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地熱井是指利用井深3500m左右的地熱能或水溫大于30 ℃的溫泉水來進行發電、供熱的井。地熱分高溫、中溫和低溫三類：高于150 ℃、以蒸汽形式存在的屬高溫地熱；90～150 ℃、以水和蒸汽的混合物形式存在的屬中溫地熱；高于25 ℃、低于90 ℃，以溫水、溫熱水、熱水等形式存在的屬低溫地熱。
地熱資源受到世界各國的重視。國際能源專家普遍認為，預計到2100 年，地熱利用將在世界能源總值中占30%～80%。歐美等國都將地熱列為優先開發利用的替代型能源，冰島85%的住宅都利用地熱供暖，美國的地熱裝機和地熱發電量在世界上獨占鰲頭。對中國而言目前最為迫切的是要把地熱作為一種替代能源利用。
地熱應用前景廣闊，但地熱井管線防腐問題是普遍存在而且很嚴重的問題。地熱水中最常出現起主要作用的腐蝕成分是氯（Cl-） 和溶解氧（O2）。氯離子半徑小，穿透能力強，因此容易穿過金屬表面已有的保護層造成對碳鋼、不銹鋼及其他合金強烈的縫隙腐蝕、孔蝕與應力腐蝕等。
氯離子對金屬的腐蝕作用還與溫度有關，溫度越高腐蝕作用越強。在地下深層地熱水自然狀態下通常不含氧氣，流出地面后空氣中的氧會溶入地熱水，溶解氧也是地熱水中最常見、最重要的腐蝕性物質。
1 原理與方法
1.1 復合管線內襯防腐原理
耐高溫地熱井防腐內襯復合管線，即地熱井管線用于傳輸地熱水及地熱能，地熱井管線包括鋼質管道、耐熱防腐層和無機硅防腐層。鋼質管道的內壁緊密貼合有耐熱防腐層，耐熱防腐層保護鋼質管道不受高溫和腐蝕影響，使鋼質管道可以在高溫腐蝕的地熱環境下工作，耐熱防腐層的內壁緊密貼合無機硅防腐層，無機硅防腐層是一種防腐材料，可進一步保護地熱井管線，無機硅防腐層的表面光滑，且不會對地熱井管線內部流經的地熱水造成阻礙。
1.2 新管線防腐技術
圖1 為新管線內襯防腐結構圖，內襯防腐包括底料和面料。
底料采用多種有機、無機樹脂高溫合成材料做成，厚度在250~500 μ m，屏蔽酸堿腐蝕，避免上層的涂料發黃變色[2]。其特點包括：①涂層具有硬度高、抗沖擊、滲透性好、光滑飽滿等優點；②耐溫幅度大，耐溫幅度在-55~200 ℃之間；③涂層致密度高；④有效屏蔽腐蝕氣體和腐蝕液滲透；⑤抗熱震系數高、附著力好、施工方便等特點。
面料采用無機防腐原料，厚度在250~500 μ m，為主防腐層。
工作機理：耐熱防腐層中帶有OH 活性基團的基料層中的大量OH 活性基團分別與填料層的活性組分和鋼質管道活性表面進行反應，生成三維結構的無機聚合物。這個無機聚合物是耐熱防腐層進行耐熱防腐的主要結構，通過帶有OH 活性基團的基料層將鋼質管道和填料層連成一體，形成具有電化學保護和物理屏蔽作用的耐熱防腐結構。適合在高溫腐蝕的環境下對鋼鐵結構進行長效防護，保護鋼質管道不被腐蝕，使地熱井管線可以在地熱環境下工作，同時地熱井管線內層的無機硅防腐層具有防腐特性，對地熱井管線進行進一步的保護，無機硅防腐層的表面光滑，不會對地熱井管線內部流經的地熱水造成阻礙。利用耐熱防腐層對鋼質管道的內部進行長期保護，使鋼質管道可以在高溫腐蝕的環境下工作，同時利用無機硅防腐層對鋼質管道進行進一步防腐保護，使地熱井管線工作的時間更長。
技術特點：①襯里整體性能好、質量可靠，保證管線20 年以上正常使用；②耐腐蝕性強， 可輸送腐蝕性液體和氣體； ③ 輸送介質溫度可達400 ℃；④全線防腐，管體和焊口一體防腐，不留死角； ⑤可通過標準彎頭， 一次在線防腐長度可達1 000~3 000 m；⑥不腐蝕、不結垢，不影響流量；⑦產品對環境無污染，是符合環保要求的環境友好型涂料。
1.3 舊管線修復技術
PCE 內襯修復就是在管道內形成一個由耐高溫無機物—耐高溫有機、無機樹脂—無機涂層的復合襯里，構成鋼管襯里復合管，大幅度提高管道的承壓能力和耐腐蝕性能，延長管道的使用壽命。其結構如圖2所示。
其襯里包括加固層、過渡層和主防腐層。加固層厚度根據不同管徑而定（推薦厚度2 mm），采用聚合物纖維材料，要求抗壓強度達到50 MPa 以上，使鋼管內形成一個高強度的無機、有機復合防腐環。提高了各個涂層和管壁的黏結強度（65 MPa，抗折強度9 MPa） 以及襯里與管道變形的協調性。
加固層防腐機理：基料中含有大量OH 活性基團，它與填料中的活性組分及鋼鐵活性表面快速反應，生成三維結構的無機聚合物，將涂層與鋼鐵基體連成一體，形成具有電化學保護和物理屏蔽作用的耐熱防腐涂層，特別適用于工作在高溫腐蝕環境下的鋼鐵結構的長效防護。表1 為加固層實驗記錄表。
加固層的主要作用：①保護鋼管不再受腐蝕；② 殺死硫酸鹽還原菌；③ 改善鋼管內表面的狀態；④增強管道的耐壓能力。
過渡層厚度根據不同管徑而定（推薦厚度0.5~0.75 mm）， 以高強度有機、無機樹脂高溫合成材料。
其作用為：①作為封孔處理劑[5]使用，封堵加固層中的細微孔隙；②作為無機、有機材料過渡層使用，增強層間黏合力；③作為防酸堿屏蔽層[6]使用，屏蔽酸堿腐蝕，避免上層的涂料發黃色變。主防腐層厚度根據不同管徑而定（推薦厚度0.75~1 mm），采用無機硅防腐材料，主要由碳化硅、氮化硼、金屬氧化物超微粉體和稀土氧化物超微粉體構成。
其作用為：①防腐；②防滲透；③改善表面狀態，降低摩阻；④擴大使用范圍，提高耐酸堿各種介質的能力；⑤修補性好，在使用多年后受破壞處只需簡單處理就可修補。
2 施工工藝
施工前，設計和工程技術人員首先應該沿著舊管線鋪設路徑進行現場勘查，對管線的歷史、目前的狀況及周圍環境等做詳細調研，確定合適的開挖地點和切斷位置，做好工程設計和施工計劃，然后按設計和計劃進行施工，施工剖面如圖3 所示。
2.1 主要設備
（1） 攪拌機：用于攪拌物料，使填涂層的各種物料充分攪拌均勻，進而保證涂料在管道內涂敷均勻。
（2） 涂敷器：采用擠涂的方法，由略大于管徑的橡膠碗和連接裝置組成，涂料存放在兩個涂敷器之間。
（3） 空壓機：壓縮空氣以作為涂敷器前進的動力，控制壓力從而使涂敷器勻速前進。
（4） 檢漏儀：在不挖開覆土的情況下，能夠方便而準確地探出埋地管線的位置、走向、深度、防腐層破損點， 以及破損大小、防腐層的絕緣電阻。
2.2 舊管線施工工藝
按設計的長度開挖、斷開舊管道，并在管段的兩端焊接法蘭盤或特殊接頭。開挖、斷開長度根據選用管線的直徑、壁厚、屈服強度和現場環境條件來確定。推薦的管段長度一般不超過2 000 m。若管段過長，管線可能會承受較大的拉應力，以至于超過其屈服強度而受到損傷。然后，對管道進行清洗，徹底清除管道內的雜物、管壁上的結垢、銹層及其他附著物。推薦采用PIG 物理清洗工藝，清洗速度快、質量好，并能起到通徑的作用。
2.3 新管線施工工藝
按照設計的長度連接各個管線。管線連接長度根據選用管線的直徑、壁厚、屈服強度和現場環境條件來確定。推薦管線長度一般不超過2 000 m。首先對管壁進行除銹清理，使管壁清潔度達到Sa 級。除銹采用風砂除銹，即采用壓縮空氣為動力，以形成高速噴射束將噴料（石榴石砂、銅礦砂、石英砂、金剛砂、鐵砂、海南砂） 高速噴射到需要處理的工件表面，使工件的外表或形狀發生變化，使涂料粘接更牢固，質量更好。
2.4 施工流程
新、舊管線復合襯里施工工藝主要工序如圖4所示。
2.5 技術特點與經濟效益
（1） 襯里整體性能好、質量可靠，保證10 年以上正常使用。
（2） 耐腐蝕性強，可輸送腐蝕性液體和氣體。
（3） 輸送介質溫度可達150 ℃。
（4） 全線防腐，管體和焊口一體防腐，不留死角。
（5） 可通過標準彎頭，一次在線防腐長度可達1 000~3 000 m。
（6） 不腐蝕、不結垢，不影響流量。
（7） 非開挖原位修復，可消除對市內交通、建筑物和特殊地區的影響。
（8） 成本低、壽命長，用該技術修復舊管線可以大幅降低綜合成本，提高原管線的使用壽命，正常情況下，可節約管道成本50%，延長10~20 年的使用壽命。
3 技術應用
余熱水質分析：
（1） 富含SO42-水質，含量為166.2 mg/L，該水質與富含Ba2+水質配伍容易發生BaSO4沉積結垢。
（2） 水質偏酸性，pH 值6.45，Ca2+濃度較高，為89.2 mg/L，HCO3-濃度為709.8 mg/L。該水質在溫度較高、壓力較低時容易發生CaCO3沉積結垢。
（3） 水質中硫化物濃度為3.6 mg/L，SRB 含量為2.5 mL-1，礦化度和游離CO2濃度較高，分別為5375 mg/L 和163.9 mg/L，因此該水質存在一定的腐蝕性。
（4） Fe2+濃度為1.36 mg/L，間接反映該系統存在腐蝕性。
表2 為各站取樣點的水質分析數據。
采用地熱管線防腐技術后，正常使用兩年的管線未出現腐蝕穿孔以及結垢情況（圖5）。
4 結束語
耐高溫地熱井管線防腐技術為運輸地熱水（蒸汽） 的鋼鐵管防腐和修復提供了一種經濟有效的手段。該技術也可成功用于修復直徑在50~525 mm 的多種類型管道（如天燃氣管道、輸油管道、注水管道、排污管道、煤氣管道、自來水管道等），也可應用于市政、油田、電力、化工等行業的管道防腐與再建。
