城镇地热供热工程技术规程 [附条文说明] CJJ138-2010

3  设计基本规定

3．1  一般规定

  3．1．1  地热供热工程设计前，必须对工程场地及周边状况等资料进行搜集和调查。

3．1．2  地热供热工程应依据地热资源勘查部门所提供的资源可采储量及地热井参数进行设计。主要参数应包括地热流体稳定条件下的温度、流量、压力或水位。

3．1．3  地热供热设计应确定地热供热负荷、调峰负荷、供热工艺流程和地热井井泵选型。

3．1．4  地热供热系统设计与能源配置应考虑下列措施：

    1  采用地热梯级综合利用形式；

    2  设置调峰系统；

    3  采用蓄热储能系统；

    4  采用自动控制装置；

    5  采用低温高效的末端装置。

3．1．5  中、低温地热田供热工程设计，地热资源可开采量的保证程度应按现行国家标准《地热资源地质勘查规范》GB 11615的有关规定执行。

3．2  热负荷

  3．2．1  地热用户采暖通风与空气调节设计热负荷的确定应按国家现行标准《采暖通风与空气调节设计规范》GB 50019、《城市热力网设计规范》CJJ 34、《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》JGJ 26和《公共建筑节能设计标准》GB 50189的规定执行；既有建筑应按调查实际热负荷确定；生活热水设计热负荷应按现行国家标准《建筑给水排水设计规范》GB 50015的规定执行。

3．2．2  地热供热系统设计应以地热承担基本热负荷，辅助能源承担调峰热负荷。热负荷应按下列规定计算：

    1  地热基本热负荷应按下式计算：

  式中：Qd——基本热负荷(kW)；

     Gd——地热井开采量(m3/h)；

     ρp——地热流体的密度(kg/m3)；

     Cp——地热流体的定压比热[kJ/(kg·℃)]；

     tdi——地热流体供水温度(℃)；

     tdo——无调峰装置时地热流体回水温度(℃)。

    2  调峰热负荷应按下式计算：

 Qt＝Q－Qd      (3．2．2-2)

  式中：Qt——调峰热负荷(kW)；

     Q——设计热负荷(kW)。

3．3  地热利用率

  3．3．1  地热利用率应按下式计算：

  式中：η——地热利用率；

     Qs——地热实际利用热量(kW)；

     Qmax——地热最大可供热量(kW)；

     t1——地热稳定流温(℃)；

     t2——地热流体排放温度(℃)；

     t0——当地年平均气温(℃)。

3．3．2  地热利用率不应小于60％。

4  地热供热系统

4．1  直接供热系统

  4．1．1  当地热水水质符合供热水质标准，或供热系统及末端装置采用非金属材料并不会产生结垢堵塞时，可采用地热直接供热系统。

4．1．2  地热直接供热系统应由热源、输配系统、末端装置组成（图4．1．2）。热源部分应包括地热开采井、回灌井等。

图4．1．2 地热直供系统工艺流程示意

1－开采井；2－回灌井；3－温控阀；4－循环泵；5－热用户

4．2  间接供热系统

  4．2．1  城镇地热供热工程宜采用间接供热系统。

4．2．2  地热间接供热系统由热源、输配系统、末端装置组成（图4．2．2）。热源部分应包括地热开采井、回灌井、换热器等。

4．2．3  温度较高的地热流体应采用高温段和低温段适合的末端设备实现地热能梯级利用。

  图4．2．2 地热间供系统工艺流程示意

1－开采井；2－回灌井；3－换热器；4－循环泵；5－热用户

4．3  调峰系统

  4．3．1  地热供热工程应设置调峰系统（图4．3．1）。

图4．3．1 地热供热调峰系统工艺流程示意

1－开采井；2－回灌井；3－换热器；4－循环泵；5－热用户；6－调峰热源

  4．3．2  调峰热源宜采用水源热泵，燃煤、燃气、燃油锅炉，城市集中供热热源等。

4．3．3  设计调峰热负荷应依据地域气象条件、地热利用率、技术经济等因素确定。调峰负荷宜占总负荷的20％～40％。

4．3．4  启动调峰系统的室外温度应按下式计算：

  式中：twk——启动调峰系统的外界空气温度(℃)；

     tn——采暖室内计算温度(℃)；

     Qd——基本热负荷(kW)；

     Qn——设计热负荷(kW)。

     t＇w——采暖室外设计温度(℃)。

5  地热井泵房

5．1  土建

 5．1．1  地热井泵房位置选择和总平面布置应符合下列要求：

    1  应满足城镇规划和小区总体规划要求；

    2  应有维修场地和较好的通风采光条件；

    3  地热尾水应有排放去处。

5．1．2  地热井泵房建筑应符合下列要求：

    1  井泵房宜采用地上独立建筑；

    2  井泵房与周边建筑间距不应小于10m，并应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016和《声环境质量标准》GB 3096的规定。

5．1．3  自流井严禁采用地下或半地下井泵房。

5．1．4  地上式井泵房建筑应符合下列要求：

    1  平面布置应满足工艺和管理要求；

    2  井泵房室内地面应做排水明沟；

    3  井泵房地面标高应高于室外地面200mm；

    4  积水坑自流排水管管径应满足地热井出水量；

    5  应设置起重设备，并应符合下列要求：

        1) 当采用移动式起重设备时，室内净高不应小于4.0m，且应在与井口垂直的屋顶设置不小于1.0m×1.0m的吊装孔；

        2) 当采用固定式起重设备时，室内净高不应小于6m；

        3) 吊装孔可设计为活动盖板；

    6  井泵房内应设置机械通风装置；

    7  地热井中心线至内墙面的间距不应小于1.5m。

5．1．5  地下或半地下式井泵房的建筑除应符合本规程第5．1．4条中第1、2款和第4～7款的有关规定外，还应符合下列要求：

    1  井泵房屋顶应设置井泵提升孔、进出人孔、进气孔及排气孔，并做防水；进气孔、排气孔管道室外部分均应设防雨、防尘帽，并在附近设置警示标志；

    2  进气孔管道应高出室外地面300mm，排气孔管道应高出室外地面500mm；

    3  室内排水沟末端应设置集水坑，并应安装自动潜水排污泵；

    4  进出泵房的各种管道、电缆应预埋穿墙防水套管；

    5  地下式井泵房不应建在其他建筑物之下。

5．1．6  当地热井水温超过45℃时，地下或半地下式井泵房必须设置直通室外的安全通道。

5．2  井泵

 5．2．1  地热井井泵的选型应符合下列要求：

    1  应满足地热流体的温度和腐蚀性要求，宜采用耐热潜水电泵或长轴深井热水泵；

    2  井泵的选型应根据地热井的温度、流量、水质、动水位、静水位、井口出水压力等要求确定，并应符合下列要求：

        1) 井泵的流量应根据单井的流量－降深曲线（Q－S曲线）确定，并考虑发展余量；

        2) 井泵的扬程应按下式计算：

  式中：H——井泵的扬程(m)；

     H1——动水位液面到泵座出口测压点的垂直距离(m)；

     H2——系统所需的扬程(m)；

     V——流体流速(m/s)；

     g——重力加速度(m/s2)；

     h——井内泵管的沿程阻力损失(m)。

5．2．2  地热井泵宜配置变频控制装置。

5．2．3  井泵管的设计应符合下列要求：

    1  井泵的吸入口必须位于动水位下8m～10m处；

    2  地热流体腐蚀性轻的地热井，井泵管的连接可采用法兰连接；腐蚀性严重的地热井，应选用特种石油套管并采用管螺纹连接；

    3  井泵管应安装水位测量管；

    4  井泵管表面应涂敷聚氨酯漆或环氧树脂漆等防腐涂料。

5．2．4  每年供热期结束后应对地热井泵进行检修。

5．3  井口装置

  5．3．1  地热井应根据地热流体压力和温度的不同，分别采用不同类型的井口装置。温度超过70℃或压力超过0.1MPa的自流地热井，应采用防喷型井口装置。

5．3．2  当地热流体含有天然气或其他有害气体时，井口应安装气水分离器。

5．3．3  地热井口装置应满足下列要求：

    1  能承受所需的温度、压力；

    2  密封性良好；

    3  满足井管伸缩；

    4  配置测量流体温度、压力和流量的仪表；

    5  能适应更换泵型规格的要求；

    6  井口顶盖应具备可开启的水位测量孔。

5．3．4  井口宜设置微正压氮气保护系统，且充氮装置应设置自动压力控制设备。

5．4  地热流体除砂

  5．4．1  当地热水含砂量的容积比大于0.05‰时，井口应设置除砂器。

5．4．2  除砂器的选型应符合能耗低、排砂方便、流体温度降低少、地热流体不与空气接触等要求。

6  地热供热站

6．1  土建

  6．1．1  地热供热站宜靠近用热负荷中心，其位置的选择、总平面布置和建筑应符合本规程第5．1．1、5．1．2条的规定。

6．1．2  地上式供热站的建筑与结构应符合下列要求：

    1  平面布置应满足工艺要求；

    2  功能分区应明确且管理方便；

    3  供热站设备间地面应设排水明沟；

    4  外墙上应预留大型设备安装和维修时用的哑口；

    5  地热流体含有有毒气体时，应设置机械通风装置。

6．1．3  地下或半地下式供热站的建筑与结构除应符合本规程第6．1．2条的规定外，还应符合下列要求：

    1  设备间排水明沟末端应设置集水坑，并应设置自动潜水排污泵；

    2  进出供热站的各种管道、电缆应预埋穿墙防水套管；

    3  出入通道或在屋顶开设备吊装孔的尺寸应满足设备最大组件的运输要求；

    4  对于自流井，供热站必须与井口泵房隔离，两者之间不得设连接通道和开放型连接管道，也不得共用排污沟。

6．2  供热站设备

  6．2．1  换热器的选用应符合下列要求：

    1  应传热性能好、流通阻力小、耐腐蚀，在使用压力和温度下安全可靠；

    2  换热器应根据地热水温和水质选型及选材；

    3  地热供热系统宜选用板式换热器，对于高温、高压的地热供热系统应采用管壳式换热器；

    4  换热器进口处应设置过滤器。

6．2．2  热泵的选用应符合下列要求：

    1  热泵机组应根据工艺要求选型；

    2  对于有腐蚀性的地热流体，可选用耐腐蚀材料制造的热泵机组换热设备，或采用换热器将热泵机组与地热流体隔开的工艺流程；

    3  热泵机组应设置控制低温热源进水温度的自动控制装置。

6．2．3  储水装置应符合下列要求：

    1  根据工艺要求和场地情况，可采用水箱、水罐或蓄水池；

    2  选材应考虑地热流体的温度和腐蚀性；当采用钢制储水装置时，装置内部应进行防腐处理，且防腐处理应按国家现行有关标准执行；

    3  储水装置应采取保温措施；

    4  储水装置应设置溢流、泄水、放气口，并应设置温度及液位传感器；

    5  在地下式或半地下式供热站，储水装置必须设置直通室外的排气通道，不得将气体排至供热站内；

    6  储水装置应设置自动补水和水位高低限报警装置。

6．3  供热站供配电

  6．3．1  地热供热系统配电设备及配电线路的选择与安装应按现行国家标准《低压配电设计规范》GB 50054和《通用用电设备配电设计规范》GB 50055的规定执行。

6．3．2  地热供热站、地热井泵房的防雷设计应按现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057的规定执行。

7  地热供热管网与末端装置

7．1  地热供热管网

  7．1．1  地热供热管网的设计和施工应按现行行业标准《城市热力网设计规范》CJJ 34和《城镇供热管网工程施工及验收规范》CJJ 28的规定执行。

7．1．2  地热供热管道宜采用直埋敷设，并应符合现行行业标准《城镇直埋供热管道工程技术规程》CJJ/T 81的规定。

7．1．3  地热水输送管道应根据地热流体的化学成分，按其腐蚀性、结垢等特点，选用安全可靠的管材，并应符合国家现行标准的规定。当采用非金属管材时，其性能应符合本规程附录A的要求。

7．2  末端装置

  7．2．1  地热供热系统末端装置的设计应符合国家现行标准《采暖通风与空气调节设计规范》GB 50019、《地面辐射供暖技术规程》JGJ 142的规定。

7．2．2  地热供热系统末端装置的设计应与地热供热站设计统筹考虑，设计参数和系统形式应经过技术经济比较后确定。

7．2．3  地热供热系统末端装置的形式与供水温度可按表7．2．3选取。

表7．2．3 地热供热系统末端装置形式与供水温度

  7．2．4  地热供热系统的末端设备应设置室内温度调节装置，并应按户设置热计量或热量分摊装置。

9  地热系统防腐与防垢

9．1  一般规定

  9．1．1  地热供热工程防腐设计必须依据国家认定部门检测的水质全分析报告，报告的内容和格式可按本规程附录B的要求执行。

9．1．2  地热流体的腐蚀性和结垢性应依据水质分析报告或进行试验确定，并应符合下列要求：

    1  当地热流体中氯离子(Cl-)毫克当量百分数小于或等于25％时，宜按雷兹诺指数(RI)判定地热流体的结垢性，雷兹诺指数的计算方法和结垢性判定应符合本规程附录C的有关规定；

    2  当地热流体中氯离子(Cl-)毫克当量百分数大于25％时，宜按拉申指数(LI)判定地热流体的结垢性；拉申指数的计算方法和结垢性判定应符合本规程附录D的有关规定；

    3  地热流体的腐蚀性可按拉申指数判定，腐蚀性判定应符合本规程附录D的有关规定。

9．1．3  设备和管道的外防腐应按现行行业标准《化工设备、管道外防腐设计规定》HG/T 20679的有关规定执行。

9．2  防腐措施

  9．2．1  当地热流体具有腐蚀性时，应采取下列防腐措施之一或同时采用两种以上措施：

    1  采用有换热器的间接供热系统；

    2  采用防腐材料；

    3  系统隔绝空气；

    4  地热流体接触的金属表面涂敷防腐涂料；

    5  电化学防腐。

9．2．2  与有腐蚀性地热流体直接接触的管道或容器，宜采用非金属材料，并应符合下列要求：

    1  室外输送地热流体的管道，宜采用适合该流体温度和压力的玻璃钢材料；

    2  地热流体储存容器，宜采用内衬防腐材料的钢罐或采用玻璃钢材料；

    3  室内地热流体输送管道，可根据现行行业标准《地面辐射供暖技术规程》JGJ 142的要求选用。

9．2．3  当采用间接供热系统时，换热器前与地热流体直接接触的管道或设备，应采取隔绝空气或采取井口充氮气的防腐措施。

9．2．4  受流体高速冲击、易磨蚀的部件和转动的部件，其金属表面不应采用涂敷防腐涂料的防腐方法。

9．2．5  严禁采用在地热流体中添加防腐剂的防腐处理方法。

9．2．6  当地热供热系统采用金属材料时，防腐设计应符合下列要求：

    1  金属板之间的连接不宜采用叠接方式；

    2  除必须采用法兰连接的设备、阀门外，其他设备应采用焊接；

    3  设备停运时，应能将地热流体完全排净；

    4  应选择合理的介质流速；

    5  易损件应便于更换。

9．3  防垢除垢措施

  9．3．1  对结垢性的地热流体，应对与地热流体直接接触的设备采取防垢或阻垢措施。

9．3．2  阻垢可采用增压法、化学法或物理阻垢法。

9．3．3  回灌系统严禁使用化学法阻垢。

9．3．4  除垢可采用化学清洗、水力破碎和机械除垢等方法。

12  地热回灌

12．1  一般规定

  12．1．1  地热供热系统应采取回灌措施。受污染的地热流体严禁回灌。

12．1．2  地热回灌应采用原水同层回灌。当采用异层回灌时，必须进行回灌水对热储及水质的影响评价。

12．2  系统设计

  12．2．1  地热回灌系统必须是一个完整的封闭系统。回灌可采用真空回灌、自然回灌或加压回灌等方式。

12．2．2  地热回灌系统应包括井泵房、井口装置、地热回灌监测装置、水质净化过滤装置、排气装置、加压装置、进排水管路等。

12．2．3  回灌井井口必须安装水位、水温、流量、压力等动态监测仪器仪表。

12．2．4  回灌管网应能保证空气的排出和清洗方便。

12．2．5  回灌水应进行过滤处理，并应符合下列要求：

    1  对基岩型热储层，回灌过滤精度应达到50μm；

    2  对孔隙型热储层，过滤精度应达到3μm～5μm。

12．3  系统运行前准备

  12．3．1  回灌前应对系统装置进行检查，并应符合下列要求：

    1  开采井、回灌井的井口动态监测仪器仪表正常；

    2  回灌系统电源、设备和阀门状态正常；

    3  回灌管网已密闭；

    4  必须将生活热水尾水或其他被污染的地热水与回灌水分离，不得将其混入回灌水中。

12．3．2  回灌前应对系统管路进行彻底冲洗，冲洗时间应以目测冲洗排水的透明度与原水相同时为合格。

12．4  系统运行

  12．4．1  回灌过程中应定期对开采量、回灌量、井口压力及水质进行动态监测。人工测量水位的测量管应只在动态监测时开启，测量结束后应及时关闭。回灌系统动态监测数据表可按本规程附录E的要求执行。

12．4．2  回灌开始后，应及时检查整个回灌系统的密封情况，定期检查排气罐和过滤装置是否正常。

12．4．3  判断回灌井发生堵塞时应及时采取有效措施，回灌堵塞的判别及处理措施应符合本规程附录F的规定。

12．4．4  当采用加压回灌时，回灌压力与流量应经过回灌试验确定。

12．4．5  当过滤装置两端的压差达到50kPa～60kPa时，应进行清洗或更换滤料。

12．5  系统停灌及回扬

  12．5．1  停灌后应及时回扬洗井。

12．5．2  回扬后应将回灌水管取出，并采取防腐等保养措施。

12．5．3  回灌井井口应及时封闭，并应对系统进行密封，将液面以上的井管内充满氮气。

3  设计基本规定

3．1  一般规定

  3．1．1  地热供热工程设计，必须对工程场地及周边状况等资料进行搜集和调查，一般包括：

    1  现状及规划供热范围内的热负荷类型和供热参数；

    2  现状及规划供热范围的总平面图及地形图；

    3  调峰热源的位置、供热参数；

    4  地热井泵房、地热供热站的位置和水文地质资料；

    5  供水、供电、排水、道路交通等建设条件；

    6  管线综合图；

    7  与工程设计相关的其他资料。

3．1．2  地热井的流量对确定地热井的可供热负荷至关重要。可持续使用的流量要通过地热井成井后的抽水试验确定。

3．1．4  对本条各款说明如下：

    1  地热梯级利用是降低地热水排放温度的有效方式，包括采用低温地板辐射或风机盘管采暖、利用热泵和余热利用等；

    2  地热供热设置调峰系统，其热源可采用煤（环保允许）、油、气、电等其他常规能源，因为调峰所耗的能量占总热负荷的比例很小；

    3  采用地热蓄热设备可以调节地热利用的日不均匀性，提高地热井产水率；

    4  提高系统自控水平可降低动力设备耗电量，提高生产效率，节约能源；

    5  地板辐射采暖与风机盘管都属这类末端装置。

3．1．5  地热资源开发利用一般分两个阶段进行：第一阶段由有资质的地热勘察部门按现行国家标准《地热资源地质勘查规范》GB 11615进行地热资源的地质、地球物理和地球化学勘察，提交可行性报告。根据这些勘察资料选定比较有利的井位开凿地热井，经抽水试验取得地热井的有关参数；第二阶段为地面利用。设计部门根据地热地质勘察及钻井所取得的数据，结合城镇供热规划进行地热供热工程设计。两个阶段既有联系又相互独立。地热供热工程设计者只要求开发者提供正式的地热井有关参数的书面材料就可作为设计依据，其职责就是保证地热供热工程质量达到最优，并不对地热资源的勘察和评价承担责任。但是设计部门应了解提供的地热井参数是否符合有关规定和要求，能否保证持续使用的年限。若发现问题应及时提出，以免工程受到不必要的损失。

    地热井可持续开采的年限与其开采量和补给的情况有关。开采量超过补给量，开采越多，热储压力和水位下降越快。地热发电的地热资源开采年限一般定为30年，地热供热等直接利用项目要大于100年，对于著名的温泉风景区和温泉历史文物点，则没有利用时间的限定，要实现无限期地持续利用。

    在冰岛，地热界对“地热资源的可持续利用”进行如下定义(Axelsson et al.2001)：对于每一个地热系统，每一种生产模式，都存在一个确定的最大能量生产值E0；当生产量小于E0，该系统就可以长时间（100～300年）保持稳定生产；生产量高于E0，它就不能维持长时间的稳定生产。因此，当地热能生产量低于或等于E0即为可持续生产。所以，从管理角度控制生产量小于E0是十分重要的。如果生产量大于E0，则称为过量生产。应该指出的是，最大可持续生产量取决于生产模式，即一个给定的地热资源的最大可持续生产量受资源管理的影响。如果采取回灌开采措施，当生产量大于E0时，根据回灌量的多少，也可使地热系统长时间维持稳定生产。

3．2  热负荷

 3．2．1  供暖系统的采暖设计热负荷，是指在设计室外温度下，为了达到室内设计温度，供热系统在单位时间内向建筑物供给的热量。确定合理的采暖设计热负荷是节能的基础，它影响到设备容量大小、工程投资和运行成本。

3．2．2  用辅助能源承担调峰热负荷，选热泵作为一级调峰装置，燃煤、燃气锅炉等作为二级调峰装置是一种节能的调峰方法。

3．3  地热利用率

  3．3．1  地热利用率表示地热供热负荷与地热供热理论最大负荷的比值，它与地热利用后的排水温度有关，即与地热利用温差有关，但与地热产水量无关。地热利用温差越大，地热利用率越高。地热流体理论最低排水温度一般可取当地年平均室外气温，这与国外低温地热资源评价方法一致。

    但是，严格地说，采用地热利用率来评价地热资源利用的完善程度还不够准确，因为这里所指的地热利用率还不是地热有效利用率。例如，地热水输送系统的热损失，也会降低地热水的温度，而这部分温降并不代表有效利用的能量。还应考虑整个采暖期内地热井的流量利用率，即采暖期内地热井实际采水量与最佳采水量之比。

3．3．2  60％的地热利用率指标是考虑到各种地热供热水温都应达到的要求，意在解决地热利用率普遍较低的问题。地热供热水温愈高，地热利用率的百分比也应该愈高。例如80℃～90℃的地热水，其地热利用率能达到70％以上。

4  地热供热系统

4．1  直接供热系统

  4．1．1  地热直供系统管路简单，可减少工程初投资和运行维修费用。并且由于系统无换热设备，避免了因换热温差造成的不可逆能量损失。但是由于地热流体多数有腐蚀性，地热直供系统将会造成设备腐蚀而缩短使用寿命，因而地热供热工程一般都不采用直供系统。

4．1．2  地热直供系统一般采用温控阀控制回灌或排放尾水温度，地热井泵作为补水定压装置。

4．2  间接供热系统

  4．2．1、4．2．2  地热间供系统是指采用换热器将地热流体与用户供热循环水隔开的系统。地热流体通过换热器把热量传递给循环水后回灌、排放或综合利用，循环水则通过散热器或其他散热设备供热后返回换热器加热循环使用。地热间供系统是国内外地热供热用得最普遍、最有成效的系统。

4．2．3  热用户可采用高温段和低温段串联方式，以加大室外管网供回水温差，减少热网工程投资和运行电耗。高温段和低温段配置是热用户串联供热的基础，低温段配置是提高地热直接供热能力的条件。

4．3  调峰系统

  4．3．1  地热供暖系统在室外气温较低时，供热累积时数很少，而单位热负荷很大，即设计热负荷下运行的持续时间很短，绝大部分时间供热是在低于设计热负荷的状态下运行。如果供热系统的设计热负荷全部由地热承担，那么只有在短暂的高峰期地热井才会满负荷运行，而绝大部分非供热高峰期，地热能未得到充分利用。为了增加采暖期地热井取水量，使地热井接近满负荷运行，应配置调峰热源组成地热、调峰热源联合供热系统，即将供热负荷分为基本负荷和尖峰负荷两部分，基本负荷运行时间长，由地热承担；尖峰负荷运行时间短，由调峰热源承担。

4．3．2  选热泵作一级调峰装置，降低地热尾水温度，提高地热利用率；二级调峰装置应依据能源价格和环保要求确定。当采用热泵降低地热流体排放温度时，其系统设计应参照现行国家标准《地源热泵系统工程技术规范》GB 50366的规定，水源热泵机组的性能应符合现行国家标准《水源热泵机组》GB/T 19409的规定。

4．3．3  设计调峰负荷与地热利用率、地热水资源费、调峰热源燃料费、城镇供热价格等多种因素有关，由经济评价确定。

    单纯地热供热系统，采暖期地热利用率低。增加调峰热源可以降低地热采暖设计负荷，扩大地热供热面积。由于调峰负荷的介入，地热采暖期利用率提高，使地热供热成本有下降的趋势。但是增加调峰热源，要加上系统投资和燃料费用，又使供热成本有上升的趋势。一旦选定调峰负荷和调峰负荷燃料类型，就能确定地热调峰系统的投资、累积地热负荷、累积调峰负荷和供热成本。改变调峰负荷容量和调峰负荷燃料类型，可以组成多种方案。依据方案的经济评价可确定调峰热源类型和调峰负荷占总负荷的百分比。

4．3．4  室外设计温度系根据各地区多年气象资料确定。我国一些主要城市的室外设计温度供热手册中都有刊载。启动调峰设备的室外温度则是实时的室外气温。

5  地热井泵房

5．1  土建

  5．1．2  地热井泵房采用地上独立建筑和固定式起重设备安装井泵，较地下或半地下井泵房有诸多优点。

5．1．3  有的自流井，水温和水压都很高，一旦阀门失灵泄漏，热水就会喷射涌出。如果井泵房采用地下或半地下建筑，热水就无法排出，对人身安全是一大隐患，因此必须严禁。

5．1．4  地热井泵房室内地面排水明沟的断面尺寸按工艺提供的排水流量确定，一般不小于240mm×240mm。沟盖板的材料、形式以排水通畅、人行走安全为宜。

5．1．5  地下或半地下井泵房有井泵安装、构筑物防水、积水坑排水、屋顶防雨及室内通风等安全要求。

5．1．6  对地下或半地下井泵房，若水温较高，一旦发生设备或阀门泄漏，地热水就会大量涌出烫伤周围的运行人员甚至发生人身事故，因此必须设置直通室外的逃生安全通道。

5．2  井泵

  5．2．1  地热井井泵一般可分为长轴深井泵和潜水电泵两大类。长轴深井泵电机安装在井口，水泵和电机靠长轴连接，不需耐高温的电缆，可在水温高达200℃的地热井中运行，并具有泵体长度短、磨损小等特点。但是长轴深井泵安装深度一般较浅，且具有附加间隙，效率低于潜水电泵。从安装和运行来看，长轴深井泵安装时间长，井管垂直度要求高，或要求井管直径较大，以适应刚性的泵和泵管。在开始运行时，叶轮位置必须通过调节螺母加以调整，增加了安装运行的难度。近年来，由于潜水电泵使用温度逐渐提高，已能满足100℃以下地热水的抽取，所以多采用耐热潜水电泵。

5．2．2  调节泵的出口流量一般有如下方式：

    1  节流法：用泵出口阀门来调节输出的流量。此法通过增加阻力来控制流量，效率低，并容易造成水泵的损坏。因此地热井不能用此法作为调节流量的主要手段。

    2  用储水装置使井泵间歇运行：此法需要频繁停开井泵，容易造成水泵的损坏。同时，储水装置易进空气，使地热水溶氧增加，加剧对金属设施的腐蚀，相应增加维修量和费用。

    3  井口回流法：此法是在井口装置上增加一根回流管，泵在满负荷运行的情况下，当外界用水量减少时，一部分水通过回流管回流到井内。这种方法节水，但不节电。

    4  井泵变频调速：通过改变叶轮转速调节流量，以满足用水量的变化。此方法是节水、节电、延长井泵使用寿命的好方法。

5．2．3  泵管或泵轴的表面都可以涂覆涂料层防腐，但根据涂料的性能，一般以用于70℃以下地热水为宜。适用于泵管的防腐涂料有多种，如底漆用环氧富锌底漆，中层漆用乙种环氧沥青漆，面漆用乙种环氧沥青磁漆的试验效果不错。但是表面处理及施工质量对涂层性能影响很大。表面处理以喷砂效果最佳。施工时，相对湿度应小于65％，温度不得低于固化所要求的温度。

5．2．4  地热井泵最好能送到生产厂家检修、保养。

5．3  井口装置

  5．3．1  地热井口装置一般应具有下列功能：1  井口装置的结构应能承受地热井的温度、压力要求。2  密封性良好，能防止空气进入系统、减轻对金属设备的腐蚀。3  能适应地热流体在提取和停止开采时造成的井管伸缩，这种伸缩可能造成泵座损坏及漏水事故。4  能监测水位。水位是地热井动态监测中的重要参数，是延长地热井使用寿命、保护地热资源必须掌握的参数。5  能测量地热水的水温、压力和流量。6  有些地热井在刚投入使用时，地热水能够自流。经过一段时间后由于热储压力下降不再自流，地热流体需要改用井泵抽取；有些地热井随负荷变化，为节水、节电，需将大功率的井泵改为小功率的井泵。所以井口装置应能适应自流、大小泵换用等不同情况。

5．3．2  石油工业有这类专用的气水分离器，分离效果良好，但要增加投资。含油气的地热流体分离出油气后可以用来采暖，但不宜用来沐浴，因为处理后的地热流体仍有残留的石油气味。

5．3．3  可根据井管型号选配相应规格的井口装置。

5．3．4  地热流体中的溶氧是造成金属设备腐蚀最重要的因素。地热井口装置要做到完全隔绝空气进入系统是相当困难的，许多地热工程采用井口氮气保护系统或添加除氧剂的方法效果较好。前者是将氮气充入井内隔绝空气进入井口系统，方法简单；后者是向地热系统注入除氧剂除氧，但是这种注入装置初投资和运行成本较高。

5．4  地热流体除砂

  5．4．1  地热流体除砂的标准有不同规定，用途不同要求也不一。对孔隙型热储，成井含砂量控制不能过严，这是地热成井工艺所决定，要求过高，会造成成井交井极大的困难。

5．4．2  目前，地热流体除砂多用旋流式除砂器，它具有结构紧凑、占地面积小、除砂效率高（可达90％以上）、排砂方便等优点。

6  地热供热站

6．1  土建

  6．1．1  地热供热站建在负荷中心位置，可使供热距离缩短，热损失少，运行电耗低，管理方便。

6．1．2  采用重力排水的供热站，设备间地面应设排水明沟。沟的要求与第5．1．4条相同。供热站水泵间宜设隔墙封闭，采用双层隔声门窗，内墙面可采用吸声材料，有噪声设备应装避振喉和减振垫，在外墙上应考虑设置防噪声进出风口。

6．2  供热站设备

  6．2．1  板式换热器的密封垫圈应安装于密封槽中并具有良好的弹性。要求橡胶除耐腐蚀、耐温外，硬度应在65～90邵氏硬度，压缩永久变形量不大于10％，抗拉强度≥8.0MPa，伸长率200％。

6．2．2  热泵机组由压缩机、蒸发器、冷凝器、调节阀门和自控设备组成。选热泵机组时，压缩机的质量最重要，好的压缩机运行时振动小，噪声小，使用寿命长。

6．2．3  对金属腐蚀较轻的地热流体，宜采用金属制储水装置，并对内壁进行防腐处理。

7  地热供热管网与末端装置

7．1  地热供热管网

 7．1．2  地热供热管道及其保温外壳常用非金属材料。直埋敷设既不影响环境美观，又可避免紫外线照射，延长管道使用寿命。

7．1．3  经水质化验确认属非腐蚀性地热流体，输送管道可采用钢管。

7．2  末端装置

  7．2．1  选用散热器作为末端装置时，对于地热间供系统，散热器的选型和常规供暖相同；对于地热直供系统，不宜采用金属散热器作为末端装置。

7．2．2  地热供热末端装置的设计参数与地热供热站设备配置和地热供热运行费用密切相关，末端装置的供回水温度越低，热泵配置容量越少，调峰负荷占总负荷的比例越小，系统越经济。

7．2．3  表7．2．3系根据经验提出，可供参考。某些情况下，宜采用的供回水温度还可降低，如空调系统风机盘管供水温度可采用45℃，三步节能居住建筑区地板辐射采暖供水温度可采用40℃。

7．2．4  室内温度调节装置是行为节能的手段，可满足不同用户的室内温度需求。分户热计量是“供热体制改革”的要求。

9  地热系统防腐与防垢

9．1  一般规定

  9．1．1  地热流体产生腐蚀的重要因素有7项：

    1  氯离子（Cl-）：地热流体中氯离子的腐蚀作用主要是促进作用而不是反应物。当地热水中存在溶解氧时，氯离子的促进作用就明显地表现出来。

    2  硫酸根（)：硫酸根的腐蚀作用与氯离子类似，但比氯离子影响小，为同浓度氯离子的1/3。在多数地热水中，的腐蚀作用不大，但在氯离子浓度较低的地热水中，会产生一定的腐蚀。硫酸根对水泥有侵蚀作用，是水泥腐蚀（侵蚀）比较主要的因素。

    3  硫化氢（H2S，包括HS-、S2-）：硫化氢在金属腐蚀中起加速作用，即使在无氧条件下，它也腐蚀铁、铜、钢、镀锌管等金属。在高温下，对铜合金和镍基合金的腐蚀最为严重。

    4  氨（NH3，包括）：氨主要引起铜合金的应力腐蚀破坏，在地热系统中，对阀门、开关等设备中的铜材不利。

    5  二氧化碳（C02，包括、）：二氧化碳对碳钢有较大的腐蚀作用。特别是与氧共存时，对碳钢的腐蚀更为严重。二氧化碳对混凝土也有腐蚀作用。

    6  氧(O2)：氧通常来自大气。地热流体中原有的溶解氧一般很少。氧是地热流体中最重要的腐蚀性物质。当地热系统有空气侵入时，会使碳钢的均匀腐蚀速度增加10倍。

    7  pH（氢离子）：在大多数无O2的地热水中，碳钢和低合金钢的腐蚀主要由氢离子的还原反应控制。当pH增高(pH＞8)时，腐蚀速度急剧下降。

9．1．2  现行国家标准《地热资源地质勘查规范》GB 11615中参照工业腐蚀系数来衡量地热流体的腐蚀性和用锅垢总量来衡量地热流体结垢性的办法也可采用。

9．1．3  地热供热工程设备的外防腐，多数与化工设备类似，但也有一些是不同的，需要参考化工设备外防腐和地热工程设备外防腐的实践经验加以实施。

9．2  防腐措施

  9．2．1  防腐工程措施可以采用本条提出的5种方法中的1种或同时采用几种，其中第1、3款同时采用效果较好。

9．2．2  玻璃钢（玻璃纤维增强塑料）具有优良的力学和物理性能，使用温度一般在－30℃～120℃，最高可达150℃。虽然玻璃钢的轴向膨胀相当于钢管膨胀的2倍，然而由于其轴向模量相对较低，产生的膨胀力只有钢管在同样条件下的3％～5％，因此对埋地1m深的玻璃钢管，除了有适当的分段止推装置外，靠覆盖其上的土壤就足以抑制其热膨胀，不需要采取其他特殊防膨胀措施，这是其他各种塑料所不及的。玻璃钢还有优良的耐化学腐蚀性能、使用寿命长、水力特性优异等重要特性，流体在管内流动的阻力小，因而可以选用较小的管径和功率较小的输送泵，降低成本并节电。玻璃钢管道还有重量轻、运输吊装和安装方便等优点。玻璃钢管道直径越大，每米成本与钢管相比越低。

    制造玻璃钢管的原料种类很多，耐温情况不一，价格也相差很大。如果将价格低廉的常温或低温用的原料用于制造高温用的管道，那么管道的使用寿命将大大降低，工程选材时一定要十分注意。

    玻璃钢管道由于加工工艺的关系，小管径(直径＜50mm)的管道成本相对较高，经济性较差，因而非金属的小管径管道一般不用玻璃钢而改用其他塑料制作。

    一般的塑料存在较大的热膨胀系数和蠕变等缺点，在地热供热工程中的应用受到限制。铝塑复合管(PEX-Al)是近年发展较快的一种管材，它用交联聚乙烯与铝材复合而成，管子的内外层均用交联聚乙烯材料制造，中间层为铝材，各层之间用胶粘结，形成一个胶合层。这样，它可以完全隔绝气体（氧气）的渗透，彻底消除塑料管透气的缺点，线膨胀系数远低于一般塑料，保证管道的稳定。同时也提高了管道的工作压力和工作温度，弯曲半径也由此变小，便于弯管。

9．2．3  系统隔绝空气（氧气）是十分有效的防腐措施。来自深部的地热水中很少有溶解氧，只要使系统密封，不让空气进入，就可大大减轻地热水对金属的腐蚀。采用向井内充氮气的方法，设备简单，是较有效的密封方法。

    采用间接供热系统，虽然要增加钛板换热器的投资，系统也相应复杂些，但是这种一次性投资的增加，换来的是长久的系统稳定运行，设备寿命也大大延长，综合经济效益更好。

9．2．4  防腐涂料一般抗磨强度不高，受流体高速冲击或为转动部件，涂料会很快磨损。

9．2．5  防腐剂是一种化学物品，含有磷酸盐等对环境有污染的成分，添加在地热系统中，这些缓蚀剂将随地热水的排放流入地表河流等水体或农田，造成对环境的二次污染，而且也不能再将地热尾水回灌地下。国内已有不少这方面的教训，因而严禁使用加防腐剂的防腐措施。

9．2．6  金属材料的腐蚀从原理上可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类；按腐蚀破坏形式可分为全面腐蚀和局部腐蚀两种。防腐措施也要根据腐蚀类型不同有所区别。地热流体中，金属可能遭受下列几种重要的局部腐蚀：1）孔蚀；2）缝隙腐蚀；3）应力腐蚀破坏；4）晶间腐蚀；5）电偶腐蚀；6）脱成分腐蚀；7）氢脆；8）磨蚀。

    合理的介质流速与管径、介质流量、输送流动阻力与电耗等有关。流速高，同样的流量管径就小、投资少，但流阻增加，选用的水泵功率就要加大，电耗增加。工业上，一般将介质流速控制在(1.0～1.5)m/s范围内比较合理，但为减少流阻和电耗，降低运行成本，也有将介质流速选在(0.8～1.0)m/s范围内。

9．3  防垢除垢措施

  9．3．1  结垢是影响地热系统正常运行的严重问题。当地热流体从热储层通过地热井管向地面运移时，或者在管道输送过程中由于温度和压力降低，使其中一些成分达到饱和状态，此时，就有固体物质析出并沉积在井管或管道内，形成垢层。井管内结垢会影响地热流体的生产与产量；输送管道内结垢会增加流体的流动阻力，进而增加输送能量的消耗；换热表面结垢则增加传热阻力，使传热效率降低。垢层不完整处还会造成垢下腐蚀。防垢与阻垢是一个概念，除垢则是垢已生成设法去除，与防垢、阻垢有所不同。

9．3．2  常见的阻垢措施有增压法、化学法和磁法。

    增压法是采用深井泵或潜水电泵输送井中地热流体时，使其在系统中保持足够的压力，从而使流体的饱和温度高于实际的流体温度，这样，流体在井内始终处于未饱和状态，不会发生汽化现象和汽、液两相共存区域，防止CaC03等碳酸盐在井管内壁的沉淀。此法的缺点是井泵耗电较多，有时甚至达到难以接受的程度。

    化学法阻垢是加化学物品阻止垢的生长。化学物品分两类：一类是酸性溶液，将它放入水中，使水的pH降低。另一类是聚磷酸盐、磷的有机化合物和聚合物。这类药物既是阻垢剂也是缓蚀剂，在高温时会产生有害影响，化学法的缺点是造成对环境的二次污染，经济性差，增加流体的腐蚀性。地热供热工程中一般不采用这种阻垢方法。

    磁法是将一套磁法阻垢装置安置在地热流体的输送管道外侧，当地热流体流过时被磁化处理，使垢成疏散状，便于清洗。由于地热流体成分比较复杂，结构多样，再加上磁场强度、梯度等多种因素影响，其阻垢机理至今尚未得到确切结论，效果也不稳定。

9．3．3  由于化学法阻垢有化学物品溶入水中，尾水不能回灌地下，因此严禁用此法阻垢。

9．3．4  目前除垢采用的几种方法各有优缺点，且应用场合有所不同。化学除垢法一般只用于系统运行后进行。将除垢化学物品溶液灌入系统并将系统封闭，经过一段时间后排出即达除垢目的。停留所需时间由事先进行的取样试验确定。机械除垢可以在运行中进行，也可在停运时进行。如西藏羊八井地热电站井管除垢采用一个圆筒状重锤上下牵引刮垢，气水混合物仍可从圆筒中间通过，不影响机组运行。国外也有用两条输送管道轮流除垢的做法，一根输送流体，一根停运除垢，依次轮换。

12  地热回灌

12．1  一般规定

  12．1．1  受污染的地热流体回灌会导致热储层地热流体水质恶化，严重影响地热资源的开发利用。

12．1．2  不同热储层的地热流体水质类型不同，当回灌流体与热储层流体不相容时，可能引发某些化学反应，不仅会因形成的化学沉淀堵塞水流通道，甚至可能因新生成的化学物质而影响水质，因此地热回灌应采用原水同层回灌。在不得不采用异层回灌的情况下，必须对热储及水质的影响进行评价。评价方法可采用地面混合试验或采用水化学软件进行模拟计算。

12．2  系统设计

  12．2．1  地热流体一般都有腐蚀性，在有氧的情况下腐蚀性更强，因此必须保证地热回灌系统是一个完整的密闭系统。

    真空回灌就是在回灌过程中，将回灌井进行密封，使回灌井处于真空状态，避免空气进入。真空回灌的基本原理是：在地下水位较低条件下，利用具有密封装置的回灌井扬水时，泵管及水管内即充满了水；当停泵关闭控制阀和扬水阀门后，由于水的重力作用随泵内水面下跌，泵内水面与控制阀区间和控制阀门后，因真空虹吸作用，使泵内外产生10m高的水头差；当开启水源阀门和控制阀门后，因真空虹吸作用，水就能进入泵内，破坏原有的压力平衡，在井周围产生水力坡度，回灌水就能克服阻力向含水层中渗透。

    自然回灌是指在自然条件下将尾水直接注入回灌井进行回灌。

    加压回灌是指在采用加压泵的情况下将尾水注入回灌井进行回灌。

12．2．2  地热回灌系统所包括的井泵房、井口装置、监测装置、过滤装置等一系列配套设施是完全独立的，不同于地热供热系统的设施。

12．2．3  为监测回灌井运行状况，及时掌握回灌堵塞情况，要求回灌井井口必须安装水位、水温、流量、压力等动态监测仪器仪表。

12．2．4  回灌管网不同于供热管网，不需要保温。

12．2．5  为减轻或避免回灌堵塞情况的发生，必须保证水质过滤精度。过滤精度的确定应通过回灌水粒度分析确定。

12．3  系统运行前准备

  12．3．1  回灌前对系统装置进行检查，为的是保证回灌的顺利进行。

12．3．2  管路中存在的铁锈、污物等，如果回灌前不对管路进行彻底冲洗，这些物质就会回灌到井中造成热储层堵塞，影响回灌效果。

12．4  系统运行

  12．4．1  回灌过程中应定期对开采量、回灌量、井口压力及水质进行监测，随时掌握系统运行情况。开采量、回灌量、井口压力每2h监测1次，水质每年监测1次。

12．4．2  为保证回灌水质，应定时检查排气罐和过滤装置是否正常，检查频率为每8h检查1次。

12．4．3  回灌井因各种原因发生堵塞是地热回灌最大的问题。运行人员要熟悉回灌堵塞的判别方法及时采取处理措施。

12．4．4  采用加压回灌时会增加运行成本，同时砂岩热储回灌压力与流量不是呈线性关系，因此加压回灌应经过试验确定，保证回灌效果和系统运行的经济性。

12．4．5  过滤装置两端压差增大，说明过滤器发生堵塞，导致过滤精度和处理水量下降，此时应进行清洗或更换滤料。

12．5  系统停灌及回扬

  12．5．1  经过长时间回灌，回灌井中会保存很多砂砾、微生物等物质，如果不及时下泵抽水洗井（也称回扬洗井），这些物质将会堵塞热储层，导致回灌效果下降。

12．5．2  为保证回灌水管的使用寿命，回灌结束应提出回灌管进行防腐保养，可采用在管表面涂防锈漆等办法。

12．5．3  系统停灌后要及时密封并向井管内充氮，为的是防止金属管道因氧化腐蚀而产生锈蚀物，一旦重新运行，这些锈蚀物将会堵塞回灌通道。