地热水引起的换热设备和管件的结垢和腐蚀问题,是制约地热能高效利用的瓶颈之一。本文在总结国内外地热利用系统换热设备防腐防垢的基础上,制备了改性A型分子筛,用于离子交换吸附移除地热水中的钙离子。同时,在建立的加压防腐防垢评价装置上,系统研究了溶胶-凝胶法和液相沉积法制备的TiO2涂层、SiO2涂层和SiO2-FPS复合涂层在150℃模拟干热岩地热水溶液中的防腐防垢性能。主要研究内容包括:采用两步晶化法制备了改性A型分子筛,研究了该分子筛对水溶液中钙离子吸附的动力学、吸附机理和吸附热力学。优化条件下制备的分子筛,在吸附温度为298 K时对钙离子的吸附能力为129.3 mg/g。吸附速率符合准二级动力学模型。当钙离子浓度<250 mg/L时,吸附过程受膜扩散控制;当钙离子浓度>250mg/L时,吸附过程受颗粒内扩散控制。计算得到的传质系数在2.23×10-5 cm/s到2.80×10-4 cm/s。结合Langmuir模型,D-A等温模型能恰当描述吸附的热力学性质。该吸附包括离子交换以及钙离子和氢氧根离子的络合过程。较高的钙离子吸附容量表明该过程在地热水结垢离子的移除中有一定的潜在的应用价值。采用Shoka Lev分类法对大庆莺深干热岩地热水研究表明,水化学类型基本属于HCO3(-Cl/SO4)-Na型,该分类法能够对地热水结垢和腐蚀趋势进行初步判断。采用Langelier指数对严重结垢型地热水预测结果更准确。腐蚀电化学分析法能够用来预测和检测不同类型地热水的腐蚀趋势。根据二维粗糙度轮廓曲线特征,将不同粗糙程度表面分为粗糙表面和微观粗糙表面。对微观粗糙表面,提出了粗糙度系数I,具有明确的物理意义,能较好的描述微观粗糙程度的特征;并基于此指出了理想的防垢表面是表面无缺陷,呈分子级平整(I=0)的疏水表面(对析晶垢和颗粒垢)。150℃模拟干热岩地热水防腐防垢性能动态考察实验表明,LPD TiO2和Sol-gel TiO2涂层在碳酸氢钙型模拟干热岩地热水中,与SS304相比,实验周期内污垢热阻可降低48%以上,适用于易结垢弱腐蚀型干热岩地热水的防垢。较高温度(150℃以上)地热水系统中,氯离子的存在和总矿化度的增加对SS304换热设备的腐蚀明显加剧。Sol-gel SiO2和SiO2-FPS涂层在含腐蚀组分的模拟干热岩地热水中(总矿化度约7000 mg/L),与SS304相比,实验周期内污垢热阻均降低30%以上;150℃腐蚀实验14天后,腐蚀电化学测试表明,两种涂层的腐蚀速率均可降低60%以上。Sol-gel SiO2和SiO2-FPS涂层在中等腐蚀强度(总矿化度7000 mg/L左右)、150℃的干热岩地热水中具有较好应用前景。