可調(diào)溫壓條件下海水特定配方溶液制備裝置及用法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可調(diào)溫壓條件下海水特定配方溶液制備裝置及用法,屬于海洋環(huán)境及海洋天然氣水合物資源地球化學勘探開發(fā)探測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋天然氣水合物由于其巨大的能源普遍受到關(guān)注,但是天然氣水合物在開發(fā)過程中利益與危害并存。其危害為:1、會引起甲烷氣體在海水中的大量泄漏，帶來溫室效應(yīng)的影響；2、由于固態(tài)物質(zhì)的消融也會引發(fā)潛在的地質(zhì)災(zāi)害，因此在天然氣水合物的開發(fā)過程中對海水中甲烷物質(zhì)的濃度必須進行實時快速準確的測量和監(jiān)測，這種數(shù)據(jù)的獲得對于海洋能源的開發(fā)利用、環(huán)境保護、地質(zhì)災(zāi)害防治是十分重要和必要的。
[0003]由于海水中甲烷等烴類物質(zhì)的背景值很低，海水環(huán)境的多樣和復(fù)雜，使得無論采用海水拖曳式或者固定式兩種測量方式中，要想準確、連續(xù)、穩(wěn)定地獲取不同深度海水中甲烷等烴類組分的數(shù)據(jù)，一定要滿足傳感器在達到性能指標的硬件要求的同時,也必須能夠提供對檢測數(shù)據(jù)進行校正歸位的方法技術(shù)，缺一不可。
[0004]目前國內(nèi)進行此項工作的傳感器主要采用德國的K-METS甲烷傳感器，K-METS甲烷傳感器采用甲烷電化學敏感探頭和溫度探頭進行同步參數(shù)測試采集。原始甲烷測試數(shù)值經(jīng)過溫度、壓力和K-METS裝置響應(yīng)過程校正后,才能夠獲得可使用的有效甲烷數(shù)據(jù)，得到地質(zhì)問題的科學認識。K-METS傳感器為專利產(chǎn)品，目前數(shù)據(jù)校正處理過程必須由德國科學家負責完成，之后數(shù)據(jù)交到國內(nèi)科研工作者手中，這種現(xiàn)象成為國內(nèi)科研單位應(yīng)用K-METS測量海水地球化學數(shù)據(jù)技術(shù)上的桎梏，影響到國內(nèi)科學家方便的對于地質(zhì)成果的正確解釋和認識。
[0005]“十一五863，，期間，我國科研人員研發(fā)了 “海水甲烷原位探測傳感器”試驗樣機，實現(xiàn)了能夠?qū)崟r連續(xù)測試出海水中甲烷等烴類指標的數(shù)據(jù)成果，但是數(shù)據(jù)矯正方法研究上尚屬空白，這是與K-METS相比是最顯著的差距。
[0006]為此目的需要在實驗室制造出不同深度海水條件下的、不同礦化度海水中的、溶解了不同種類烴類組分和濃度的海水條件環(huán)境，通過研制的傳感器測量出上述條件下的地球化學指標數(shù)據(jù)，再將測量數(shù)據(jù)和配制出的已知烴類組分數(shù)據(jù)進行正演對比研究，及氣體組分測試過程中的地球化學動態(tài)過程分析研究，進行海洋環(huán)境中不同深度海水，不同地質(zhì)條件下,溶解氣甲烷輕烴組分傳感器測試動態(tài)過程和地球化學特性規(guī)律分析研究,根據(jù)影響因子權(quán)重和參數(shù)變化規(guī)律,創(chuàng)建甲烷濃度響應(yīng)函數(shù)和數(shù)據(jù)校正方法，以便有利于實際測量數(shù)據(jù)的處理和校正。
[0007]為了實現(xiàn)這一目的,調(diào)研了國內(nèi)有關(guān)大學烴源巖動態(tài)模擬實驗室,但是目前國內(nèi)還沒有針對海洋環(huán)境不同烴類濃度和礦化度海水環(huán)境的模擬實驗室和專門裝置,給這方面的研究帶來了困難，因此根據(jù)情況和海水傳感器測試研究工作的需要，研制出可調(diào)溫壓條件下海水特定配方溶液制備裝置就是十分必要的了。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種可調(diào)溫壓條件下海水特定配方溶液制備裝置，以滿足針對海洋環(huán)境不同烴類濃度和礦化度海水環(huán)境下傳感器模擬測試研究工作的需要。
[0009]本發(fā)明的另一個目的在于提供上述可調(diào)溫壓條件下海水特定配方溶液制備裝置的用法，以便實驗工作中更好地使用該裝置。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0011]可調(diào)溫壓條件下海水特定配方溶液制備裝置，包括，壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、氣體溶入系統(tǒng)、流體控制系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、控制面板；其中，所述的壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)使高壓恒溫艙產(chǎn)生設(shè)定的壓力；所述的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，自動調(diào)整到設(shè)定溫度；所述的氣體溶入系統(tǒng)注入試驗氣體，進入試驗液體中攪拌混溶；所述的液流控制系統(tǒng)，實現(xiàn)液流閉路循環(huán)，完成檢測試驗；上述各系統(tǒng)部件都安裝在支撐系統(tǒng)上:所述的控制面板完成設(shè)定的操作；
[0012]其中，壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、安裝在支撐系統(tǒng)的下.方；氣體溶入系統(tǒng)、流體控制系統(tǒng)安裝在支撐系統(tǒng)上下方；在高壓恒溫艙的下端設(shè)置高壓恒溫艙入口、上端設(shè)高壓恒溫艙出口 ；借助循環(huán)泵，以實現(xiàn)液流閉路循環(huán)實現(xiàn)液體流動Γ支撐系統(tǒng)是一個框架式結(jié)構(gòu)，裝置外形尺寸(mm)為:570*570*1600。
[0013]所述的壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動力源為壓縮空氣或氮氣，經(jīng)過氣驅(qū)液壓泵進行壓力放大以后，汲取油箱中的液壓油注入高壓油缸,驅(qū)動油缸內(nèi)活塞桿上行，使高壓恒溫艙產(chǎn)生設(shè)定的壓力。所述的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)外接制冷壓縮機，將冷卻液注入到儲液艙的冷卻液入口，通過環(huán)繞儲液艙的螺旋通道流動，從冷卻液出口流出；
[0014]在儲液艙頂端設(shè)置溫度傳感器,通過溫度傳感器的反饋信息，自動調(diào)整到設(shè)定溫度；
[0015]壓力調(diào)節(jié)范圍為:l_29MPa。運行40min內(nèi)，艙內(nèi)溫度與壓力同時達到穩(wěn)定狀態(tài)；
[0016]外接制冷壓縮機設(shè)計有自動啟動功能，以保證儲液艙的恒溫狀態(tài)。
[0017]所述的氣體溶入系統(tǒng)由三部分組成，分別為:氣體分散裝置、調(diào)速攪拌裝置、攪拌器位置控制裝置。
[0018]所述氣體分散裝置設(shè)置在儲液艙的F端；當儲液艙中充滿液體后，在負壓條件下，由儲液艙的下端向儲液艙中注入試驗氣體，并通過外接設(shè)備得到氣體體積；試驗氣體首先經(jīng)過強制分配器平均分散到48個圓孔，然后再通過3 μ m孔的結(jié)篩板進一步分散,最后進入試驗液體中進行攪拌混溶；
[0019]運行后，剩余氣體集中到儲液艙的....t端，可以在下一步試驗前排出，并進行計量；
[0020]所述的調(diào)速攪拌裝置:包括:步進電機(動力源)、同步帶組(動力傳遞)、艙內(nèi)攪拌翅、強磁環(huán)；
[0021]強磁環(huán)為永久磁鐵；艙內(nèi)攪拌翅為外包聚四氟乙烯的鐵棒；
[0022]步進電機通過同步帶組帶動強磁環(huán)在儲液艙外做環(huán)形轉(zhuǎn)動,磁力透過儲液艙壁，驅(qū)動艙內(nèi)攪拌翅轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)攪拌；
[0023]工作噪聲小于60分貝；步進電機可以調(diào)速；
[0024]所述攪拌器位置控制裝置:包括:步進電機、滾珠絲杠、磁環(huán)托板和磁環(huán)滑道；通過步進電機正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速可以使磁環(huán)托板帶動強磁環(huán)沿著磁環(huán)滑道做往復(fù)運動；可以使磁環(huán)托板固定在需要的位置上；強磁環(huán)旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)范圍為:0-120rpm。
[0025]所述的液流控制系統(tǒng),調(diào)整背壓閥，設(shè)定儲液艙壓力；系統(tǒng)壓力在液壓表中顯示；外接循環(huán)泵，以實現(xiàn)液流閉路循環(huán)；啟動檢測器，可以完成檢測試驗。
[0026]所述的支撐系統(tǒng)安裝腳輪，便于移動。腳輪帶有自鎖裝置，可以固定使用位置。
[0027]所述的控制面板設(shè)置有儲液艙壓力、溫度，氣體溶入的攪拌速度、方式調(diào)節(jié)開關(guān)，可以在控制面板上設(shè)定和操作。
[0028]可調(diào)溫壓條件下海水特定配方溶液制備裝置的用法，如F:
[0029]①、原始位置
[0030]液壓缸內(nèi)的活塞處于最高位置,此時,儲液艙內(nèi)活塞同樣處于最高位置。儲液艙內(nèi)有--定量的室內(nèi)空氣；
[0031]②、吸入液體
[0032]管路接預(yù)混液體,打開儲液艙上端截止閥，在操作面板上使活塞操作旋鈕處于“降”的位置,然后，在操作面板上使氣路開關(guān)處于“開”的位置,此時,活塞下行，吸入預(yù)混液體；
[0033]在吸入超過5L預(yù)混液體以后，使氣路開關(guān)處于“關(guān)”的位置,此時,活塞停止運動；
[0034]手動,使活塞操作旋鈕處于“升”的位置,然后,使氣路開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“升”的位置，此時，活塞上行,排除殘留氣體。
[0035]③、氣體混溶
[0036]管路接預(yù)混氣體，在操作面板上使活塞操作旋鈕處于“降”的位置，然后,在操作面板上使氣路開關(guān)處于“開”的位置，此時,活塞下行，形成負壓；打開儲液艙下端截止閥，利用自行設(shè)計的氣體定量溶入系統(tǒng)向儲液艙注入氣體，同時開啟攪拌器和位置控制器；
[0037]在吸入設(shè)計所需的氣體量后，關(guān)閉截止閥。同時使氣路開關(guān)處于“關(guān)”的位置，此時，活塞停止運動；
[0038]在操作面板上控制活塞繼續(xù)上行，旋轉(zhuǎn)氣路閥，觀察壓力表達到試驗需要的壓力狀態(tài)。停止旋轉(zhuǎn)氣路閥，并將氣路閥鎖死；
[0039]④、加壓、降溫
[0040]關(guān)閉儲液艙兩端截止閥，設(shè)定儲液艙的溫度，開啟設(shè)備，大約需要40min時間，艙內(nèi)溫度和壓力達到實驗要求；
[0041]⑤、開始試驗
[0042]通過下截止閥使得實驗溶液通過流量閥進入氣液分離裝置,而后分別連接自制甲烷儀器探測器和METS探測器，獲得實驗數(shù)據(jù)；
[0043]⑥、清洗，并維護設(shè)備
[0044]儲液艙的結(jié)構(gòu)設(shè)計便于清洗維護。
[0045]本發(fā)明的可調(diào)溫壓條件下海水特定配方溶液制備裝置及用法,滿足了針對海洋環(huán)境不同烴類濃度和礦化度海水環(huán)境的模擬研究工作的需要，并提供了更好地使用上述裝置的方法；該可調(diào)溫壓條件下特定配方溶液制備器，可在最大工作壓力:29MPa，最大流量:50()mL/min,溫度0-20°C的工況下,更方便地配合傳感器進行海況模擬條件下大量樣品測試研究。
【附圖說明】
[0046]附圖用來提供對本發(fā)明的進^-步理解,并且構(gòu)成說明書的一部分,與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0047]圖1A是本發(fā)明可調(diào)溫壓條件下海水特定配方溶液制備裝置的主視圖；
[0048]圖1.B