CN104614149A - 天然气水合物保真运移实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是天然气水合物保真运移实验装置及实验方法，其中天然气水合物保真运移实验装置主要包括反应釜、天然气水合物破碎装置、电机、气瓶、稳压器、压缩机、柱塞泵、水箱；天然气水合物破碎装置设置在反应釜的内部，并与电机连接；气瓶通过压缩机与反应釜底部气相入口连接，反应釜底部的气相入口与反应釜顶部的气相出口通过循环管路连通；水箱通过柱塞泵与反应釜底部液相入口连接；反应釜的混合相出口通过法兰连接到天然气水合物管输特性实验平台，反应釜混合相出口处安装有过滤网。本发明提供的天然气水合物保真运移实验装置及方法，可用于天然气水合物储运技术研究，并为海洋天然气水合物固态流化开采管输特性研究提供实验样品。

Description

天然气水合物保真运移实验装置及实验方法

技术领域

本发明涉及主要应用在天然气水合物采掘、储存、输送等领域的试验模拟装置及实验方法，具体为天然气水合物保真运移实验装置及方法。

背景技术

天然气水合物是一种非化学计量的超分子笼状化合物，lm³水合物可储存150～180m³的天然气，天然气水合物是自然界中天然气存在的一种特殊形式，具有分布范围广、成藏规模大、储能密度高的特点，被公认为21世纪重要的替代能源。根据最新的研究成果，隐藏在天然气水合物中的碳储量相当可观，其数量是目前已经勘探出的所有化石燃料中碳储量的两倍之多。作为一种高效绿色的新能源，天然气水合物被誉为“后石油时代”最有希望的战略资源，受到国内外的普遍关注。实现天然气水合物的保真运移，研究天然气水合物在管道中的流动和传热特性，对海洋天然气水合物的开采、储运及输送具有战略意义。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种天然气水合物保真运移实验装置及方法，对天然气水合物混合浆体的管输特性进行研究，探究天然气水合物储运技术方案，实现天然气水合物浆体高效率的输送，推动天然气水合物的工业化进程。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种天然气水合物保真运移实验装置，包括气瓶、反应釜、稳压器、电机、柱塞泵、压缩机、水箱和天然气水合物管输特性实验平台，所述反应釜内部设有天然气水合物破碎装置，所述天然气水合物破碎装置设置在反应釜的内部并固定在反应釜的顶部，所述电机通过减速器与天然气水合物破碎装置连接，所述反应釜的外壁上设有制冷系统，所述反应釜底部开设气相入口、液相入口和调压口，所述反应釜顶部有气相出口，所述反应釜侧壁上设有混合相出口，所述气瓶通过压缩机与反应釜底部的气相入口连接，所述反应釜顶部的气相出口和压缩机连接，所述稳压器底部设有液流口，其液流口与反应釜底部的调压口连接，所述水箱通过柱塞泵与稳压器的液流口连接，所述柱塞泵和反应釜底部的液相入口连接，所述混合相出口通过法兰与天然气水合物管输特性实验平台连接，并且在反应釜的混合相出口处设有过滤网。

进一步的：所述反应釜顶部设有压力指示器和温度指示器，反应釜底部设有压力指示器，所述气瓶与压缩机的连接管上依次设有压力指示器、截止阀、压力指示器和温度指示器，所述气相出口的连接管上设有截止阀，所述压缩机与气相入口的连接管上依次设有压力指示器、温度指示器、调节阀和流量计，所述混合相出口与天然气水合物管输特性实验平台的连接管上依次设有流量计、调节阀、压力指示器和温度指示器，所述柱塞泵与液相入口的连接管上依次设有温度指示器、压力指示器、调节阀、截止阀和流量计，所述水箱与柱塞泵的连接管上设有调节阀，所述稳压器顶部设有安全阀、压力指示器、温度指示器，所述稳压器侧壁设有排空阀，所述稳压器液流口与反应釜调压口的连接管上还设有调节阀，所述稳压器液流口通过截止阀与调节阀连接。

本发明的另一目的是提供一种天然气水合物保真运移实验方法，天然气水合物破碎装置在电机的带动下，将直接在反应釜中生成的固体天然气水合物破碎，达到实验所需的颗粒粒度大小；打开截止阀、调节阀，启动柱塞泵，将水从水箱注入反应釜；调节减速器使天然气水合物破碎装置低速转动，让进入反应釜中的水和破碎后的天然气水合物颗粒充分混合；打开调节阀，使充分混合的天然气水合物浆体通过反应釜的混合相出口输送到天然气水合物管输特性实验平台，稳压器底部的液流口与反应釜底部的调压口连接，能将反应釜的压力限制在一个范围之内，当天然气水合物浆体输送完成后，关闭实验装置，结束实验。

在上述方案中，反应釜中固体天然气水合物的破碎及天然气水合物混合浆体的输送都是在压力、温度不变的情况下进行的，达到了天然气水合物保真运移的目的。

本发明的有益技术效果是：本发明提供的天然气水合物保真运移实验装置及方法，可用于天然气水合物储运技术研究，并为海洋天然气水合物固态流化开采管输特性研究提供实验样品。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，一种天然气水合物保真运移实验装置，包括气瓶1、反应釜2、稳压器17、电机9、柱塞泵10、压缩机12、水箱3和天然气水合物管输特性实验平台11，反应釜内部设有天然气水合物破碎装置4，天然气水合物破碎装置设置在反应釜的内部并固定在反应釜的顶部，电机通过减速器16与天然气水合物破碎装置连接，反应釜的外壁上设有制冷系统5，反应釜底部开设气相入口13、液相入口14和调压口18，反应釜顶部有气相出口15，反应釜侧壁上设有混合相出口6，气瓶通过压缩机与反应釜底部的气相入口连接，反应釜顶部的气相出口和压缩机连接，稳压器底部设有液流口19，其液流口与反应釜底部的调压口连接，水箱通过柱塞泵与稳压器的液流口连接，柱塞泵和反应釜底部的液相入口连接，混合相出口通过法兰8与天然气水合物管输特性实验平台连接，并且在反应釜的混合相出口处设有过滤网7。

其中,反应釜顶部设有压力指示器P-04和温度指示器T-04，反应釜底部设有压力指示器P-07，气瓶与压缩机的连接管上依次设有压力指示器P-06、截止阀V-01、压力指示器P-01和温度指示器T-01，气相出口的连接管上设有截止阀V-02，压缩机与气相入口的连接管上依次设有压力指示器P-02、温度指示器T-02、调节阀V-03和流量计F-01，混合相出口与天然气水合物管输特性实验平台的连接管上依次设有流量计F-03、调节阀V-06、压力指示器P-05和温度指示器T-05，柱塞泵与液相入口的连接管上依次设有温度指示器T-03、压力指示器P-03、调节阀V-04、截止阀V-11和流量计F-02，水箱与柱塞泵的连接管上设有调节阀V-05，稳压器顶部设有安全阀V-09、压力指示器P-08、温度指示器T-08，稳压器侧壁设有排空阀V-08，稳压器液流口与反应釜调压口的连接管上还设有调节阀V-07，稳压器液流口还通过截止阀V-10与调节阀V-04连接。

天然气水合物保真运移实验方法，天然气水合物破碎装置4在电机9的带动下，将直接在反应釜2中生成的固体天然气水合物破碎，达到实验所需的颗粒粒度大小；打开截止阀V-05、调节阀V-04，启动柱塞泵10，将水从水箱3注入反应釜2；调节减速器16使天然气水合物破碎装置4低速转动，让进入反应釜2中的水和破碎后的天然气水合物颗粒充分混合；打开调节阀V-06，使充分混合的天然气水合物浆体通过反应釜2的混合相出口6输送到天然气水合物管输特性实验平台11，稳压器底部的液流口与反应釜底部的调压口连接，能将反应釜的压力限制在一个范围之内，当天然气水合物浆体输送完成后，关闭实验装置，结束实验。

具体的操作方式为：

(1)天然气水合物合成作业

打开截止阀V-05、调节阀V-04，其余调节阀和截止阀默认关闭，然后启动柱塞泵10，将水箱3中经过冷却的水注入反应釜2，通过压力指示器P-07和P-06可以计算出反应釜中的液位，当反应釜中液位达到实验所需高度时，关闭柱塞泵及阀门，停止注水；

打开截止阀V-01、调节阀V-03，其它所有阀门默认关闭，从气瓶1中出来的天然气经过截止阀V-01到压缩机12中进行压缩，经过压缩的天然气在调节阀V-03的调节下进入反应釜2，流量计F-01记录进入反应釜2中的天然气的流量；当充气完成后，关闭截止阀V-01，打开截止阀V-02，反应釜2顶部的气相出口15、截止阀V-02、压缩机12、调节阀V-03、流量计F-01、反应釜2底部气相入口13依次连接构成循环回路；天然气在该循环回路中循环；

稳压器17能将反应釜内的压力限制在一个范围之内，使的循环的天然气与水不断反应生成固体天然气水合物。

(2)液固两相混合浆体保真运移作业

打开电机9，在减速器16的作用，使天然气水合物破碎装置4达到一定的转速，将反应釜1中直接生成的固体水合物破碎，达到实验所需的颗粒粒度大小，当固体水合物完全破碎后，关闭电机9；

打开截止阀V-05、调节阀V-04，其他所有阀门默认关闭，然后启动柱塞泵10，将水箱3中经过冷却的水注入反应釜2，当注水完成后，依次关闭柱塞泵10、调节阀V-04、截止阀V-05；压力指示器P-03、温度指示器T-03显示进入反应釜2的水的压力和温度，流量计F-02记录进入反应釜2中的水的流量；

调节减速器16，使天然气水合物破碎装置4低速转动，对反应釜2中的水和天然气水合物固体颗粒进行搅拌，使其充分混合；压力指示器P-04、温度指示器T-04显示反应釜2中的压力和温度；

打开调节阀V-06，其他所有阀门默认关闭，反应釜2中压力高于天然气水合物管输特性实验平台11的压力，所以充分混合的浆体直接进入天然气水合物管输特性实验平台11，以供实验研究；压力指示器P-05、温度指示器T-05显示进入天然气水合物管输特性实验平台11的混合浆体的压力和温度，流量计F-03记录进入天然气水合物管输特性实验平台11的混合浆体的流量，稳压器17保证了输送压力的稳定。

(3)气液固三相混合浆体保真运移作业

打开电机9，在减速器16的作用下，使天然气水合物破碎装置4达到一定的转速，将反应釜1中直接生成的固体水合物破碎，达到实验所需的颗粒粒度大小，当固体水合物完全破碎后，关闭电机9；

打开截止阀V-05、调节阀V-04，其他所有阀门默认关闭，然后启动柱塞泵10，将水箱3中经过冷却的水注入反应釜2，当注水完成后，依次关闭柱塞泵10、调节阀V-04、截止阀V-05；压力指示器P-03、温度指示器T-03显示进入反应釜2的水的压力和温度，流量计F-02记录进入反应釜2中的水的流量；

打开截止阀V-01、调节阀V-03，其它所有阀门默认关闭，从气瓶1中出来的天然气经过截止阀V-01到压缩机12中进行压缩，经过压缩的天然气在调节阀V-03的调节下进入反应釜2，流量计F-01记录进入反应釜2中的天然气的流量；当充气完成后，关闭截止阀V-01，打开截止阀V-02，反应釜2顶部的气相出口15、截止阀V-02、压缩机12、调节阀V-03、流量计F-01、反应釜2底部气相入口13依次连接构成循环回路；天然气在该循环回路中循环；

调整减速器16，使天然气水合物破碎装置4低速转动，对反应釜2中的水、天然气和天然气水合物固体颗粒进行搅拌，使其充分混合；压力指示器P-04、温度指示器T-04显示反应釜2中的压力和温度；

打开调节阀V-06，其他所有阀门默认关闭，反应釜2中压力高于天然气水合物管输特性实验平台11的压力，所以充分混合的浆体直接进入天然气水合物管输特性实验平台11，以供实验研究；压力指示器P-05、温度指示器T-05显示进入天然气水合物管输特性实验平台11的混合浆体的压力和温度，流量计F-03记录进入天然气水合物管输特性实验平台11的混合浆体的流量，稳压器17保证了输送压力的稳定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.天然气水合物保真运移实验装置，其特征在于，包括气瓶(1)、反应釜(2)、稳压器(17)、电机(9)、柱塞泵(10)、压缩机(12)、水箱(3)和天然气水合物管输特性实验平台(11)，所述反应釜内部设有天然气水合物破碎装置(4)，所述天然气水合物破碎装置设置在反应釜的内部并固定在反应釜的顶部，所述电机通过减速器(16)与天然气水合物破碎装置连接，所述反应釜的外壁上设有制冷系统(5)，所述反应釜底部开设气相入口(13)、液相入口(14)和调压口(18)，所述反应釜顶部有气相出口(15)，所述反应釜侧壁上设有混合相出口(6)，所述气瓶通过压缩机与反应釜底部的气相入口连接，所述反应釜顶部的气相出口和压缩机连接，所述稳压器底部设有液流口(19)，其液流口与反应釜底部的调压口连接，所述水箱通过柱塞泵与稳压器的液流口连接，所述柱塞泵和反应釜底部的液相入口连接，所述混合相出口通过法兰(8)与天然气水合物管输特性实验平台连接，并且在反应釜的混合相出口处设有过滤网(7)。

2.根据权利要求1所述的天然气水合物保真运移实验装置，其特征在于：所述反应釜顶部设有压力指示器(P-04)和温度指示器(T-04)，反应釜底部设有压力指示器(P-07)，所述气瓶与压缩机的连接管上依次设有压力指示器(P-06)、截止阀(V-01)、压力指示器(P-01)和温度指示器(T-01)，所述气相出口的连接管上设有截止阀(V-02)，所述压缩机与气相入口的连接管上依次设有压力指示器(P-02)、温度指示器(T-02)、调节阀(V-03)和流量计(F-01)，所述混合相出口与天然气水合物管输特性实验平台的连接管上依次设有流量计(F-03)、调节阀(V-06)、压力指示器(P-05)和温度指示器(T-05)，所述柱塞泵与液相入口的连接管上依次设有温度指示器(T-03)、压力指示器(P-03)、调节阀(V-04)、截止阀(V-11)和流量计(F-02)，所述水箱与柱塞泵的连接管上设有调节阀(V-05)，所述稳压器顶部设有安全阀(V-09)、压力指示器(P-08)、温度指示器(T-08)，所述稳压器侧壁设有排空阀(V-08)，所述稳压器液流口与反应釜调压口的连接管上还设有调节阀(V-07)，所述稳压器液流口通过截止阀(V-10)与调节阀(V-04)连接。

3.根据权利要求1或2所述的天然气水合物保真运移实验方法，其特征在于，天然气水合物破碎装置(4)在电机(9)的带动下，将直接在反应釜(2)中生成的固体天然气水合物破碎，达到实验所需的颗粒粒度大小；打开截止阀(V-05)、调节阀(V-04)，启动柱塞泵(10)，将水从水箱(3)注入反应釜(2)；调节减速器(16)使天然气水合物破碎装置(4)低速转动，让进入反应釜(2)中的水和破碎后的天然气水合物颗粒充分混合；打开调节阀(V-06)，使充分混合的天然气水合物浆体通过反应釜(2)的混合相出口(6)输送到天然气水合物管输特性实验平台(11)，稳压器(17)底部的液流口(19)与反应釜底部的调压口连接，能将反应釜的压力限制在一个范围之内，当天然气水合物浆体输送完成后，关闭实验装置，结束实验。