摘要
在新开发的利用地热井供暖系统中，需要通过多次多井的回灌实验，提取更为精确的回灌数据，从而选取最佳回灌井。地热井使用一段时间后，需通过采灌互倒的形式，调整灌井与采井。传统的回灌装置设置以建设项目为主导，不能较好的统筹考虑钻探施工、地热井钻井工艺构造、前期的回灌试验验证和使用过程中的地热井维护等因素，此外，固定式回灌装置存在占地面积大，投资代价高，安装维护复杂等问题。为此，研制了一种移动式地热尾水回灌装置，此装置结构简单，能够实现整体移动、快速安装、快速转场，提供多级过滤并辅助加压的回灌方式。
地热是清洁可再生能源，用于城市供暖有利于节能减排、治污减霾，可降低城市热岛相
传统的回灌装置是以项目建设为主导，不能较好的统筹考虑钻探施工、地热井井身结构，以及后期地热井维护等因素，工艺匹配性不高，导致前期投资资金大，后期维护不方便等。而且占地面积大，功率消耗多，监测环节多，无法移动，无法在对采、灌井进行必要调整时，适应现场回灌条
本文以陕西地区某国有企业在关中区域地热能供暖项目为基础，研发了移动式地热尾水回灌装置。该装置能够顺利完成现场回灌试验，适用于地热井回灌，根据实际地热水质、颗粒物化验报告选用相应过滤精度的滤芯，有效过滤地热供暖尾水中的微生物、铁锈及其它杂质，达到清洁回灌、保护地热井的目的，并可进一步降低使用过程及后期维护保养成本。
移动式地热尾水回灌装置的回灌工艺流程如
图1 移动式地热尾水回灌装置的回灌工艺流程
Fig.1 Reinjection process of mobile geothermal tail water reinjection device
（1）旁通，即可不经过过滤的情况下进行自然回灌或加压回灌；
（2）粗过滤，即只经过粗过滤的情况下进行自然回灌或加压回灌；
（3）精过滤，即只经过精过滤的情况下进行自然回灌或加压回灌；
（4）先粗后精，即先经过粗过滤再精过滤的情况下进行自然回灌或加压回灌。
整套系统可测量进出水温度、压力，粗、精过滤两个系统的进出水压力，出水流量。粗、精过滤两个系统的出水总管设有自动排气阀、过滤系统末端设有集气排气装置，安全可靠。设有自动反冲洗装置，根据粗、精过滤两个系统的进出水压力差自动开启反冲洗程序。在不停机时实现自动反冲洗，时刻确保滤芯的过滤量，从而增加滤芯使用寿命。设有加药装置，在滤芯通过自动反冲洗后无法达到过滤量，或可根据实际情况提前使用加药装置，通过药水浸泡滤芯，有效分解、去除附着于滤芯的杂质。设有加压装置，地热井在热储条件差、裂隙不发育、位于断裂带较远位置的回灌井则需通过加压回灌。
地热尾水回灌装置主要由过滤系统、反冲洗系统、加药系统、加压系统、电气控制系统以及移动房等部分组成。装置布置如
图2 地热尾水回灌装置布置
Fig.2 Layout of geothermal tail water reinjection device
1—电控柜；2—精过滤装置；3—粗过滤装置；4—取水口；5—排气装置（设有DN50自动排气阀）；6—DN250电动转换阀门；7—加药装置（设有加药机）；8—气体反冲洗装置（设有空压机）；9—加压装置（设有立式加压泵）；10—DN250手动转换阀门（设有DN250铸钢法兰蝶阀×9）；11—流量测量装置（设有DN250电磁流量计）；12—数显压力测试装置（设有压力变送器×6）；13—机械压力测试装置（设有压力表×6）；14—机械测试温度装置（设有温度计×2）；15—数显温度测试装置（设有温度变送器×2）；16—水处理装置；17—电动进气装置；18—自动进出水装置；19—气动排污装置；20—DN80进出水支路，排污管路；21—DN100排水汇集管出口；22—DN25丝扣球阀加药口；23—加药口;24—进水口；25—出水口；26—配电室
整个回灌装置安装于移动房内，移动房底盘、框架选用120 mm槽钢。底板、双立柱和顶板为主框架，其中，底板为5 mm花纹板，双立柱为60 mm方管，顶板为60 mm方管。此外，选用50角钢拉筋，3 mm开平板作拱，增加了移动房整体的刚度，并设置有隐藏式吊耳，方便现场吊装。移动房房顶铺设防渗层，增强了在户外作业的耐久性。墙体为3 mm瓦楞板焊接，并配有集装箱箱门，开合空间大，方便作业人员现场操作。
围绕地热尾水回灌研发的移动式地热尾水回灌装置参数如
| 参数名称 | 设计参数 |
|---|---|
| 整机外形尺寸(长×宽×高)/mm | 8500×2400×2700 |
| 整机质量/t | 9.3 |
| 系统压力/MPa | 1.2 |
| 过滤网目数/目 | 60~80 |
|
最大回灌量/(m³· | 300 |
| 滤芯精度/μm | 10/40 |
| 加药箱容积/L | 300 |
| 动力/V | 380 |
本装备采用处理→过滤→排气→（加压）→回灌等步骤完成回灌作业，同时通过电控系统实现数据的实时采集和监控。
经过系统热提取后的地热尾水经回水管道进入电子综合水处理仪，电子综合水处理仪对地热尾水进行防垢除垢、杀菌灭藻后，尾水经主管道进入过滤系统，并采用阀门控制各分支过滤器，根据需要选用相应数量的分支过滤器（不使用的通过阀门关闭）；流入排气罐进行排气，同时粗过滤与细过滤滤筒上部均安装DN25自动排气阀；完成过滤、排气后回灌水经过加压泵加压至回灌井，同时设置旁通管，当回灌井内压力小于回水压力时可以不经过加压泵直接回灌。
总回水管、总回灌管上安装电磁流量计对地热水流量进行记录。滤筒出水管、排水管、进气管采用电动或气动阀，管路上多处安装温度、压力传感器，通过自控系统实现就地及远程操控回灌模式切换、运行自动反冲洗程序。
过滤系统由粗过滤、精过滤两个分支系统组成。两组系统通过阀门转换实现单组工作，并根据工况要求是否使用加压系统也可通过阀门转换实现，并设有旁通管道，即在不需要过滤、不加压的情况下实现回灌工作，同时每单支过滤筒可通过阀门转换实现单独或任意组合状态回灌工作。粗、精过滤各由4支不锈钢滤筒组成，每支滤筒采用垂直安装，下进上出原理，使用DN80电动对夹蝶阀控制开合，顶部设置DN25电动球阀，作为反冲洗进气口，下部设置DN80电动铸钢法兰蝶阀，作为反冲洗排气口。进出水口均使用斜入式，可以有效降低水流对滤芯的冲击。
以粗过滤系统中CL-1（粗滤筒1）为例：开合回灌装置过滤系统中相应主路上的DN250手动蝶阀，实现单支滤筒工作状态下的回路。DN250电动蝶阀开合设置与加压泵同步，加压泵关闭状态，DN250电动蝶阀打开状态，加压泵打开状态，DN250电动蝶阀关闭。CL-2（粗滤筒2）、CL-3（粗滤筒3）、CL-4（粗滤筒4）3支滤筒均为关闭状态，CL-1关闭CL-1-JQ-DN25-DD-1（粗滤筒1进气电动蝶阀）、CL-1-PQ-DN80-QD-1（粗滤筒1排气气动蝶阀），打开CL-1-JS-DN80-DD-1（粗滤筒1进水电动蝶阀）、CL-1-CS-DN80-DD-1（粗滤筒1出水电动蝶阀），实现单支滤桶过滤。
反冲洗系统工作要根据回灌尾水的水质浑浊情况，利用滤筒进出口压差变化，通过控制系统设定反冲洗时间，原则上按照系统连续运行每4 h反冲洗一次或按照压差实现自动反冲洗。反冲洗结合微油螺杆空压机的工作压力0.8 MPa，实现每次单筒冲洗。
反冲洗举例说明：以CL-1为例，不停机反冲洗。首先打开空压机出气口的DN20手动球阀，关闭进出水阀。使用电控系统打开DN25电动进气阀，保持DN25电动进气阀打开，此时CL-1其余3个阀门关闭状态，粗过滤系统其它3支滤筒上的阀门均为打开正常工作状态。根据空气压缩机压力传感器读数，当气压为0.5 MPa时，打开气动排水阀，同时排气排水。排空后关闭DN25电动进气阀，打开出水阀，系统压力反压过滤水进入CL1滤筒，排水阀保持打开，实现反冲洗30 s，关闭排水阀，充满水后打开进水阀进行正常运行。
加药系统主要为两进两出方式，进水端接口为粗过滤、精过滤系统出水总管道下部预留的DN25球阀，出水端接口为粗过滤、精过滤系统进水总管道上部预留的DN25球阀。通过控制DN25球阀，选择加药的过滤系统。加药时必须停止系统运行。
首先关闭粗过滤系统进水总管道上的DN25球阀，打开粗过滤系统出水总管道上的DN25球阀，系统的过滤水经过DN25软管至加药装置过滤器再次过滤后进入加药箱，水位上升至浮球阀设置的液面后，加水工作停止（关闭粗过滤系统出水总管道上的DN25球阀）按照要求配比向加药箱内加药。关闭主管道上对应的DN250手动蝶阀，使加药装置与粗过滤系统行成密闭空间。打开气动DN80排水阀将系统内的水进行排放，排放完成后关闭排水阀。打开粗过滤系统进水总管道上的DN25球阀，打开粗过滤系统出水总管道上的DN25球阀，打开加药装置的水泵，由加药箱将药水抽出流入粗过滤系统，为减少加药软管压力，加药时形成开放式回路，当加药箱进水口出水时，表示加药完成。（设置浮球开关液位计，水位下降至浮球开关液位计设置的位置后，水泵自动停止工作，避免水泵电机空载运行），当水量不足时，需加注清水，直至加药箱进水口出水。浸泡1 h以上，实现对滤芯进行加药处理。
加药工作完成后，打开加药箱排水阀，将药水排出回灌系统。打开粗过滤系统进水总阀（手动DN250蝶阀），其余对应手动阀门仍为关闭状态。打开进水泵进水，打开各个粗过滤滤筒排水阀排水五分钟，完成管道清洗工作。当有清水源或市政水源时，接入清水源进行管道清洗，完成整套加药工作。
通常状态下，系统压力可以满足回灌要求时不予使用加压系统，当系统压力不足时使用加压泵对过滤后的地热尾水进行加压，并将承压尾水通过加压泵回灌至回灌井内，加压系统由自动控制柜直接控制，并可切换自动或手动控制模式。
深井回灌电气控制系统界面如
图3 控制系统主界面
Fig.3 Main interface of control system
在陕西关中区域，移动式地热尾水回灌装置在以提取实验数据为主的前提下，运行了一个采暖季，同时结合工程实际，利用便于转场运输这一优越性，还在多个回灌站场进行转场应用，并做了采井、灌井的互倒。移动式回灌装置回灌现场如
图 4 回灌装置回灌现场
Fig.4 Site operation of reinjection device
（1）以陕西某国有企业在关中区域地热能供暖项目为基础，研发了移动式地热尾水回灌装置。应用该装置，可有效提高地热尾水回灌的自动化水平，为我国今后合理开发地热资源及可持续发展提供了一种新的技术方法。
（2）该系统以PLC为控制器，最大回灌量可达300 m³/h。地热尾水经过电子综合水处理仪，可以实现旁通、粗过滤、精过滤、以及先粗后精共计4种工况的应用。设计了深井回灌电气控制系统人机界面，可以实现传感器参数的采集和显示的自动化控制。
（3）在陕西关中区域的工程应用取得了良好的效果，达到了项目试验目的。
（4）后续将进一步深入研究，实现实验数据的自动存储，完善远程控制功能，实现无人化值守。
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