一种高温温泉取水离子保护用防垢装置的制作方法

1.本实用新型涉及地热资源开发利用技术领域，具体涉及一种高温温泉取水离子保护用防垢装置。


背景技术：

2.温泉，从地下自然涌出或人工采集并含有多种对人体有益的矿物质及微量元素且水温≥25℃的矿水。高温温泉(温度≥90℃)取水泄压过程大量汽化，水温降低并产生蒸气造成气堵及汽蚀现象，缩短管道及深井泵使用寿命。水大量蒸发后温泉水中各离子结晶析出，导致温泉水中离子流失，析出离子粘附到地热井壁形成盐垢，盐垢沉积导致管径变小直至堵塞地热井。
3.温泉水水垢严重时可以使泵抱死，烧坏水泵，影响温泉洗浴的正常经营，当地热井堵死后需要停泵清垢，影响地热水取水及温泉旅游地营业。目前，在温泉行业一般采用井下加药方式来实现阻垢，但井下加药困难且对水质易造成破坏，对于温泉这类对健康系数要求较高的消费型体验场所，不破坏水质的除垢或阻垢方式就更为适合。
4.而本技术的发明人经过现场研究发现，导致高温温泉水离子流失和结垢的原因如下：在地下高温高压条件下，地下水温可以达到100℃以上，在深井泵抽水过程中，随着水位提升压力急剧下降，饱和蒸汽温度降低，当饱和蒸汽温度下降到温泉水温度以下时温泉水大量蒸发，原来的不饱和溶液逐渐变为饱和溶液，饱和溶液再逐渐变为过饱和溶液，这时温泉水中的离子就开始从过饱和溶液中析出，导致温泉水离子流失，析出的温泉水离子粘附于温泉井壁或温泉扬水管上导致温泉井或温泉扬水管结垢。温泉水矿物质含量丰富、离子成分复杂、水温较高，设备及管路结垢较为常见，而其中又以碳酸钙垢为主要垢物，多数温泉碳酸钙垢为方解石、文石、霰石。温泉水结垢后对于气、液两相流体，系统压力、温度及ph值对caco3结垢均有影响，尤其在有二氧化碳溶解水环境中的caco3结垢反应，压力对之影响相对较大。碳酸钙在水中的溶解度很低，碳酸钙是由水中的钙离子与碳酸氢根和碳酸根离子结合而生成的，具体反应式如下：
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当温度高于当地温泉水沸点温度时，如上化学平衡反应方程(2)中，水及二氧化碳加速逃逸，生成物减少，气体分压降低，反应将有利于向生成气相物质的方向进行，即化学平衡反应方程(2)向右移动，促使垢物碳酸钙析出。


技术实现要素：

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针对现有高温温泉取水泄压过程大量汽化，水温降低并产生蒸气造成气堵及汽蚀现象，水大量蒸发后温泉水中各离子结晶析出，导致温泉水中离子流失，析出离子粘附到地
热井壁形成盐垢沉积导致管径变小直至堵塞地热井，而目前一般采用井下加药方式来实现防垢易造成水质破坏且井下加药困难的技术问题，本实用新型提供一种高温温泉取水离子保护用防垢装置。
[0010]
为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：
[0011]
一种高温温泉取水离子保护用防垢装置，包括深井泵、过滤器、温控装置和井控装置，所述深井泵设于温泉井中，所述深井泵通过管道与井外的过滤器的输入端连接，所述过滤器的输出端通过管道与温控装置的非接触式水水换热器的输入端连接，所述水水换热器的水循环出口通过管道顺序连接有冷却塔和循环泵，所述循环泵的出水口通过管路与水水换热器的水循环入口连接，所述冷却塔与水水换热器的水循环入口之间通过管路连接有温控阀，所述水水换热器上设有用于调整内部压力的排气阀，所述水水换热器的输出端通过管路与井控装置的井控装置体的输入端连接，所述井控装置体的输出端通过管路与井控装置的调压阀连接，所述调压阀通过管路连接至用水点，所述深井泵、温控阀和调压阀均与井控装置体电连接。
[0012]
与现有技术相比，本实用新型提供的高温温泉取水离子保护用防垢装置工作时，首先在井控装置体的变频控制下，深井泵将管道内温泉水的压力增压调节至0～1mpa下输送至过滤器，接着过滤器在高温(此时温泉水温度为100～120℃)及高压下过滤温泉水中的泥沙及石子，防止后端设备被泥沙及石子堵塞，然后在不破坏水质的情况下通过温控装置中的非接触式水水换热器进行换热，换热过程中通过排气阀调整水水换热器内部压力以保证换热效果，交换的热能可用于发电或供热取暖，同时水水换热器换热后的冷却水通过冷却塔和循环泵进行循环以排除余热，温控阀在井控装置体的控制下对水水换热器输出端的温泉水温度进行检测控制，以达到持续控温调节温泉水温度(此时温泉水温度为40～90℃)的作用，调节温度后的温泉水从水水换热器的输出端流出，最后通过进控装置体进行温泉水压力检测，调压阀根据压力检测结果自动调节温泉水压力，恒定温泉水管网压力在0～1mpa，从而调节温泉水沸点，防止温泉水高温蒸发。本装置一方面通过深井泵将井下管道内的压力进行增压以提高温泉水饱和蒸气温度，保护温泉水中离子，提高出水口温度，防止高温温泉水汽化产生蒸气，从而造成温泉水温降低、离子析出流失导致温泉管网及设备气堵、汽蚀现象；另一方面通过增压防止井下结垢，通过增压提高温泉水中二氧化碳分压，防止产生二氧化碳及水蒸气，从而防止碳酸氢根离子分解产生碳酸钙结垢；再一方面通过调压阀在恒定压力下降低高温温泉水温度到指定温度，保障用户正常用热需求同时保证正常泄压不汽化；又一方面通过水水换热器换热可用于发电或取暖供热，实现高效利用能源的同时，起到节能降排的作用。因此本技术通过井下增压和井上保压降温技术相结合实现离子保护和防垢，并且为纯物理方式防垢，不需要添加任何防垢药剂，因而不会改变水质特性。
[0013]
进一步，所述温泉井中设有与井控装置体电连接的液位传感器和温度传感器，所述深井泵和过滤器之间的井外的管道上设有与井控装置体电连接的压力检测仪和温度监测仪。
[0014]
进一步，所述深井泵和过滤器之间的管道上连接有第一阀门，所述过滤器和水水换热器之间的管道上连接有第二阀门，所述水水换热器和井控装置体之间的管道上依次连接有第三阀门和第四阀门，所述调压阀和用水点之间的管道上连接有第五阀门。
[0015]
进一步，所述过滤器和第二阀门之间的管道上旁路连接有第六阀门，所述第六阀
门的出水口与第三阀门和第四阀门之间的管道连接；所述第三阀门和第四阀门之间的管道上旁路连接有第七阀门，所述第七阀门的出水口与第五阀门和用水点之间的管道连接。
[0016]
进一步，所述过滤器选用提篮式过滤器。
附图说明
[0017]
图1是本实用新型提供的高温温泉取水离子保护用防垢装置结构示意图。
[0018]
图中，1、深井泵；11、液位传感器；12、温度传感器；13、压力检测仪；14、温度监测仪；15、第一阀门；2、过滤器；3、温控装置；31、水水换热器；32、冷却塔；33、循环泵；34、温控阀；35、排气阀；36、第二阀门；37、第三阀门；38、第六阀门；4、井控装置；41、井控装置体；42、调压阀；43、第四阀门；44、第五阀门；45、第七阀门。
具体实施方式
[0019]
为了使本实用新型实现的技术手段、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，进一步阐述本实用新型。
[0020]
请参考图1所示，本实用新型提供一种高温温泉取水离子保护用防垢装置，包括深井泵1、过滤器2、温控装置3和井控装置4，所述深井泵1设于温泉井中，所述深井泵1通过管道与井外的过滤器2的输入端连接，所述过滤器2的输出端通过管道与温控装置3的非接触式水水换热器31的输入端连接，所述水水换热器31的具体结构为本领域技术人所熟知，所述水水换热器31的水循环出口通过管道顺序连接有冷却塔32和循环泵33，所述循环泵33的出水口通过管路与水水换热器31的水循环入口连接，所述冷却塔32与水水换热器31的水循环入口之间通过管路连接有温控阀34，所述温控阀34用于调节循环冷却水的流量从而控制水水换热器31输出端温泉水温度，所述水水换热器31上设有用于调整内部压力的排气阀35，所述排气阀35为压差阀门，会根据大气和系统压力发生变化自动排气，所述水水换热器31的输出端通过管路与井控装置4的井控装置体41的输入端连接，所述井控装置体41具体可采用现有的井控装置技术来实现，所述井控装置体41的输出端通过管路与井控装置4的调压阀42连接，所述调压阀42通过管路连接至用水点，所述深井泵1、温控阀34和调压阀42均与井控装置体41电连接，以方便井控装置体41对深井泵1、温控阀34和调压阀42进行控制。
[0021]
与现有技术相比，本实用新型提供的高温温泉取水离子保护用防垢装置工作时，首先在井控装置体的变频控制下，深井泵将管道内温泉水的压力增压调节至0～1mpa下输送至过滤器，接着过滤器在高温(此时温泉水温度为100～120℃)及高压下过滤温泉水中的泥沙及石子，防止后端设备被泥沙及石子堵塞，然后在不破坏水质的情况下通过温控装置中的非接触式水水换热器进行换热，换热过程中通过排气阀调整水水换热器内部压力以保证换热效果，交换的热能可用于发电或供热取暖，同时水水换热器换热后的冷却水通过冷却塔和循环泵进行循环以排除余热，温控阀在井控装置体的控制下对水水换热器输出端的温泉水温度进行检测控制，以达到持续控温调节温泉水温度(此时温泉水温度为40～90℃)的作用，调节温度后的温泉水从水水换热器的输出端流出，最后通过进控装置体进行温泉水压力检测，调压阀根据压力检测结果自动调节温泉水压力，恒定温泉水管网压力在0～1mpa，从而调节温泉水沸点，防止温泉水高温蒸发。本装置一方面通过深井泵将井下管道内
的压力进行增压以提高温泉水饱和蒸气温度，保护温泉水中离子，提高出水口温度，防止高温温泉水汽化产生蒸气，从而造成温泉水温降低、离子析出流失导致温泉管网及设备气堵、汽蚀现象；另一方面通过增压防止井下结垢，通过增压提高温泉水中二氧化碳分压，防止产生二氧化碳及水蒸气，从而防止碳酸氢根离子分解产生碳酸钙结垢；再一方面通过调压阀在恒定压力下降低高温温泉水温度到指定温度，保障用户正常用热需求同时保证正常泄压不汽化；又一方面通过水水换热器换热可用于发电或取暖供热，实现高效利用能源的同时，起到节能降排的作用。因此本技术通过井下增压和井上保压降温技术相结合实现离子保护和防垢，并且为纯物理方式防垢，不需要添加任何防垢药剂，因而不会改变水质特性。
[0022]
作为具体实施例，请参考图1所示，所述温泉井中设有与井控装置体41电连接的液位传感器11和温度传感器12，所述深井泵1和过滤器2之间的井外的管道上设有与井控装置体41电连接的压力检测仪13和温度监测仪14，由此通过液位传感器11对温泉井中的液位进行监测可保护深井泵1，通过压力检测仪13对管道内的温泉水压力进行检测以控制深井泵1及调节阀42恒定管道压力，通过温度传感器12和温度监测仪14分别对井下和井上的温泉水温度进行监测以观察温泉水温度是否降低及辅助控制调节阀42恒定管道压力。
[0023]
作为具体实施例，请参考图1所示，所述深井泵1和过滤器2之间的管道上连接有第一阀门15，所述过滤器2和水水换热器31之间的管道上连接有第二阀门36，所述水水换热器31和井控装置体41之间的管道上依次连接有第三阀门37和第四阀门43，所述调压阀42和用水点之间的管道上连接有第五阀门44，所述第一阀门15、第二阀门36、第三阀门37、第四阀门43和第五阀门44具体可采用现有的手动阀门来实现，由此将第一阀门至第五阀门打开时，本装置将处于正常的运行状态，即通过设置第一阀门至第五阀门，则能对相应器件的运行状态进行开关控制。
[0024]
作为具体实施例，请参考图1所示，所述过滤器2和第二阀门36之间的管道上旁路连接有第六阀门38，所述第六阀门38的出水口与第三阀门37和第四阀门43之间的管道连接；所述第三阀门37和第四阀门43之间的管道上旁路连接有第七阀门45，所述第七阀门45的出水口与第五阀门44和用水点之间的管道连接，由此当温控装置3和井控装置4需要维修或检修时，将第一阀门至第五阀门关闭且将第六阀门38和第七阀门45打开即可，方便实用。
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作为具体实施例，所述过滤器2选用现有的提篮式过滤器来实现，该提篮式过滤器可带压过滤，耐温200℃以上，清洗反冲方便，过滤精度为0.05mm，可拦截直径0.05mm以上的泥沙及石子，非常适合本技术中使用。
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作为具体实施例，所述深井泵1将温泉水压力增压至0～1mpa，工作环境温度为22℃，海拔为2230m，通过设于第五阀门44送水至用水点管路上的现有离子浓度测量仪检测出水中的钙、镁、碳酸氢根、ph值、流量、离子浓度分别为32.2mg/l、3.26mg/l、751mg/l、7.23、1.8m3/h、1520.6mg/l。以下实施例是在不同增压压力、不同环境温度和不同海拔条件下，在第五阀门44送水至用水点管路出水中检测的钙、镁、碳酸氢根、ph值、流量、离子浓度实验数据。
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上述实验记录表中，实验一表示未实施本技术技术，实验二和实验三表示实施了本技术技术，但是保压压力不同。由以上实验数据可以看出，实验一由于未实施本技术技术导致大量矿物离子析出，最后温泉水里的离子浓度比实验二和实验三低得多，而实验二和实验三由于实施了本技术技术，保护了矿物离子，因而最后温泉水里的离子浓度比实验一高得多。
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最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。