地熱利用系統的防腐、防垢技術(shù)

  1.地熱利用系統的防腐

 

  腐蝕與結垢問(wèn)題是地熱開(kāi)發(fā)利用中普遍存在的問(wèn)題之一，由于地熱水溫度較高，含多種腐蝕性化學(xué)組分，往往對地熱利用設備造成嚴重的腐蝕破壞，直接影響設備的使用壽命。地熱水腐蝕的主要因素是：

 

  （1）氯離子（Cl-） 起腐蝕促進(jìn)作用，當地熱水中存在溶解氯時(shí)，腐蝕作用就尤為明顯。

 

  （2）溶解氧（O2）是地熱水中最重要的腐蝕性物質(zhì)。在多數地熱水中，氧雖不是常有組分，但在地熱利用系統中會(huì )有氧從空氣進(jìn)入，而增加對金屬材料的腐蝕作用，如地熱水中含3×10-5mg/L的O2，就會(huì )使碳鋼的均勻腐蝕速度增加4倍，在氧離子含量多的情況下，局部腐蝕會(huì )更為嚴重。

 

  （3）硫酸根（SO2-4）其作用與氯離子類(lèi)似，影響力為同濃度氯離子的。在大多數地熱水中，SO2-4對腐蝕作用不大，但在氯離子濃度較低的地熱水中，會(huì )產(chǎn)生一定的腐蝕。此外，SO2-4對水泥有侵蝕作用。

 

  （4）pH值地熱水若pH值低，則可破壞不銹鋼的純性。

 

  （5）硫化氫（H2S）在金屬腐蝕中，硫化氫起加速作用，與金屬離子反應生成硫化物。在無(wú)氧條件下，它也腐蝕鐵、鋼、銅、鍍鋅管等。硫化氫最嚴重的影響是對銅合金和鎳合金的破壞，尤其是對銅鎳合金的影響更為嚴重。

 

  （6）二氧化碳（CO2）對碳鋼有較大的腐蝕作用，特別是與氧共存時(shí)，對鋼鐵的腐蝕作用會(huì )更為強烈。

 

  （7）氨（NH4)引起銅合金的應力腐蝕破壞。

 

  （8）總固形物（TDS)地熱水中總固形物值高，表示其具有較高的離子濃度和導電性，從而強化了地熱水構成電化學(xué)電路和傳遞腐蝕電流的能力，為腐蝕電池的工作提供了便利條件。

 

  為防止地熱水對地熱系統設備的腐蝕，一般應針對地熱水的水質(zhì)情況采取相應的措施，常用的措施有：

 

  1）整個(gè)系統采用耐腐蝕材料（包括金屬與非金屬），使地熱系統非?？煽?，也不需要經(jīng)常維修，但成本高。

 

  2）對地熱系統采取密封措施，不使氧（主要是空氣）進(jìn)入熱水系統，也可在系統中加除氧劑（如亞硫酸鹽）除氧，達到防腐目的。但此法使設備復雜化，經(jīng)濟性較差。

 

  3）采用在系統中安裝換熱器的辦法，使地熱水不直接進(jìn)入利用系統，地熱水只是通過(guò)熱交換器將熱量傳給潔凈水，從而減輕設備的腐蝕。此法在國內外普遍使用，防腐效果好，缺點(diǎn)是投資大，降低了熱水利用的初始溫度（一般降低3～5℃）。

 

  4）對非傳熱的金屬表面采取涂敷防腐涂料的辦法。

 

  5）針對不同類(lèi)型的局部腐蝕采取相應的防腐措施。

 

  2.地熱利用系統的防垢

 

  地熱水礦化度較高，在使用中，當水溫度降低時(shí)，會(huì )使溶解其中的有些固體物質(zhì)超過(guò)飽和度而在系統中產(chǎn)生結垢，引起井管口徑減小，換熱設備傳熱效率降低，輸送地熱水系統的阻力增加，能耗加大，嚴重者甚至造成換熱設備及管道的阻堵。為此，應采取防結垢的措施。地熱利用系統中的水垢按其化學(xué)成分分為碳酸鈣垢、硫酸鈣垢、硅酸鹽垢和氧化鐵垢。

 

  （1）碳酸鈣垢   其成因是水中的鈣離子（Ca2+）濃度與碳酸根離子（CO2-3）濃度積超過(guò)了碳酸鈣的溶解度積，使碳酸鈣從溶液中析出，附在金屬表面上。影響碳酸鈣垢形成的重要因素有pH值，壓力（CO2分壓）、溫度和總固形物。pH值控制地熱水中CO2-3與HCO-3的分配，當pH值升高時(shí)，CO2-3濃度上升，碳酸鈣垢易生成。pH值由CO2分壓控制，地熱水噴出地面，壓力下降，導致CO2逸出，使水中pH值升高，造成碳酸鈣垢的形成。判斷熱水中碳酸鈣垢能否形成，國內外專(zhuān)家進(jìn)行了大量研究，提出了雷茲譜指數、拉申指數等結垢趨勢判別式。研究表明，對熱水中氯離子含量低的可用雷茲譜指數判斷；對氯離子含量超過(guò)25％毫克當量百分比的，則可采用拉申指數予以判斷。

 

  雷茲譜指數表達式為：R1＝2pHs-pHa

 

  式中： pHa為地熱水pH實(shí)測值;

 

  pHs為計算的pH值,高于此值，則水中有碳酸鈣沉淀?？捎孟率接嬎悖?/div>