CN110441189A - 一种实时监测混合气体吸附解吸的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实时监测混合气体吸附解吸的装置，包括真空脱气系统、混合气体配制系统、高压吸附解吸系统、水浴加热系统、计算机控制及数据采集处理系统，真空脱气系统与高压吸附解吸系统之间通过管道串联，混合气体配制系统与高压吸附解吸系统之间通过电磁阀、管道串联，混合气体配制系统、高压吸附解吸系统都设于水浴加热系统内，数据采集处理系统与各个系统中的压力传感器、复合式无损气体浓度传感器、质量流量计单元和阀体之间设有电连接控制线路。本发明提供一种实时监测煤体对混合气体吸附解吸过程中综合参数的装置，动态分析混合气体吸附解吸规律，能够配制任意组分与浓度的混合气体，实时监测煤体对混合气体吸附解吸过程。
Description
技术领域
本发明涉及煤业安全领域，具体是指一种实时监测混合气体吸附解吸的装置。
背景技术
我国煤层气资源储量丰富，埋深2000米以浅的煤层气资源量约36.81×1012m3，约占世界总量的13％，居世界第3位。煤层气中富集约90％以上的甲烷，约70％-85％的甲烷以吸附状态赋存于煤孔隙的内表面。甲烷是一种可替代天然气的优质、洁净能源，具有很大的利用价值。
随着煤矿开采活动的进行，煤炭资源的深部开采已经成为新常态，而深部埋藏煤层在瓦斯赋存资源丰富的同时，在开采的过程中也存在着更加严重的瓦斯灾害。据统计，我国高瓦斯矿井和有瓦斯突出危险的矿井约占全国矿井总量的30％，重、特大瓦斯事故的高发频率并未得到根本性的解决，严重阻碍着煤矿安全生产工作的顺利进行，煤矿瓦斯抽采工作势在必行。而我国的大部分煤层属于低透气煤层，直接进行瓦斯抽采的效果不理想，难以解除煤层开采时的瓦斯威胁。
目前的试验室监测煤体对混合气体吸附解吸过程中气体浓度等参数通常都是采用抽气检测的方式，这种方式会打破试验系统的稳态，使吸附解吸试验过程中断，试验系统中的混合气体总量减少，无法准确监测煤体对混合气体吸附解吸过程中气体浓度、吸附量等参数的实时变化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对以上问题提供一种实时监测混合气体吸附解吸的装置。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种实时监测混合气体吸附解吸的装置，包括真空脱气系统、混合气体配制系统、高压吸附解吸系统、水浴加热系统、计算机控制及数据采集处理系统，所述的真空脱气系统与高压吸附解吸系统之间通过管道串联，所述的混合气体配制系统与高压吸附解吸系统之间通过电磁阀、管道串联，混合气体配制系统、高压吸附解吸系统都设于水浴加热系统内，所述的数据采集处理系统与各个系统中的压力传感器、复合式无损气体浓度传感器、质量流量计单元和阀体之间设有电连接控制线路。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明提供一种实时监测煤体对混合气体吸附解吸过程中综合参数的装置，动态分析混合气体吸附解吸规律，能够配制任意组分与浓度的混合气体，并实时监测煤体对混合气体吸附解吸过程，试验结果可用于煤体对混合气体吸附解吸的动力学规律和差异性研究，为深入探讨煤层气体赋存规律提供科学依据和理论基础，对于深部矿井瓦斯防治以及注气驱替提高瓦斯采出率具有重要意义，且为深入探讨煤层气体赋存规律提供科学依据和理论基础。
作为改进，所述的真空脱气系统由泄压阀、真空泵、压力传感器、电磁阀组成，泄压阀设于真空泵一侧，且泄压阀一端通过管道与真空泵并联，且泄压阀与计算机控制及数据采集处理系统中的数据采集箱之间设有电连接控制线路，电磁阀控制抽气区域，真空泵进行抽气，压力传感器监测系统真空度。
作为改进，所述的混合气体配制系统由试验气瓶、减压阀、质量流量计控制单元、配气池搅拌器、混合气体配气池、压力传感器、复合式无损气体浓度传感器、电磁阀组成，质量流量计控制单元监测向混合气体配气池中充入的气体质量，与配气池压力传感器、气体浓度传感器形成反馈系统，充气过程中对混合气体的浓度进行修正，混合气体配气池为横置的耐压圆柱形钢瓶，左右侧各设置一个管路接口，位置一上一下，腰部设置一个配气池搅拌器，压力传感器与复合式无损气体浓度传感器的探头密封于瓶中，该混合气体配气池可配制最大15MPa压力的混合气体，配气池搅拌器可以防止配气池中混合气体出现分层现象，所述试验气瓶、减压阀与质量流量计控制单元依次通过管道连接，且共设有三组，三组的试验气瓶、减压阀与质量流量计控制单元通过管道与电磁阀串联。
作为改进，所述的高压吸附解吸系统由吸附池、解吸池、压力传感器、电磁阀、复合式无损气体浓度传感器组成，吸附池、解吸池为煤样与混合气体的吸附解吸提供固定空间，压力传感器、复合式无损气体浓度传感器记录吸附解吸过程当中压力、各气体浓度的实时变化数据，吸附池、解吸池为耐压圆柱形钢瓶，且设于水浴加热系统的水浴箱体内，瓶体上部两侧各设置一个管路接口，压力传感器与复合式无损气体浓度传感器的探头密封于瓶中，可容许最大15MPa压力的试验气体，所述的电磁阀按照图纸位置施工于连接管道中。
作为改进，所述的水浴加热系统由调速搅拌器、温度传感器、加热器、水浴箱体组成，该系统为试验装置提供水浴加热的恒温试验环境，所述的水浴箱体内设有混合气体配气池、吸附池、解吸池，所述的调速搅拌器、温度传感器、加热器设于水浴箱体的一侧，且调速搅拌器、温度传感器、加热器的探头设于水浴箱体内，且与计算机控制及数据采集处理系统中的数据采集箱之间设有电连接控制线路。
作为改进，所述的计算机控制及数据采集处理系统由数据采集箱、系统计算机组成，所述的系统计算机与数据采集箱之间通过USB数据连接线连接，所述的数据采集箱与质量流量计控制单元、泄压阀、压力传感器、复合式无损气体浓度传感器、调速搅拌器、温度传感器、加热器之间设有电连接控制线路，该系统通过切换电磁阀和质量流量计控制单元的开关状态，对试验进行的阶段进行切换，并通过数据采集箱对整个试验过程中的数据进行收集
附图说明
图1是一种实时监测混合气体吸附解吸的装置的结构示意图。
如图所示：1、试验气瓶，2、减压阀，3、质量流量计控制单元，4、配气池搅拌器，5、混合气体配气池，6、吸附池，7、解吸池，8、泄压阀，9、真空泵，10～12、压力传感器，13～15、复合式无损气体浓度传感器，16～22、电磁阀，23、调速搅拌器，24、温度传感器，25、加热器，26、水浴箱体，27、数据采集箱，28、系统计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
本发明在具体实施时，一种实时监测混合气体吸附解吸的装置，包括真空脱气系统、混合气体配制系统、高压吸附解吸系统、水浴加热系统、计算机控制及数据采集处理系统，所述的真空脱气系统与高压吸附解吸系统之间通过管道串联，所述的混合气体配制系统与高压吸附解吸系统之间通过电磁阀、管道串联，混合气体配制系统、高压吸附解吸系统都设于水浴加热系统内，所述的数据采集处理系统与各个系统中的压力传感器、复合式无损气体浓度传感器、质量流量计单元和阀体之间设有电连接控制线路。
所述的真空脱气系统由泄压阀8、真空泵9、压力传感器10、电磁阀17组成，泄压阀8设于真空泵9一侧，且泄压阀8一端通过管道与真空泵9并联，且泄压阀8与计算机控制及数据采集处理系统中的数据采集箱27之间设有电连接控制线路，电磁阀控制抽气区域，真空泵进行抽气，压力传感器监测系统真空度。
所述的混合气体配制系统由试验气瓶1、减压阀2、质量流量计控制单元3、配气池搅拌器4、混合气体配气池5、压力传感器10、复合式无损气体浓度传感器13、电磁阀16组成，质量流量计控制单元监测向混合气体配气池中充入的气体质量，与配气池压力传感器10、气体浓度传感器形成反馈系统，充气过程中对混合气体的浓度进行修正，混合气体配气池5为横置的耐压圆柱形钢瓶，左右侧各设置一个管路接口，位置一上一下，腰部设置一个配气池搅拌器4，压力传感器10与复合式无损气体浓度传感器13的探头密封于瓶中，该混合气体配气池5可配制最大15MPa压力的混合气体，配气池搅拌器4可以防止配气池中混合气体出现分层现象，所述试验气瓶1、减压阀2与质量流量计控制单元3依次通过管道连接，且共设有三组，三组的试验气瓶1、减压阀2与质量流量计控制单元3通过管道与电磁阀16串联。
所述的高压吸附解吸系统由吸附池6、解吸池7、压力传感器11～12、电磁阀18～22、复合式无损气体浓度传感器14～15组成，吸附池6、解吸池7为煤样与混合气体的吸附解吸提供固定空间，压力传感器11～12、复合式无损气体浓度传感器14～15记录吸附解吸过程当中压力、各气体浓度的实时变化数据，吸附池6、解吸池7为耐压圆柱形钢瓶，且设于水浴加热系统的水浴箱体26内，瓶体上部两侧各设置一个管路接口，压力传感器11～12与复合式无损气体浓度传感器14～15的探头密封于瓶中，可容许最大15MPa压力的试验气体，所述的电磁阀18～22按照图纸位置施工于连接管道中。
所述的水浴加热系统由调速搅拌器23、温度传感器24、加热器25、水浴箱体26组成，该系统为试验装置提供水浴加热的恒温试验环境，所述的水浴箱体26内设有混合气体配气池5、吸附池6、解吸池7，所述的调速搅拌器23、温度传感器24、加热器25设于水浴箱体26的一侧，且调速搅拌器23、温度传感器24、加热器25的探头设于水浴箱体26内，且与计算机控制及数据采集处理系统中的数据采集箱27之间设有电连接控制线路。
所述的计算机控制及数据采集处理系统由数据采集箱27、系统计算机28组成，所述的系统计算机28与数据采集箱27之间通过USB数据连接线连接，所述的数据采集箱27与质量流量计控制单元3、泄压阀8、压力传感器10～12、复合式无损气体浓度传感器13～15、调速搅拌器23、温度传感器24、加热器25之间设有电连接控制线路，该系统通过切换电磁阀16～22和质量流量计控制单元3的开关状态，对试验进行的阶段进行切换，并通过数据采集箱27对整个试验过程中的数据进行收集。
本发明的工作原理：试验开始时，煤样装入吸附池6中，解吸池7不进行装样。装样完成后，打开水浴加热系统。系统温度达到试验温度后，电磁阀16～22打开，真空泵9打开，对试验系统整体进行抽真空，真空度达到10Pa以下时，停止抽气，电磁阀16～22关闭。将试验所需混合气体压力、气体种类及不同气体浓度输入系统计算机28，控制不同试验气瓶1的质量流量计控制单元3开启，电磁阀16开启，依次向混合气体配气池5中充入不同气体；配气池搅拌器4开启，防止配气池中出现气体分层现象；所有气体充入完成后，计算机对比压力传感器10与复合式无损气体浓度传感器13的数据是否与预先输入的混合气体数据一致，若不一致，则进行补充充气。混合气体配置完成后，电磁阀16与质量流量计控制单元3关闭，电磁阀17～18打开，混合气体进入吸附池6后电磁阀17～18迅速关闭，开始吸附试验过程。当监测吸附池6中压力变化的压力传感器11数据变化小于0.05％并保持8h后，吸附试验过程结束。电磁阀18～19打开，开始解吸过程，吸附池6中的气体向解吸池7中进行转移。当监测解吸池7中压力变化的压力传感器数据12变化小于0.05％并保持8h后，解吸试验过程结束。试验结束后，电磁阀16～22打开，泄压阀8打开，试验系统中的高压气体自动向外界泄出。整个试验过程中，质量流量计控制单元、电磁阀开关状态由系统计算机控制，温度传感器、压力传感器、复合式无损气体浓度传感器的数据由数据采集箱实时连续采集并传输至计算机。
试验装置通过上述过程可以对试验所需混合气体进行配制，并对混合气体煤样吸附解吸过程中的综合参数进行实时连续监测。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具本的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种实时监测混合气体吸附解吸的装置，包括真空脱气系统、混合气体配制系统、高压吸附解吸系统、水浴加热系统、计算机控制及数据采集处理系统，所述的真空脱气系统与高压吸附解吸系统之间通过管道串联，所述的混合气体配制系统与高压吸附解吸系统之间通过电磁阀、管道串联，混合气体配制系统、高压吸附解吸系统都设于水浴加热系统内，所述的数据采集处理系统与各个系统中的压力传感器、复合式无损气体浓度传感器、质量流量计单元和阀体之间设有电连接控制线路。
2.根据权利要求1所述的一种实时监测混合气体吸附解吸的装置，其特征在于：所述的真空脱气系统由泄压阀(8)、真空泵(9)、压力传感器(10)、电磁阀(17)组成，泄压阀(8)设于真空泵(9)一侧，且泄压阀(8)一端通过管道与真空泵(9)并联，且泄压阀(8)与计算机控制及数据采集处理系统中的数据采集箱(27)之间设有电连接控制线路。
3.根据权利要求1所述的一种实时监测混合气体吸附解吸的装置，其特征在于：所述的混合气体配制系统由试验气瓶(1)、减压阀(2)、质量流量计控制单元(3)、配气池搅拌器(4)、混合气体配气池(5)、压力传感器(10)、复合式无损气体浓度传感器(13)、电磁阀(16)组成，混合气体配气池(5)为横置的耐压圆柱形钢瓶，左右侧各设置一个管路接口，位置一上一下，腰部设置一个配气池搅拌器(4)，压力传感器(10)与复合式无损气体浓度传感器(13)的探头密封于瓶中，所述试验气瓶(1)、减压阀(2)与质量流量计控制单元(3)依次通过管道连接，且共设有三组，三组的试验气瓶(1)、减压阀(2)与质量流量计控制单元(3)通过管道与电磁阀(16)串联。
4.根据权利要求1所述的一种实时监测混合气体吸附解吸的装置，其特征在于：所述的高压吸附解吸系统由吸附池(6)、解吸池(7)、压力传感器(11～12)、电磁阀(18～22)、复合式无损气体浓度传感器(14～15)组成，吸附池(6)、解吸池(7)为耐压圆柱形钢瓶，且设于水浴加热系统的水浴箱体(26)内，瓶体上部两侧各设置一个管路接口，压力传感器(11～12)与复合式无损气体浓度传感器(14～15)的探头密封于瓶中，所述的电磁阀(18～22)按照图纸位置施工于连接管道中。
5.根据权利要求1所述的一种实时监测混合气体吸附解吸的装置，其特征在于：所述的水浴加热系统由调速搅拌器(23)、温度传感器(24)、加热器(25)、水浴箱体(26)组成，所述的水浴箱体(26)内设有混合气体配气池(5)、吸附池(6)、解吸池(7)，所述的调速搅拌器(23)、温度传感器(24)、加热器(25)设于水浴箱体(26)的一侧，且调速搅拌器(23)、温度传感器(24)、加热器(25)的探头设于水浴箱体(26)内，且与计算机控制及数据采集处理系统中的数据采集箱(27)之间设有电连接控制线路。
6.根据权利要求1所述的一种实时监测混合气体吸附解吸的装置，其特征在于：所述的计算机控制及数据采集处理系统由数据采集箱(27)、系统电脑(28)组成，所述的系统电脑(28)与数据采集箱(27)之间通过USB数据连接线连接，所述的数据采集箱(27)与质量流量计控制单元(3)、泄压阀(8)、压力传感器(10～12)、复合式无损气体浓度传感器(13～15)、调速搅拌器(23)、温度传感器(24)、加热器(25)之间设有电连接控制线路。
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