CN114152481B - 深部地热水中气体智能采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的深部地热水中气体智能采集系统及方法通过：将气路子系统切换至抽真空气路，抽真空完毕后由抽真空气路切换为储气气路。水样预处理后，若温度高于70℃，则排出此水样并切换降温装置，将降温后的水样送入脱气装置，得到的气体进入气路子系统，剩余水样经过第二溶解氧传感器排出，否则，预处理后的水样经检测后直接进入脱气装置进行水气分离。气路子系统对气体进行采样并存储，若第二压力传感器数据值超过阈值，储气工作完成。优点：通过将各电动阀门、电磁阀门、温度传感器、压力传感器及降温装置自动化，从根本上改善地热水气体取样效率，实现了地热水气体取样过程由人工到自动的改变，在野外工程应用中节省人力、物力，具有极大的经济价值。

Description

深部地热水中气体智能采集系统及方法

技术领域

本发明涉及地热水采集领域，尤其涉及一种深部地热水中气体智能采集系统及方法。

背景技术

目前深部地热井现场气体采样工作并未规模性的开展，一方面是因为地热水温度高，限制了地热水气体分离与捕集装置的研发；另一方面地热井一般开采深层地下水，需要启动专用抽水泵，抽水机会难得，而现有的地下水中气体分离与捕集装置自动化程度低，用于野外需要开展大量准备工作，不适合大面积推广。

具体的，水中气体的取样主要根据水环境分为地表水中气体采样和地下水中气体采样。

地表水中气体的取样采集可分为两大类，一是自由气体样品，二是水中溶解气体样品。

自由气体的采集方式主要为排水集气法，该方法较完整地保留了气体组分信息。

溶解气体主要的采样方法包括现场采水和现场采气两种方法。

其中现场采水指现场采集水样到实验室再进行处理及测试，又细分为铜管釆样法、真空阀不锈钢瓶采样法和真空阀玻璃瓶采样法。铜管法因采样成本相对较低且可靠性巳被实践所证实而成为目前普遍接受的方法(Solomon et al.，1992；Friedrich，2007)。

现场采气法是通过采用负压原理实现的，在采气过程中，需要广口玻璃瓶、橡胶球胆、上部和下部都连接厚壁硅胶管的玻璃管、洗耳球、无油真空泵等仪器与人工配合完成。

由以上可见，地表水中气体取样方法适合人工参与、气量小、周期长的工作环境。

现有技术中地下水中气体取样目前主要采取两种方法:(1)真空雾化法；(2)脱气膜法。两种方法的思路都是增加气-液相接触面积，将水样中逃逸出的气体收集起来。

真空雾化法起源较早，通过将高压水样经过雾化喷头成雾化，使水样中溶解气逸出，然后经过冷凝、干燥等处理脱去水蒸气，压缩进储气罐，这种方法的关键技术是防止脱出的溶解气在真空腔体中再次溶入样品水中，因此在有机玻璃腔体中增加多孔介质，增加水蒸气的凝结效率，从而提高逸出气体收集的成功率。该装置由于水压和气压两个增压装置，体积较大，适用于工程条件下特别是海洋水中溶解气的分离。

脱气膜法是随着膜材料的技术进步而发展起来的水汽分离方法，其水气分离的关键为脱气膜内部有一系列含有孔隙的中空疏水性纤维膜管道，当水流经过脱气膜时，只有气态分子能够通过纤维膜孔隙，液态水被阻隔，通过维持纤维膜一侧的真空来实现持续的水气分离。通过脱气膜脱出的气体被压缩机持续压入储气罐中。该装置相对体积较小，可用于实验场合的小规模气体采集。

目前，华北地区，主要是京津冀地区，已经开展大规模的地热开发利用，近年来地热供暖、理疗等取得了突飞猛进。但是地热的开发，导致地热井水位的下降，对后续可持续开发产生了不良影响。目前开展的地热勘查工作，是对资源可开采量、可持续开发利用方法等方面深入研究，探索地热水的形成、补给方法，制定可持续开发利用方案。

目前深层地下水和地热水的年代分析上有很大争议，这就为地热井中水的来源与补给造成了影响。为了确定水的年代，一般采用同位素测年的方法，包括碳同位素和氪同位素等的测试，尤其是古地下水的氪同位素测试，是深层地下水年代辨识的重要指标。目前北京、天津及河北雄安新区有2000余口地热井，通过测试热储中气体的氪同位素，判别年份，将有力的推动地热可持续开发工作，但地热水采样工作工序复杂、现场环境差异性较大，为技术人员带来很多额外的工作量，因此自动化产品尤为重要。

而目前适用于地下水中气体分离与捕集装置，主要是采用了脱气膜法。中国科技大学胡永明教授团队在地下水中气体捕集研究方面进行了很多研究，涂乐义和杨国民研发了地下水溶解气体捕集装置。但是这些地下水气体捕集装置中部件均通过人工手动完成，且各种参数指标通过经验判断，在非专业人士操作情况下，容易造成仪器损坏，从而造成气体成份偏差，在采集过程中增加了人工成本。进一步的，这些装置不具备耐高温能力，只能开展小于40℃的地下水中气体的分离与捕获，无法开展地热水中气体的分离与捕获。虽然能够通过增加多级降温装置实现对地热水的降温，但降温后气体溶解度增高，与原环境差异较大，不利于捕集，因此现有的地下水气体捕集装置不能用于地热水溶解气体的分离。

发明内容

本发明提供深部地热水中气体智能采集系统及方法，用以解决现有技术中地下水气体捕集装置需要专业人士手工操控，无法自动分离地热水溶解气体的问题，还用以解决无法开展高于40℃的地热水中气体的分离与捕获的问题。

为了实现上述目的，本发明技术方案提供了一种深部地热水中气体智能采集系统，包括水样预处理子系统、水气分离子系统、气路子系统、气体收集子系统。水样预处理子系统经电动阀门与水气分离子系统连接，水气分离子系统经装置与气路子系统连接，气路子系统经第三二位二通电磁阀与气体收集子系统连接。气路子系统被切换至抽真空气路，切换时：水气分离子系统的二位三通电动阀门被调整，关闭第二电动阀门，同时，打开气路子系统的第一二位二通电磁阀、第三二位二通电磁阀和第四二位二通电磁阀并且关闭气路子系统的第二二位二通电磁阀，打开储气罐的手动阀门。当通过真空泵，将抽真空气路内、脱气装置和储气罐内部抽取为平衡真空状态时，将气路子系统由抽真空气路切换为储气气路。水样预处理子系统对水样预处理，同时水气分离子系统切换为水气分离通路，若第一温度传感器感应到预处理后的水样温度高于70℃，二位三通电动阀门排出此水样且在水气分离子系统中启动降温装置，将降温后的水样排入脱气装置，水样脱气后得到的气体进入气路子系统，剩余水样经过第二溶解氧传感器排出，否则，预处理后的水样流经第二温度传感器和第一溶解氧传感器后进入脱气装置进行水气分离，脱气后的水样经过第二溶解氧传感器后排出。气路子系统对得到的气体进行采样，气体经储气气路进入所述气体收集子系统，若气路子系统中的第二压力传感器数据值超过阈值，第三二位二通电磁阀关闭，储气工作完成。

作为上述技术方案的优选，较佳的，在储气工作完成后还包括：关闭水气分离子系统的第一电动阀门，关闭气路子系统的第二二位二通电磁阀，打开第一二位二通电磁阀，同时关闭手动阀门，使得气体收集子系统的气路关闭。

作为上述技术方案的优选，较佳的，当抽真空气路内为平衡真空状态时，将气路子系统切换为储气气路，包括：关闭气路子系统的第一二位二通电磁阀和第四二位二通电磁阀，开启第二二位二通电磁阀。

作为上述技术方案的优选，较佳的，如预处理后的水样不满足温度要求二位三通电动阀门排出此水样，具体包括：若第二温度传感器和/或流量传感器感应到预处理后的水样的温度和/或流量不满足预设要求，则二位三通电动阀门排出所述预处理后的水样。

作为上述技术方案的优选，较佳的，二位三通电动阀门与第一电动阀门和所述降温装置协同工作，对水样的流量、温度进行控制。

作为上述技术方案的优选，较佳的，将所述气路子系统由所述抽真空气路切换为储气气路，包括：关闭所述气路子系统的第二三通和第四二位二通电磁阀，第二二位二通电磁阀开启。

作为上述技术方案的优选，较佳的，气路子系统对所述得到的气体采样，还包括：第三温度传感器具体用于测量预处理后水样中气体温度状态，若超过40℃，则反馈至第一电动阀门使其控制水样的流入量。

作为上述技术方案的优选，较佳的，此系统还包括，用于控制所述水样预处理子系统、水气分离子系统、所述气路子系统、所述气体收集子系统的电路子系统。

本发明还提供一种基于上述深部地热水中气体智能采集系统实现的深部地热水中气体智能采集方法，包括：将气路子系统切换至抽真空气路，启动真空泵判断抽真空气路是否真空。若是，则关闭真空泵，关闭第一二位二通电磁阀，关闭第四二位二通电磁阀，开启第二二位二通电磁阀后启动水样预处理子系统。启动二位三通电动阀门。水气分离子系统判断经预处理子系统预处理后的水样的温度和流量是否符合标准，若是则判断溶解氧是否稳定，若稳定则启动所述二维三通电阀门进行水汽分离；否则，在所述水气分离子系统中启动降温装置。判断气体温度是否符合要求，若是，则启动真空泵，当所述气路子系统中的第二压力传感器数据值超过阈值，第三二位二通电磁阀关闭，气体收集子系统的储气工作完成，启动所述二位三通电动阀门以排出多余水样。其中，所述降温装置安装于流量传感器和第二温度传感器之间。

作为上述技术方案的优选，较佳的，在将气路子系统切换至抽真空气路，还包括：试验二位三通电动阀门、检查各个二位二通电磁阀的通断；

关闭水气分离子系统的二位三通电动阀门，打开第二电动阀门，同时，打开所述气路子系统的第一二位二通电磁阀、第三二位二通电磁阀和第四二位二通电磁阀并且关闭所述气路子系统的第二二位二通电磁阀，打开储气罐的手动阀门。

本发明技术方案提供深部地热水中气体智能采集系统及方法提供了一种能够自动采集地热水中气体的自动设备，通过先将气路子系统切换至抽真空气路，当抽真空气路内、脱气装置和储气罐内部为平衡真空状态时，将气路子系统由抽真空气路切换为储气气路。水样预处理后，若温度高于70℃，则排出此水样且启动降温装置，之后将降温后的水样排入脱气装置，得到的气体进入气路子系统，剩余水样通过第二溶解氧传感器排出，否则，预处理后的水样流经第二温度传感器和第一溶解氧传感器后进入脱气装置进行水气分离。气路子系统对气体进行采样后，经储气气路进入气体收集子系统，若气路子系统中的第二压力传感器数据值超过阈值，第三二位二通电磁阀关闭，储气工作完成。

本发明的优点：通过将各电动阀门、电磁阀门、温度压力传感器及降温装置自动化能够根本改善地热水气体取样效率，实现了地热水气体取样过程由人工到自动的改变，为快速掌握地热水气体成份和年代提供支撑。本发明技术方案的应用具有重要的科学意义，同时在野外工程应用中节省人力、物力，具有极大的经济价值。

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一简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例提供的深部地热水中气体智能采集系统的结构示意图一。

图2为本发明实施例提供的深部地热水中气体智能采集系统的结构示意图二。

图3为本发明实施例提供的深部地热水中气体智能采集系统的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动的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。

图1为本发明实施例提供的结构示意图，如图1所示的深部地热水中气体智能采集系统包括：水样预处理子系统：1-1：过滤棉A；1-2：过滤棉B；水气分离子系统：2-1：电动阀门A能够控制流量，满足水气分离装置的流量要求；2-2：温度传感器A；2-3：流量传感器；2-4：降温装置；2-5：温度传感器B；2-6：溶解氧传感器A；2-7：二位三通电动阀门；2-8：脱气装置；2-9：电动阀门B；2-10：溶解氧传感器B；气路子系统：3-1：三通A；3-2：压力传感器A；3-3：温度传感器C；3-4：真空泵；3-5：三通B；3-6：二位二通电磁阀A；3-7：二位二通电磁阀B；3-8：三通C；3-9：压力传感器B；3-10：二位二通电磁阀C；3-11：二位二通电磁阀D；气体收集子系统：4-1：手动阀门；4-2：压力表；4-3：储气罐。需要说明的是，上述的第一、第二、第三、第四二位二通电磁阀为实施例中3-6：二位二通电磁阀A；3-7：二位二通电磁阀B；3-10：二位二通电磁阀C；3-11：二位二通电磁阀D。第一、第二电动阀门为实施例中2-1：电动阀门A；2-9：电动阀门B。进一步来说，本申请上述各个组件中第一、第二、第三、第四分别对应实施例中各个组件的组件A、组件B、组件C、组件D，第一、第二、第三、第四与A、B、C、D为对应关系。

现结合图1对本发明提供的深部地热水中气体智能采集系统进行说明，具体的：

首先，启动3-4真空泵对气路抽取真空，目的是为了形成气体密封环境，保证后续水气分离时数据准确。

具体的，调整2-7二位三通电动阀门，使得2-6溶解氧传感器A与2-8脱气装置连通，关闭2-9电动阀门B，打开3-6二位二通电磁阀A，打开3-10二位二通电磁阀C，打开3-11二位二通电磁阀D，关闭3-7二位二通电磁阀B，打开3-4真空泵，使得气路切换为抽真空气路状态。真空气路路径为：3-4真空泵→3-3温度传感器C→3-2压力传感器A→3-1三通A→3-11二位二通电磁阀D→3-8三通C→3-9压力传感器B→3-10二位二通电磁阀C→4-1手动阀门→4-2压力表→4-3储气罐。

启动3-4真空泵，当3-2压力传感器A和3-9压力传感器B降到绝对压力50mpa以下，气路真空此时抽真空作业完成，此时在图1所示的气路内2-8脱气装置附近和4-3储气罐内部为平衡真空状态。

其中，2-8脱气装置附件特指2-7二位三通电动阀门、2-10溶解氧传感器B和3-1三通A这个部分的水气分离部分，这部分图中上2-7二位三通电动阀门、下2-10溶解氧传感器B都封住了，然后通过真空泵抽取，气体从3-1三通A进入循环通道(3-11二位二通电磁阀D封闭)，所以环路中的气体都通过3-6二位二通电磁阀A排出到系统外，实现整个路径包括4-3储气罐在内，都是真空的，抽取真空后封闭3-6二位二通电磁阀A，保持环路内部真空待用。

图1中，5-1驱动模块将气路控制子系统的气路切换为储气气路，准备对地热水中气体进行采集：具体的，关闭3-6二位二通电磁阀A和3-11二位二通电磁阀D，开启3-7二位二通电磁阀B，储气气路路径为：3-4真空泵(提供气体循环动力)→3-5三通B→3-7二位二通电磁阀B→3-8三通C→3-9压力传感器B→3-10二位二通电磁阀C→4-1手动阀门→4-2压力表→4-3储气罐。此时，3-4真空泵执行抽气动作，用于加压促进水气分离的进程。

切换为储气气路后，水样预处理子系统开始对从地热井中抽上来的地热水进行预处理，地热水首先经1-1过滤棉A过滤再经1-2过滤棉B过滤后得到过滤后的水样。其中，过滤棉A为mm级别的粗颗粒过滤棉可以实现0.2mm以上颗粒的过滤，过滤棉B为μm级别的细颗粒悬浮物过滤棉可以实现0.05mm以上的颗粒过滤。

开始水气分离：

过滤后的水样进入水气分离子系统：

过滤后水样依次通过连通的2-1电动阀门A、2-2温度传感器A，2-3流量传感器，若2-2温度传感器A感应到过滤后水样的温度高于70℃，则5-3测量模块将此信息反馈至5-2控制模块，5-2控制模块指示2-4降温装置启动，超温的过滤后水样直接经2-7二位三通电动阀门中的排水端流出本采集系统。具体的，2-4降温装置优选为铜板热交换装置。

2-5温度传感器B测量降温后的水样，若其降温后等于或低于70℃，则此符合温度要求的过滤后水样(等于或低于70℃)进入2-6溶解氧传感器A(测量进水水样中溶解氧含量)，5-3测量模块实时对上述传感器数据进行监测。在此过程中，当2-6溶解氧传感器A读数趋于平衡则视为过滤后水样的样本状态稳定，2-7二位三通电动阀门中的排水端关闭，停止排出不稳定的过滤后水样，2-7二位三通电动阀门与2-8脱气装置连通的管口开启，稳定的过滤后水样(满足水气分离条件)进入2-8脱气装置。

其中，2-7二位三通为一种电动阀门，其有一固定进水孔，两个出水口。它与2-1电动阀门A(控制流量，满足水气分离装置的流量要求)、2-2温度传感器A、2-3流量传感器和2-4降温装置配合完成水流量和温度的控制，通过监控水样流量、温度起到对过滤后水样的样本状态监测的目的，使得在后续脱气进程中能够对符合要求的过滤后水样有效脱气。其中，上述过滤后水样的样本状态稳定指的是，水样流量数据满足要求且2-5温度传感器B测量数据满足要求。

进一步的，水样满足水汽分离条件后，5-1驱动模块打开2-9电动阀门B，使脱气后的水样流入2-10溶解氧传感器B，5-3测量模块测量用于测量出水口溶解氧含量的2-10溶解氧传感器B中的数值与2-6溶解氧传感器A进行对比，从而确定水样中气体脱气效率(质量)。

气体采样：

此时，从水样中脱离的气体通过3-1三通A进入气路，按照上述储气气路状态，在过滤后水样进入2-8脱气装置被脱气后，得到的气体通过3-1三通A进入气路控制子系统。

此时气路控制子系统还保持为储气气路状态，按照上述路径，气体顺时针进入4-3储气罐，气体在气路中流动时，3-2压力传感器A实时测量气体压力以防止气体压力超过真空泵阈值，3-3温度传感器C实时测量气体温度状态，若温度超过40℃，则通过5-3测量模块将高温信号经5-1驱动模块反馈至2-1电动阀门A，使其控制水样的流入量。

当3-9压力传感器B的数据值超过阈值：绝压2bar时意味着4-3储气罐压力临近阈值，5-1驱动模块控制3-10二位二通电磁阀C自动关闭使得4-3储气罐关闭，并发出报警提示储气工作完成。

后续自动关闭2-1电动阀门A防止水样进入，关闭3-7二位二通电磁阀B，打开3-6二位二通电磁阀A使得废气排出。同时人工关闭4-1手动阀门，防止4-3储气罐内气体外泄。

进一步的，上述各个部件由电路子系统控制，具体的，电路子系统由5-1驱动模块、5-2控制模块、5-3测量模块和5-4供电模块。

5-1驱动模块有8个控制信号端口，分别与：2-1电动阀门A、2-7二位三通电动阀门、2-9电动阀门B、3-4真空泵、3-6二位二通电磁阀A、3-7二位二通电磁阀B、3-10二位二通电磁阀C、3-11二位二通电磁阀D连接。

5-3测量模块有8个测量信号端口，分别与：2-2温度传感器A、2-3流量传感器、2-5温度传感器B、2-6溶解氧传感器A、2-10溶解氧传感器B、3-2压力传感器A、3-3温度传感器C、3-9压力传感器B连接。

5-2控制模块根据5-3测量模块的数据信息，控制5-1驱动模块的工作，5-2控制模块可以由STM32F103实现，特别要说明的是5-2控制模块通过串口控制2-1电动阀门的流量。5-4供电模块用于220AC到5V-DC、12V-DC和24V-DC变换，完成系统不同电压的供应。

5-1驱动模块由8路光耦隔离驱动和继电器组成，光耦由5-2控制模块的8路控制信号控制，通过隔离控制实现对继电器的吸合，继电器接收到吸合信号后，可实现12V和24V负载电压的供电，从而实现对系统中各个组件的驱动。5-3测量模块为一8路高精度模数转换器，其采集的数据输出速率不低于30K。

进一步的，如图2所示，本发明提供的系统还包括外界交互模块包括6-1：工业平板电脑；6-2：键盘；6-3：鼠标；6-4：U盘。这些设备用于读取配置数据，用于显示各个测量数据、对临界数据和不合格数据进行警示、接收外界指示命令等外部组件。例如：报警指示灯、显示装置、扬声器、麦克风等。6-2：键盘、6-3：鼠标、6-4：U盘与6-1：工业平板电脑进行数据交互，6-1：工业平板电脑与5-2控制模块进行控制指令内容和控制结果反馈的交互。外界交互模块的电源可由5-4供电模块提供。

现基于上述所描述的深部地热水中气体只能采集系统，说明本发明提供的深部地热水中气体智能采集方法，如图3所示：

步骤101、实验系统中所有电磁阀的通断。

步骤102、关闭2-8脱气装置两端的2-7二位三通电动阀门和2-9电动阀门B。

步骤103、打开系统中所有的二位二通电磁阀。

步骤104、关闭3-5三通B处的3-6二位二通电磁阀A。其中3-5三通B用于排气。

步骤105、打开4-1手动阀门。

步骤106、启动真空泵，

步骤107、判断气路是否真空，若是执行步骤108-111，否则继续执行步骤106抽真空

步骤108、关闭3-6二位二通电磁阀A。

步骤109、打开3-7二位二通电磁阀B。

步骤110、关闭3-11二位二通电磁阀D。

步骤111、关闭3-4真空泵。

步骤108-111使得气路切换为储气气路。

步骤112、启动2-1电动阀门A，开始进行水样采样。

步骤113、启动2-7二位三通电动阀门。

步骤114、2-2温度传感器A和2-3流量传感器判断水样的温度流量是否均符合采样标准，若是执行步骤115，否则执行步骤1141。

步骤1141、2-4温控装置启动，对步骤112采集的水样进行降温后执行步骤115。其中，步骤1141是针对温度不符合采样标准而流量符合采样标准的水样执行的，步骤1141还包括将不符合采样标准的水样经2-7二位三通电动阀门与外界连通管口排出系统。

步骤115、2-6溶解氧传感器A判断当前水样中溶解氧是否稳定，若是执行步骤116，否则结束，此处结束指的是2-7二位三通电动阀门将溶解氧不稳定的水样排出系统。其中，在步骤114中，若水样温度符合采用标准，则水样仅流经2-4温控装置，或通过其他连通管路(附图未示)流至2-6溶解氧传感器A。

步骤116、开启2-7二位三通电动阀门，开始水汽分离。在此步骤中2-7二位三通电动阀门与2-8脱气装置相连的管口连通，2-7二位三通电动阀门与系统外连通的管口关闭。

步骤117、水样进入2-8脱气装置进行脱气，气体进入气路子系统，脱气后水样进入2-10溶解氧传感器B。

步骤118、3-3温度传感器A判断气体温度是否高于阈值，若是执行步骤119，否则执行步骤120。

步骤119、2-1电动阀门A降低水样的流入量。然后重复步骤112-118直至3-3温度传感器A测量的气体温度低于阈值。

步骤120、启动真空泵。

步骤121、判断3-9压力传感器B数据是否高于阈值，若是则储气工作完成执行步骤122，否则继续收集气体。

步骤122、关闭所有的二位二通电磁阀，关闭进水阀门。

其中，进水阀门在1-1过滤棉A之前。

步骤123、启动2-7二位三通电动阀门以排出系统内多余水样，防止其对系统组件的腐蚀。

由上述描述可知，本发明能够满足中(90～150℃)、低(＜90℃)温地热水中气体取样。同时，本发明提供的深部地热水中气体只能采集系统及方法能够根据功能模块、水路、气路的特点和各模块和各路的节点构成了自动化的地热水采集系统，并能够根据环境参数对压力和温度进行调节，从而实现了能够满足野外自动化采集地热水中气体的需求，实现整个装置的自动化。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.深部地热水中气体智能采集系统，其特征在于，所述系统包括，水样预处理子系统、水气分离子系统、气路子系统、气体收集子系统，

所述水样预处理子系统经第一电动阀门与所述水气分离子系统连接，所述水气分离子系统经脱气装置与所述气路子系统连接，所述气路子系统经第三二位二通电磁阀与所述气体收集子系统连接；

所述气路子系统被切换至抽真空气路，切换时：水气分离子系统的二位三通电动阀门被调整，关闭第二电动阀门，同时，打开所述气路子系统的第一二位二通电磁阀、第三二位二通电磁阀和第四二位二通电磁阀并且关闭所述气路子系统的第二二位二通电磁阀，打开储气罐的手动阀门，使得真空泵能够将所述气路子系统中的所述储气罐中气体及管路中气体通过所述第一二位二通电磁阀排出，使得所述气路子系统至真空状态；其中，所述二位三通电动阀门设于所述水气分离子系统的通路上，所述第二电动阀门靠近所述水气分离子系统的出口设置；所述第一二位二通电磁阀设于所述气路子系统的末端支路上，所述第二二位二通电磁阀设于靠近所述末端支路的管路通路上，与所述第一二位二通电磁阀相邻设置，所述末端支路与所述管路通路经一三通连通；另一三通将所述管路通路与储气气路连通，第二压力传感器与所述第三二位二通电磁阀安装于所述储气气路上；所述第四二位二通电磁阀与所述另一三通相邻设置；

当所述抽真空气路内、脱气装置和储气罐内部为平衡真空状态时，将所述气路子系统由所述抽真空气路切换为储气气路；

所述水样预处理子系统对水样预处理，同时水气分离子系统切换为水气分离通路，若第一温度传感器感应到预处理后的水样温度高于70℃，所述二位三通电动阀门排出此水样且设于所述水气分离子系统的干路上的降温装置启动，将降温后的水样排入脱气装置，水样脱气后得到的气体进入所述气路子系统，剩余水样经过第二溶解氧传感器排出，否则，预处理后的水样流经第二温度传感器和第一溶解氧传感器后进入所述脱气装置进行水气分离，其中流经第二温度传感器和第一溶解氧传感器的水样温度低于或等于70℃；其中，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器分别设置于所述降温装置的两侧，所述第一温度传感器靠近所述第一电动阀门设置；

所述气路子系统对所述得到的气体进行采样，所述气体经所述储气气路进入所述气体收集子系统，若所述气路子系统中的所述第二压力传感器数据值超过阈值，所述第三二位二通电磁阀关闭，储气工作完成。

2.根据权利要求1所述的深部地热水中气体智能采集系统，其特征在于，在所述储气工作完成后还包括：关闭水气分离子系统中所述降温装置之前的第一电动阀门，关闭所述气路子系统的所述第二二位二通电磁阀，打开所述第一二位二通电磁阀，同时关闭手动阀门，使得所述气体收集子系统的气路关闭。

3.根据权利要求1所述的深部地热水中气体智能采集系统，其特征在于，所述当所述抽真空气路内为平衡真空状态时，将所述气路子系统切换为储气气路，其特征在于，包括：

关闭所述气路子系统的第一二位二通电磁阀和第四二位二通电磁阀，开启所述第二二位二通电磁阀。

4.根据权利要求1所述的深部地热水中气体智能采集系统，其特征在于，所述若第一温度传感器感应到预处理后的水样温度高于70℃，则所述二位三通电动阀门排出此水样，具体包括：若第二温度传感器和/或流量传感器感应到预处理后的水样的温度和/或流量不满足预设要求，则所述二位三通电动阀门排出所述预处理后的水样；其中，所述流量传感器位于所述降温装置和所述第一温度传感器之间。

5.根据权利要求4所述的深部地热水中气体智能采集系统，其特征在于，还包括，所述二位三通电动阀门与水气分离子系统的第一电动阀门和所述降温装置协同工作，对水样的流量、温度进行控制；其中，所述第一电动阀门靠近所述水气分离子系统的进水端设置。

6.根据权利要求1所述的深部地热水中气体智能采集系统，其特征在于，将所述气路子系统由所述抽真空气路切换为储气气路，包括：关闭所述气路子系统的第一二位二通电磁阀和第四二位二通电磁阀，第二二位二通电磁阀开启。

7.根据权利要求1所述的深部地热水中气体智能采集系统，其特征在于，所述气路子系统对所述得到的气体采样，还包括：气路子系统中的第三温度传感器具体用于测量预处理后水样中气体温度状态，若超过40℃，则反馈至第一电动阀门使其控制水样的流入量；其中，所述第三温度传感器设置于所述真空泵和所述第四二位二通电磁阀之间，所述真空泵靠近所述第二二位二通电磁阀。

8.根据权利要求1所述的深部地热水中气体智能采集系统，其特征在于，此系统还包括，用于控制所述水样预处理子系统、所述水气分离子系统、所述气路子系统、所述气体收集子系统的电路子系统。

9.采用权利要求1-8任一项所述的深部地热水中气体智能采集系统所实现的深部地热水中气体智能采集方法，其特征在于，包括：

将气路子系统切换至抽真空气路，启动真空泵用于将气路抽取为真空状态；

若气路真空，则关闭真空泵，关闭第一二位二通电磁阀，关闭第四二位二通电磁阀，开启第二二位二通电磁阀后启动水样预处理子系统；

启动二位三通电动阀门；

水气分离子系统判断经预处理子系统预处理后的水样的温度和流量是否符合标准，若是则判断溶解氧是否稳定，若稳定则启动所述二位三通电阀门进行水汽分离，其中，所述二位三通电动阀门与所述脱气装置相连的管口连通，所述二位三通电动阀门与系统外连通的管口关闭；否则，在所述水气分离子系统中启动降温装置；

判断气体温度是否符合要求，若是，则启动真空泵，当所述气路子系统中的第二压力传感器数据值超过阈值，第三二位二通电磁阀关闭，气体收集子系统的储气工作完成，启动所述二位三通电动阀门与外界连通管口以排出多余水样；

其中，所述降温装置安装于流量传感器和第二温度传感器之间。

10.根据权利要求9所述的深部地热水中气体智能采集方法，其特征在于，在将气路子系统切换至抽真空气路，还包括：试验所述二位三通电动阀门、检查各个二位二通电磁阀的通断；

关闭水气分离子系统的二位三通电动阀门，打开第二电动阀门，同时，关闭所述气路子系统的第一二位二通电磁阀，打开第三二位二通电磁阀、第四二位二通电磁阀、第二二位二通电磁阀，打开储气罐的手动阀门。