CN220490407U - 一种地下水源热泵换热井密闭加压回灌试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地下水源热泵换热井密闭加压回灌试验系统，属于浅层地温能清洁能源领域，该实验系统包括排气阀、蝶阀、压力表、温度计、流量计、回扬管、潜水泵、变频器、换热抽水井和两个换热回灌井，所述流量计、温度计和压力表设置在换热抽水井井口；所述回扬管设置在换热回灌井井口。本实用新型提出的地下水源热泵换热井密闭加压回灌试验系统能够在地下水头高于地表或地下水承压回灌难度大的地区进行抽水及加压回灌试验，获取单井出水量、单井加压回灌量及相关试验参数。本试验系统能够有效避免水中的微小颗粒堵塞回灌井或发生气堵现象的发生，在加压回灌时能够有效反映出该地区回灌井相互之间的影响程度，为工程设计提供重要依据。

Description

一种地下水源热泵换热井密闭加压回灌试验系统

技术领域

本实用新型属于浅层地热能清洁能源领域，具体地，在浅层地热能调查或勘查开展的抽水-回灌试验过程中涉及到的一种地下水源热泵换热井密闭加压回灌试验系统。

背景技术

地下水源热泵系统是在建筑供暖领域中经常运用的一种取热装置。地下水源热泵换热井是实现地热能换热必须的装置。现有技术中从潜水泵抽出的水通过抽水管，经过水处理装置进入主机换热，换热后的水经过回水装置分流到井下回水空间，回水和土壤层换热后回到出水点，循环进行。但是对于一些地下水承压、回灌难度较大的地区，地下水头高于地表，无法按照常规的回灌技术进行回灌，实现地下水源热泵系统的应用，对建筑物进行供暖。在不同的地质条件下所选用的换热方式也是不同的，要根据实地情况进行调查分析，而以前单一的换热装置和方式，缺乏必要的灵活性，给地下水源热泵的利用带来不便，这对前期的调查或勘查工作提出了新的要求，尤其是在调查或勘查过程中开展换热井的抽水及抽水回灌试验，由于水头高于地表，自然条件下无法回灌，需要通过加压的方式，将抽取的地下水回灌到地下，最终确定一定区域内地下水可循环利用量和回灌量，根据以灌定采的原则，确定最终实际抽灌井数量及比例，为浅层地热能开发利用提供依据。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是为了解决现有技术中对于地下水承压、回灌难度较大的地区，地下水头高于地表，无法按照常规的回灌技术进行回灌的问题，而提出了一种地下水源热泵换热井密闭加压回灌试验系统。

本实用新型为实现上述目的采用的技术方案是：一种地下水源热泵换热井密闭加压回灌试验系统，该系统包括井身结构一致的换热抽水井、换热回灌井Ⅰ和换热回灌井Ⅱ，三者上部分别安装有铸铁管，换热抽水井、换热回灌井Ⅰ及换热回灌井Ⅱ的井壁与各自对应的铸铁管之间填实有密封物形成密封结构，安装在换热抽水井中的铸铁管管口不密封，安装在换热回灌井Ⅰ和换热回灌井Ⅱ中的铸铁管管口处用预留有进、出水管穿孔的铸铁帽焊接，且进、出水管与铸铁帽连接处焊死，形成焊密封结构；换热抽水井内下入有与变频器连接的潜水泵，潜水泵的出水管上安装有温度计、流量计Ⅱ和压力表，且温度计、流量计Ⅱ和压力表位于换热抽水井井口处，潜水泵的出水管与三通管的主管连接，三通管的两个支管分别下入到换热回灌井Ⅰ和换热回灌井Ⅱ的水位以下，三通管的两个支管上分别设置有蝶阀Ⅱ和蝶阀Ⅲ，在换热回灌井Ⅰ井口位置三通管的支管上安装流量计Ⅰ和排气阀Ⅰ，在换热回灌井Ⅱ井口位置三通管的支管上安装流量计Ⅲ和排气阀Ⅱ；换热回灌井Ⅰ水位以下设置有与回扬管Ⅰ连接的回扬泵Ⅰ，在回扬管Ⅰ上安装蝶阀Ⅰ；换热回灌井Ⅱ水位以下设置有与回扬管Ⅱ连接的回扬泵Ⅱ，在回扬管Ⅱ上安装有蝶阀Ⅳ。

进一步，所述换热抽水井、换热回灌井Ⅰ和换热回灌井Ⅱ的井身上部从地表到玄武岩层位下5m，井径325mm；井身下部为裸孔，井径178mm。

进一步，所述铸铁管的口径为273mm，铸铁管上部高出地面400mm。

进一步，所述密封物包括止水物和黏土，黏土覆盖在止水物上方。

通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：本实用新型采用铸铁帽与回灌井内下入的铸铁管管口进行焊接密封，井壁与管壁之间通过止水物及黏土填实，实现回灌井的密封加压回灌，可以在地下水头高于地表，地下水承压回灌难度大的地区进行抽灌试验，实现地下水源热泵的利用。本实用新型提出的地下水源热泵换热井密闭加压回灌试验系统可在地下水头高于地表或地下水承压回灌难度大的地区进行抽水及加压回灌试验，获取单井出水量、单井加压回灌量及相关试验参数。本试验系统能够有效避免水中的微小颗粒堵塞回灌井或发生气堵现象的发生，在加压回灌时能够有效反映出该地区回灌井相互之间的影响程度，为工程设计提供重要依据。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型示意性实施例及其说明用于理解本实用新型，并不构成本实用新型的不当限定，在附图中：

图1为地下水源热泵换热井密闭加压回灌试验系统的结构示意图。

图中：101-排气阀Ⅰ；102-排气阀Ⅱ；201-蝶阀Ⅰ；202-蝶阀Ⅱ；203-蝶阀Ⅲ；204-蝶阀Ⅳ；301-回扬管Ⅰ；302-回扬管Ⅱ；4-压力表；501-流量计Ⅰ；502-流量计Ⅱ；503-流量计Ⅲ；6-温度计；7-粘土；8-止水物；9-亚粘土；10-玄武岩；11-井管；12-变频器；13-潜水泵；1401-回扬泵Ⅰ；1402-回扬泵Ⅱ；15-换热抽水井；16-换热回灌井Ⅰ；17-换热回灌井Ⅱ。

具体实施方式

为使得本实用新型的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面结合本实用新型的实施例中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚完整地描述。显然，本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

如图1所示，在本实施例中，地下水源热泵换热井密闭加压回灌试验系统包括有：排气阀Ⅰ101、排气阀Ⅱ102、蝶阀Ⅰ201、蝶阀Ⅱ202、蝶阀Ⅲ203、蝶阀Ⅳ204、回扬管Ⅰ301、回扬管Ⅱ302、压力表4、流量计Ⅰ501、流量计Ⅱ502、流量计Ⅲ503、温度计6、粘土7、止水物8、亚粘土9、玄武岩10、井管11、变频器12、潜水泵13、回扬泵Ⅰ1401、回扬泵Ⅱ1402、换热抽水井15、换热回灌井Ⅰ16和换热回灌井Ⅱ17。其中亚粘土9为玄武岩上覆地层，结构松散，成井后容易塌陷，下入井管11即铸铁管，并在井壁与铸铁管管壁之间下入止水物8及粘土7，起到支撑作用，并隔绝亚粘土9地层中的浅层地下水。

其中，地下水源热泵换热井密闭加压回灌试验系统中的换热井包括换热抽水井15、换热回灌井Ⅰ16和换热回灌井Ⅱ17，通过对换热井所处地段调研，了解地下水方向并设定目标层。完井后对井口标高、水位和水温进行测量，以便试验开展；换热抽水井15、换热回灌井Ⅰ16和换热回灌井Ⅱ17的井身结构一致，井身上部从地表到玄武岩10层位下5m，井径325mm，下部为裸孔，井径178mm；井上部分下入273mm口径铸铁管即图中的井管11，井壁与铸铁管管壁之间分别填入止水物8及黏土7进行密封，止水物8采用浅层地下水的取水建筑施工中常用的止水物，如：橡胶等；铸铁管上部高出地面400mm；换热抽水井15下入的铸铁管管口不密封，换热回灌井Ⅰ16和换热回灌井Ⅱ17下入的铸铁管管口处用预留有进、出水管穿孔的铸铁帽焊接，待进、出水管穿过连接好后，将进、出水管与铸铁帽连接处焊死，实现换热回灌井Ⅰ16和换热回灌井Ⅱ17的密闭；在换热抽水井15中下入受变频器12控制的潜水泵13，潜水泵13的出水管在井口处安装温度计6、流量计Ⅱ502和压力表4，后通过三通分出支管分别下入到换热回灌井Ⅰ16和换热回灌井Ⅱ17的水位以下，三通两侧分别设置蝶阀Ⅱ202和蝶阀Ⅲ203，控制两支管的开闭；在换热回灌井Ⅰ16井口位置安装流量计Ⅰ501和排气阀Ⅰ101，在换热回灌井Ⅱ17井口位置安装流量计Ⅲ503和排气阀Ⅱ102；换热回灌井Ⅰ16水位以下下入回扬泵Ⅰ1401，并与回扬管Ⅰ301连接，回扬管Ⅰ301地表以上安装用于控制回扬管Ⅰ301开闭的蝶阀Ⅰ201；换热回灌井Ⅱ17水位以下下入回扬泵Ⅱ1402，并与回扬管Ⅱ302连接，回扬管Ⅱ302地表以上安装用于控制回扬管Ⅱ302开闭的蝶阀Ⅳ204。

在换热抽水井15进行降深稳定流抽水试验，换热抽水井15井口不密闭，便于下入相关设备进行水文测量工作，整理资料并得出结论；设置温度计6、流量计Ⅱ502和压力表4在换热抽水井15井口，在试验过程中直接读取系统运行时的水温、流量及井内压力值；设置排气阀Ⅰ101和流量计Ⅰ501在换热回灌井Ⅰ16口处，设置排气阀Ⅱ102和流量计Ⅲ503在换热回灌井Ⅱ17井口处，能够有效减少进入到回灌井中的气体，并记录回灌流量值；在换热回灌井Ⅰ16中下入与回扬管Ⅰ301连接的回扬泵Ⅰ1401，回扬管Ⅰ301在井口处安装蝶阀Ⅰ201，蝶阀Ⅰ201控制回扬管Ⅰ301的开闭，在换热回灌井Ⅱ17中下入与回扬管Ⅱ302连接的回扬泵Ⅱ1402，回扬管Ⅱ302在井口处安装蝶阀Ⅳ204，蝶阀Ⅳ204控制回扬管Ⅱ302的开闭，在抽灌试验前及后，对回灌井进行回扬，避免井下泥沙堵塞，确保之后的试验准确；换热抽水井15中下入受变频器12控制的潜水泵13，通过变频器12调节潜水泵13功率从而控制抽水量，潜水泵13的出水管与抽水管相连接，在井口部位设置温度计6、流量计Ⅱ502和压力表4，试验过程中进行读数记录。

本实用新型提出的地下水源热泵换热井密闭加压回灌试验系统工作过程为：

1、抽水试验

a、对换热抽水井15进行降深稳定流抽水试验；b、采用流量计Ⅱ502观测涌水量，从井口下入万用表测量动水位；c、确定潜水泵13的下入深度及抽水时长；d、应用潜水泵13进行抽水实验；e、记录并整理资料得出结论。

2、加压回灌试验

①一抽一灌

a、打开蝶阀Ⅱ202及排气阀Ⅰ101，通过变频器12调节潜水泵13功率从而调整抽水量，进行常压回灌，水量必须由小逐渐变大，使管路内充满水排清气体；b、待管路内基本无气体填充后，调小流量，关闭排气阀Ⅰ101，观察压力表4，调节变频器12逐渐增大抽水量，到压力表4读数升至0.5MPa且稳定后，持续记录温度表6、流量计Ⅰ501、流量计Ⅱ502和压力表4的读数，开展规范规定的抽灌试验；c、加压回灌试验结束后，关闭变频器12和潜水泵13，同时关闭蝶阀Ⅱ202，打开蝶阀Ⅰ201，开启回扬泵Ⅰ1401进行抽水回扬，清除滤水管表面微小颗粒及杂质。

②一抽二灌

a、打开蝶阀Ⅱ202、蝶阀Ⅲ203、排气阀Ⅰ101和排气阀Ⅱ102，通过变频器12调节潜水泵13功率从而调整抽水量，进行常压回灌，水量必须由小逐渐变大，使管路内充满水排清气体；b、待管路内基本无气体填充后，调小流量，关闭排气阀Ⅰ101和排气阀Ⅱ102，观察压力表4，调节变频器12逐渐增大抽水量，到压力表4读数升至0.5MPa且稳定后，持续记录温度表6、流量计Ⅰ501、流量计Ⅱ502、流量计Ⅲ503和压力表4的读数，开展规范规定的抽灌试验；c、加压回灌试验结束后，关闭变频器12和潜水泵13，同时关闭蝶阀Ⅱ202、蝶阀Ⅲ203，打开蝶阀Ⅰ201和蝶阀Ⅳ204，开启回扬泵Ⅰ1401和回扬泵Ⅱ1402行抽水回扬，清除滤水管表面杂质。

本实用新型提出的地下水源热泵换热井密闭加压回灌试验系统进行密闭加压回灌试验注意事项：试验采用非稳定流抽水，定流量加压回灌，管路保证密闭，试验前进行试压，确保没有漏点。加压回灌试验为全封闭试验，故不考虑水位、降深值和回升值，在压力满足系统安全的情况下，以灌定采，依据回灌量确定取水量。

本实用新型提出的地下水源热泵换热井密闭加压回灌试验系统，通过焊接铸铁帽，填埋止水物8和黏土7等方式，保证加压回灌过程始终保持密闭，保持管路密闭无泄漏，流量稳定，无漏点；本试验系统潜水泵13设置变频器12，通过调节出水量，配合压力表4等试验仪表读数，能保证试验系统安全稳定的情况下，真实的测量出玄武岩10孔隙裂隙承压水的单井回灌量；通过设置排气阀和回扬装置，能够有效避免水中的微小颗粒堵塞回灌井或发生气赌现象，能够有效提高单井回灌能力；设置两眼回灌井能有效的反映出该地区加压回灌时，回灌井相互之间的影响程度，为工程设计提供重要依据。

Claims (4)

1.一种地下水源热泵换热井密闭加压回灌试验系统，其特征在于：该系统包括井身结构一致的换热抽水井（15）、换热回灌井Ⅰ（16）和换热回灌井Ⅱ（17），三者上部分别安装有铸铁管，换热抽水井（15）、换热回灌井Ⅰ（16）及换热回灌井Ⅱ（17）的井壁与各自对应的铸铁管之间填实有密封物形成密封结构，安装在换热抽水井（15）中的铸铁管管口不密封，安装在换热回灌井Ⅰ（16）和换热回灌井Ⅱ（17）中的铸铁管管口处用预留有进、出水管穿孔的铸铁帽焊接，且进、出水管与铸铁帽连接处焊死，形成焊密封结构；换热抽水井（15）内下入有与变频器（12）连接的潜水泵（13），潜水泵（13）的出水管上安装有温度计（6）、流量计Ⅱ（502）和压力表（4），且温度计（6）、流量计Ⅱ（502）和压力表（4）位于换热抽水井（15）井口处，潜水泵（13）的出水管与三通管的主管连接，三通管的两个支管分别下入到换热回灌井Ⅰ（16）和换热回灌井Ⅱ（17）的水位以下，三通管的两个支管上分别设置有蝶阀Ⅱ（202）和蝶阀Ⅲ（203），在换热回灌井Ⅰ（16）井口位置三通管的支管上安装流量计Ⅰ（501）和排气阀Ⅰ（101），在换热回灌井Ⅱ（17）井口位置三通管的支管上安装流量计Ⅲ（503）和排气阀Ⅱ（102）；换热回灌井Ⅰ（16）水位以下设置有与回扬管Ⅰ（301）连接的回扬泵Ⅰ（1401），在回扬管Ⅰ（301）上安装蝶阀Ⅰ（201）；换热回灌井Ⅱ（17）水位以下设置有与回扬管Ⅱ（302）连接的回扬泵Ⅱ（1402），在回扬管Ⅱ（302）上安装有蝶阀Ⅳ（204）。

2.根据权利要求1所述的一种地下水源热泵换热井密闭加压回灌试验系统，其特征在于：所述换热抽水井（15）、换热回灌井Ⅰ（16）和换热回灌井Ⅱ（17）的井身上部从地表到玄武岩（10）层位下5m，井径325mm；井身下部为裸孔，井径178mm。

3.根据权利要求1所述的一种地下水源热泵换热井密闭加压回灌试验系统，其特征在于：所述铸铁管的口径为273mm，铸铁管上部高出地面400mm。

4.根据权利要求1所述的一种地下水源热泵换热井密闭加压回灌试验系统，其特征在于：所述密封物包括止水物（8）和黏土（7），黏土（7）覆盖在止水物（8）上方。