[发明专利]一种水源热泵回灌过程化学堵塞验证试验装置

权利要求书

1.一种基于水源热泵回灌过程化学堵塞验证试验装置的验证方法，其特征在于：该水源热泵回灌过程化学堵塞验证试验装置包括试验装置运行模块和水样与砂样检测系统模块，所述试验装置运行模块包括有渗流砂柱、循环水箱、蠕动泵、回灌冷却水箱和测压管，在所述的渗流砂柱上设有多组接口，每组接口均包括有取样口、温度传感器接口和测压管接口，每个温度传感器接口分别连接有温度传感器，每个测压管接口分别与测压管连接，将所述的回灌冷却水箱置于低温恒温水槽内，所述的循环水箱、蠕动泵、回灌冷却水箱和渗流砂柱通过管道依次连接构成一个循环回路，在所述的渗流砂柱表面覆盖有加热板；在所述的渗流砂柱进出口法兰盘前分别设置阀门并连接进出水软管；所述水样与砂样检测系统模块包括离子色谱仪、电感耦合等离子体质谱仪、扫描电镜、X射线衍射仪、X射线荧光光谱仪、傅里叶红外光谱仪；

所述基于水源热泵回灌过程化学堵塞验证试验装置的验证方法，其具体步骤为：

（1）设置渗流砂柱：在所述的渗流砂柱上设有自a至j各点，每处均设有包括取样口、温度传感器接口和测压管接口的一组接口，每组的上述取样口、温度传感器接口和测压管接口分别布置于渗流砂柱外壁正上方及左右两侧且均同一剖面上；

（2）填装砂样及安装：将所述的渗流砂柱的内壁涂抹一层凡士林，将所述的渗流砂柱水平放置，其两端由支架支撑，试样砂样自a至j各点分层均匀填装至砂柱内；然后在砂柱上自a至j各点处，分别将测压管、温度传感器安装到砂柱对应的接口上，温度传感器探头通过柱体的传感器接口整体埋设于砂层内部，接口处将探杆插入橡胶塞中进行密封；取样口处安装DN15的不锈钢阀门；最后，将加热板覆盖到渗流砂柱上，为砂柱持续加热，模拟深层地热水的砂层环境；

（3）饱水：试验运行前需要将渗流砂柱竖直放置，关闭取样口和测压管接口，打开进、出水阀门，将试验水样自下而上缓慢充水，饱水一周，以便将砂层内的气体充分排空；

（4）记录与取样：试验装置开启后，打开进出水阀门，测压管水位迅速上升，a点至j点上温度传感器的数值逐渐变化，待水位和温度数值保持恒定时，系统基本达到稳定状态，记录各点温度与水压，同时对各点依次取样，为模拟实际水源热泵工程的运行，蠕动泵每天工作12h，停泵12h；加热带则连续不间断恒温加热；各点取样每72h取样一次，直至a至j各点上测压管值有相对较大变幅，以此作为试验结束的直观依据，并对试验尾水进行取样；

（5）实验终止后，对各点的砂样以及原始砂样进行检测分析，利用X射线衍射仪进行物相定性分析，测定砂样的组成、晶型、分子构型构象；利用扫描电镜进行形貌分析和能谱分析，测定砂样中各元素的百分比并拍摄其物质形貌；利用X射线荧光光谱仪进行样品的化学成分分析，测定砂样中的元素种类及含量；利用傅里叶红外光谱仪可检测砂样中有机物分子中的化学键或官能团；对各点各批次水样分别测定其K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-、CO₃^2-、Cl^- 和SO₄^2-离子浓度。

2.根据权利要求1所述的一种基于水源热泵回灌过程化学堵塞验证试验装置的验证方法，其特征在于：步骤（1）中所述的渗流砂柱采用有机玻璃制作，尺寸为：L=2000mm，管径为de120×10；相邻两组接口之间间隔200mm。

3.根据权利要求1所述的一种基于水源热泵回灌过程化学堵塞验证试验装置的验证方法，其特征在于：步骤（2）在所述的渗流砂柱的进水端与出水端内分别填装厚度100mm、粒径为2mm的石英砂，同时在渗流砂柱的两侧再分别布设一层150目的纱网，在每个取样口与渗流砂柱衔接处布设200目的纱网。

4.根据权利要求1所述的一种基于水源热泵回灌过程化学堵塞验证试验装置的验证方法，其特征在于：步骤（2）中的砂样为取自钻孔现场的中深层地层砂土砂样，所述砂样的颗粒级配为：1 mm＜粒径＜2 mm 的颗粒占1.92%，0.5 mm＜粒径＜1 mm 的颗粒占5.95%，0.25mm＜粒径＜0.5 mm 的颗粒占58.79%，0.075 mm＜粒径＜0.25 mm 的颗粒占18.56%，粒径＜0.075 mm 的颗粒及黏土含量占14.56%。