CN107328633B - 一种脱气装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脱气装置及其应用，包括水样仓，用来储存采水设备输送过来的水样，并在外部作用下对水样中溶解的气体进行分离；储气仓，设置在所述水样仓的顶面，且与所述水样仓连通，用于储存所述水样仓中分离出的溶解气体；采气单元，与所述储气仓连接，以利用压差采集所述储气仓内的溶解气体，并作为气相色谱的检测样品。本发明的脱气装置依据气体降压扩散原理，实现了水样中溶解气体的分离；再结合升压膨胀原理将分离的溶解气体转移至采集单元进行保存。本发明的脱气装置具有总体积小，可拆卸，好操作，易于便携和维护等特点，尤其适用于船载现场海水中溶解气体的分离与保存。

Description

一种脱气装置及其应用
技术领域
本发明属于海洋技术领域。更具体地，涉及一种用于海水的脱气装置。
背景技术
海底天然气水合物的勘查主要是依靠地球物理方法即似海底反射层BSR来推断天然气水合物的存在来进行的。不过研究资料表明,天然气水合物的存在和BSR的出现并非一一对应，BSR仅代表了天然气水合物下方甲烷气泡的存在，而不是天然气水合物的直接显示。大洋钻探计划ODP164航次的资料也表明，在有些采集到天然气水合物的地方没有出现BSR，而出现BSR的地方却不一定存在天然气水合物。2005年牛滨华等从水合物地质学和水合物勘探地震学提供的烃类物质微渗漏的事实、水合物化探自身理论和ODP204航次水合物钻井样品的地球化学分析结果以及南海天然气水合物研究区的化探实践等方面，探讨并阐述了勘查地球化学方法在天然气水合物勘查中的适用性，认为化探方法能够作为从海底沉积物的痕量化学组分的分布上追踪天然气水合物存在的有利证据。因此地球化学技术在寻找天然气水合物以及研究天然气水合物相关特征等方面可以发挥不可替代的作用。
烃类气体是形成天然气水合物的物质基础，是海底天然气水合物的勘查地球化学主要指标之一。沉积物中的烃类气体主要包括微生物气、热解气及两者的混合气。其中，微生物气是绝大部分浅层气和天然气水合物的主要气源，而热解气则是常规天然气藏的主要气源，多数天然气水合物是由微生物气组成的，也有少部分是由热解气或两者的混合气组成的。无论微生物气还是热解气，其主要成分都是甲烷等烃类气体，国际上对天然气水合物地球化学异常的研究主要集中于沉积物、孔隙水和底层海水的烃类气体浓度异常以及C、H同位素组成和烃类气体的比值等方面。烃类气体的高浓度异常可直接识别下伏沉积物中可能存在的天然气水合物，而CH4/C2H6或C1/(C2+C3)的比值和CH4中δ13C可用于判别天然气水合物的来源和成因；沉积物孔隙水Cl-浓度在垂向上的降低及伴随的δ18O和δD组成的升高可作为天然气水合物是否存在的重要标志。
在海上船载调查现场，水样品中的气体分离以及对于气体的测试分析一直以来都是现场难以解决的一个难点，因为目前的气液分离方法所需的设施和化学药品比较复杂多样，所需占据的实验室空间也较大，分离所需的时间较长，且设备大多不适合船载漂泊不稳定的环境，通常的做法都是将采集到的水样品进行密封保存，待船舶返航至陆地实验室再进行水样品的气液分离和测试分析工作。但这种做法难以获得船舶现场的一手测试资料，很难第一时间发现水合物存在的异常标志，不利于水合物资源调查与评价工作。
现有海水脱气装置主要包括实验室使用及便携式使用两种类型。其中，实验室类型为真空抽提脱气装置，装置名称为MPPE工艺，该装置主要用于油田工程中，在MPPE工艺中，含烃的水流经一个装满MPPE颗粒的塔。这种颗粒是多孔隙聚合物小球，其中含有一种特殊的提取液，这种稳定的提取液可从水中脱除烃组分，被脱除的烃组分对提取液具有高的亲和力。净化后的水可以重复利用或排放。通过采用低压蒸汽提取烃，可以长期就地再生提取液，提取的烃经过冷凝后通过重力从水相中分离出来。
便携式类型为用于分离水中溶解气体的脱气装置，其系统包括水质处理装置、膜脱气装置、真空收集装置和流程控制装置；处理方法是先以水质处理装置除去环境水中的杂质颗粒，再以膜脱气装置脱出环境水中的溶解气，并将完成脱气后的环境水持续排出；最后将膜脱气装置产生的溶解气体通过真空收集装置输送至气瓶中收集。该装置比较适合环境水中溶解气体的提取。
综上，现有类型脱气装置存在以下缺点：1)操作步骤繁琐，不适合船载现场使用。2)装置体积过大，不适合船载现场使用。3)需要专业人员操作。4)适合较大量样品中溶解气体的分离(样品量≥5L)。
因此，针对现有技术中脱气装置存在的问题，本发明克服了现有技术的缺陷，提供一种适合船载现场使用的脱气装置。该发明填补了船载现场水样品的气液分离这一空白，弥补了水合物资源调查中对于现场采集水化学异常标志的不足。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种脱气装置，该脱气装置装置具有尺寸小、重量小、分离快速、操作简单、易于便携与维护等特点，
本发明的另一个目的在于提供一种脱气装置的应用，本发明的装置依据压力扩散原理，通过设置水样仓、储气仓、平衡仓、进水接头、进水阀、注水通道、脱气阀、针头阀以及真空控制系统，实现了船载现场水样品的气液分离，可为气相色谱仪提供待测气体样品。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种脱气装置，包括
水样仓，用来储存采水设备输送过来的水样，并在外部作用下对水样中溶解的气体进行分离；
储气仓，设置在所述水样仓的顶面，且与所述水样仓连通，用于储存所述水样仓中分离出的溶解气体；
采气单元，与所述储气仓连接，以利用压差采集所述储气仓内的溶解气体，并作为气相色谱的检测样品。
优选地，所述水样仓的侧壁上设置有从上端向下端方向延伸的注水通道，所述注水通道上方设有进水口；
所述注水通道的出口位于所述水样仓的底部，入口连接所述进水口，所述进水口的水样通过所述注水通道输送至所述水样仓。
优选地，所述水样仓与所述储气仓可拆卸地旋扣连接。
优选地，所述水样仓的上盖内设置有连通所述水样仓和所述储气仓的出气口，以及调节所述出气口的脱气阀。
优选地，所述储气仓的上盖上设有连通所述储气仓以抽取真空的第一通气口，抽真空设备通过所述第一通气口将所述储气仓抽空至负压，使得所述水样仓内水样中的溶解气体通过所述出气口输送至所述储气仓内。
优选地，所述储气仓的上盖设有通孔，所述通孔连接有位于所述储气仓内以调节储气仓压力的平衡仓，所述平衡仓通过所述通孔连接的加压设备膨胀后将所述储气仓内的溶解气体挤压至采气单元。
优选地，所述储气仓的上盖上设有连通所述平衡仓以调节平衡仓内压力的第二通气口。
优选地，所述储气仓的上盖内设置有调节所述第一通气口的第一通气阀、调节所述第二通气口的第二通气阀和调节所述采气单元的针头阀；且
优选地，所述储气仓和所述水样仓均为柱状空心体结构。
优选地，所述平衡仓为容积可变的橡胶球。
优选地，在所述水样仓靠近注水通道的一侧设有突耳，所述注水通道的入口延伸至突耳内，且所述突耳内设有调节所述进水口的进水阀。
一种脱气装置的应用，所述脱气装置可应用于船载现场海水中溶解气体的分离。
本发明依据气体降压扩散原理，实现了水样中溶解气体的分离；再结合升压膨胀原理将分离的溶解气体转移至采集单元进行保存。
本发明的有益效果如下：
1、本发明的脱气装置依据气体降压扩散原理实现水样中溶解气体的分离，整个分离过程不使用腐蚀、有毒、危险的化学试剂，环保安全，成本低廉，操作简单，可以实现气体的快速分离。
2、本发明的脱气装置还根据升压膨胀原理，实现储气仓内气体的转移和保存，具有快捷、安全、简单和成本低廉的特点。
3、本发明的脱气装置具有总体积小，可拆卸，好操作，易于便携与维护等特点，尤其适用于船载气体转移与保存。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作优选地详细的说明。
图1是本发明一个实施方式的脱气装置结构示意图。
图2是本发明一个实施方式的储气仓上盖内部结构示意图。
图3是图1所示脱气装置的B-B′剖视图。
水样仓1，储气仓2，采气单元3，注水通道4，进水口5，出气口6，第一通气口7，第一通气阀8，平衡仓9，第二通气口10，第二通气阀11，脱气阀12，进水阀13，针头安装口14，针头阀15。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做优选地的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1和图3所示，在本发明的一个实施方式中公开了一种脱气装置，一般性地包括水样仓1、储气仓2和采气单元3，其中，水样仓1储存采水设备输送过来的水样，并在外部作用下对水样中溶解的气体进行分离；储气仓2设置在水样仓1的顶面，且储气仓2和水样仓1连通，用于储存从水样仓1水样中分离出的溶解气体；采气单元3与储气仓2连接，以利用压差采集储气仓2内的溶解气体，并作为气相色谱的检测样品；储气仓2和水样仓1之间设有出气口6，且储气仓2的上盖上设有连通储气仓以抽取真空的第一通气口7。
打开出气口6，水样仓1和储气仓2通过出气口6连通，采水设备将水样输送至水样仓1，直至水样仓1内充满水样，此时水样仓1内为常压；关闭出气口6，且打开第一通气口7，抽真空设备通过第一通气口7将储气仓2内空气抽空至负一个大气压；关闭第一通气口7，且打开出气口9，由于水样仓1和储气仓2存在压力差，因此水样品中的溶解气体通过出气口6扩散至储气仓2；关闭出气口6，采气单元3利用压差将储气仓2内的溶解气体采集至采气单元3，将采气单元3采集的溶解气体作为气相色谱的检测样品。
在本实施方式中，水样仓1和储气仓2的容量均为1000ml，且两者采用可拆卸的旋扣连接方式通过螺纹进行密封对接。
在本实施方式中，为了实现脱气装置更好地密封，避免溶解气体外漏，优选地，水样仓1的上盖内设置有连通水样仓1和储气仓2的出气口；更优选地，为了缓慢输送溶解气体，避免水样进入储气仓2，将出气口6设计为梯形结构；进一步优选地，为了方便控制出气口6，在水样仓1的上盖内设有控制出气口6的脱气阀12，通过调节脱气阀12以控制水样仓1和储气仓2的连通与关闭。脱气阀12采用真空密封的技术连接到水样仓1的上盖内，不仅起到了很好的密封作用，而且减小了脱气装置的体积，方便携带。
在本实施方式中，优选地，为了方便控制第一通气口7，储气仓2上盖内设有控制第一通气口7的第一通气阀8，通过调节第一通气阀8以控制抽真空设备与储气仓2的连通与关闭。第一通气阀8采用真空密封的技术连接到的储气仓2上盖内，不仅起到了很好的密封作用，而且减小了脱气装置的体积，方便携带。
在本实施方式中，储气仓2和水样仓1均为柱体空心体结构；为了减少水样和溶解气体的阻力，快速实现气液分离以及溶解气体的收集。优选地，储气仓2和水样仓1为圆柱空心体结构。
在本实施方式中，为了缓慢排空水样仓内的空气，且避免水样仓2中水样由于剧烈碰撞导致水样中溶解气体溢出，进而影响溶解气体的测定；优选地，在水样仓2的侧壁上设置有从上端向下端方向延伸的注水通道3，注水通道3上方设有进水口6；注水通道3的出口位于水样仓1的底部，入口连接进水口6，进水口6的水样通过注水通道3缓慢输送至水样仓1。这样可以准确测量水样中溶解气体的含量。
为了方便调节进水口5的水样，优选地，在水样仓2靠近注水通道3的一侧设有突耳，注水通道3的入口延伸至突耳内，且突耳内设有调节进水口的进水阀13。这样设计进水阀13不仅可以节约空间，而且可以实现进水阀13的密封，使得水样中溶解气体的测量更加准确。在本实施方式中，对采气单元3不作任何限定，只要可以将储气仓2内的溶解气体转移至采集单元3进行测量的任何结构都可以作为采集单元3。
在本发明的另一个实施方式中，提供一种具体的采集单元3，包括针管和设置在针管内的活塞，针管的右端设有针头，在储气仓2的顶部设有用于安装针头的针头安装口14；为了方便调节针管，在储气仓2上盖内还设有针头阀15，通过调节针头阀15以控制针管与储气仓2的连通与关闭。
将针管内的活塞推至尽头，排空针管内的空气，然后将针管通过针头安装在针头安装口14，当水样品中的溶解气体通过出气口6输入至储气仓2，关闭脱气阀12，并打开针头阀15，通过拉动针管内的活塞将储气仓2内的溶解气体转移至针管内，将针管采集到的溶解气体作为气相色谱的检测样品。
在本发明的一个实施方式中，提供一种具体的用以调节储气仓2内压力的装置。例如，在储气仓2的上盖中心处设有通孔，通孔连接有位于储气仓内以调节储气仓2压力的平衡仓9，平衡仓9的上端与通孔匹配固定，并且将平衡仓9和储气仓2采用弹力密封的方式密封，平衡仓9通过与通孔连接的加压设备膨胀后，将储气仓2内的溶解气体挤压至采气单元3。
在本实施方式中，为了更方便地调节平衡仓9内的压力，优选地，在储气仓2的上盖内设有第二通气阀11，用于调节第二通气口10的打开与关闭；为了更好地调节储气仓2内的压力，这样不仅起到了很好的密封作用，而且减小了脱气装置的体积，方便携带。
优选地，平衡仓9为容积可变的橡胶球。
如图2所示，为了使脱气装置结构美观、加工工艺方便，节约成本；优选地，以平衡仓9为轴线，针头阀15和第一通气阀8相对设置，第二通气阀11和第一通气阀8呈90°设置。为了脱气装置结构简洁，紧凑、密封可靠，便于维修；更优选地，本发明的进水阀13、脱气阀12、针头阀15、第一通气阀8和第二通气阀11均采用锥形阀，且锥形阀的操作杆置于壳体外，便于手动打开和关闭。
打开进水阀13和脱气阀12，采水设备中的水样通过注水通道4缓慢注入水样仓1时，水样仓1内的空气逐渐被排空，直至水样仓1内充满水样，关闭进水阀13和脱气阀12，此时水样仓1内为常压；打开第二通气阀11，通过抽真空设备将橡胶球的压力抽空至真空状态或近真空状态，关闭第二通气阀11，此时橡胶球内为负压；将排空的针管安装在储气仓2的上盖内，打开第一通气阀8和针头阀15，再利用抽真空设备将储气仓2内的气体抽空至负一个大气压，关闭第一通气阀8和针头阀15，并打开脱气阀12，由于水样仓1与储气仓2存在压力差，依据气体降压扩散原理，水样品中的溶解气体将进入相对负压的储气仓2内，关闭脱气阀12，此时储气仓2内气压略有升高；打开第二通气阀11和针头阀15，依据气体升压膨胀原理，由于平衡仓9内的气体无限扩大，橡胶球不断膨胀，因此将储气仓2内的气体通过针头挤压至针管，进而带着针管内的活塞移动，实现了储气仓2内的气体转移至针管内保存。将针管采集的溶解气体作为气相色谱的检测样品。
本发明的脱气装置可应用于所有水样中溶解气体的分离和收集。尤其应用于船载现场海水中溶解气体的分离。
具体地，只需将上述实施方式中的采水设备改为船载CTD气密采水设备，即可实现海水中的溶解气体的分离并收集。
本发明的脱气装置总体积小，可拆卸，易于携带和维护，而且操作简单，价格低廉，可快速实现船载水样中溶解气体的分离和转移。
本文中所采用的描述方位的词语“上”、“下”、“左”、“右”等均是为了
说明的方便基于附图中图面所示的方位而言的，在实际装置中这些方位可能由于装置的摆放方式而有所不同。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种脱气装置，其特征在于，包括
水样仓，用来储存采水设备输送过来的水样，并在外部作用下对水样中溶解的气体进行分离；
储气仓，设置在所述水样仓的顶面，且与所述水样仓连通，用于储存所述水样仓中分离出的溶解气体；
采气单元，与所述储气仓连接，以利用压差采集所述储气仓内的溶解气体，并作为气相色谱的检测样品；
所述水样仓的上盖内设置有连通所述水样仓和所述储气仓的出气口，以及调节所述出气口的脱气阀；
所述储气仓的上盖上设有连通所述储气仓以抽取真空的第一通气口，抽真空设备通过所述第一通气口将所述储气仓抽空至负压，使得所述水样仓内水样中的溶解气体通过所述出气口输送至所述储气仓内。
2.根据权利要求1所述的脱气装置，其特征在于，所述水样仓的侧壁上设置有从上端向下端方向延伸的注水通道，所述注水通道上方设有进水口；
所述注水通道的出口位于所述水样仓的底部，入口连接所述进水口，所述进水口的水样通过所述注水通道输送至所述水样仓。
3.根据权利要求1所述的脱气装置，其特征在于，所述水样仓与所述储气仓可拆卸地旋扣连接。
4.根据权利要求1所述的脱气装置，其特征在于，所述储气仓的上盖设有通孔，所述通孔连接有位于所述储气仓内以调节储气仓压力的平衡仓，所述平衡仓通过与所述通孔连接的加压设备膨胀后将所述储气仓内的溶解气体挤压至采气单元。
5.根据权利要求4所述的脱气装置，其特征在于，所述储气仓的上盖上设有连通所述平衡仓以调节平衡仓内压力的第二通气口。
6.根据权利要求5所述的脱气装置，其特征在于，所述储气仓的上盖内设置有调节所述第一通气口的第一通气阀、调节所述第二通气口的第二通气阀和调节所述采气单元的针头阀。
7.根据权利要求1所述的脱气装置，其特征在于，所述储气仓和所述水样仓均为柱状空心体结构。
8.根据权利要求4或5所述的脱气装置，其特征在于，所述平衡仓为容积可变的橡胶球。
9.根据权利要求2所述的脱气装置，其特征在于，在所述水样仓靠近注水通道的一侧设有突耳，所述注水通道的入口延伸至突耳内，且所述突耳内设有调节所述进水口的进水阀。
10.一种如权利要求1至9任一所述脱气装置的应用，其特征在于，所述脱气装置可应用于船载现场海水中溶解气体的分离。
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