ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА

Экспериментальная установка. Схема установки для определения коэффициентов распределения отдельных химических компонентов представлена на фиг. 4.5. Она состоит из трех основных блоков: 1) изготовленного из сплава инконель автоклава с электрическим обогревом емкостью 5 л, в котором находится вода, образцы породы и расположен каплеотбойник для отделения капель воды из струи вы­ходящего пара, 2) изготовленного из сплава инконель парового стоя­ка наружным диаметром 9,5 мм, поддерживаемого при постоянной температуре, на 3 — 5°С превышающей температуру автоклава благо­даря размещению стояка в одном общем кожухе с нагревательным элементом и асбестовой изоляцией, и 3) изготовленного также из сплава инконель охлаждаемого воздухом отстойника для сбора кон­денсата наружным диаметром 6,25 мм, в котором пар конденсируется и образовавшийся конденсат возвращается в автоклав.

Как видно из фиг. 4.5, экспериментальная установка снабжена разнообразными приборами и устройствами для проведения необхо­димых измерений, включая окна для отбора проб, манометр и термо­пары для измерения температур в различных точках установки. Ок­на для отбора проб воды и пара включают в себя водоохлаждаемый конденсатор и два вентиля для регулирования скорости отбора про­бы. Для заполнения системы после каждой операции по отбору пробы используется водяной насос. Давление измеряется с помощью мано­метра с верхним пределом измерений 34,5 МПа. Для обеспечения бе­зопасной работы системы между автоклавом и поддерживаемым при постоянной температуре паровым стояком размещен предохранитель­ный клапан, срабатывающий при максимальном давлении 24 МПа. Для измерения температуры системы были использованы восемь термопар.

С помощью термопары 1 измеряется температура воды, термо­пары 2, расположенной непосредственно над уровнем воды, — темпе­ратура пара, термопар 3 и 4 — температура пара в нижней и верхней частях парового стояка, термопары 5 - температура парового кон­денсата в конце пароконденсатного отстойника, термопар 6 и 7 — Температура воздуха на входе и выходе из конденсатора и термопа­ры 5 — температура стенки парового стояка. Каплеотбойное устрой­ство расположено в автоклаве непосредственно над поверхностью

-Фиг. 4.5. Установка для измерения коэффициентов распределения химиче­ских ком пон ен тов X 4J. 1 — линия отбора проб воды; 2 — вентиль водяной пинии 2; 3 — водяной теп­лообменник; 4— вентиль подачи добавочной воды; 5 — вентиль аодяной ли­нии 1; 6 — каплеотбойник; 7 пиния — отбора проб пара; 8 — перовой вентиль2; 9 — водяной теплообменник; 10 — паровой аентиль 1; 11 — манометр с аерх - , ним пределом измерений 34,5 МПа,- 12 — воздушный теплообменник; 13 — рас­ходомер для воздуха; ТП1 — ТП8 — термопары 1 — 8.

Кипящей воды с целью предотвращения уноса капель воды в блок па­рового стояка.

Испытываемый материал. Для анализа было получено около 3 кг гранитной породы из Лоуренсийской радиационной лаборатории. Об­разцы породы представляют сббой небольшие части бурового керна, извлеченного из нижней полусферы полости, образовавшейся при взры­ве устройства "Пайлдрайвер". Они представляют породу из трещино­ватой или обрушившейся зоны района взрыва, а также зоны самой полости.

Образцы расплавленной (спекшейся) и нерасплавленной породы помещаются в испытательный сосуд в том виде, в каком они были получены. Не предпринималось никаких попыток промыть или очис­тить образцы породы, а также увеличить площадь поверхности образ­ца путем дробления или размалывания. Перед испытанием оболомок темной спекшейся породы и обломок нерасплавленной породы иссле­довались с целью обнаружения в них основных изотопов, испускаю­щих гамма-излучение. В обоих образцах были обнаружены одинако­вые основные изотопы, но, как и ожидалось, расплавленный образец породы обладал на несколько порядков величины большей активностью, чем нерасплавленный образец. Были обнаружены следующие испус­кающие гамма-излучение изотопы: 60 Со, 106 Ru, 125 Sb, 134 Cs,137 Cs,

144Се> 144Рг5 155Eu> 154Ец> 152Eu<

Методика поведения эксперимента. Во время эксперимента ав­токлав заполняли водой в количестве 1800 мл, герметически закры­вали и нагревали с помощью электрического обогревателя до требу­емой рабочей температуры. Перед началом отбора проб всю систему при рабочей температуре выдерживали в течение 18 ч для установле­ния равновесия в ней. Перед отбором проб на два часа включали па­ровой стояк и температуру в нем регулировали таким образом, что­бы показания термопары 5 на 2 - 5°С'превышали показания термо­пары 1. Расход воздуха через отстойник был отрегулирован таким образом, чтобы обеспечить практически полную конденсацию, но по возможности не допустить переохлаждение сконденсированной воды. Скорости конденсации паров в отстойнике были рассчитаны. Наблю­даемые скорости конденсации для водяного пара составляли 350, 350 и 250 г воды/мин при температурах соответственно 343, 288 и 2"32°С.

Использовали следующую методику отбора проб. Включали ли­нию подачи холодной воды в холодильник системы отбора проб. За­крывали вентиль 2 на линии отбора проб, медленно открывали вен­тиль 1 на той же линии и под эту линию устанавливали полиэтилено­вую бутыль для проб, а вентиль 2 регулировали на расход ~10 мд/мин. Отбирали первую пробу 50 мл, которую не использовали для анализа. Пробы со второй по пятую, по 50 мл каждая, сохраняли для анализа. По окончании отбора проб вентиль 2, а затем и вентиль 1 закрывали, потом вентиль 2 снова открывали для дренажа линии отбора проб.

Пробы воды всегда брали перед отбором проб пара. Процедура от­бора проб пара и воды в основном одинакова, за исключением того, что линия отбора воды отсоединяется около вентиля 1 и охлаждаю­щий трубопровод промывается очищающими растворами с целью предо­твращения потерь вещества из-за отложений в линии. Последователь­ность промывки для отсоединенной системы отбора следующая: 20 мл 20%-ной НС1, затем 20 мл дистиллированной воды, 20 мл 20%-ного NH40H и снова 20 мл дистиллированной воды. Анализ промывочных растворов показал, что во время охлаждения образцов воды имело место незначительное отложение веществ.

Автоклав снова заполняли после каждой операции по отбору проб воды и пара. Через водяной вентиль, расположенный перед автоклавом, в последний закачивали количество воды, равное объему взятой про­бы. После заполнения автоклава водой восстанавливали прежние ус­ловия работы системы, которую выдерживали некоторое время при заданной температуре для достижения равновесия в ней перед новым отбором проб.

Методы анализа. Для обнаружения следов элементов в образцах воды и пара, находящихся в равновесии с радиоактивными (при очень низком уровне) образцами породы, требовались аналитические мето­ды. Ниже перечислены использованные для обнаружения выбранных элементов аналитические методы, а также указаны нижние пределы чувствительности для каждого метода. Основой для выбора элемен­тов являются опубликованные данные по составу гранитных пород и ожидаемым продуктам деления.

При выборе аналитических методов должны учитываться следую­щие факторы: низкая концентрация представляющих интерес элемен­тов в горных породах, радиоактивный распад радиоактивных изотопов с малым и промежуточным периодами полураспада, например с tU2 = 6 мес, и, наконец, помехи, создаваемые каким-либо элементом при использовании аналитических методов для обнаружения других элементов.

Ясно, что коэффициенты распределения радиоактивных изотопов имеют большое значение при анализе геотермального пара, получае-

Алюминий Азурол хроме S (колориметрический)

Атомная абсорбционная спектроскопия Эриохром-цианин R (колориметриче­ский)

Сурьма Гамма-спектроскопия

Бор Азур С (колориметрический)

Атомная абсорбционная спектроско­пия

Кальций Пламенная спектроскопия

. Атомная абсорбционная спектроско­пия

Церий Гамма-спектроскопия

Цезий Гамма-спектроскопия

Кобальт Атомная абсорбционная спектроско­

Пия

Активационный анализ Медь Пламенная спектроскопия

Атомная абсорбционная спектроскопия Железо Пламенная спектроскопия

Атомная абсорбционная спектроскопия Феррозин (колориметрический)

Магний Пламенная спектроскопия

Атомная абсорбционная спектроско­пия

Эриохром черный Т (колориметриче­ский)

Марганец Пламенная спектроскопия

Атомная абсорбционная спектроско­пия

Калий Пламенная спектроскопия

Рутений Гамма-спектроскопия

Кремнезем Молибденовая синь (колориметриче­

Ский)

Атомная абсорбционная спектроско­пия

Натрий Пламенная спектроскопия

Стронций Атомная абсорбционная спектроско­

Пия

Пламенная спектроскопия

Мого при реализации Плоушерской программы. Был. использован непосредственный гамма-анализ как радиоактивных компонентов, так и образцов с повышенным содержанием последних (добавка 50 мг/л+ + активация нейтронами).

При определении содержания нерадиоактивных компонентов ис­пользовались модификации известных аналитических методов, таких, как методы атомной абсорбции, пламенная эмиссионная спектроско­пия, эмиссионная спектроскопия и колориметрические методы. В табл. 4.3 приведены определяемые элементы и указаны методы ана­лиза, а также нижние пределы чувствительности каждого метода. Ни­же перечислены вещества, используемые при колориметрических ме­тодах анализа, и указаны источники, в которых описаны подобные ме-- тодьг: азурол хрома S [5], эриохром-цианин R [6], азур С [7], ферро- зин [8], эриохром черный Т [9], молибденовая синь [10].

Аналитические результаты представлены как простое усредне­ние данных, полученных на основании одной или более аналитических процедур. Анализ проведен для всех перечисленных в табл. 4.3 элемен­тов. В тех случаях, когда содержание элемента в пробах воды не превышало 100 мкг/л, анализ образцов пара не проводился, за исклю­чением случаев, когда оказался применимым метод гамма-спектроскопии.