CN106970016A

CN106970016A - 一种测试多孔介质渗透性实验平台

Info

Publication number: CN106970016A
Application number: CN201710332169.0A
Authority: CN
Inventors: 高玉春; 柯后其
Original assignee: Chuzhou Vocational and Technical College
Current assignee: Chuzhou Vocational and Technical College
Priority date: 2017-05-12
Filing date: 2017-05-12
Publication date: 2017-07-21

Abstract

本发明公开了一种测试多孔介质渗透性实验平台，由第一气源模块、第二气源模块、反应器模块、回流模块、抽真空模块、气液分离模块、网孔板模板组成。本发明通过设置能快速保证反应器竖直安装的装置及设置多组反应器的方式，解决了现有装置无法应用于多孔介质渗透性的研究问题，利用本发明可实现在实验室内测试研究多孔介质渗透规律。

Description

一种测试多孔介质渗透性实验平台

技术领域

本发明涉及实验测试装置的技术领域，尤其涉及多孔介质渗透规律的测试装置。

背景技术

多孔介质，如砂岩、土壤、人造颗粒状材料的堆积体，一般是由多相物质所占据的共同空间，也是多相物质共存的一种组合体，没有固体骨架的那部分空间叫做孔隙，由液体或气体或气液两相共同占有，相对于其中一相来说，其他相都弥散在其中，并以固相为固体骨架，构成空隙空间的某些空洞相互连通。其主要特性包括孔隙度、浸润性、渗透率、毛细管压力。其中，渗透率是渗流力学及有关的工程技术的一项重要基础数据，常常需要在实验室中予以研究。利用超临界无毒流体，可拥有研究污泥的相应特性。如专利号CN201210003882.8、CN201210312830.9、CN201510127719.6、CN201510128881.X等。但上述专利或没有涉及对多孔介质的渗透性研究，或其提供的实验装置无法实现对多孔介质渗透性的研究。

发明内容

针对上述问题，本发明所要解决的技术问题是：利用现有的超临界流体处理污泥的装置，对其进行优化设计与改造，使其能够用于多孔介质渗透性的研究，从而实现在实验室内能够测试研究多孔介质渗透规律。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种测试多孔介质渗透性实验平台，由第一气源模块、第二气源模块、反应器模块、回流模块、抽真空模块、气液分离模块、网孔板模板组成，其特征在于：

所述的网孔板模块，包括网孔板、长条板，网孔板为平面板材，其正面带有若干组呈均布的安装孔，且与地面竖直，所述的长条板设在网孔板正面靠下侧，且呈水平布置；

所述的第一气源模块，包括总进气阀、制冷箱、制冷进气阀、CO2泵、第一单向阀、缓冲室、第一控制阀、第一流量表、第二单向阀、第一压力表、第一安全阀，所述的总进气阀、制冷箱、CO2泵、第一单向阀、缓冲室、第一控制阀、第一流量表、第二单向阀依次用导管连接，所述的制冷进气阀进口与外部制冷源连接，其出口与制冷箱连接，可将制冷箱贮存的气态CO2制冷成液态CO2，所述的缓冲室上还设有安全控制口，分别与第一压力表、第一安全阀连接；

第二气源模块，由气瓶、第三控制阀、第一减压阀、第二压力表、第四控制阀、第二安全阀组成，其中气瓶、第一减压阀、第四控制阀依次用导管连接，所述的第三控制阀的出口与气瓶出口连接，其进口与制冷进气阀出口连接；第二压力表、第二安全阀均与第四控制阀出口连接，第四控制阀进口与第一控制阀的出口连接；

所述的反应器模块，包括进气检测表、第五控制阀、若干个反应器、第六控制阀、出气检测表，

若干个反应器完全相同，且均为带进口、出口的柱状筒形结构，每个反应器的进口上均带有进气阀，每个反应器的出口上均带有出气阀；

所述的第五控制阀进口、进气检测表均与第二单向阀出口连接，第五控制阀出口分别与每个反应器的进气阀连接，每个反应器出气阀均与第六控制阀进口连接，第六控制阀出口与出气检测表连接；

所述的若干个反应器，均沿气路方向自上而下，平行安装在网孔板上，且下端均紧贴于长条板的上表面；

所述的抽真空模块，包括真空泵、第八控制阀，真空泵的抽气口通过第八控制阀与第六控制阀出口连接；

所述的回流模块包括回压阀、回压缓冲室、第三压力表、第九控制阀、回压泵、第十控制阀、第二水箱，所述的回压阀出口、回压缓冲室、第九控制阀、回压泵进口依次连接，第三压力表与第九控制阀进口连接，回压泵进口还通过第十控制阀与第二水箱连接，所述的回压阀进口与第六控制阀出口连接；

所述的气液分离模块，包括气液分离器、第十一控制阀、第三水箱、天平、第二流量表，所述的气液分离器进口与回压阀出口，气液分离器排气口通过第二流量表与外部气体回收装置连接，气液分离器排液口通过第十一控制阀流向第三水箱，第三水箱设置在天平上。

作为优化，所述的反应器模块中的反应器的数量为2～5。

作为优化，还包括平流模块，所述的平流模块，包括第一水箱、平流泵、第七控制阀，平流泵的吸液口设置在第一水箱中，平流泵的排液口通过第七控制阀与第五控制阀进口连接。

本发明基本工作原理是：

第一气源模块为主气源装置，可将外部气态CO2转变成超临界态CO2，并为反应器模块提供主要的超临界态CO2；第二气源模块为辅助气源装置，当需要研究不同状态超临界态CO2的反应效果的时候，可将第二气源模块启动，此时气瓶中贮存的液态CO2直接转变成超临界态CO2，并经可调节的第一减压阀进入反应器中，由于此回路中的超临界态CO2状态可调节，因此可为反应器模块提供暂时性、状态不同的超临界态CO2，而不必重新停机调整；网孔板模块保证了反应器与地面竖直安装，实现了多孔介质能够填满反应器，避免反应器内上方因多孔介质自重而出现的不经过多孔介质的间隙导路出现，保证了超临界态CO2能直接作用在多孔介质；设置的平行多个反应器及进气阀、出气阀，可对相同状态的多孔介质，施加不同压力、不同流量的超临界态CO2，也可以同时对不同情况的多孔介质同时实验，避免了反复多次实验带来的实验数据操作不变和数据可靠性不高的问题；在超临界态CO2作用下，反应器模块中的填充在反应器内的多孔介质，产生萃取反应，并能被实时监控反应器进口、内部、出口的压力状态，为优化萃取工艺提供工艺数据；抽真空模块用于对反应器预抽真空；回流模块保证反应器能维持在设定压力，反应器里的压力只有超过了设定压力才能出来气体；气液分离模块用于对反应器出口气液混合物进行分离提取。同时，设置的若干个压力表、流量计可对相应模块的数据进行监测分析，天平可对萃取后的水质量进行称量。平流模块中的平流泵，可稳定地从第一水箱中抽取精确的水，用于测定反应器内干燥型多孔介质的孔隙率，也可以精确地改变反应器内多孔介质含水率，实现了在实验室内模拟研究超临界CO2处理不同含水率的多孔介质渗透性的功能。

本发明实施例提供的一种测试多孔介质渗透性实验平台，通过设置能快速保证反应器竖直安装的装置及设置多组反应器的方式，解决了现有装置无法应用于多孔介质渗透性的测试研究问题，利用本发明可实现了在实验室内测试研究多孔介质渗透规律。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明例中的工作原理示意图；

图2为本发明例中的安装有反应器的网孔板模块安装示意图；

图3为本发明例中的带有平流模块的系统工作原理示意图。

图中：1—第三控制阀、2—总进气阀、3—制冷进气阀、4—第五控制阀、5—第六控制阀、6—第九控制阀、7—第十控制阀、8—第十一控制阀、11—制冷箱、12—气瓶、13—CO2泵、14—第一单向阀、15—缓冲室、16—第一安全阀、17—第一压力表、18—第一减压阀、19—第二压力表、20—第四控制阀、21—第二安全阀、22—第一控制阀、23—第一流量表、24—第二单向阀、25—第七控制阀、26—平流泵、27—进气检测表、28—第一反应器、28a—第二反应器、28b—第三反应器、28c—第四反应器、30—出气检测表、31—第八控制阀、32—真空泵、33—回压阀、34—回压缓冲室、35—第三压力表、38—回压泵、39—气液分离器、40—第二流量表、42—天平、50—第一水箱、51—第二水箱、52—第三水箱、81—第一进气阀、82—第二进气阀、83—第三进气阀、84—第四进气阀、85—第一出气阀、86—第二出气阀、87—第三出气阀、88—第四出气阀、100—网孔板、101—长条板、102—安装孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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作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。

本发明实施例提供了一种测试多孔介质渗透性实验平台，如图1和图2所示，由第一气源模块、反应器模块、回流模块、抽真空模块、气液分离模块、网孔板模板组成，所述的网孔板模块，包括网孔板100、长条板101，网孔板100为平面板材，其正面带有若干组呈均布的安装孔102，且与地面竖直，所述的长条板101设在网孔板100正面靠下侧，且呈水平布置；

所述的第一气源模块，包括总进气阀2、制冷箱11、制冷进气阀3、CO2泵13、第一单向阀14、缓冲室15、第一控制阀22、第一流量表23、第二单向阀24、第一压力表17、第一安全阀16，所述的总进气阀2、制冷箱11、CO2泵13、第一单向阀14、缓冲室15、第一控制阀22、第一流量表23、第二单向阀24依次用导管连接，所述的制冷进气阀3进口与外部制冷源连接，其出口与制冷箱11连接，可将制冷箱11贮存的气态CO2制冷成液态CO2，所述的缓冲室15上还设有安全控制口，分别与第一压力表17、第一安全阀16连接；

第二气源模块，由气瓶12、第三控制阀1、第一减压阀18、第二压力表19、第四控制阀20、第二安全阀21组成，其中气瓶12、第一减压阀18、第四控制阀20依次用导管连接，所述的第三控制阀1的出口与气瓶12出口连接，其进口与制冷进气阀3出口连接；第二压力表19、第二安全阀21均与第四控制阀20出口连接，第四控制阀20进口与第一控制阀22的出口连接；

所述的反应器模块，包括进气检测表27、第五控制阀4、若干个反应器、第六控制阀5、出气检测表30，作为优选，所述的若干个反应器数量为2～5，以4个反应器为例，第一反应器28、第二反应器28a、第三反应器28b、第四反应器28c均完全相同，且均为带进口、出口的柱状筒形结构，第一反应器28进口上均带有第一进气阀81，出口上均带有第一出气阀85；第二反应器28a进口上均带有第二进气阀82，出口上均带有第二出气阀86；第三反应器28b进口上均带有第三进气阀83，出口上均带有第三出气阀87；第四反应器28c进口上均带有第四进气阀84，出口上均带有第四出气阀88；其中，第一进气阀81、第二进气阀82、第三进气阀83、第四进气阀84、第一出气阀85、第二出气阀86、第三出气阀87、第四出气阀88均为相同型号的开关量式阀；

所述的第五控制阀4进口、进气检测表27均与第二单向阀24出口连接，第五控制阀4出口分别与第一进气阀81、第二进气阀82、第三进气阀83、第四进气阀84连接，第一出气阀85、第二出气阀86、第三出气阀87、第四出气阀88均与第六控制阀5进口连接，第六控制阀5出口与出气检测表30连接；调节第一进气阀81、第二进气阀82、第三进气阀83、第四进气阀84，可分别调整进入第一反应器28、第二反应器28a、第三反应器28b、第四反应器28c的进气量及压力，可同步对比实验不同进气量及压力对多孔介质渗透性影响，从而不需要反复多次调节系统总进气量及压力，进行多次实验，影响实验准确性；改变填充在第一反应器28、第二反应器28a、第三反应器28b、第四反应器28c内多孔介质不同状态，也可对不同情况的多孔介质同时实验；

所述的第一反应器28、第二反应器28a、第三反应器28b、第四反应器28c，沿气路方向自上而下，安装在网孔板100上，下端紧贴于长条板101上侧面，具体地，可通过若干组塑料扎带穿过安装孔102，实现第一反应器28、第二反应器28a、第三反应器28b、第四反应器28c捆绑在网孔板100上，也可以通过螺纹卡扣予以实现，而第一反应器28、第二反应器28a、第三反应器28b、第四反应器28c的下端均紧贴在长条板101上表面，以实现竖直方向校准；

所述的抽真空模块，包括真空泵32、第八控制阀31，真空泵32的抽气口通过第八控制阀31与第六控制阀5出口连接；

所述的回流模块包括回压阀33、回压缓冲室34、第三压力表35、第九控制阀6、回压泵38、第十控制阀7、第二水箱51，所述的回压阀33出口、回压缓冲室34、第九控制阀6、回压泵38进口依次连接，第三压力表35与第九控制阀6进口连接，回压泵38进口还通过第十控制阀7与第二水箱51连接，所述的回压阀33进口与第六控制阀5出口连接；

所述的气液分离模块，包括气液分离器39、第十一控制阀8、第三水箱52、天平42、第二流量表40，所述的气液分离器39进口与回压阀33出口，气液分离器39排气口通过第二流量表40与外部气体回收装置连接，气液分离器39排液口通过第十一控制阀8流向第三水箱52，第三水箱52设置在天平42上。

进一步的，如图3所示，实施例，还可以包括平流模块，所述的平流模块，包括第一水箱50、平流泵26、第七控制阀25，平流泵26的吸液口设置在第一水箱50中，平流泵26的排液口通过第七控制阀25与第五控制阀4进口连接。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种测试多孔介质渗透性实验平台，由第一气源模块、第二气源模块、反应器模块、回流模块、抽真空模块、气液分离模块、网孔板模板组成，其特征在于：

所述的网孔板模块，包括网孔板（100）、长条板（101），网孔板（100）为平面板材，其正面带有若干组呈均布的安装孔（102），且与地面竖直，所述的长条板（101）设在网孔板（100）正面靠下侧，且呈水平布置；

所述的第一气源模块，包括总进气阀（2）、制冷箱（11）、制冷进气阀（3）、CO2泵（13）、第一单向阀（14）、缓冲室（15）、第一控制阀（22）、第一流量表（23）、第二单向阀（24）、第一压力表（17）、第一安全阀（16），所述的总进气阀（2）、制冷箱（11）、CO2泵（13）、第一单向阀（14）、缓冲室（15）、第一控制阀（22）、第一流量表（23）、第二单向阀（24）依次用导管连接，所述的制冷进气阀（3）进口与外部制冷源连接，其出口与制冷箱（11）连接，可将制冷箱（11）贮存的气态CO2制冷成液态CO2，所述的缓冲室（15）上还设有安全控制口，分别与第一压力表（17）、第一安全阀（16）连接；

第二气源模块，由气瓶（12）、第三控制阀（1）、第一减压阀（18）、第二压力表（19）、第四控制阀（20）、第二安全阀（21）组成，其中气瓶（12）、第一减压阀（18）、第四控制阀（20）依次用导管连接，所述的第三控制阀（1）的出口与气瓶（12）出口连接，其进口与制冷进气阀（3）出口连接；第二压力表（19）、第二安全阀（21）均与第四控制阀（20）出口连接，第四控制阀（20）进口与第一控制阀（22）的出口连接；

所述的反应器模块，包括进气检测表（27）、第五控制阀（4）、若干个反应器、第六控制阀（5）、出气检测表（30），

所述的第五控制阀（4）进口、进气检测表（27）均与第二单向阀（24）出口连接，第五控制阀（4）出口分别与每个反应器的进气阀连接，每个反应器出气阀均与第六控制阀（5）进口连接，第六控制阀（5）出口与出气检测表（30）连接；

所述的若干个反应器，均沿气路方向自上而下，平行安装在网孔板（100）上，且下端均紧贴于长条板（101）的上表面；

所述的抽真空模块，包括真空泵（32）、第八控制阀（31），真空泵（32）的抽气口通过第八控制阀（31）与第六控制阀（5）出口连接；

所述的回流模块包括回压阀（33）、回压缓冲室（34）、第三压力表（35）、第九控制阀（6）、回压泵（38）、第十控制阀（7）、第二水箱（51），所述的回压阀（33）出口、回压缓冲室（34）、第九控制阀（6）、回压泵（38）进口依次连接，第三压力表（35）与第九控制阀（6）进口连接，回压泵（38）进口还通过第十控制阀（7）与第二水箱（51）连接，所述的回压阀（33）进口与第六控制阀（5）出口连接；

所述的气液分离模块，包括气液分离器（39）、第十一控制阀（8）、第三水箱（52）、天平（42）、第二流量表（40），所述的气液分离器（39）进口与回压阀（33）出口，气液分离器（39）排气口通过第二流量表（40）与外部气体回收装置连接，气液分离器（39）排液口通过第十一控制阀（8）流向第三水箱（52），第三水箱（52）设置在天平（42）上。

2.根据权利要求1所述的一种测试多孔介质渗透性实验平台，其特征在于：所述的反应器模块中的反应器的数量为2～5。

3.根据权利要求1所述的一种测试多孔介质渗透性实验平台，其特征在于：还包括平流模块，

所述的平流模块，包括第一水箱（50）、平流泵（26）、第七控制阀（25），平流泵（26）的吸液口设置在第一水箱（50）中，平流泵（26）的排液口通过第七控制阀（25）与第五控制阀（4）进口连接。