一种温泉井上负压强化析垢方法与流程

1.本发明涉及地热资源开发应用技术领域，具体涉及一种温泉井上负压强化析垢方法。


背景技术：

2.温泉水中溶解有各种盐类，如碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐和氯化物等，它们一价金属盐的溶解度很大，一般难以从温泉水中结晶析出，但它们的两价金属盐(氯化物除外)的溶解度很小，并且是负的温度系数，随浓度和温度的升高很容易形成难溶性结晶从温泉水中析出，附着在管道传热面上成为水垢。难溶性碳酸钙可以是无定型碳酸钙、六水碳酸钙、一水碳酸钙、六方碳酸钙、文石和方解石。方解石属三方晶系是热力学最稳定的碳酸钙晶型，也是各种碳酸钙晶型在水中转变的终态产物。
3.温泉水结垢会导致温泉井、温泉管网系统设备堵塞，使得项目维修困难进而停止运行，在当前的温泉项目中是较为突出的现象。目前，在温泉行业应用的阻垢技术，一般是在地热井后端设置的原热媒介箱内通过投入阻垢剂来实现阻垢。而本技术的发明人经过研究发现，阻垢剂多为弱酸性物料，施加阻垢剂的媒介会对输送通道存在程度不确定的腐蚀等次生不利影响，同时对弱酸性媒介的二次处理也是必须的重要措施，否则含磷的阻垢剂会对环境保护造成压力，形成影响环境的次生排放风险。


技术实现要素：

4.针对现有对于地热出水到终端应用过程中的阻垢，一般是在地热井后端设置的原热媒介箱内通过投入阻垢剂来实现，存在阻垢剂媒介会对输送通道产生程度不确定的腐蚀等次生不利影响，同时对弱酸性媒介必须进行二次处理否则影响环境的技术问题，本发明提供温泉井上负压强化析垢方法。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
6.一种温泉井上负压强化析垢方法，在该方法中采用了一种温泉井上负压强化析垢装置，所述温泉井上负压强化析垢装置包括变频深井泵、真空容器、热效装置、汽水分离器、真空泵、气压平衡器和垢渣过滤回收装置，所述变频深井泵设于温泉井中，所述变频深井泵通过管道与井外的真空容器连接，所述热效装置设于真空容器中，并且所述热效装置的低温进水口和高温出水口从真空容器上贯穿伸出，所述汽水分离器的输入端通过管道与真空容器顶部连接，所述汽水分离器的输出端与真空泵连接，所述气压平衡器通过管道与真空容器顶部连接，所述垢渣过滤回收装置通过管路与真空容器下部连接，所述垢渣过滤回收装置与真空容器之间的管路上连接有增压泵；
7.该方法包括以下步骤：
8.s1、启动所述变频深井泵将温泉水输送至真空容器上部，从所述热效装置的低温进水口处外加低温水，所述热效装置通过水
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水换热方式将真空容器上部的温泉水降温至0～80℃后进入真空容器内；
9.s2、待所述真空容器内降温后的水量在1/3～2/3时打开真空泵抽真空，通过汽水分离器去除水蒸气，控制所述真空容器内的真空度为30～100kpa并保持5～60分钟，促使所述真空容器内的温泉水在温度变化低于对应真空度汽化温度和负压共同作用下析出碳酸钙垢物；
10.s3、启动所述气压平衡器让真空容器内部与外界大气相通，待所述真空容器内部气压与外界大气压平衡后，通过所述增压泵将真空容器内清理后的悬浮垢物和附着垢物随水流送至垢渣过滤回收装置进行垢物回收，而过滤后的温泉水直接送至温泉水池。
11.与现有技术相比，本发明提供的温泉井上负压强化析垢方法，首先将送至真空容器上部的温泉水通过热效装置降温到0～80℃后进入真空容器内，其次待真空容器内的温泉水量在1/3～2/3时通过真空泵抽真空，控制真空度为30～100kpa，以便使温泉水热媒介在负压和0～80℃调节温度下快速完成强化析垢，当碳酸钙垢物析出保持5～60分钟后，接着启动气压平衡器让真空容器内部与外界大气相通，以此破坏真空容器内的真空状态，待真空容器内的气压与外界大气压平衡后，通过增压泵将真空容器内的水与垢物送至垢渣过滤回收装置进行过滤回收。本技术一方面通过真空泵抽真空，实现真空容器负压运行，以促进真空容器内二氧化碳的逸出，从而大大提高了温泉水中钙离子与碳酸根离子和碳酸氢根离子结合生成碳酸钙垢物结晶析出；另一方面通过热效装置调节温泉原水温度，减少温泉水热媒介汽化破坏负压环境，从而快速促进碳酸钙垢物析出，同时防止了汽化导致热量损失。因此通过前述两方面本技术强化了地热媒介快速完成结垢，有效消除或降低了地热媒介中形成垢物的物质要素，而且相对于现有通过投入阻垢剂来实现阻垢，本技术不会对输送通道产生任何腐蚀等次生不利影响和对环境造成压力，高效环保。
12.进一步，所述真空容器的顶部设有显示容器内部压力的真空压力表，以及显示容器内部水温的温度计。
13.进一步，所述垢渣过滤回收装置选用耐温40～100℃、过滤精度为0.1～10μm的膜过滤器。
14.进一步，所述低温进水口处的管路上连接有第一手动阀，所述高温出水口处的管路上连接有第二手动阀，所述气压平衡器与真空容器之间的管路上连接有第三手动阀，所述增压泵与真空容器之间的管路上连接有第四手动阀。
15.进一步，所述增压泵的流量为1～5m3/h，扬程为10～30m。
16.进一步，所述步骤s1中热效装置通过水
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水换热方式将真空容器上部的温泉水降温至40～80℃后进入真空容器内，并将所述步骤s2中真空容器内的真空度控制在30～80kpa并保持10～40分钟。
17.进一步，所述步骤s2中真空容器内的真空度控制在50～80kpa并保持30分钟，通过设置于所述真空容器底部旁路通道上的离子浓度测量仪检测出水中的钙、镁、碳酸氢根离子浓度分别为2.05mg/l、3.41mg/l、423.80mg/l。
附图说明
18.图1是本发明提供的温泉井上负压强化析垢装置结构示意图。
19.图中，1、变频深井泵；2、真空容器；21、真空压力表；22、温度计；23、旁路通道；3、热效装置；31、低温进水口；32、高温出水口；4、汽水分离器；5、真空泵；6、气压平衡器；7、垢渣
过滤回收装置；8、增压泵；9、第一手动阀；10、第二手动阀；11、第三手动阀；12、第四手动阀。
具体实施方式
20.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
21.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，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。
23.请参考图1所示，本发明提供一种温泉井上负压强化析垢方法，在该方法中采用了一种温泉井上负压强化析垢装置，所述温泉井上负压强化析垢装置包括变频深井泵1、真空容器2、热效装置3、汽水分离器4、真空泵5、气压平衡器6和垢渣过滤回收装置7，所述变频深井泵1设于温泉井中，所述变频深井泵1通过管道与井外的真空容器2连接，所述热效装置3设于真空容器2中，并且所述热效装置3的低温进水口31和高温出水口32从真空容器2上贯穿伸出，所述热效装置3具体可采用现有的pe
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rt换热管来实现，该种换热管表面光滑不易结垢具有较好导热效果并容易清洗，所述汽水分离器4的输入端通过管道与真空容器2顶部连接，所述汽水分离器4的输出端与真空泵5连接，所述气压平衡器6通过管道与真空容器2顶部连接，所述垢渣过滤回收装置7通过管路与真空容器2下部连接，所述垢渣过滤回收装置7与真空容器2之间的管路上连接有增压泵8；
24.该方法包括以下步骤：
25.s1、启动所述变频深井泵1将温泉水输送至真空容器2上部，从所述热效装置3的低温进水口31处外加低温水，所述热效装置3通过水
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水换热方式将真空容器上部的温泉水降温至0～80℃后进入真空容器2内，而外加低温水经换热后从高温出水口32流出的高温水，可用于生活热水、地暖热等，换热效率可达98％以上；
26.s2、待所述真空容器2内降温后的水量在1/3～2/3时打开真空泵5抽真空，通过汽水分离器4去除水蒸气，控制所述真空容器2内的真空度为30～100kpa并保持5～60分钟，促使所述真空容器2内的温泉水在温度变化低于对应真空度汽化温度和负压共同作用下析出碳酸钙垢物；具体地，根据水中钙离子与碳酸根离子和碳酸氢根离子结合反应的现有如下平衡方程
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[0029]
可知，对于汽、液两相系统，如化学平衡反应方程(1)总压降低，则反应有利于向生成气相物质的方向进行，而该方程中二氧化碳(co2)是唯一的气相生成物，因此系统中气相二氧化碳分压的降低(即总压降低)会有利于二氧化碳从水中逸出(即生成气相物)，即化学平衡反应方程(1)向右移动，促使垢物碳酸钙结晶析出，而本技术就是利用了前述碳酸钙盐的析出原理来实现负压强化析垢；
[0030]
s3、启动所述气压平衡器6让真空容器2内部与外界大气相通，待所述真空容器2内部气压与外界大气压平衡后，通过所述增压泵8将真空容器2内清理后的悬浮垢物和附着垢物随水流送至垢渣过滤回收装置7进行垢物回收，具体垢物通过处理后的水反冲洗后进入装置内部垢渣池进行回收，垢物经提纯后可作为碳酸盐产品销售，而过滤后的温泉水直接送至温泉水池。
[0031]
与现有技术相比，本发明提供的温泉井上负压强化析垢方法，首先将送至真空容器上部的温泉水通过热效装置降温到0～80℃后进入真空容器内，其次待真空容器内的温泉水量在1/3～2/3时通过真空泵抽真空，控制真空度为30～100kpa，以便使温泉水热媒介在负压和0～80℃调节温度下快速完成强化析垢，当碳酸钙垢物析出保持5～60分钟后，接着启动气压平衡器让真空容器内部与外界大气相通，以此破坏真空容器内的真空状态，待真空容器内的气压与外界大气压平衡后，通过增压泵将真空容器内的水与垢物送至垢渣过滤回收装置进行过滤回收。本技术一方面通过真空泵抽真空，实现真空容器负压运行，以促进真空容器内二氧化碳的逸出，从而大大提高了温泉水中钙离子与碳酸根离子和碳酸氢根离子结合生成碳酸钙垢物结晶析出；另一方面通过热效装置调节温泉原水温度，减少温泉水热媒介汽化破坏负压环境，从而快速促进碳酸钙垢物析出，同时防止了汽化导致热量损失。因此通过前述两方面本技术强化了地热媒介快速完成结垢，有效消除或降低了地热媒介中形成垢物的物质要素，而且相对于现有通过投入阻垢剂来实现阻垢，本技术不会对输送通道产生任何腐蚀等次生不利影响和对环境造成压力，高效环保。
[0032]
作为具体实施例，请参考图1所示，所述真空容器2的顶部设有显示容器内部压力的真空压力表21，以及显示容器内部水温的温度计22，由此通过真空压力表21和温度计22可快速读取观察压力和温度参数，方便实用。
[0033]
作为具体实施例，所述垢渣过滤回收装置7选用耐温40～100℃、过滤精度为0.1～10μm的现有膜过滤器(mo过滤器)来实现，由此可对结晶析出后的碳酸钙垢物实现全面收集。
[0034]
作为具体实施例，请参考图1所示，所述低温进水口31处的管路上连接有第一手动阀9，所述高温出水口32处的管路上连接有第二手动阀10，所述气压平衡器6与真空容器2之间的管路上连接有第三手动阀11，所述增压泵8与真空容器2之间的管路上连接有第四手动阀12。其中，所述第一手动阀9和第二手动阀10适于外加低温水换热时打开，以便于通过热效装置3将真空容器内的水温控制在0～80℃；所述第三手动阀11适于通过气压平衡器6让真空容器2与外界大气相通时打开；所述第四手动阀12适于在通过增压泵8将水和垢物送至垢渣过滤回收装置7过滤收集时打开。本实施例通过设置第一至第四手动阀，在方便各自装置器件工作的同时，若将这四个手动阀一起关闭，还能对真空容器2内的真空度和温度形成很好的隔断保护，即可使真空容器2在进行真空强化析垢、结垢时保持独立运行，避免了真空度和温度遭到破坏。
[0035]
作为具体实施例，所述增压泵8的流量为1～5m3/h，扬程为10～30m，由此可以保证管道内介质以一定流量及压力通过过滤设备，能够提高过滤精度及过滤量。
[0036]
作为具体实施例，所述步骤s1中热效装置3通过水
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水换热方式将真空容器上部的温泉水降温至40～80℃后进入真空容器2内，并将所述步骤s2中真空容器2内的真空度控制在30～80kpa并保持10～40分钟，由此可为强化析垢提供较佳的负压和温度条件，便于地热媒介快速完成强化析垢。
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作为优选实施例，所述步骤s2中真空容器2内的真空度控制在50～80kpa并保持30分钟，通过设置于所述真空容器2底部旁路通道23上现有的离子浓度测量仪(图中未示)检测出水中的钙、镁、碳酸氢根离子浓度分别为2.05mg/l、3.41mg/l、423.80mg/l。以下实施例是在不同真空度和不同保持时间下，通过旁路通道23检测真空容器2底部出水中钙、镁、碳酸氢根浓度的实验数据。
[0038][0039]
由以上实验数据可以看出，真空度越高(压力越小)且保持时间越长，出水中的钙、镁、碳酸氢根离子浓度越低，即表明结晶析垢程度越高。
[0040]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。