專利名稱：水合物相平衡原位監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測試裝置，尤其涉及一種水合物相平衡原位監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
天然氣水合物的生成和分解過程實(shí)際上是一個“水合物-水-天然氣”三相平衡變化的過程，任何影響相平衡的因素都能夠影響天然氣水合物的生成和分解過程。因此，研究各種條件下“水合物-水-天然氣”三相平衡條件及其影響因素，即可得到天然氣水合物的生成和分解信息。目前國內(nèi)外已報道的水合物相平衡模擬實(shí)驗(yàn)裝置的監(jiān)測功能參差不齊、顧此失彼，不是難以直接觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，就是較少與現(xiàn)代精密監(jiān)測儀器在線聯(lián)機(jī)工作，而多功能的同時原位監(jiān)測技術(shù)更是匱乏。因此，針對多組分氣體水合物的相平衡研究，難以在多參數(shù)水平上同時研究實(shí)驗(yàn)影響因素，難以原位實(shí)時獲得高精度的氣體組分分異數(shù)據(jù)和高分辨的生長、消亡行為影像。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種水合物相平衡原位監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，測試效果好。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案其包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)有通過供氣管道相互連通的反應(yīng)釜和儲氣容器，儲氣容器通過供氣管道、加壓裝置與儲氣瓶連通；反應(yīng)釜分別通過光纖成像系統(tǒng)、計量控制系統(tǒng)、色譜分析系統(tǒng)與計算機(jī)微處理器連接；反應(yīng)釜設(shè)置在水浴夾套內(nèi)。本項(xiàng)實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)裝置其核心應(yīng)用技術(shù)是可模擬自然地質(zhì)條件中的氣體組成情況，研究多組分氣體水合物的相平衡條件，可同時多功能地對實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行原位實(shí)時監(jiān)測。光纖成像系統(tǒng)可實(shí)時、直觀準(zhǔn)確地觀察和記錄水合物的生成與分解行為；色譜分析系統(tǒng)在研究多組分氣體水合物相平衡條件時，可原位監(jiān)測各氣體組分與水反應(yīng)形成水合物的能力，以及水合物形成/分解過程中各氣體組分的相對含量變化；控制系統(tǒng)控制器采用 PID穩(wěn)壓控制組件和氣動閥控制組件，由計算機(jī)進(jìn)行實(shí)時控制，對儲氣容器供給反應(yīng)釜的氣體壓力進(jìn)行控制，可精確控制反應(yīng)釜的進(jìn)氣量。本項(xiàng)實(shí)用新型用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)多組分氣體水合物相平衡研究中的多參數(shù)同時原位監(jiān)測。裝置的主要核心技術(shù)在于設(shè)計了帶透明視窗的高壓反應(yīng)釜，引進(jìn)了精密光纖成像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了色譜在線聯(lián)機(jī)檢測技術(shù)，同時監(jiān)測手段較充分，保壓自動快速方便，可視化程度較高。該裝置可直觀準(zhǔn)確地實(shí)時觀察、記錄多組分氣體水合物的生成與分解行為，可原位監(jiān)測水合物形成/分解過程中各氣體組分的分異趨勢， 有利于從多參數(shù)水平上進(jìn)行多組分氣體水合物的相平衡研究。反應(yīng)釜的底部設(shè)有磁力攪拌器。通過磁力攪拌的方式帶動轉(zhuǎn)子，從而攪動釜內(nèi)液體，可在不擾動氣液界面的情況下進(jìn)行攪拌，可有效避免機(jī)械式攪拌對高壓密封的要求。反應(yīng)釜和儲氣容器之間的供氣管道上設(shè)有PID控制器。反應(yīng)釜內(nèi)部設(shè)有兩個溫度傳感器，其中一個位于反應(yīng)釜內(nèi)部的上側(cè)，另一個位于反應(yīng)釜內(nèi)部的下側(cè)。反應(yīng)釜頂端設(shè)有抽真空管道，抽真空管道與供氣管道連通，抽真空管道上設(shè)有壓力傳感器、安全閥，抽真空管道與計量控制系統(tǒng)連通。反應(yīng)釜的側(cè)面設(shè)有透明的可視窗。高壓反應(yīng)釜帶透明視窗，整體為快開結(jié)構(gòu)，釜體外部配有水浴夾套，可準(zhǔn)確控制釜內(nèi)實(shí)驗(yàn)溫度；反應(yīng)釜頂端設(shè)有采樣管道，采樣管道通過閥門與色譜分析系統(tǒng)連通。儲氣容器上設(shè)有抽真空管道，抽真空管道與供氣管道連通，抽真空管道上設(shè)有安全閥。儲氣容器上設(shè)有壓力傳感器。采用本結(jié)構(gòu)的水合物相平衡原位監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置，能在同一裝置內(nèi)，在整個實(shí)驗(yàn)過程中，溫度、壓力、影像、色譜分析等數(shù)據(jù)均由計算機(jī)系統(tǒng)原位實(shí)時記錄。根據(jù)影像資料可直觀觀察水合物的生成/分解行為，根據(jù)色譜分析數(shù)據(jù)可準(zhǔn)確監(jiān)測各氣體組分的反應(yīng)情況， 結(jié)合溫度、壓力監(jiān)測值可得出多組分氣體水合物的相平衡條件。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型做詳細(xì)描述

圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.殼體；2.反應(yīng)釜；3.儲氣容器；4.儲氣瓶；5.色譜分析系統(tǒng)；6.計量控制系統(tǒng)；7.光纖成像系統(tǒng)；8.計算機(jī)微處理器；9.磁力攪拌器；10. PID控制器；11.閥門； 12.溫度傳感器；13.抽真空管道；14.供氣管道；15.壓力傳感器；16.安全閥；17.可視窗； 18.水浴夾套；19.加壓裝置；20.采樣管道。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)裝置包括殼體1，殼體1內(nèi)設(shè)有通過供氣管道14相互連通的反應(yīng)釜2和儲氣容器3，儲氣容器3通過供氣管道14、加壓裝置19與儲氣瓶4連通；反應(yīng)釜2 分別通過光纖成像系統(tǒng)7、計量控制系統(tǒng)6、色譜分析系統(tǒng)5與計算機(jī)微處理器8連接；反應(yīng)釜2設(shè)置在水浴夾套18內(nèi)。反應(yīng)釜2的底部設(shè)有磁力攪拌器9。反應(yīng)釜2和儲氣容器3之間的供氣管道14 上設(shè)有PID控制器10。反應(yīng)釜內(nèi)部設(shè)有兩個溫度傳感器12，其中一個位于反應(yīng)釜內(nèi)部的上側(cè)，另一個位于反應(yīng)釜內(nèi)部的下側(cè)。反應(yīng)釜頂端設(shè)有抽真空管道13，抽真空管道13與供氣管道14連通，抽真空管道13上設(shè)有壓力傳感器15、安全閥16，抽真空管道13與計量控制系統(tǒng)6連通。反應(yīng)釜的側(cè)面設(shè)有透明的可視窗17。反應(yīng)釜頂端設(shè)有采樣管道20，采樣管道 20通過閥門11與色譜分析系統(tǒng)5連通。儲氣容器3上設(shè)有抽真空管道13，抽真空管道13 與供氣管道14連通，抽真空管道13上設(shè)有安全閥16。儲氣容器3上設(shè)有壓力傳感器15。本項(xiàng)實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)裝置中，反應(yīng)釜2的最高壓力為20MPa，儲氣容器3的最高壓力為30MPa，分別用于水合物的合成與分解、增壓與減壓等工作。在反應(yīng)釜2內(nèi)有兩支溫度傳感器12，分別測量釜內(nèi)上部氣體的溫度和下部液體的溫度，測量精度為士0. 1°C。反應(yīng)釜 2的壓力由PID控制器10控制，并由連接在反應(yīng)釜上的一壓力傳感器15測量反應(yīng)釜2內(nèi)壓力，壓力測量精度為士0. IMpa0溫度控制系統(tǒng)由恒溫箱及內(nèi)置低溫恒溫水浴設(shè)備組成(溫度范圍-20-50°C )，實(shí)驗(yàn)中主要通過反應(yīng)釜水浴夾套18配合恒溫箱來調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)的溫度，通過降低溫度使水合物生成，隨后升高溫度使水合物分解。實(shí)驗(yàn)過程中所有的數(shù)據(jù)(包括溫度、壓力、影像、色譜分析等)均由計算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時采集和記錄。多組分氣體水合物相平衡研究原位監(jiān)測實(shí)驗(yàn)步驟如下1、首先檢查所有管線、電路等器件連線是否正常，再打開中央微處理器、色譜分析系統(tǒng)、光纖成像系統(tǒng)、計量控制系統(tǒng)的電源，并啟動實(shí)驗(yàn)軟件、色譜工作站、成像視頻軟件；2、進(jìn)入實(shí)驗(yàn)軟件并開始采集數(shù)據(jù)，觀察各個通道的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否正常，并通過相關(guān)控制按鈕，檢驗(yàn)PID調(diào)節(jié)閥及氣動閥門是否工作正常；3、打開成像系統(tǒng)的電子內(nèi)窺鏡，將各線路連接正常，看能否正常采集圖像或視頻；4、檢查色譜分析系統(tǒng)，確保各部位工作正常，設(shè)置色譜分析參數(shù)，待基線穩(wěn)定后待機(jī)工作；5、開始實(shí)驗(yàn)前，先將反應(yīng)釜清洗干凈，再注入高純水至透視窗中部位置，蓋好反應(yīng)釜，檢查并確保各連接部位均緊固牢靠；6、利用抽真空系統(tǒng)，對整個實(shí)驗(yàn)容器及管路抽真空，以排凈系統(tǒng)內(nèi)部(包括水)存留的空氣；7、打開加壓配氣系統(tǒng)，通過儲氣容器向反應(yīng)釜內(nèi)通入實(shí)驗(yàn)氣體，使反應(yīng)釜內(nèi)壓力達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計的壓力，對各連接部位進(jìn)行氣密性檢查，平衡穩(wěn)定一段時間，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要決定開關(guān)磁力攪拌器或調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；8、降低恒溫箱及水浴的溫度至實(shí)驗(yàn)設(shè)計溫度以生成天然氣水合物，待水合物生成并平衡一段時間后停止控溫，使水浴溫度上升，水合物即可分解；9、在水合物生成/分解過程中，通過成像設(shè)備可對全過程進(jìn)行實(shí)時視頻攝像，通過壓力、溫度傳感器可實(shí)時測定釜內(nèi)壓力、氣體與液體溫度，通過氣相色譜可在線分析任一時刻釜內(nèi)反應(yīng)氣或水合物分解氣各組分的相對含量變化；10、色譜分析時，需將釜內(nèi)上部氣體導(dǎo)入閥間的管路中，此時釜內(nèi)壓力下降約 0. 03-0. 06Mpa，該壓降在實(shí)驗(yàn)壓力允許波動范圍內(nèi)，不影響釜內(nèi)的反應(yīng)行為。閥間管路所憋住的試驗(yàn)氣體，將通過氣相色譜閥進(jìn)樣裝置自動導(dǎo)入色譜儀進(jìn)行分析，可供平行分析6次用，完全滿足色譜平行測定的要求；11、整個實(shí)驗(yàn)過程中，溫度、壓力、影像、色譜分析等數(shù)據(jù)均由計算機(jī)系統(tǒng)原位實(shí)時記錄。根據(jù)影像資料可直觀觀察水合物的生成/分解行為，根據(jù)色譜分析數(shù)據(jù)可準(zhǔn)確監(jiān)測各氣體組分的反應(yīng)情況，結(jié)合溫度、壓力監(jiān)測值可得出多組分氣體水合物的相平衡條件。
權(quán)利要求1.一種水合物相平衡原位監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括殼體(1)，殼體(1)內(nèi)設(shè)有通過供氣管道(14)相互連通的反應(yīng)釜( 和儲氣容器(3)，儲氣容器C3)通過供氣管道 (14)、加壓裝置(19)與儲氣瓶(4)連通；反應(yīng)釜( 分別通過光纖成像系統(tǒng)(7)、計量控制系統(tǒng)(6)、色譜分析系統(tǒng)(5)與計算機(jī)微處理器(8)連接；反應(yīng)釜(2)設(shè)置在水浴夾套(18) 內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水合物相平衡原位監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，反應(yīng)釜(2)的底部設(shè)有磁力攪拌器(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水合物相平衡原位監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，反應(yīng)釜(2)和儲氣容器C3)之間的供氣管道(14)上設(shè)有PID控制器(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水合物相平衡原位監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，反應(yīng)釜內(nèi)部設(shè)有兩個溫度傳感器(12)，其中一個位于反應(yīng)釜內(nèi)部的上側(cè)，另一個位于反應(yīng)釜內(nèi)部的下側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水合物相平衡原位監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，反應(yīng)釜頂端設(shè)有抽真空管道(13)，抽真空管道(13)與供氣管道(14)連通，抽真空管道(13)上設(shè)有壓力傳感器(15)、安全閥(16)，抽真空管道(13)與計量控制系統(tǒng)(6)連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水合物相平衡原位監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，反應(yīng)釜的側(cè)面設(shè)有透明的可視窗(17)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水合物相平衡原位監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，反應(yīng)釜頂端設(shè)有采樣管道(20)，采樣管道00)通過閥門(11)與色譜分析系統(tǒng)( 連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水合物相平衡原位監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，儲氣容器(3) 上設(shè)有抽真空管道(13)，抽真空管道(13)與供氣管道(14)連通，抽真空管道(13)上設(shè)有安全閥(16)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水合物相平衡原位監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，儲氣容器(3) 上設(shè)有壓力傳感器(15)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種測試裝置，尤其涉及一種水合物相平衡原位監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型的水合物相平衡原位監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置，包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)有通過供氣管道相互連通的反應(yīng)釜和儲氣容器，儲氣容器通過供氣管道、加壓裝置與儲氣瓶連通；反應(yīng)釜分別通過光纖成像系統(tǒng)、計量控制系統(tǒng)、色譜分析系統(tǒng)與計算機(jī)微處理器連接；反應(yīng)釜設(shè)置在水浴夾套內(nèi)。采用本結(jié)構(gòu)的水合物相平衡原位監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置，能在同一裝置內(nèi)，在整個實(shí)驗(yàn)過程中，溫度、壓力、影像、色譜分析等數(shù)據(jù)均由計算機(jī)系統(tǒng)原位實(shí)時記錄。
文檔編號G01N30/00GK202057608SQ201120099338
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者業(yè)渝光, 劉昌嶺, 孫始財, 孟慶國, 賀行良 申請人:青島海洋地質(zhì)研究所