地熱鉆井權威淺談地熱井腐蝕及結垢問(wèn)題

   

    地熱能是蘊藏于地球深處的熱能。按照現有開(kāi)發(fā)技術(shù)的可能性，地熱能資源的范圍一般的范圍一般指在地殼表層以下5000米以?xún)葞r石和地熱流體所含的熱量。中國是以中低溫為主的地熱資源大國，全國地熱資源潛力接近全球的8%。中國地熱資源遍布全國各地。據估算，中國深度2000米以?xún)鹊?a href="http://keyinmall.com/t/地熱.html" >地熱資源所含的熱 能相當于2500萬(wàn)億噸標準煤，初步估計可以開(kāi)發(fā)其中的500億噸。

    可再生能源系指具有自我恢復原有特性并可持續利用的一次能源，包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、地熱能、海洋能等非化石能源。地熱能是一種可 再生能源，可用于地熱發(fā)電和直接利用。我國在地熱能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)及裝備方面取得了長(cháng)足進(jìn)步，特別是在地熱供熱專(zhuān)用技術(shù)和裝備方面基本接近國際水平。但是，在世界范圍內還存在一些技術(shù)瓶頸，嚴重制約著(zhù)地熱能的高效和經(jīng)濟利用，尤其是地熱腐蝕和結垢問(wèn)題。

    一、地熱開(kāi)發(fā)利用的腐蝕問(wèn)題

    地熱流體的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，其腐蝕性成分主要有氯離子、溶解氧、硫酸根離子、氫離子、硫化氫、二氧化碳、氨、總固形物等，其中以氯離子的腐蝕性為最強，是引起碳鋼、不銹鋼及其它合金的孔蝕和縫隙腐蝕的重要條件。

    一般采用Langlier 飽和指數法、Ryznar 穩定指數法和Larson 指數法等判斷地熱水的腐蝕性。但是，氯離子對金屬的腐蝕作用還與溫度有關(guān)。溫度越高，腐蝕作用越強。另外，地下深層地熱水自然狀態(tài)下通常不含氧，流出地面 后空氣中的氧會(huì )溶解入地熱水，溶解氧也是地熱水中最常見(jiàn)、最重要的腐蝕性物質(zhì)。生產(chǎn)實(shí)踐表明，即使被判斷為不具有腐蝕或輕微腐蝕的地熱水，由于存在溶解氧 和地熱水溫較高等原因，實(shí)際生產(chǎn)中的腐蝕程度要嚴重得多。

    二、地熱開(kāi)發(fā)利用的結垢問(wèn)題

    地熱水結垢是地熱系統運行中普遍存在的現象，是影響地熱直接利用系統正常運行的重要問(wèn)題之一。地熱水流經(jīng)巖層時(shí)，在高溫、高壓的作用下，溶解了多種可 溶性礦物質(zhì)，當其通過(guò)系統時(shí)，附著(zhù)在系統設備和管道的內表面上，形成垢層。垢層的出現和增厚使系統內地熱流體的流動(dòng)阻力增大，出水量下降。而換熱器加熱壁 面上的結垢會(huì )導致傳熱效率下降，能耗增加，并有可能形成垢下腐蝕等，因此，直接影響地熱利用系統的正常高效運行。地熱水垢雖然有多種形式，但最普遍存在的 是碳酸鈣垢。據調研，日本、冰島以及我國西藏、北京、天津、河南、遼寧等國家和地區的地熱系統都存在不同程度的結垢現象。

    三、地熱防腐技術(shù)

    1、采用防腐涂層

    地大熱能地熱開(kāi)發(fā)研究人員介紹采用防腐涂層對碳鋼材料進(jìn)行保護，以實(shí)現既防腐又經(jīng)濟的目的，應用于地熱深井泵泵管及地熱板式換熱器上。 Sugama 等在低碳鋼換熱器管內表面上涂覆聚苯硫醚聚合物（polyphenylenesulphide，PPS）復合涂層，其中以聚四氟乙烯 （polytetrafluoroethylene，PTFE）作為抗氧化劑，碳化硅（silicon carbide，SiC）作為導熱劑，富含氧化鋁的鋁酸鈣（aluminumoxide-rich calcium aluminate，ACA）作為抗磨損劑，用于高溫地熱系統的抗腐蝕、抗氧化、抗磨損和抗垢。冼泰來(lái)發(fā)明了一種新地熱發(fā)電廠(chǎng)耐腐蝕多功能真空循環(huán)水倉， 為了防止地熱腐蝕，整個(gè)水倉涂有一層防腐涂層。

    2、設備及管道選材上考慮采用防腐材質(zhì)

    采用非金屬管材，如聚氯乙烯和玻璃鋼管等，不易腐蝕，但非金屬管材還存在承壓、耐熱、老化、接頭處理、造價(jià)等一些技術(shù)問(wèn)題。也可以采用不銹鋼及鈦材， 但是在高氯離子含量條件下，不銹鋼的耐腐蝕性并不比碳鋼強，溶解氧的存在會(huì )大大加快不銹鋼的腐蝕速率；

    采用鈦材不但造價(jià)高，而且對于換熱器的傳熱效率低。 也有研制鑄鐵盒式抗腐蝕換熱器，當流速降低時(shí)，盡管其抗腐蝕性能比不銹鋼板式換熱器高，但是傳熱系數比板式換熱器下降得快。當然，整個(gè)地熱系統采用耐腐蝕 金屬材料，可使地熱系統非?？煽?，但這種措施成本過(guò)高。

    3、充氮（隔氧密封）注硫（添加防腐抑制劑）技術(shù)

    針對一些防止氧腐蝕方法的不足和地熱供水系統氧腐蝕的問(wèn)題，提出在地熱井口充氮氣和在供水管道內注亞硫酸鈉化學(xué)藥劑法去除氧腐蝕的技術(shù)。但是這種方法需要向地熱井不斷補充氮氣，消耗氮氣資源；充氮裝置要嚴格密封；向地熱水添加的亞硫酸鈉藥劑易氧化；地熱水利用系統是開(kāi)放系統，排水量大，必須考慮添加化 學(xué)藥劑的成本；向地熱水添加化學(xué)藥劑亞硫酸鈉，藥物的積累可能污染地下水源。這些不足削弱了生產(chǎn)上實(shí)施的可行性。

    湖北地大熱能科技有限公司以“地熱服務(wù)全球”為理念，多年來(lái)致力于地熱開(kāi)發(fā)整體規劃，積極促進(jìn)地熱能的高效利用，通過(guò)地熱勘察、地熱鉆井等地熱資源開(kāi)發(fā)手段，將地熱能廣泛應用于溫泉規劃、地熱供暖、地熱發(fā)電、地熱農業(yè)。

    同時(shí)，為提高地熱能源的利用率，地大熱能為客戶(hù)提供地熱開(kāi)發(fā)一站式服務(wù)，為客戶(hù)提供地熱能綜合開(kāi)發(fā)的整體方案，形成地熱能開(kāi)發(fā)的全套熱規劃系統，使地熱資源能夠從高溫到低溫，從出水到尾水，按部就班地得到充分的利用，爭取將地熱能在利用過(guò)程中的熱效率損耗降至最低，極大地提高地熱能的利用效率，科學(xué)合理高效環(huán)保低利用地熱資源這種清潔的綠色能源。