CN102230929A - 一种高温高压条件下测定表面活性剂发泡性能的装置以及方法 - Google Patents

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Abstract

一种高温高压条件下测定表面活性剂发泡性能的装置以及方法。主要解决现有技术中缺乏对表面活性剂发泡性能进行有效测定的装置以及方法的问题。其特征在于：所述装置由高压恒速恒压泵、活塞容器以及反应器置于恒温箱内构成，所述反应器上开有一个透明的带高度标尺的观察窗结构；使用时，用高压恒速恒压泵将表面活性剂和发泡气体依次泵入反应器内，达到设定的反应压力、温度以及通气时间条件后，通过观察窗结构中的高度标尺直接测定泡沫半衰期和泡沫高度。该种装置以及方法具有生产成本低、操作简单、泡沫量多并且能够测定任意压力条件下表面活性剂的发泡性能的特点，具有很好的推广应用前景。

Description

一种高温高压条件下测定表面活性剂发泡性能的装置以及方法
技术领域
 涉及一种测定表面活性剂发泡性能的装置，具体的说，是涉及一种能够实现在高温、高压条件下测定表面活性剂发泡性能的装置以及方法。
背景技术
目前在油田化学领域中，对表面活性剂在高温高压条件下的发泡性能的评价主要从发泡能力和稳定性两方面进行评价，表征发泡能力和泡沫稳定性的参数主要是发泡高度hf和泡沫半衰期T。现有技术中对表面活性剂的发泡性能的测定方法主要分为搅拌法和流体分析法。其中，搅拌法就是指实验在带玻璃观察窗和磁力搅拌转子的不锈钢高温高压反应釜内进行，之后通过操作人员目测发泡剂的发泡体积和半衰期。这种测定方式下，误差大、不能测量任意设定压力条件下表面活性剂的发泡性能。另一种方法为流体分析法，即测定实验在加拿大DBR公司研制和生产的JEFRI全观测窗无汞高温高压地层流体分析仪内进行，温度范围在-30～200℃，测试精度为0.1℃，压力范围在0.1～70MPa，测试精度为0.01MPa。利用这种方法时，需要采用激光测高仪来测定泡沫高度，仪器成本高、操作难度大，并且PVT筒的容积小、实验中产生的泡沫量少，不易测量。
发明内容
 为了解决背景技术中所提出的现有技术问题，本发明提出了一种高温高压条件下测定表面活性剂发泡性能的装置以及方法，该种装置以及方法具有生产成本低、操作简单、泡沫量多并且能够测定任意压力条件下表面活性剂的发泡性能的特点，具有很好的推广应用前景。
本发明的技术方案是：该种高温高压条件下测定表面活性剂发泡性能的装置，由高压恒速恒压泵、1号活塞容器、2号活塞容器、反应器以及恒温箱构成，所述高压恒速恒压泵、1号活塞容器、2号活塞容器和反应器均垂向固定后置于温度可调的恒温箱内；
其中，所述高压恒速恒压泵的两个出口端经过高压恒速恒压泵出口三通阀合并输出后分别经过1号活塞容器入口阀门和2号活塞容器入口阀门经过管路连接至所述1号活塞容器和2号活塞容器的底部对应入口端；
所述1号活塞容器和2号活塞容器的顶部对应出口端经过双活塞容器连接三通阀合并输出后经管路连接至所述反应器的底部入口端，所述反应器的底部入口端由反应器入口阀控制导通；
所述1号活塞容器和2号活塞容器的顶部对应出口端分别连接有1号活塞容器压力表和2号活塞容器压力表，所述反应器的顶部对应出口端连接有反应器压力表和放空阀；
所述反应器由不锈钢质的矩形反应器罐体、透明的钢化玻璃板、钢化玻璃固定夹板、不锈钢质的矩形反应器夹板以及带有出口的密封法兰盘构成；其中，所述矩形反应器夹板上沿垂向开有镂空的键槽，在所述矩形反应器夹板的表面与所述键槽的平行方向上固定有高度标尺；所述钢化玻璃板经过钢化玻璃固定夹板在其上下两端固定后，通过若干贯穿的双头螺栓密封固定于矩形反应器罐体的开口侧壁和矩形反应器夹板之间，所述高度标尺、键槽以及位于所述键槽对应部分处的钢化玻璃板构成了一个观察窗结构；所述矩形反应器罐体的上、下端分别与带有出口的密封法兰盘通过圆柱头内六角螺栓做密封固定连接；所述矩形反应器罐体的上端密封法兰盘出口作为所述反应器的顶部对应出口端，所述矩形反应器罐体的下端密封法兰盘出口作为所述反应器的底部入口端；所述反应器的下部固定在水平支架上，水平支架的支撑平面上固定有一个圆形万向水准泡；
所述1号活塞容器由容器缸体以及带有密封圈的上、下端容器封盖连接后构成；其中，所述上端容器封盖开有连接孔，通过此连接孔与内螺纹针形四通阀相连接，所述下端容器封盖上亦开有连接孔，通过此连接孔与内螺纹针形阀相连接；所述内螺纹针形四通阀的出口端作为所述1号活塞容器的顶部对应出口端，所述内螺纹针形阀的出口作为所述1号活塞容器的底部对应入口端；所述1号活塞容器的底部固定在活塞容器支架上；
所述2号活塞容器与所述1号活塞容器的结构相同。
利用前述装置在高温高压条件下测定表面活性剂发泡性能的方法，由如下步骤组成：
Figure 2011101684508100002DEST_PATH_IMAGE002
 调节恒温装置8至指定的实验温度，打开反应器的放空阀15，用高压恒速恒压泵5将100mL配制好的表面活性剂溶液装入反应器12内，利用高度标尺38读取液面高度hl，并恒温放置4小时；
② 关闭反应器的放空阀15，用高压恒速恒压泵将活塞容器内的发泡气体泵入反应器内，当压力表的读数为设定的实验压力时停泵，通过所述的观察窗结构中的高度标尺直接读取泡沫段顶部的高度hl+f，计算泡沫高度
Figure 2011101684508100002DEST_PATH_IMAGE004
（
Figure 2011101684508100002DEST_PATH_IMAGE006
），并开始记时，泡沫高度用来表征表面活性剂的发泡能力；
③ 记录从通气结束到泡沫高度衰减到一半时的时间
Figure 2011101684508100002DEST_PATH_IMAGE008
，即泡沫半衰期，表征泡沫的稳定性；
④ 计算泡沫综合指数FCI（
Figure 2011101684508100002DEST_PATH_IMAGE010
），FCI可以表征泡沫质量和泡沫半衰期对泡沫性能的综合影响；
Figure 2011101684508100002DEST_PATH_IMAGE012
 调节通气时间至反应器上压力读表为设定的实验压力数值，计算发泡高度
Figure 139309DEST_PATH_IMAGE004
，泡沫半衰期t1/2，计算不同发泡气体、不同实验温度和实验压力条件下表面活性剂的泡沫综合指数FCI。
本发明具有如下有益效果：
利用上述方法及装置测定表面活性剂发泡性能时，可以按照测定需要更换活塞容器内的发泡气体，即可实现不同发泡气体的实验条件，例如空气、N2、CO2、天然气等；可以改变恒温装置的设定温度，即可实现不同温度的实验条件，使温度介于室温和150℃范围内，精度为0.1℃；可以通过调节反应器入口阀的导通时间来控制不同的通气时间，即可实现不同压力的实验条件，使压力介于大气压和25MPa之间，精度为0.2Mpa。
综上所述，本装置操作简单，可随时更改实验条件，而创设出的观察窗结构，其高度标尺的精度范围可以做到0.1cm ，由此实现在0～30cm的观测范围内，精度达到0.1cm，实验中产生的泡沫可以用肉眼直接观测、读取数据。该种装置以及方法具有生产成本低、操作简单、泡沫量多并且能够测定任意压力条件下表面活性剂的发泡性能的特点，具有很好的推广应用前景。
附图说明：
图1是本发明所述种装置的整体结构组成示意图。
图2是本发明所述反应器的主视图。
图3是图2中所述反应器的侧视图。
图4是图2中所述反应器的俯视图。
图5是图3的A-A剖面图。
图6是本发明所述活塞容器的剖视图。
图中1-1号活塞容器出口三通阀，2-1号活塞容器，3-1号活塞容器入口阀门，4-高压恒速恒压泵出口三通阀，5-高压恒速恒压泵，6-2号活塞容器入口阀门，7-2号活塞容器，8-恒温箱，9-反应器入口阀，10-水平支架，11-观察窗结构，12-反应器,13-反应器出口三通阀，14-反应器压力表，15-放空阀，16-2号活塞容器压力表，17-双活塞容器连接三通阀，18-1号活塞容器压力表，19-圆形万向水准泡，20-圆柱头内六角螺栓，21-键槽，22-双头螺栓，23-垫片，24-钢化玻璃板，25-矩形反应器罐体，26-钢化玻璃固定夹板，27-矩形反应器夹板，31-内螺纹针形四通阀，32-密封圈，33-容器缸体，34-下端容器封盖，35-六角法兰面螺栓，36-内螺纹针形阀，37-支座，38-高度标尺，39-上端容器封盖。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本发明中所述的这种装置，其整体结构如图1所示，由高压恒速恒压泵5、1号活塞容器2、2号活塞容器7、反应器12以及恒温箱8构成，所述高压恒速恒压泵、1号活塞容器、2号活塞容器和反应器均垂向固定后置于温度可调的恒温箱内；
其中，所述高压恒速恒压泵的两个出口端经过高压恒速恒压泵出口三通阀合并输出后分别经过1号活塞容器入口阀门和2号活塞容器入口阀门经过管路连接至所述1号活塞容器和2号活塞容器的底部对应入口端；
所述1号活塞容器和2号活塞容器的顶部对应出口端经过双活塞容器连接三通阀合并输出后经管路连接至所述反应器的底部入口端，所述反应器的底部入口端由反应器入口阀控制导通；
所述1号活塞容器和2号活塞容器的顶部对应出口端分别连接有1号活塞容器压力表和2号活塞容器压力表，所述反应器的顶部对应出口端连接有反应器压力表和放空阀。
所述反应器12的结构如图2至图5所示，由不锈钢质的矩形反应器罐体25、透明的钢化玻璃板24、钢化玻璃固定夹板26、不锈钢质的矩形反应器夹板27以及带有出口的密封法兰盘构成。其中，所述矩形反应器夹板27上沿垂向开有镂空的键槽21，在所述矩形反应器夹板27的表面与所述键槽21的平行方向上固定有高度标尺38；所述钢化玻璃板24经过钢化玻璃固定夹板26在其上、下两端固定后，通过若干贯穿的双头螺栓22密封固定于矩形反应器罐体25的开口侧壁和矩形反应器夹板27之间，这样所述高度标尺38、键槽21以及位于所述键槽21对应部分处的钢化玻璃板24就构成了一个观察窗结构11，就可以通过透明的钢化玻璃板清楚的看到反应器内的泡沫高度；此外，所述矩形反应器罐体25的上、下端分别与带有出口的密封法兰盘通过圆柱头内六角螺栓20做密封固定连接；所述矩形反应器罐体25的上端密封法兰盘出口作为所述反应器12的顶部对应出口端，所述矩形反应器罐体25的下端密封法兰盘出口作为所述反应器12的底部入口端；所述反应器12的下部固定在水平支架10上，水平支架10的支撑平面上固定有一个圆形万向水准泡19。
所述1号活塞容器2的结构如图6所示，由容器缸体33以及带有密封圈32的上、下端容器封盖39和34连接后构成；其中，所述上端容器封盖39开有连接孔，通过此连接孔与内螺纹针形四通阀31相连接，所述下端容器封盖34上亦开有连接孔，通过此连接孔与内螺纹针形阀36相连接；所述内螺纹针形四通阀31的出口端作为所述1号活塞容器2的顶部对应出口端，所述内螺纹针形阀36的出口作为所述1号活塞容器2的底部对应入口端；所述1号活塞容器2的底部固定在活塞容器支架37上；
所述2号活塞容器7与所述1号活塞容器2的结构相同。
具体实施时，采用等长的双头螺栓M20X150-B，将厚度69mm的不锈钢体内壁OOCr26Ni7Mo2Ti与两侧的厚度18mm的钢化玻璃板固定板OOCr26Ni7Mo2Ti、厚度19mm的钢化玻璃板、厚度23mm的不锈钢体外壁贯穿连接，两头用螺母固定；钢化玻璃固定板与不锈钢体外壁之间上边缘和下边缘为U型坡口焊接，对称的钢板连接处亦采用这种焊接方法，观察窗上下封盖为不锈钢00Cr26Ni7Mo2Ti材质，用圆柱头内六角螺栓固定在不锈钢体内壁上。圆形万向水准泡内嵌于支座的底部水平钢板上。高度标尺可以为薄铁片材质，与不锈钢体外壁通过铆钉连接。
利用前述装置在高温高压条件下测定表面活性剂发泡性能时，可以按照如下步骤进行：
Figure 181083DEST_PATH_IMAGE002
 调节恒温装置8至指定的实验温度，打开反应器的放空阀15，用高压恒速恒压泵5将100mL配制好的表面活性剂溶液装入反应器12内，利用高度标尺38读取液面高度hl，并恒温放置4小时；
② 关闭反应器的放空阀15，用高压恒速恒压泵将活塞容器内的发泡气体泵入反应器内，当压力表的读数为设定的实验压力时停泵，通过权利要求1中所述的观察窗结构中的高度标尺直接读取泡沫段顶部的高度hl+f，计算泡沫高度（
Figure 982128DEST_PATH_IMAGE006
），h1为泡沫的初始高度，并开始记时，泡沫高度用来表征表面活性剂的发泡能力；
③ 记录从通气结束到泡沫高度衰减到一半时的时间
Figure 796501DEST_PATH_IMAGE008
，即泡沫半衰期，表征泡沫的稳定性；
④ 计算泡沫综合指数FCI（
Figure 743597DEST_PATH_IMAGE010
），FCI可以表征泡沫质量和泡沫半衰期对泡沫性能的综合影响；
Figure 10630DEST_PATH_IMAGE012
 调节通气时间至反应器上压力读表为设定的实验压力数值，计算发泡高度
Figure 835629DEST_PATH_IMAGE004
，泡沫半衰期t1/2，计算不同发泡气体、不同实验温度和实验压力条件下表面活性剂的泡沫综合指数FCI。
本发明所提出的这种装置和方法将有效解决生产实际中面临的技术难题，提高对表面活性剂性能测定上的精确性和高效性，为测定设备的设计提供一个新的思路。

Claims (2)

1.一种高温高压条件下测定表面活性剂发泡性能的装置，由高压恒速恒压泵（5）、1号活塞容器（2）、2号活塞容器（7）、反应器（12）以及恒温箱（8）构成，所述高压恒速恒压泵（5）、1号活塞容器（2）、2号活塞容器（7）和反应器（12）均垂向固定后置于温度可调的恒温箱（8）内；
其中，所述高压恒速恒压泵（5）的两个出口端经过高压恒速恒压泵出口三通阀（4）合并输出后分别经过1号活塞容器入口阀门（3）和2号活塞容器入口阀门（6）经过管路连接至所述1号活塞容器（2）和2号活塞容器（7）的底部对应入口端；
所述1号活塞容器（2）和2号活塞容器（7）的顶部对应出口端经过双活塞容器连接三通阀（17）合并输出后经管路连接至所述反应器（12）的底部入口端，所述反应器（12）的底部入口端由反应器入口阀（9）控制导通；
所述1号活塞容器（2）和2号活塞容器（7）的顶部对应出口端分别连接有1号活塞容器压力表（18）和2号活塞容器压力表（16），所述反应器（12）的顶部对应出口端连接有反应器压力表（14）和放空阀（15）；
所述反应器（12）由不锈钢质的矩形反应器罐体（25）、透明的钢化玻璃板（24）、钢化玻璃固定夹板（26）、不锈钢质的矩形反应器夹板（27）以及带有出口的密封法兰盘构成；其中，所述矩形反应器夹板（27）上沿垂向开有镂空的键槽（21），在所述矩形反应器夹板（27）的表面与所述键槽（21）的平行方向上固定有高度标尺（38）；所述钢化玻璃板（24）经过钢化玻璃固定夹板（26）在其上下两端固定后，通过若干贯穿的双头螺栓（22）密封固定于矩形反应器罐体（25）的开口侧壁和矩形反应器夹板（27）之间，所述高度标尺（38）、键槽（21）以及位于所述键槽（21）对应部分处的钢化玻璃板（24）构成了一个观察窗结构（11）；所述矩形反应器罐体（25）的上、下端分别与带有出口的密封法兰盘通过圆柱头内六角螺栓（20）做密封固定连接；所述矩形反应器罐体（25）的上端密封法兰盘出口作为所述反应器（12）的顶部对应出口端，所述矩形反应器罐体（25）的下端密封法兰盘出口作为所述反应器（12）的底部入口端；所述反应器（12）的下部固定在水平支架（10）上，水平支架（10）的支撑平面上固定有一个圆形万向水准泡（19）；
所述1号活塞容器（2）由容器缸体（33）以及带有密封圈（32）的上、下端容器封盖（39，34）连接后构成；其中，所述上端容器封盖（39）开有连接孔，通过此连接孔与内螺纹针形四通阀（31）相连接，所述下端容器封盖（34）上亦开有连接孔，通过此连接孔与内螺纹针形阀（36）相连接；所述内螺纹针形四通阀（31）的出口端作为所述1号活塞容器（2）的顶部对应出口端，所述内螺纹针形阀（36）的出口作为所述1号活塞容器（2）的底部对应入口端；所述1号活塞容器（2）的底部固定在活塞容器支架（37）上；
所述2号活塞容器（7）与所述1号活塞容器（2）的结构相同。
2.一种利用权利要求1中所述装置在高温高压条件下测定表面活性剂发泡性能的方法，由如下步骤组成：
Figure 2011101684508100001DEST_PATH_IMAGE002
 调节权利要求1中所述的恒温箱（8）至指定的实验温度，打开反应器（12）的放空阀（15），用高压恒速恒压泵（5）将100mL配制好的表面活性剂溶液装入反应器（12）内，利用高度标尺（38）读取液面高度hl，并恒温放置4小时；
② 关闭权利要求1中所述的放空阀（15），用高压恒速恒压泵（5）将所述活塞容器内的发泡气体泵入反应器（12）内，当反应器压力表的读数为设定的实验压力时停泵，通过权利要求1中所述的观察窗结构中的高度标尺直接读取泡沫段顶部的高度hl+f，计算泡沫高度
Figure 2011101684508100001DEST_PATH_IMAGE004
,，h1为初始泡沫高度，并开始记时，泡沫高度用来表征表面活性剂的发泡能力；
③ 记录从通气结束到泡沫高度衰减到一半时的时间，即泡沫半衰期，表征泡沫的稳定性；
④ 计算泡沫综合指数FCI,，FCI可以表征泡沫质量和泡沫半衰期对泡沫性能的综合影响；
Figure 2011101684508100001DEST_PATH_IMAGE012
调节权利要求1中所述的反应器入口阀（9）,调节通气时间至所述反应器上压力读表为设定的实验压力数值，计算发泡高度
Figure 517773DEST_PATH_IMAGE004
，泡沫半衰期t1/2，由此测定不同发泡气体、不同实验温度和实验压力条件下表面活性剂的泡沫综合指数FCI。
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