CN110044792B - 一种多功能的低渗介质气体渗透性测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多功能的低渗介质气体渗透率测试装置，该装置包括试验装置和气体注入装置。试验装置包括顶盖，底座和主体。通过将顶盖和底座的小圆柱体完全嵌入主体并紧固以形成渗透室。同时可以进行不同反压下稳态法和瞬态法下的低渗试样气体渗透试验。本发明还提供了上述试验装置的测试方法。工作时，通过对试样上下端施加气压，可以获得不同气体压力、不同干密度对低渗介质气体滑脱效应的影响。可以从反压端气体压力变化和流量变化两方面鉴别气体突破压力大小。可以获得不同上下端压差变化过程中的试样排水情况和饱和度的演化规律。本发明装置简便易操作，功能齐全，可有效地获得低渗介质的气体渗透特性。

Description

一种多功能的低渗介质气体渗透性测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及环境岩土工程技术领域，具体地，涉及一种多功能的低渗介质气体渗透性测试装置及测试方法。

背景技术

随着科学技术的发展，工程实践中，低渗介质条件下，岩土体气体渗透行为越来越受到岩土界的关注。在CO₂地质封存储库、卫生填埋场、压缩气体储能、曝气法修复等工程建设中，均存在低渗介质中气体渗透问题。

例如：业已得到广泛认同的高放射性废弃物的深地质处置工程，根据其概念设计，是要在地下500-1000米深处的完整岩层中建造处置库，并由内层的废物处置罐、中层的缓冲/回填材料和外层的既有岩层等共同构成多重屏障，以防止库内核素的可能泄露。其中，缓冲/回填材料多采用膨润土及其与砂的混合物。经研究发现，深地质处置库运营过程中，废物容器及缓冲/回填材料会因地下水饱和而处于缺氧或无氧环境，从而由于重金属的无氧腐蚀、水的辐解、微生物活动等，导致废弃物容器与缓冲/回填材料接触面附近产生大量的H₂、CO₂、CH₄和H₂S等多种气体。当气体生成速率逐渐增大，以至于难以全部溶解于地下水中扩散时，废物容器表面及近场气体将逐渐积聚并导致气压逐渐升高。在高气压的作用下，缓冲/回填材料中可能形成裂缝，导致工程屏障功能降低甚至完全丧失，气体大量释放，从而威胁到处置库的长期运行安全。因此深入了解缓冲/回填材料的气体渗透和气体突破特性对工程建设安全和理论研究具有重大的意义。

因此，研究气体在低渗介质中的非线性渗流特性演化规律(渗透稳定时间、突破压力大小、滑脱效应等)和离散渗流特性(排水情况、饱和度的演化规律等)可以为工程稳定性分析和长期安全评价提供关键参数，对工程建设设计及长期安全评价具有重大意义。同时，对于低渗介质，气体渗透率的测定将受到测试方法的显著影响，如精度、测试时间。因此，深入了解、对比不同测试方法的区别，找出背后的原因也显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题而发明了一种多功能的低渗介质气体渗透性测试装置及测试方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。

本发明提供了一种多功能的低渗介质渗透性测试装置，包括试验装置和气体注入装置，所述试验装置包括顶盖、底座、主体和二片透水石；所述主体为一空心圆柱体，其内径记为L1，高度记为h1；所述顶盖和底座的形状完全相同，由直径不同的二个同轴圆柱体构成，记小同轴圆柱体的高度为h2，直径为L2，2h2＜h1，L2＝L1-△L，间隙△L为0.5mm-1.5mm；记小同轴圆柱体与大同轴圆柱体的非接触面为下底面，下底面的中心位置开有通道口B，顶盖和底座的大同轴圆柱体外壁开有通道口A，通道口A与通道口B之间开有通道；二片透水石分别镶嵌在顶盖和底座的下底面上；将顶盖和底座的二个小同轴圆柱体从上下二个方向嵌入主体的内腔，形成封闭的渗透室；

所述气体注入装置包括空气储气罐、不锈钢钢管、气体缓冲罐、两通接头A、减压阀A、压力传感器A、二通球阀A、减压阀B、压力传感器B、二通球阀B、两通接头B、三通球阀和压力体积控制器；气体缓冲罐的一端通过不锈钢管与空气储存罐连接，另一端通过二通接头A将气体分成两个支流进行分流，一路经减压阀A、压力传感器A以及二通球阀A与底座上的通道口A相连；另一路经减压阀B、压力传感器B、二通球阀B到达两通接头B；所述两通接头B的一端与顶盖上的通道口A相连，另一端经三通球阀与压力体积控制器相连。

优选地，所述透水石为304不锈钢材质，孔隙为55μm且误差小于5.0μm。

优选地，所述顶盖、底座与主体嵌入的底面上均镶有密封圈。

优选地，所述顶盖和底座上的大同轴圆柱体的直径与主体外径相同。

本发明还提供了一种多功能的低渗介质气体渗透性测试装置的测试方法，将需要进行测试的试样干密度范围均分为F份，得到F种预设试样干密度和F个预定试样，对F个预定试样逐个进行注水饱和试验、稳态法气体渗透试验和瞬态法气体渗透试验，其中任一个预定试样的具体测试步骤均如下：

步骤1，试样装填

将预定试样的预设试样干密度记为ρ_d，计算填满渗透室所需预定试样质量m_s，然后将预定试样倒入嵌有底座的渗透室中，且在预定试样顶部和底部均垫有滤纸，再将顶盖完全嵌入主体中并紧固，完成预定试样的装填；

步骤2，注水饱和试验

将试验装置15与压力体积控制器14连接，并将压力体积控制器加满蒸馏水后，对渗透室中的预定试样进行恒定压力P的注水饱和试验，同时记录蒸馏水注入水量V_w随时间的变化；当预定试样已达到饱和状态，注水饱和试验结束；

步骤3，接入气体注入装置

将试验装置与气体注入装置进行连接；接入前，将压力体积控制器中蒸馏水排空，并检查气体注入装置，确保各个阀门均处于断开状态；

步骤4，开始气体渗透试验

打开空气储存罐的阀门，使气体经不锈钢钢管进入气体缓冲罐，进行气体渗透试验；所述气体渗透试验包括稳态法气体渗透试验和瞬态法气体渗透试验，稳态法气体渗透试验按照步骤5执行，瞬态法气体渗透试验按照步骤6执行；

步骤5，稳态法气体渗透试验

步骤5.1，设定稳态法目标压力P₁，稳态法初始压力P₀，且P₀＞P₁≥0，所述目标压力P₁为稳态法试验中的反压端压力，由压力体积控制器控制；所述稳态法初始压力P₀为气体注入压力；压力单位均为kPa；

步骤5.2，关闭减压阀B和二通球阀B，打开三通球阀使压力体积控制器与试验装置之间连通；

调节压力体积控制器至步骤5.1设定的稳态法目标压力P₁，并将气体体积调至0；调节减压阀A至步骤5.1设定的稳态法初始压力P₀；

步骤5.3，打开二通球阀A，对预定试样进行气体渗透试验，并记录气体体积V_a随时间t的变化；所述气体体积V_a是指在时间t内气体渗透预定试样并进入压力体积控制器的气体体积；

步骤5.4，检验是否满足设定的试验终止条件，如果满足终止条件之一，计算预定试样的气体渗透率K，并结束稳态法气体渗透试验，进入步骤7；

所述试验终止条件为以下两种：

①渗透预定试样的气体充满压力体积控制器；

②试验过程中，当渗透气体流量Q_a趋于恒定值d，且在5min的时间内，气体流量Q_a与d的差值均不超过0.01ml/min；气体流量Q_a计算公式如下：

|Q_a-d|≤0.01，

其中，气体流量Q_a的单位为ml/min，Δv1为Δt1时间内流进压力体积控制器的气体体积，单位为ml，d为气体流量的恒定值；

所述预定试样的气体渗透率K的计算公式如下：

其中，μ为气体的粘滞系数，单位为Pa·s；P′为大气压(101.3kPa)；L为预定试样高度，单位为m；A为预定试样横截面积，单位m²；

步骤6，瞬态法气体渗透试验

步骤6.1，设定瞬态法反压端压力P₃，瞬态法初始压力P₂，且P₂＞P₃≥0，所述瞬态法反压端压力由减压阀B控制；所述瞬态法初始压力P₂为气体注入压力，由减压阀A控制；压力单位均为kPa；

步骤6.2，断开三通球阀，使试验装置上下端形成闭合回路；打开减压阀A和减压阀B，分别调整至步骤6.1设定的瞬态法初始压力P₂和瞬态法反压端压力P₃；

步骤6.3，再打开二通球阀A和二通球阀B后，待气压稳定后断开减压阀A和减压阀B；同时记录瞬态法初始压力P₂和瞬态法反压端压力P₃的变化情况；

步骤6.4，检验是否满足设定的试验终止条件，如果满足终止条件，计算预定试样的气体渗透率K，并结束瞬态法气体渗透试验，进入步骤7；

所述试验终止条件为：试验时，P₂与P₃之间差距逐渐减小，并在10min时间之内，均满足P₂-P₃≤3kPa；

所述预定试样的气体渗透率K的计算如下：

其中，R为通用气体常数；T为试验时的温度，单位℃；d_n为气体在时间间隔dt内通过预定试样的物质的量，单位为mol，时间间隔dt的单位为s；

步骤7，检查F个预定试样中是否还有预定试样未进行以上试验，若有，返回步骤1，进行下一个预定试样的测试；否则，测试结束。

优选地，步骤1所述预定试样质量m_s的计算公式为：

m_s＝ρ_dV

其中，V为渗透室的体积，单位为cm³，预设试样干密度ρ_d的单位为g/cm³，预定试样质量m_s的单位为g。

优选地，步骤2所述预定试样已达到饱和状态的认定条件为：预定试样注入水量V_w是预定试样孔隙体积V_v的2～4倍；所述预定试样孔隙体积V_v的计算公式如下：

V_v＝nV

其中，预定试样孔隙体积V_v的单位为m³；n为预定试样的孔隙度，单位为％；V为渗透室的体积，单位为cm³。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)根据体积法制样，本测试装置可以制备不同干密度的试样。

2)通过压力体积控制器对试样进行恒定水压下的渗透试验，可以获得不同干密度下试样的饱和渗透率大小。

3)通过该测试装置可对试样进行不同反压下的稳态法和瞬态法下的低渗试样气体渗透试验，并对比两种测试技术的差异。

4)通过该测试装置可以获得不同气体压力、不同干密度对低渗介质气体滑脱效应的影响。

5)通过该测试装置可从气体压力变化和流量变化两方面，鉴别气体突破压力大小。

6)通过该测试装置对低渗试样上下端施加不同的压力，可以获得不同上下端压差变化过程中的排水情况和饱和度的演化规律。

7)通过顶盖和底座嵌入主体中的空腔，形成恒定体积渗透室，操作简单。

8)顶盖和底座上均镶有密封圈，保证试验装置的气密性。

9)本测试装置结构简单，功能齐全，操作便捷。

附图说明

图1是本发明总体示意图；

图2是试验装置结构示意图；

图3是试验装置结构剖面图；

图4是试验装置的底座示意图；

图5为气体渗透率随时间的变化示意图；

图6为气体流量随时间的变化示意图。

1、储气罐；2、不锈钢卡套接头；3、不锈钢钢管；4、气体缓冲罐；5、两通接头A；6、减压阀A；7、压力传感器A；8、二通球阀A；9、减压阀B；10、压力传感器B；11、二通球阀B；12、两通接头B；13、三通球阀；14、压力体积控制器；15、试验装置；16、试样；17、通道；18、顶盖；19、密封圈；20、透水石；21、主体；22、渗透室；23、底座；24、通道口A；25、通道口B；26、下底面。

具体实施方式

以下结合附图1-图6对本发明的实施例进行详细的描述。

由图1、图2、图3和图4可见，本发明提供了一种多功能的低渗介质渗透性测试装置，包括试验装置15和气体注入装置。

所述试验装置15包括顶盖18、底座23、主体21和二片透水石20。本实施例中，透水石20为304不锈钢材质，孔隙为55μm且误差小于5.0μm。

所述主体21为一空心圆柱体，其内径记为L1，高度记为h1。

所述顶盖18和底座23的形状完全相同，由直径不同的二个同轴圆柱体构成，记小同轴圆柱体的高度为h2，直径为L2，2h2＜h1，L2＝L1-△L，间隙△L为0.5mm-1.5mm。在本实施例中，取△L为1.0mm。顶盖18和底座23上的大同轴圆柱体的直径与主体21外径相同。

记小同轴圆柱体与大同轴圆柱体的非接触面为下底面26，下底面26的中心位置开有通道口B25，顶盖18和底座23的大同轴圆柱体外壁开有通道口A24，通道口A24与通道口B25之间开有通道17。二片透水石20分别镶嵌在顶盖18和底座23的下底面25上。

将顶盖18和底座23的二个小同轴圆柱体从上下二个方向嵌入主体21的内腔，形成封闭的渗透室22。顶盖18、底座23与主体21嵌入的底面上均镶有密封圈19。

在本实施例中，顶盖18、底座23和主体21均由316不锈钢制作而成。顶盖18和底座23的大同轴圆柱直径为100mm、高度为50mm。顶盖18和底座23上的小同轴圆柱直径L2为49mm，高度h2为25mm。主体21的外径为100mm、内径L1为50mm、高度h1为60mm，即△L为1.0mm。将顶盖18和底座23的小同轴圆柱体完全嵌入主体21的内腔形成的渗透室22的尺寸为，直径为50mm，高为10mm。

所述气体注入装置包括空气储气罐1、不锈钢卡套接头2、不锈钢钢管3、气体缓冲罐4、两通接头A5、减压阀A6、压力传感器A7、二通球阀A8、减压阀B9、压力传感器B10、二通球阀B11、两通接头B12、三通球阀13和压力体积控制器14。

气体缓冲罐4的一端通过不锈钢管3与空气储存罐1连接，另一端通过二通接头A5将气体分成两个支流进行分流：一路经减压阀A6、压力传感器A7以及二通球阀A8与底座23上的通道口A24相连，另一路经减压阀B9、压力传感器B10、二通球阀B11到达两通接头B12。所述两通接头B12的一端与顶盖18上的通道口A24相连，另一端经三通球阀13与压力体积控制器14相连。

在本实施例中空气储存罐1的容量为4L，耐压10MPa。不锈钢钢管3尺寸为1/8。气体缓冲罐4耐压10MPa，通过不锈钢管3与空气储存罐1相连接。减压阀A6和减压阀B9的量程为0.1-20MPa，材质为316L不锈钢。压力传感器A7和压力传感器B10的量程为10MPa，其精度为0.1MPa。压力体积控制器14的压力量程为3 MPa，精度为1kPa。

本发明还提供了一种多功能的低渗介质气体渗透性测试装置的测试方法。

首先将需要进行测试的试样干密度范围均分为F份，得到F种预设试样干密度和F个预定试样，对F个预定试样逐个进行注水饱和试验、稳态法气体渗透试验和瞬态法气体渗透试验。在本实施例中，F＝6,即对6个预定预定试样逐个进行注水饱和试验、稳态法气体渗透试验和瞬态法气体渗透试验。其中任一个预定试样的具体测试均步骤如下：

步骤1，试样装填

将预定试样的预设试样干密度记为ρ_d，计算填满渗透室22所需预定试样质量m_s，然后将预定试样倒入嵌有底座23的渗透室22中，且在预定试样顶部和底部均垫有滤纸，再将顶盖18完全嵌入渗透室21中并紧固，完成预定试样的装填。

其中，预定试样质量m_s的计算公式为：

m_s＝ρ_dV

其中，V为渗透室22的体积，单位为cm³，预设试样干密度ρ_d的单位为g/cm³，预定试样质量m_s的单位为g。

步骤2，注水饱和试验

将试验装置15与压力体积控制器14连接，并将压力体积控制器14加满蒸馏水后，对渗透室22中的预定试样进行恒定压力P的注水饱和试验，同时记录蒸馏水注入水量V_w随时间的变化；当预定试样已达到饱和状态，注水饱和试验结束。

所述预定试样已达到饱和状态的认定条件为：预定试样注入水量V_w是预定试样孔隙体积V_v的2～4倍。本实施例中，取预定试样注入水量V_w是预定试样孔隙体积V_v的3倍。所述预定试样孔隙体积V_v的计算公式如下：

V_v＝nV

其中，预定试样孔隙体积V_v的单位为m³；n为预定试样的孔隙度，单位为％；V为渗透室22的体积，单位为cm³。

步骤3，接入气体注入装置

将试验装置15与气体注入装置进行连接；接入前，将压力体积控制器14中蒸馏水排空，并检查气体注入装置，确保各个阀门均处于断开状态。

步骤4，开始气体渗透试验

打开空气储存罐1的阀门，使气体经不锈钢钢管3进入气体缓冲罐4，进行气体渗透试验；所述气体渗透试验包括稳态法气体渗透试验和瞬态法气体渗透试验，稳态法气体渗透试验按照步骤5执行，瞬态法气体渗透试验按照步骤6执行。

步骤5，稳态法气体渗透试验

步骤5.1，设定稳态法目标压力P₁，稳态法初始压力P₀，且P₀＞P₁≥0，所述目标压力P₁为稳态法试验中的反压端压力，由压力体积控制器(14)控制；所述稳态法初始压力P₀为气体注入压力；压力单位均为kPa；

步骤5.2，关闭减压阀B9和二通球阀B11，打开三通球阀13使压力体积控制器14与试验装置1之间连通；

调节压力体积控制器14至步骤5.1设定的稳态法目标压力P₁，并将气体体积调至0；调节减压阀A6至步骤5.1设定的稳态法初始压力P₀；

步骤5.3，打开二通球阀A8，对预定试样进行气体渗透试验，并记录气体体积V_a随时间t的变化；所述气体体积V_a是指在时间t内气体渗透预定试样并进入压力体积控制器14的气体体积；

步骤5.4，检验是否满足设定的试验终止条件，如果满足终止条件之一，计算预定试样的气体渗透率K，并结束稳态法气体渗透试验，进入步骤7。

所述试验终止条件为以下两种：

①渗透预定试样的气体充满压力体积控制器14；

②试验过程中，当渗透试样的气体流量Q_a趋于恒定值d，且在5min的时间内，气体流量Q_a与d的差值均不超过0.01ml/min；气体流量Q_a计算公式如下：

|Q_a-d|≤0.01，

其中，气体流量Q_a的单位为ml/min，Δv1为Δt1时间内流进压力体积控制器(14)的气体体积，单位为ml，d为气体流量的恒定值；

所述预定试样的气体渗透率K的计算公式如下：

其中，μ为气体的粘滞系数，单位为Pa·s；A为预定试样横截面积，单位m²；P′为大气压(101.3kPa)；L为试样高度，单位为m；

步骤6，瞬态法气体渗透试验

步骤6.1，设定瞬态法反压端压力P₃，瞬态法初始压力P₂，且P₂＞P₃≥0，所述瞬态法反压端压力由减压阀B9控制；所述瞬态法初始压力P₂为气体注入压力，由减压阀A6控制；压力单位均为kPa；

步骤6.2，断开三通球阀13，使试验装置15上下端形成闭合回路；打开减压阀A6和减压阀B9，分别调整至步骤6.1设定的瞬态法初始压力P₂和瞬态法反压端压力P₃；

步骤6.3，再打开二通球阀A8和二通球阀B11后，待气压稳定后断开减压阀A6和减压阀B9；同时记录瞬态法初始压力P₂和瞬态法反压端压力P₃的变化情况；

步骤6.4，检验是否满足设定的试验终止条件，如果满足终止条件，计算预定试样的气体渗透率K，并结束瞬态法气体渗透试验，进入步骤7；

所述试验终止条件为：试验时，P₂与P₃之间差距逐渐减小，并在10min时间之内，均满足P₂-P₃≤3kPa；

所述预定试样的气体渗透率K的计算如下：

其中，R为通用气体常数(8.314 N·m/mol)，单位为J/(mol·K)；T为试验时的温度，单位℃；d_n为气体在时间间隔dt内通过预定试样的物质的量，单位为mol，时间间隔dt的单位为s。

步骤7，检查F个预定试样中是否还有预定试样未进行以上试验，若有，返回步骤1，进行下一个预定试样的测试；否则，测试结束。

在本实施例中，通过对注水饱和试验、稳态法气体渗透试验和瞬态法气体渗透试验中记录的数据进行分析处理，即可以获得不同干密度下试样的饱和度和气体渗透率的变化规律，获得不同气体压力、不同干密度对低渗介质气体滑脱效应影响的规律，并可以从气体流量变化和压力变化鉴别气体突破压力大小可。同时以获得不同上下端压差变化过程中的排水情况和饱和度的演化规律。

该测试装置可对试样进行不同反压下稳态法和瞬态法下的低渗试样气体渗透试验，并对比两种测试技术的差异。

图5为渗透率随时间的变化示意图。由该图可见，试样干密度ρ_d为1.70、注入压力为160kPa、反压端压力为0时，该试样的气体渗透率在5×10^-19m²左右。

图6为气体流量随时间的变化示意图。由该图可见，试样干密度ρ_d为1.70、控制反压端压力为0时，当注入压力从100kPa增加到150kPa，气体流量Q变化小且处于相对平稳状态，而当注入压力为200kPa时，气体流量Q显著上升，因此可鉴定该试样在200kPa的气体压力下发生了气体突破。

Claims (6)

1.一种多功能的低渗介质气体渗透性测试装置的测试方法，其中，所述多功能的低渗介质渗透性测试装置包括试验装置(15)和气体注入装置；

所述试验装置(15)包括顶盖(18)、底座(23)、主体(21)和二片透水石(20)；所述主体(21)为一空心圆柱体，其内径记为L₁，高度记为h₁；所述顶盖(18)和底座(23)的形状完全相同，由直径不同的二个同轴圆柱体构成，记小同轴圆柱体的高度为h₂，直径为L₂，2h₂＜h₁，L₂＝L₁-△L，间隙△L为0.5mm-1.5mm；记小同轴圆柱体与大同轴圆柱体的非接触面为下底面(26)，下底面(26)的中心位置开有通道口B(25)，顶盖(18)和底座(23)的大同轴圆柱体外壁开有通道口A(24)，通道口A(24)与通道口B(25)之间开有通道(17)；二片透水石(20)分别镶嵌在顶盖(18)和底座(23)的下底面(26)上；将顶盖(18)和底座(23)的二个小同轴圆柱体从上下二个方向嵌入主体(21)的内腔，形成封闭的渗透室(22)；

所述气体注入装置包括空气储气罐(1)、不锈钢钢管(3)、气体缓冲罐(4)、两通接头A(5)、减压阀A(6)、压力传感器A(7)、二通球阀A(8)、减压阀B(9)、压力传感器B(10)、二通球阀B(11)、两通接头B(12)、三通球阀(13)和压力体积控制器(14)；气体缓冲罐(4)的一端通过不锈钢钢管(3)与空气储气罐(1)连接，另一端通过两通接头A(5)将气体分成两个支流进行分流，一路经减压阀A(6)、压力传感器A(7)以及二通球阀A(8)与底座(23)上的通道口A(24)相连；另一路经减压阀B(9)、压力传感器B(10)、二通球阀B(11)到达两通接头B(12)；所述两通接头B(12)的一端与顶盖(18)上的通道口A(24)相连，另一端经三通球阀(13)与压力体积控制器(14)相连；

其特征在于，所述测试方法将需要进行测试的试样干密度范围均分为F份，得到F种预设试样干密度和F个预定试样，对F个预定试样逐个进行注水饱和试验、稳态法气体渗透试验和瞬态法气体渗透试验，其中任一个预定试样的具体测试步骤均如下：

步骤1，试样装填

将预定试样的预设试样干密度记为ρ_d，计算填满渗透室(22)所需预定试样质量m_s，然后将预定试样倒入嵌有底座(23)的渗透室(22)中，且在预定试样顶部和底部均垫有滤纸，再将顶盖(18)完全嵌入主体(21)中并紧固，完成预定试样的装填；

步骤2，注水饱和试验

将试验装置(15)与压力体积控制器(14)连接，并将压力体积控制器(14)加满蒸馏水后，对渗透室(22)中的预定试样进行恒定压力P的注水饱和试验，同时记录蒸馏水注入水量V_w随时间的变化；当预定试样已达到饱和状态，注水饱和试验结束；

步骤3，接入气体注入装置

将试验装置(15)与气体注入装置进行连接；接入前，将压力体积控制器(14)中蒸馏水排空，并检查气体注入装置，确保各个阀门均处于断开状态；

步骤4，开始气体渗透试验

打开空气储气 罐(1)的阀门，使气体经不锈钢钢管(3)进入气体缓冲罐(4)，进行气体渗透试验；所述气体渗透试验包括稳态法气体渗透试验和瞬态法气体渗透试验，稳态法气体渗透试验按照步骤5执行，瞬态法气体渗透试验按照步骤6执行；

步骤5，稳态法气体渗透试验

步骤5.1，设定稳态法目标压力P₁，稳态法初始压力P₀，且P₀＞P₁≥0，所述目标压力P₁为稳态法试验中的反压端压力，由压力体积控制器(14)控制；所述稳态法初始压力P₀为气体注入压力；压力单位均为kPa；

步骤5.2，关闭减压阀B(9)和二通球阀B(11)；打开三通球阀(13)使压力体积控制器(14)与试验装置(15)之间连通；

调节压力体积控制器(14)至步骤5.1设定的稳态法目标压力P₁，并将气体体积调至0；调节减压阀A(6)至步骤5.1设定的稳态法初始压力P₀；

步骤5.3，打开二通球阀A(8)，对预定试样进行气体渗透试验，并记录气体体积V_a随时间t的变化；所述气体体积V_a是指在时间t内气体渗透预定试样并进入压力体积控制器(14)的气体体积；

步骤5.4，检验是否满足设定的试验终止条件，如果满足终止条件之一，计算预定试样的气体渗透率K，并结束稳态法气体渗透试验，进入步骤7；

所述试验终止条件为以下两种：

①渗透预定试样的气体充满压力体积控制器(14)；

②试验过程中，当渗透试样的气体流量Q_a趋于恒定值d，且在5min的时间内，气体流量Q_a与d的差值均不超过0.01ml/min；气体流量Q_a计算公式如下：

|Q_a-d|≤0.01，

其中，气体流量Q_a的单位为ml/min，Δv1为Δt1时间内流进压力体积控制器(14)的气体体积，单位为ml，d为气体流量的恒定值；

所述预定试样的气体渗透率K的计算公式如下：

其中，μ为气体的粘滞系数，单位为Pa·s；P′为大气压101.3kPa；L为预定试样高度，单位为m；A为预定试样横截面积，单位m²；

步骤6，瞬态法气体渗透试验

步骤6.1，设定瞬态法反压端压力P₃，瞬态法初始压力P₂，且P₂＞P₃≥0，所述瞬态法反压端压力由减压阀B(9)控制；所述瞬态法初始压力P₂为气体注入压力，由减压阀A(6)控制；压力单位均为kPa；

步骤6.2，断开三通球阀(13)，使试验装置(15)上下端形成闭合回路；打开减压阀A(6)和减压阀B(9)，分别将减压阀A(6)和减压阀B (9)调整至步骤6.1设定的瞬态法初始压力P₂和瞬态法反压端压力P₃；

步骤6.3，再打开二通球阀A(8)和二通球阀B(11)，待气压稳定后断开减压阀A(6)和减压阀B(9)；同时记录瞬态法初始压力P₂和瞬态法反压端压力P₃随时间的变化情况；

步骤6.4，检验是否满足设定的试验终止条件，如果满足终止条件，计算预定试样的气体渗透率K，并结束瞬态法气体渗透试验，进入步骤7；

所述试验终止条件为：试验时，P₂与P₃之间差距逐渐减小，并在10min时间之内，均满足P₂-P₃≤3kPa；

所述预定试样的气体渗透率K的计算如下：

其中，R为通用气体常数；T为试验时的温度，单位℃；d_n为气体在时间间隔dt内通过预定试样的物质的量，单位为mol，时间间隔dt的单位为s；

步骤7，检查F个预定试样中是否还有预定试样未进行以上试验，若有，返回步骤1，进行下一个预定试样的测试；否则，测试结束。

2.根据权利要求1所述的一种多功能的低渗介质气体渗透性测试装置的测试方法，其特征在于，步骤1所述预定试样质量m_s的计算公式为：

m_s＝ρ_dV

其中，V为渗透室(22)的体积，单位为cm³，预设试样干密度ρ_d的单位为g/cm³，预定试样质量m_s的单位为g。

3.根据权利要求1所述的一种多功能的低渗介质气体渗透性测试装置的测试方法，其特征在于，步骤2所述预定试样已达到饱和状态的认定条件为：预定试样注入水量V_w是预定试样孔隙体积V_v的2～4倍；所述预定试样孔隙体积V_v的计算公式如下：

V_v＝nV

其中，预定试样孔隙体积V_v的单位为m³；n为预定试样的孔隙度，单位为％；V为渗透室(22)的体积，单位为cm³。

4.根据权利要求1所述的一种多功能的低渗介质气体渗透性测试装置的测试方法，其特征在于，所述透水石(20)为304不锈钢材质，孔隙为55μm且误差小于5.0μm。

5.根据权利要求1所述的一种多功能的低渗介质气体渗透性测试装置的测试方法，其特征在于，所述顶盖(18)、底座(23)与主体(21)嵌入的底面上均镶有密封圈(19)。

6.根据权利要求1所述的一种多功能的低渗介质气体渗透性测试装置的测试方法，所述顶盖(18)和底座(23)上的大同轴圆柱体的直径与主体(21)外径相同。

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