为防止板式换热器结垢，应调整增阻器的参数，确保地热水侧板换进口压力不小于200kPa(绝压)，出口压力不小于100kPa(绝压)。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种碳酸钙结垢物理防治系统，包括深井泵（1）、井管（2）、地热水箱（4）、增阻器（14）、板式换热器（8）和建筑物（10），其特征在于，所述井管（2）至少部分埋设于地面以下，所述深井泵（1）设置于所述井管（2）内，所述深井泵（1）通过泵管（3）连接至所述地热水箱（4）的进口侧，所述地热水箱（4）的出口侧通过地热供水管线（6）连接至所述板式换热器（8）的地热侧的进液口，所述板式换热器（8）的地热侧的出液口通过地热回水管线（13）连接至所述增阻器（14）的进口侧，所述增阻器（14）的出口侧的一支路通过回灌管线（19）连接至回灌井（20），另一支路通过地热井旁侧管（21）连接至井管（2），所述板式换热器（8）的建筑侧通过建筑供暖水管线（11）与所述建筑物（10）构成循环回路；
其中，所述板式换热器（8）靠近井管（2）的一侧为地热侧，另一侧为建筑侧，所述地热供水管线（6）设置有地热水泵（5），所述深井泵（1）设置于在所述井管（2）出现闪蒸现象位置的深度以下，所述深井泵（1）的流量、所述地热水泵（5）的流量、所述地热水箱（4）的压力、所述板式换热器（8）的地热侧的进液口和出液口的压力相互耦合，以确保压力均高于当地水温对应的饱和蒸汽压，防止碳酸钙结垢；所述增阻器（14）内布置有鹅卵石，以调整所述板式换热器（8）的地热侧的出液口的压力。
2.根据权利要求1所述的碳酸钙结垢物理防治系统，其特征在于，所述地热水箱（4）上设置有旋转除砂器（16），所述旋转除砂器（16）的至少部分管段设置于所述地热水箱（4）的外侧，所述管段的上部安装有除砂管上阀门（15），所述管段的下部安装有除砂管下阀门（18），所述除砂管上阀门（15）和所述除砂管下阀门（18）之间设置有除砂管试镜（17），其中，所述板式换热器（8）的地热侧的地热流体在管道循环工作时，所述除砂管上阀门（15）常开，所述除砂管下阀门（18）常闭；当通过所述除砂管试镜（17）观测到设定量的固体物时，关闭所述除砂管上阀门（15）且打开所述除砂管下阀门（18），以将固体物质排除。
3.根据权利要求1所述的碳酸钙结垢物理防治系统，其特征在于，所述地热水箱（4）封闭设置以避免与大气连通。
4.根据权利要求1所述的碳酸钙结垢物理防治系统，其特征在于，所述深井泵（1）与所述地热水泵（5）的流量和扬程相互耦合。
5.根据权利要求1所述的碳酸钙结垢物理防治系统，其特征在于，所述地热供水管线（6）上设置有板换进口压力表（7），所述地热回水管线（13）上设置有板换出口压力表（12），所述板换进口压力表（7）用于测量所述板式换热器（8）的地热侧的进液口的压力；所述板换出口压力表（12）测量所述板式换热器（8）的地热侧的出液口的压力。
6.根据权利要求1所述的碳酸钙结垢物理防治系统，其特征在于，所述建筑供暖水管线（11）上设置有供暖循环泵（9）。
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2020
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