CN110160911A - 一种具有磁场的等温吸附装置及操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有磁场的等温吸附装置及操作方法，它包括混合气体供给系统和真空脱气系统，混合气体供给系统与真空脱气系统通过管路连接；真空脱气系统与混合气体黏度测量系统通过管路连接；混合气体黏度测量系统与外加磁场的气体吸附系统通过管路连接；解决了现有技术没有可用于在外加磁场条件下改变气体黏度的等温吸附装置以模拟煤矿开采现场混合气体黏度的变化等技术问题。
Description
技术领域
本发明属于等温吸附装置技术领域，尤其涉及一种具有磁场的等温吸附装置及操作方法。
背景技术
在采煤作业过程中，很容易破坏地下自然环境条件，比如混入黏度较大的气体改变原先的黏度条件。煤层中蕴含丰富的煤层气资源，其主要成分是瓦斯。煤储层渗透率是煤层气开采的重要参数之一，渗透率随各种条件的变化关系历来为众多科研工作者关注，其中地应力是其变化的主要敏感因素，但随着煤层开采深度的增加，随之带入了大量的空气，已有不少研究者做过相关的磁场对瓦斯吸附的研究，但在改变气体的黏度的条件下研究外加磁场作用的研究少之又少。目前为止，还没有可用于改变气体黏度的外加磁场的等温吸附装置，因此有必要对现有的吸附装置进行一定的改进以模拟煤矿开采现场气体黏度以及磁场对瓦斯吸附解吸的作用，并解决在进行等温吸附变形试验中没有及时的测定煤变形量等技术问题。
因此建立该实验装置来模拟煤层气开采过程中外加磁场条件下气体黏度变化对煤层吸附特性影响的实验，同时采用研究不同载荷和温度及多因素耦合作用下进行试验，可以更好的研究原煤吸附规律，为煤层气抽采等提供技术指导。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种具有磁场的等温吸附装置及操作方法，以解决现有技术没有可用于在外加磁场条件下改变气体黏度的等温吸附装置以模拟煤矿开采现场混合气体黏度的变化等技术问题。
本发明的技术方案是：
一种具有磁场的等温吸附装置，它包括混合气体供给系统和真空脱气系统，混合气体供给系统与真空脱气系统通过管路连接；真空脱气系统与混合气体黏度测量系统通过管路连接；混合气体黏度测量系统与外加磁场的气体吸附系统通过管路连接；所述外加磁场的气体吸附系统为在气体吸附系统外壁上固定有脉冲磁场发生器。
所述脉冲磁场发生器固定在气体吸附系统的吸附室外壁上。
所述混合气体供给系统包括第一储气罐、第二储气罐、第三储气罐、第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀及第一压力表、第二压力表、第三压力表、增压泵和气体混合装置；第一储气罐与气体混合装置通过管路连接；管路上依次安装有第一开关阀和第一压力表；第二储气罐与气体混合装置通过管路连接，管路上依次安装有第二开关阀和第二压力表；第三储气罐与气体混合装置通过管路连接，管路上依次安装有第三开关阀和第三压力表；气体混合装置出气管路上安装有增压泵。
真空脱气系统包括真空泵和第五开关阀，真空泵的进气端与气体混合装置的出气管路连接；真空泵的出气管路上连接有第五开关阀。
气体吸附系统包括吸附室，第六开关阀、第七开关阀、第四压力表、参考室、吸附室、水浴恒温装置、磁场发生器，第六开关阀、第四压力表和第七开关阀依次安装在吸附室的进气管路上；在第六开关阀与第七开关阀之间管路上连接有参考室。
它还包括压力加载系统，压力加载系统与气体吸附系统连接；所述压力加载系统由轴压泵和围压泵组成；轴压泵和围压泵的输出端分别与气体吸附系统连接。
所述的一种具有磁场的等温吸附装置的操作方法，它包括：
步骤1、将原煤试样放入吸附室中，打开真空泵，并关闭真空泵之前的开关阀，对实验装置进行脱真空处理，然后将吸附室和参考室放入设置好温度的水浴恒温装置中同时对吸附室施加恒定轴压和围压，打开磁场发生器；
步骤2、先打开装有氦气的第一储气罐，关闭第七开关阀，打开第四开关阀和第五开关阀，混合使气体黏度达到实验设定值后，将第六开关阀打开将气体通入参考室，测定压力后打开第七开关阀使气体通入吸附室中，测定体积变化；待数值记录完毕后，将氦气处理干净，之后更改煤样试件，打开第二开关阀和第三开关阀，通入甲烷和氩气，使氦气与甲烷和氩气混合，之后通过黏度感应器测定黏度达到实验设定值后打开第六开关阀使甲烷、氦气和氩气混合气体进入参考室；
步骤3、测定压力，待读数稳定后打开第七开关阀使气体进入吸附室，混合气体中的吸附气体开始吸附在原煤孔隙表面，测定自由空间体积，最终建立一个动态吸附平衡状态，测定该状态下混合气体的的压力和体积，根据混合气体的起始体积和最终体积的差值即计算出在给定压力下被吸附的气体体积。
有益效果
本发明通过在吸附室的进气管道上安装一台磁场发生器，能够使原煤进行在不同气体黏度下外加磁场条件下的等温吸附实验；并且能够进行不同轴压和围压多因素耦合条件下等温吸附实验，本发明通过气体混合装置将三个储气罐和气体混合装置连接从而使气体混合，并在管路上设置真空泵，减少实验误差，在混合气体黏度测量系统连接黏度感应器可以实时监测黏度的变化，并可以通过开关阀控制黏度的变化，通过在吸附室末端口所连接的轴压泵和围压泵对试样加载，并在吸附室外设置水浴恒温系统，可以进行温度、应力及混合气体黏度变化对渗透率影响的实验。能够真实模拟煤矿开采过程中混合气体的等温吸附实验，该实验装置简单易操作，使用效果好，易于推广；解决了现有技术没有可用于改变气体黏度外加磁场的等温吸附装置以模拟煤矿开采现场混合气体黏度的变化等技术问题。
附图说明
图1为本发明整体的结构示意图；
图2为本发明气体混合装置的结构示意图；
图中：1-第一储气罐、2-第二储气罐、3-第三储气罐、4-第一开关阀、5-第二开关阀、6-第三开关阀、7-第三压力表、8- 第二压力表、9-第一压力表、10-气体混合装置、11-增压泵、12-真空泵、13-第五开关阀、14-显示器、14-第六开关阀、15-黏度感应器、16-测量箱、17-第六开关阀、18-第四压力表、19-参考室、20-第七开关阀、21-吸附室、22-水浴恒温装置、23-磁场发生器、24-轴压泵、25-围压泵、26-混合箱、27-第四开关阀。
具体实施方式
一种具有磁场的等温吸附装置，它包括混合气体供给系统和真空脱气系统，混合气体供给系统与真空脱气系统通过管路连接；真空脱气系统与混合气体黏度测量系统通过管路连接；其特征在于：混合气体黏度测量系统与外加磁场的气体吸附系统通过管路连接；所述外加磁场的气体吸附系统为在气体吸附系统外壁上固定有脉冲磁场发生器23。
所述脉冲磁场发生器23固定在气体吸附系统的吸附室21外壁上。
脉冲磁场发生器23采用上海三基电子工业有限公司生产的脉冲磁场发生器0902。
所述混合气体供给系统包括第一储气罐、第二储气罐、第三储气罐、第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀及第一压力表、第二压力表、第三压力表、增压泵和气体混合装置；第一储气罐与气体混合装置通过管路连接；管路上依次安装有第一开关阀和第一压力表；第二储气罐与气体混合装置通过管路连接，管路上依次安装有第二开关阀和第二压力表；第三储气罐与气体混合装置通过管路连接，管路上依次安装有第三开关阀和第三压力表；气体混合装置出气管路上安装有增压泵。
真空脱气系统包括真空泵和第五开关阀，真空泵的进气端与气体混合装置的出气管路连接；真空泵的出气管路上连接有第五开关阀。
气体吸附系统包括第六开关阀、第七开关阀、第四压力表、参考室及吸附室及水浴恒温装置，第六开关阀、第四压力表和第七开关阀依次安装在吸附室的进气管路上；在第六开关阀与第七开关阀之间管路上连接有参考室，磁场发生器固定在吸附室的外壁上。磁场发生器采用上海三基电子工业有限公司生产的脉冲磁场发生器0902。
它还包括压力加载系统，压力加载系统与气体吸附系统连接；所述压力加载系统由轴压泵和围压泵组成；轴压泵和围压泵的输出端分别与气体吸附系统连接。
使用时，首先将原煤试样放入吸附室中，打开真空泵，关闭其余开关阀，对实验装置进行脱真空处理，然后将吸附室和参考室放入设置好温度的水浴恒温系统中，打开磁场发生器，并同时对吸附室施加恒定轴压和围压。之后先打开装有氦气的第一储气罐，关闭第七开关阀，打开第四开关阀和第五开关阀，经过一段时间的混合，使黏度达到实验设定值后，将第六开关阀打开，将气体通入参考室，测定压力后打开第七开关阀，使气体通入吸附室中，测定体积变化；待数值记录完毕后，将氦气处理干净，之后更改煤样试件，打开第二开关阀和第三开关阀，通入甲烷、氩气，使氦气与甲烷和氩气充分混合，之后通过黏度感应器测定黏度达到实验设定值后打开第六开关阀使甲烷、氦气和氩气混合气体进入参考室，测定压力，待读数稳定后打开第七开关阀使气体进入吸附室，混合气体中的吸附气体开始吸附在原煤孔隙表面，测定吸附室的自由空间体积，最终建立一个动态吸附平衡状态，测定该状态下混合气体的压力和体积，根据混合气体的起始体积和最终体积的差值即可计算出在给定压力下被吸附的气体体积。
Claims (7)
1.一种具有磁场的等温吸附装置，它包括混合气体供给系统和真空脱气系统，混合气体供给系统与真空脱气系统通过管路连接；真空脱气系统与混合气体黏度测量系统通过管路连接；其特征在于：混合气体黏度测量系统与外加磁场的气体吸附系统通过管路连接；所述外加磁场的气体吸附系统为在气体吸附系统外壁上固定有脉冲磁场发生器（23）。
2.根据权利要求1所述的一种具有磁场的等温吸附装置，其特征在于：所述脉冲磁场发生器（23）固定在气体吸附系统的吸附室（21）外壁上。
3.根据权利要求1所述的一种具有磁场的等温吸附装置，其特征在于：所述混合气体供给系统包括第一储气罐（1）、第二储气罐（2）、第三储气罐（3）、第一开关阀（4）、第二开关阀（5）、第三开关阀（6）及第一压力表（9）、第二压力表（8）、第三压力表（7）、增压泵（11）和气体混合装置（10）；第一储气罐（1）与气体混合装置（10）通过管路连接；管路上依次安装有第一开关阀（4）和第一压力表（9）；第二储气罐（2）与气体混合装置（10）通过管路连接，管路上依次安装有第二开关阀（5）和第二压力表（8）；第三储气罐（3）与气体混合装置（10）通过管路连接，管路上依次安装有第三开关阀（6）和第三压力表（7）；气体混合装置（10）出气管路上安装有增压泵（11）。
4.根据权利要求1所述的一种具有磁场的等温吸附装置，其特征在于：真空脱气系统包括真空泵（12）和第五开关阀（13），真空泵（12）的进气端与气体混合装置（10）的出气管路连接；真空泵（12）的出气管路上连接有第五开关阀（13）。
5.根据权利要求1所述的一种具有磁场的等温吸附装置，其特征在于：气体吸附系统包括吸附室（21），第六开关阀（17）、第七开关阀（20）、第四压力表（18）、参考室（19）、吸附室（21）、水浴恒温装置（22）、磁场发生器（23），第六开关阀（17）、第四压力表（18）和第七开关阀（20）依次安装在吸附室（21）的进气管路上；在第六开关阀（17）与第七开关阀（20）之间管路上连接有参考室（19）。
6.根据权利要求1所述的一种具有磁场的等温吸附装置，其特征在于：它还包括压力加载系统，压力加载系统与气体吸附系统连接；所述压力加载系统由轴压泵（24）和围压泵（25）组成；轴压泵（24）和围压泵（25）的输出端分别与气体吸附系统连接。
7.如权利要求1所述的一种具有磁场的等温吸附装置的操作方法，它包括：
步骤1、将原煤试样放入吸附室中，打开真空泵，并关闭真空泵之前的开关阀，对实验装置进行脱真空处理，然后将吸附室和参考室放入设置好温度的水浴恒温装置中同时对吸附室施加恒定轴压和围压，打开磁场发生器；
步骤2、先打开装有氦气的第一储气罐，关闭第七开关阀，打开第四开关阀和第五开关阀，混合使气体黏度达到实验设定值后，将第六开关阀打开将气体通入参考室，测定压力后打开第七开关阀使气体通入吸附室中，测定体积变化；待数值记录完毕后，将氦气处理干净，之后更改煤样试件，打开第二开关阀和第三开关阀，通入甲烷和氩气，使氦气与甲烷和氩气混合，之后通过黏度感应器测定黏度达到实验设定值后打开第六开关阀使甲烷、氦气和氩气混合气体进入参考室；
步骤3、测定压力，待读数稳定后打开第七开关阀使气体进入吸附室，混合气体中的吸附气体开始吸附在原煤孔隙表面，测定自由空间体积，最终建立一个动态吸附平衡状态，测定该状态下混合气体的的压力和体积，根据混合气体的起始体积和最终体积的差值即计算出在给定压力下被吸附的气体体积。
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