CN103336106B - 内置柔性反应腔的高温高压试验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开的内置柔性反应腔的高温高压试验平台主要包括同轴线装置的柔性反应腔和钛合金外腔以及增压泵和压力调节装置。柔性反应腔由钛箔和纯钛材料焊接而成，并使用黄金密封圈将反应腔内部与外腔进行隔离，柔性反应腔与钛合金外腔之间充满纯水，通过加热装置使内部温度和压力升高，当压力升到设定压力时压力调节装置开启，使压力保持恒定。取样管与柔性反应腔相连，可实现实时取样，取样后由于柔性反应腔外部压力不变，所以内部压力也保持不变，保证了取样之后柔性反应腔内部的反应环境不变。柔性反应腔既利用了钛箔材料的耐高温耐腐蚀性能，又保证了可变形压缩的柔性。本发明的试验平台适用于模拟高温高压下的水岩反应，同时，该试验平台便于实时取样分析。

Description

内置柔性反应腔的高温高压试验平台

技术领域

本发明涉及一种用于高温高压水岩反应的试验平台，具体说是一种内置柔性反应腔的高温高压试验平台。

背景技术

水岩反应是指在地质作用过程中，水溶液与矿物岩石间物质成分的相互交换作用的化学反应。为了在实验室条件下模拟水岩反应，需要形成高温高压无污染的环境，目前在开展水岩反应研究时所采用的实验装置多为常规反应釜，主要存在如下问题：

（1）一般的反应釜为了达到较好的高温密封效果，反应釜的容积往往是固定的，反应过程中只能控制实验的反应温度，反应腔的压力值无法控制。从室温升高到反应温度过程中，反应液的热膨胀使得反应腔内部的压力急剧上升，由于压力无法调控使得反应过程存在一定的危险性。

（2）一般的反应釜不能在反应的过程中对液体样品进行实时取样分析，只能在反应过程结束后才将样品取出进行分析，不便于科研工作的开展。

（3）国外进行水岩反应的柔性反应釜可实时对样品进行取样分析，但其柔性反应腔是用纯金制成的，体积小，成本高。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种适用于水岩反应的内置柔性反应腔的高温高压试验平台。

本发明的内置柔性反应腔的高温高压试验平台，包括水箱、压力调节装置、增压泵、电机、二个截止阀、二个压力表、液体进出管、取样阀、取样管、温度显示装置、热电偶和同轴线装置的柔性反应腔和钛合金外腔、柔性反应腔置于钛合金外腔内，所述的柔性反应腔包括由钛箔带卷焊而成的钛箔腔体，顶盖、黄金密封圈、压盖、连接腔和圆台形接头，顶盖具有中心孔和环形凹槽，连接腔的下端与钛箔腔体的顶端焊接成一体，连接腔的上端有外螺纹，压盖上有内螺纹，压盖压住顶盖与连接腔的上端螺纹拧紧固定，黄金密封圈置于顶盖的环形凹槽内，并与连接腔的上端面相抵，在顶盖的上端设有密封接头，圆台形接头与钛箔腔体的底端焊接成一体；钛合金外腔包括腔体、端盖、第一压环、第一石墨填料环、第二压环、第二石墨填料环和圆柱形密封基体，该密封基体自下而上依次有直径减小的环形平面形成阶梯状，在阶梯上自下而上依次套置第二石墨填料环、第二压环、第一石墨填料环和第一压环，端盖的下端面抵住第一压环的上端面，密封基体的上端穿越端盖，并与端盖上方的螺母通过螺纹连接与腔体紧固在一起，密封基体具有中心孔，并设置有与钛合金外腔连通的液体进出管和热电偶，取样管的一端通过密封基体中心孔置入柔性反应腔顶盖的中心孔内，通过密封接头与顶盖固定，取样管的另一端连接取样阀，热电偶伸出钛合金外腔端与温度显示装置相连，液体进出管伸出钛合金外腔端与第一压力表及第一截止阀的一端连接，第一截止阀的另一端分两路，一路与第二压力表及压力调节装置的一端相连，压力调节装置的另一端与水箱相连，另一路经第二截止阀和连接水箱的增压泵相连，增压泵连接电机，在钛合金外腔的外部套有加热 及保温装置。

上述的取样阀、取样管、柔性反应腔的顶盖、连接腔和圆台形接头均可由纯钛材料制成。

本发明的内置柔性反应腔的高温高压试验平台，外腔采用钛合金可耐400℃温度、40MPa压力，阶梯型石墨填料密封方法拆卸简单，密封可靠。外部加热及保温装置维持了温度的恒定，增压泵和压力调节装置维持反应压力不变。柔性反应腔由钛箔和纯钛材料焊接而成，具有耐高温耐腐蚀的特性，并采用黄金密封圈将柔性反应腔内部与外腔进行隔离。取样管与柔性反应腔相连，可实现实时取样，取样后由于柔性反应腔外部压力不变，所以内部压力也保持不变，保证了取样之后柔性反应腔内部的反应环境不变。

附图说明

图1是内置柔性反应腔的高温高压试验平台的结构示意图；

图2是钛合金外腔的结构示意图；

图3是柔性反应腔的结构示意图。

图中：1.水箱，2.压力调节装置，3.增压泵，4.电机，5.第二截止阀，6.第二压力表，7.第一截止阀，8.液体进出管，9.第一压力表，10.取样阀，11.取样管，12.温度显示装置，13.热电偶，14.加热及保温装置，15. 钛合金外腔外腔，16.柔性反应腔，20.第二石墨填料环，21.第一石墨填料环，22.端盖，23.螺母，24.密封基体，25.第一压环，26.第二压环，30.黄金密封圈，31.密封接头，32.顶盖，33.压盖，34.连接腔，35.钛箔腔，36.圆台形接头。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

参照图1，图2，图3，本发明的内置柔性反应腔的高温高压试验平台，包括水箱1、压力调节装置2、增压泵3、电机4、二个截止阀5和7、二个压力表6和9、液体进出管8、取样阀10、取样管11、温度显示装置12、热电偶13和同轴线装置的柔性反应腔16和钛合金外腔15、柔性反应腔16置于钛合金外腔15内，所述的柔性反应腔16包括由钛箔带卷焊而成的钛箔腔体35，顶盖32、黄金密封圈30、压盖33、连接腔34和圆台形接头36，顶盖32具有中心孔和环形凹槽，连接腔34的下端与钛箔腔体35的顶端焊接成一体，连接腔34的上端有外螺纹，压盖33上有内螺纹，压盖33压住顶盖32与连接腔34的上端螺纹拧紧固定，黄金密封圈30置于顶盖32的环形凹槽内，并与连接腔34的上端面相抵，在顶盖32的上端设有密封接头31，圆台形接头36与钛箔腔体35的底端焊接成一体；钛合金外腔15包括腔体、端盖22、第一压环25、第一石墨填料环21、第二压环26、第二石墨填料环20和圆柱形密封基体24，该密封基体24自下而上依次有直径减小的环形平面形成阶梯状，在阶梯上自下而上依次套置第二石墨填料环20、第二压环26、第一石墨填料环21和第一压环25，端盖22的下端面抵住第一压环25的上端面，密封基体24的上端穿越端盖22，并与端盖22上方的螺母23通过螺纹连接与腔体紧固在一起，密封基体24具有中心孔，并设置有与钛合金外腔15连通的液体进出管8和热电偶13，取样管11的一端通过密封基体24中心孔置入柔性反应腔16顶盖32的中心孔内，通过密封接头31与顶盖32固定，取样管11的另一端连接取样阀10，热电偶13伸出钛合金外腔15端与温度显示装置12相连，液体进出管8伸出钛合金外腔15端与第一压力表9及第一截止阀7的一端连接，第一截止阀7的另一端分两路，一路与第二压力表6及压力调节装置2的一端相连，压力调节装置2的另一端与水箱1相连，另一路经第二截止阀5和连接水箱1的增压泵3相连，增压泵3连接电机4，在钛合金外腔15的外部套有加热 及保温装置14。

本发明的装置在实际操作时，包括以下主要步骤：

（1）用去离子水冲洗柔性反应腔16内部、取样管11和取样阀10，待干燥后，按实验设计的温度和压力加入水和岩石样品，拧紧压盖33上的螺纹将顶盖32和连接腔34压紧密封。

（2）通过拧紧密封接头31将取样管11和顶盖32压紧密封，取样管11与取样阀10连接在一起，将取样阀10打开，用抽气装置（图中未示）将柔性反应腔内的空气抽空。

（3）钛合金外腔外腔15内装入纯水，这时柔性反应腔16浸入钛合金外腔15的水中。

（4）将密封基体24、第一石墨填料环21、第二石墨填料环20、第一压环25和第二压环26安装好，将端盖22拧到钛合金外腔15上，通过拧紧螺母23将石墨填料环预紧。将进出水管8和热电偶13连接到密封基体24上，热电偶13与温度显示装置12连接，进出水管8与第一压力表（9）及第一截止阀（7）连接。

（5）关闭第二截止阀5，打开第一截止阀7，将压力调节装置2调到实验设定的压力值，使用加热及保温装置14对钛合金外腔15进行加热保温，根据温度显示装置12显示的温度对加热及保温装置14的功率进行调节。

（6）在温度上升的过程中，钛合金外腔15内的压力急剧上升，当达到实验设定压力时，压力调节装置2开始工作，并保持压力不变。

（7）根据研究需要，打开取样阀10，通过取样管11采集柔性反应腔16内的液体样品。在反应压力降低时，打开第二截止阀5，通过增压泵3补充钛合金外腔的压力，保证在设定的温度和压力下进行水岩反应。

（8）反应完成后，待实验装置冷却到室温后，将螺母23、端盖22和密封装置取下，打开柔性反应腔16，将水岩样品取出并进行分析。

Claims (2)

1.内置柔性反应腔的高温高压试验平台，其特征在于它包括水箱（1）、压力调节装置（2）、增压泵（3）、电机（4）、二个截止阀（5、7）、二个压力表（6、9）、液体进出管（8）、取样阀（10）、取样管（11）、温度显示装置（12）、热电偶（13）和同轴线装置的柔性反应腔（16）和钛合金外腔（15）、柔性反应腔（16）置于钛合金外腔（15）内，所述的柔性反应腔（16）包括由钛箔带卷焊而成的钛箔腔体（35），顶盖（32）、黄金密封圈（30）、压盖（33）、连接腔（34）和圆台形接头（36），顶盖（32）具有中心孔和环形凹槽，连接腔（34）的下端与钛箔腔体（35）的顶端焊接成一体，连接腔（34）的上端有外螺纹，压盖（33）上有内螺纹，压盖（33）压住顶盖（32）与连接腔（34）的上端螺纹拧紧固定，黄金密封圈（30）置于顶盖（32）的环形凹槽内，并与连接腔（34）的上端面相抵，在顶盖（32）的上端设有密封接头（31），圆台形接头（36）与钛箔腔体（35）的底端焊接成一体；钛合金外腔（15）包括腔体、端盖（22）、第一压环（25）、第一石墨填料环（21）、第二压环（26）、第二石墨填料环（20）和圆柱形密封基体（24），该密封基体（24）自下而上依次有直径减小的环形平面形成阶梯状，在阶梯上自下而上依次套置第二石墨填料环（20）、第二压环（26）、第一石墨填料环（21）和第一压环（25），端盖（22）的下端面抵住第一压环（25）的上端面，密封基体（24）的上端穿越端盖（22），并与端盖（22）上方的螺母（23）通过螺纹连接与腔体紧固在一起，密封基体（24）具有中心孔，并设置有与钛合金外腔（15）连通的液体进出管（8）和热电偶（13），取样管（11）的一端通过密封基体（24）中心孔置入柔性反应腔（16）顶盖（32）的中心孔内，通过密封接头（31）与顶盖32 固定，取样管（11）的另一端连接取样阀（10），热电偶（13）伸出钛合金外腔（15）端与温度显示装置（12）相连，液体进出管（8）伸出钛合金外腔（15）端与第一压力表（9）及第一截止阀（7）的一端连接，第一截止阀（7）的另一端分两路，一路与第二压力表（6）及压力调节装置（2）的一端相连，压力调节装置（2）的另一端与水箱（1）相连，另一路经第二截止阀（5）和连接水箱（1）的增压泵（3）相连，增压泵（3）连接电机（4），在钛合金外腔（15）的外部套有加热及保温装置（14）；用去离子水冲洗柔性反应腔（16）内部、取样管（11）和取样阀（10），待干燥后，按实验设计的温度和压力加入水和岩石样品，拧紧压盖（33）上的螺纹将顶盖（32）和连接腔（34）压紧密封；通过拧紧密封接头（31）将取样管（11）和顶盖（32）压紧密封，取样管（11）与取样阀（10）连接在一起，将取样阀（10）打开，用抽气装置将柔性反应腔内的空气抽空；钛合金外腔外腔（15）内装入纯水，柔性反应腔（16）浸入钛合金外腔（15）的水中。

2.根据权利要求1 所述的内置柔性反应腔的高温高压试验平台，其特征在于取样阀（10）、取样管（11）、柔性反应腔（16）的顶盖（32）、连接腔（34）和圆台形接头（36）均由纯钛材料制成。