若巴溫泉輸水管道結垢問題分析及處理辦法

王志剛(綿陽市川交公路規(guī)劃勘察設計有限公司，四川 綿陽 621000)

若巴溫泉輸水管道結垢問題分析及處理辦法

王志剛
(綿陽市川交公路規(guī)劃勘察設計有限公司，四川 綿陽 621000)

本文對昌都若巴溫泉管道結垢問題的原因進行分析，針對項目的特殊性，提出溫泉水質處理的方法，對高海拔、高寒地區(qū)的溫泉輸水工程有一定的借鑒意義。

溫泉管道；碳酸鈣垢；結垢

0 引言

昌都市卡若區(qū)若巴溫泉管道輸水工程將若巴鄉(xiāng)瓦美卡溫泉通過管道輸至卡若鎮(zhèn)溫泉酒店，設計流量1000m3/d；起點溫度60℃，止點溫度42℃；管道全線25.5km；提升段5km（DN125 不銹鋼管），4級泵站；重力自流段20.5km（DN100、DN125 CPVC管組合），7級消能，系統(tǒng)組成見圖1。2015年11月，管道運行20天左右，出現嚴重堵塞，經查是管道內壁水垢脫落導致堵塞。

圖1、管路系統(tǒng)簡圖

各建筑位置 表1建筑 海拔（m） 高差（m） 管長（m） 平均縱坡（%）山頂水池 4688 114 4919 2.3 1#消能間 4574 173 520 33.3 2#消能間 4401 181 787 23 3#消能間 4220 176 1004 17.5 4#消能間 4044 234 1360 17.2 5#消能間 3810 226 2030 11.1 6#消能間 3584 240 3980 6 7#消能間 3344 133 5812 2.3終端水池 3211

1 現狀

溫泉管道在2015年11月開始試運行，11月底，先是5#消能間排出泥狀沉淀物（圖2）；接著是3#出現溢流，檢查疏通時發(fā)現4#入口出現片狀沉淀物（圖3）；接著 2#、1#消能間出現溢流，開挖管道檢查，發(fā)現直管段被片狀堵塞（圖4），彎頭處被粉碎狀完全堵塞，管道停運。

圖2

圖3

圖4

2 原因分析

通過對堵塞情況調查，對水樣、垢樣進行送檢，管道結垢情況分析如下：

1）、各段管道結垢情況

溫泉水在泉水室內，沒有出現結垢現象，水質清澈；水泵提升段無明顯結垢現象；重力自流段，坡度大的段落結垢嚴重：山頂段結垢情況輕微，只有微量附著在管壁；5#消能間后結垢情況輕；1#消能間至4#消能間結垢最嚴重。

2）、水樣、垢樣分析

①、源水水質報告

根據溫泉水質報告，若巴溫泉水泉眼處，礦化度為 2558.2～2642.8mg/L，PH 值6.3～6.6，偏酸性，氟含量2.0～2.37mg/L，可溶性SiO2含量30.75～35.96mg/L，水質類型以SO4—Ca.Na型和SO4—Ca型為主。

②、水質對比

通過同時取水樣送檢，比較起點、山頂水池、止點三處水質，發(fā)現溫泉水在輸送過程中發(fā)生了變化：提升段，除Fe2+濃度下降大，水中其他成分含量略有變化；重力自流段，水質變化大，PH明顯升高，HCO3-點含量減少50%，Ca2+含量減少。

水源地水質成份 表2

③、垢樣檢測結果顯示，垢的成份為碳酸鹽。

綜合不同段落管道結垢情況和水樣、垢樣檢測結果，分析管道結垢的原因為：溫泉為地熱水，含有大量的Ca2+、游離CO2，為偏酸性，Ca2+在高濃度HCO3-溶液是溶解的；在提升段，為壓力環(huán)境，CO2依然溶于水，水中碳平衡處于左端， CO32-濃度很低；重力流階段，因管道壓力減小、變化激烈（坡度最陡處，易形成水塞流，管內的氣壓變化激烈），CO2因壓力變化和脫氣（瀑氣）作用而大量溢出，PH升高，水中碳平衡向右移，HCO3-減少，CO32-濃度上升，HCO3

-減少轉化為CO32-，當Ca2+濃度與CO32-濃度乘積大于 CaCO3的溶度積時（CaCO3為難溶物，溶度積極小），CaCO3濃便從溶液中析出，附著在管壁上，形成水垢，而 CPVC管道內壁光滑且熱膨脹系數大，停泵后，系統(tǒng)中水排干，空氣進入管道，溫度下降，因管道熱脹冷縮作用明顯，結垢層破損、脫落；再次運行時，脫落的結垢物向下運動，未能碎化，便在轉彎、坡度變化、減壓閥處堆積，堵塞管道。要達到防垢目的，需控制 CaCO3析出，即要控制水中HCO3-和Ca2+，對原水進行處理。

圖5 水中碳酸平衡與PH的關系[1]

3 水處理工藝分析

因本項目在高海拔、高寒地區(qū)，且水溫高，設備選型需充分考慮海拔、低溫對設備性能的影響；同時業(yè)主也提出了一些要求：工藝簡單、使用的化學品少，運行維護方便，水溫下降小于5℃，因此水處理工藝需整體考慮，放棄了脫氣塔（溫度損失大）和真空脫氣除 CO2（進水溫度 60℃，脫氣膜使用壽命短）。同時還需考慮到溫泉水中Ca2+、SO42-濃度都很大，應避免形成CaS04垢的可能。

通過分析結垢的原因，可知要控制結垢，關鍵在HCO3-和Ca2+控制，因Ca2+含量太高，處理成本巨大；而因CaCO3的溶解度太小，部分去除Ca2+，沒有意義去，所以排除以除鈣為目的的離子交換、納濾工藝；重點控制HCO3-，處理工藝如下：

工藝一：加鹽酸

加酸降低PH值至4.5，讓CO2溢出，消除HCO3-控制。實質是將Ca（HCO3）2轉化為CaCl2。反應原理如下：

工藝二：先加堿，再加酸回調PH

先加堿，提高PH值至12，促使CaCO3析出沉淀；再加酸回調PH至6。實質是將Ca（HCO3）2轉化為CaCO3預結垢（化學沉淀），回調PH的目的是保證CaS04的溶解度，因為CaS04的溶解度隨PH的降低而升高[2]。反應原理如下：

4 處理工藝

經分析比較，工藝二更為安全、合理，系統(tǒng)由沉淀池，加藥裝置，控制儀表系統(tǒng)，水泵等組成。工藝流程：泉水池→水泵提升→加堿→平流沉（淀沉淀時間2小時）→加酸回調PH→水箱。

本工藝去除全部HCO3-和40%的Ca2+，后期管道中因無HCO3-，管內壓力和脫氣作用不會產生CO32-，就消除管路中形成CaCO3管垢的風險；出水PH為6，為弱酸性，對不銹鋼管道和水泵無腐蝕；CaS04濃度小于40℃時CaS04的溶解度，管路中不會形成CaS04垢，可以達到原水處理的目的。

結語

本文對昌都若巴溫泉管道結垢問題的原因進行分析，針對項目的特殊性，以控制結垢為目的，分析了多種處理的方法，對高海拔、高寒地區(qū)的溫泉輸水工程有一定的借鑒意義。

［1］《工業(yè)水處理手冊技術問答》 化學工業(yè)出版

［2］尹忠 趙曉東 《油田化學》1994年第十一卷第4期

［3］《給排水設計手冊》第4冊 中國建筑工業(yè)出版社

G322

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1007-6344（2016）04-0343-02

王志剛(1983.2)，男，籍貫：四川，本科，工程師，主要從事給排水設計工作。