5.1.3 除砂器与过滤器设计
1.除砂器
孔隙型地热流体中大多都夹杂岩屑、细砂等固体颗粒，因此地热回灌尾水应安装除砂器，在回灌前先进行除砂器处理。除砂的主要目的是除掉较大颗粒的固体杂质，以减小过滤器的负担。
（1）工作原理
地热回灌所用除砂器一般为旋流除砂器（图5-3）。旋流除砂器是根据离心沉降和密度差的原理，使水流在一定的压力下从除砂器进水口以切向进入设备后产生强烈的旋转运动，由于砂和水密度不同，在离心力、向心力、浮力和流体曳力的共同作用下，密度低的水上升，由出水口排出，密度大的砂粒等悬浮物由设备底部的出砂口排出，从而达到除砂的目的。旋流除砂器依靠其特殊的分离原理及结构特征已经成为一种常见的分离设备，其除砂直径一般大于 0.1mm。
图5-3 旋流除砂器工作原理示意图
（2）设备特点
①在一定范围和条件下，除砂器进水压力越大，除砂率越高，并可多台并联使用。
②结构简单，操作简便，使用安全可靠，几乎不需要维护。
③与扩大管、缓冲箱等除砂设备相比，具有体积小、处理能力大、节省现场空间等优点。
④可在不间断供水过程中清除水中的砂粒。
⑤避免了其他除砂方式存在的水质二次污染的现象，除砂效率高。
（3）设备选型
除砂设备应满足排砂方便、温度降低少、地热水不与空气接触等条件，宜选用旋流除砂器。旋流除砂器选型须考虑处理水量、外部接管管径、管道工作压力、原水品质以及处理后水质要求等因素。目前，地热流体中悬浮物和细小颗粒物居多，为避免地热管道中砂粒的淤积堵塞，除砂器的整体效率应不小于90%。一般情况下，选用旋流除砂器时，在满足流量的前提下，优先选用大型的设备，并推荐在系统中用几台设备并联来替代大设备，以便取得更佳的固液分离效果。
图5-4 旋流除砂器实物图
设计除砂器进水口直径宜大于出水口直径，最高使用压力不大于1MPa，最低使用温度不低于100℃，外露金属面喷涂防锈底漆和面漆，内衬玻璃钢厚不小于1.5mm或静电喷涂环氧树脂厚度大于0.2mm。常用的旋流除砂器实物如图5-4所示。(https://www.daowen.com)
（4）设计安装
设计安装过程中，旋流除砂器应安装在供水管网的主管道上并固定在基座上，四周应预留有足够的维护空间。进水和出水管之间须加旁通管，进水管安装在筒体的偏心位置，为保证进水水流平稳，在设备进水口前应安装一段与进水口等径的直通管，长度相当于进水口直径的10～15倍。当水流通过旋流除砂器进入水管后，首先沿筒体的周围切线方向形成斜向下的周围流体，水流旋转着向下推移，当水流达到锥体某部位后，转而沿筒体轴心向上旋转，最后经出水管排出，砂在流体惯性离心力和自身重力作用下，沿锥体壁面落入设备下部锥形渣斗中，锥体下部设有构件防止砂向上泛起，当渣斗中的砂积累到一定程度时，只要开启手动蝶阀，砂就可在水流作用下流出旋流除砂器。在一定范围和条件下，除砂器进水压力越大，除砂率越高，并可多台并联使用。
2.过滤器
为有效减少各种堵塞，提高砂岩热储回灌率，在回灌水源进入回灌井前设置过滤器非常重要。
过滤器的设计应考虑三个方面：一是过滤精度，它受地层构造、砂岩，以及地层腐生菌、系统运行方式等影响；二是滤料材质，它受运行成本制约；三是单机过滤量，它受回灌量多少的影响。根据过滤精度，过滤器分为粗效过滤器和精效过滤器，两级过滤器采用并联的方式连接，每个过滤器上（或两端）应安装表盘式压力监测仪器（精度为0.01MPa），通过监测，可根据压力的变化辨别过滤器工作的状态，并决定滤芯清洗（或更换）的时间，以保证过滤效果（图5-5）。
图5-5 多组过滤器并联示意图
（1）粗效过滤器
粗效过滤精度一般为30～50μm。粗效过滤系统由一个或多个过滤器并联组成，实际中通常采用多个过滤器并联，以防止某个过滤器需要清理或维修时，影响回灌工作的进行。
粗效过滤器的主要任务是将管道及系统残留的直径相对较大的颗粒过滤掉，以减轻精效过滤器的工作负担，减少反冲洗的次数，提高滤料的寿命，降低运行成本。泥质含量较高时，宜在粗效过滤器前加装排污器。
（2）精效过滤器
精效过滤器由一个或多个过滤器组成，在选择过滤器内滤料精度时，应主要考虑地层最小砂岩粒径及水中或管道中滋生的微生物种类和管道直径，保证滤除后水中的细小颗粒物可通过热储层的孔隙（孔喉），使其不在热储层的孔隙中淤积堵塞，精效过滤精度一般为1～3μm。
精效过滤不仅可以过滤回灌流体中的悬浮物，还可以将部分微生物过滤掉，能有效地防止井内回灌时的物理堵塞和生物堵塞。
（3）其他要求
①应根据回灌水量确定单个过滤器过滤量和过滤器数量，过滤器整体外壳承受压力应高于回灌系统最大工作压力。
②滤芯材料耐温性能高于地热尾水最高温度，过滤精度应满足系统所需精度要求，应满足可反冲洗或更换要求。
③当过滤装置两端的压差达到 50～60kPa 时，应进行反冲洗或更换滤芯，以防止过滤器堵塞。反冲洗应确保有反冲洗水的水源，具体水量宜根据过滤装置的过水能力确定，当反冲洗水源不能满足过滤器的反冲洗水量时，应设置储水装置，保证过滤器的反冲洗要求。反冲洗强度控制在12～15L/（s·m），并设置反冲洗污水的压力排水系统。
