若巴温泉输水管道结垢问题分析及处理办法

王志刚(绵阳市川交公路规划勘察设计有限公司，四川 绵阳 621000)

若巴温泉输水管道结垢问题分析及处理办法

王志刚
(绵阳市川交公路规划勘察设计有限公司，四川 绵阳 621000)

本文对昌都若巴温泉管道结垢问题的原因进行分析，针对项目的特殊性，提出温泉水质处理的方法，对高海拔、高寒地区的温泉输水工程有一定的借鉴意义。

温泉管道；碳酸钙垢；结垢

0 引言

昌都市卡若区若巴温泉管道输水工程将若巴乡瓦美卡温泉通过管道输至卡若镇温泉酒店，设计流量1000m3/d；起点温度60℃，止点温度42℃；管道全线25.5km；提升段5km（DN125 不锈钢管），4级泵站；重力自流段20.5km（DN100、DN125 CPVC管组合），7级消能，系统组成见图1。2015年11月，管道运行20天左右，出现严重堵塞，经查是管道内壁水垢脱落导致堵塞。

图1、管路系统简图

各建筑位置 表1建筑 海拔（m） 高差（m） 管长（m） 平均纵坡（%）山顶水池 4688 114 4919 2.3 1#消能间 4574 173 520 33.3 2#消能间 4401 181 787 23 3#消能间 4220 176 1004 17.5 4#消能间 4044 234 1360 17.2 5#消能间 3810 226 2030 11.1 6#消能间 3584 240 3980 6 7#消能间 3344 133 5812 2.3终端水池 3211

1 现状

温泉管道在2015年11月开始试运行，11月底，先是5#消能间排出泥状沉淀物（图2）；接着是3#出现溢流，检查疏通时发现4#入口出现片状沉淀物（图3）；接着 2#、1#消能间出现溢流，开挖管道检查，发现直管段被片状堵塞（图4），弯头处被粉碎状完全堵塞，管道停运。

图2

图3

图4

2 原因分析

通过对堵塞情况调查，对水样、垢样进行送检，管道结垢情况分析如下：

1）、各段管道结垢情况

温泉水在泉水室内，没有出现结垢现象，水质清澈；水泵提升段无明显结垢现象；重力自流段，坡度大的段落结垢严重：山顶段结垢情况轻微，只有微量附着在管壁；5#消能间后结垢情况轻；1#消能间至4#消能间结垢最严重。

2）、水样、垢样分析

①、源水水质报告

根据温泉水质报告，若巴温泉水泉眼处，矿化度为 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，水质类型以SO4—Ca.Na型和SO4—Ca型为主。

②、水质对比

通过同时取水样送检，比较起点、山顶水池、止点三处水质，发现温泉水在输送过程中发生了变化：提升段，除Fe2+浓度下降大，水中其他成分含量略有变化；重力自流段，水质变化大，PH明显升高，HCO3-点含量减少50%，Ca2+含量减少。

水源地水质成份 表2

③、垢样检测结果显示，垢的成份为碳酸盐。

综合不同段落管道结垢情况和水样、垢样检测结果，分析管道结垢的原因为：温泉为地热水，含有大量的Ca2+、游离CO2，为偏酸性，Ca2+在高浓度HCO3-溶液是溶解的；在提升段，为压力环境，CO2依然溶于水，水中碳平衡处于左端， CO32-浓度很低；重力流阶段，因管道压力减小、变化激烈（坡度最陡处，易形成水塞流，管内的气压变化激烈），CO2因压力变化和脱气（瀑气）作用而大量溢出，PH升高，水中碳平衡向右移，HCO3-减少，CO32-浓度上升，HCO3

-减少转化为CO32-，当Ca2+浓度与CO32-浓度乘积大于 CaCO3的溶度积时（CaCO3为难溶物，溶度积极小），CaCO3浓便从溶液中析出，附着在管壁上，形成水垢，而 CPVC管道内壁光滑且热膨胀系数大，停泵后，系统中水排干，空气进入管道，温度下降，因管道热胀冷缩作用明显，结垢层破损、脱落；再次运行时，脱落的结垢物向下运动，未能碎化，便在转弯、坡度变化、减压阀处堆积，堵塞管道。要达到防垢目的，需控制 CaCO3析出，即要控制水中HCO3-和Ca2+，对原水进行处理。

图5 水中碳酸平衡与PH的关系[1]

3 水处理工艺分析

因本项目在高海拔、高寒地区，且水温高，设备选型需充分考虑海拔、低温对设备性能的影响；同时业主也提出了一些要求：工艺简单、使用的化学品少，运行维护方便，水温下降小于5℃，因此水处理工艺需整体考虑，放弃了脱气塔（温度损失大）和真空脱气除 CO2（进水温度 60℃，脱气膜使用寿命短）。同时还需考虑到温泉水中Ca2+、SO42-浓度都很大，应避免形成CaS04垢的可能。

通过分析结垢的原因，可知要控制结垢，关键在HCO3-和Ca2+控制，因Ca2+含量太高，处理成本巨大；而因CaCO3的溶解度太小，部分去除Ca2+，没有意义去，所以排除以除钙为目的的离子交换、纳滤工艺；重点控制HCO3-，处理工艺如下：

工艺一：加盐酸

加酸降低PH值至4.5，让CO2溢出，消除HCO3-控制。实质是将Ca（HCO3）2转化为CaCl2。反应原理如下：

工艺二：先加碱，再加酸回调PH

先加碱，提高PH值至12，促使CaCO3析出沉淀；再加酸回调PH至6。实质是将Ca（HCO3）2转化为CaCO3预结垢（化学沉淀），回调PH的目的是保证CaS04的溶解度，因为CaS04的溶解度随PH的降低而升高[2]。反应原理如下：

4 处理工艺

经分析比较，工艺二更为安全、合理，系统由沉淀池，加药装置，控制仪表系统，水泵等组成。工艺流程：泉水池→水泵提升→加碱→平流沉（淀沉淀时间2小时）→加酸回调PH→水箱。

本工艺去除全部HCO3-和40%的Ca2+，后期管道中因无HCO3-，管内压力和脱气作用不会产生CO32-，就消除管路中形成CaCO3管垢的风险；出水PH为6，为弱酸性，对不锈钢管道和水泵无腐蚀；CaS04浓度小于40℃时CaS04的溶解度，管路中不会形成CaS04垢，可以达到原水处理的目的。

结语

本文对昌都若巴温泉管道结垢问题的原因进行分析，针对项目的特殊性，以控制结垢为目的，分析了多种处理的方法，对高海拔、高寒地区的温泉输水工程有一定的借鉴意义。

［1］《工业水处理手册技术问答》 化学工业出版

［2］尹忠 赵晓东 《油田化学》1994年第十一卷第4期

［3］《给排水设计手册》第4册 中国建筑工业出版社

G322

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1007-6344（2016）04-0343-02

王志刚(1983.2)，男，籍贯：四川，本科，工程师，主要从事给排水设计工作。