CN116626088A - 一种富油煤高温热解时的变形特性测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种富油煤高温热解时的变形特性测试装置及方法，属于煤体变形性质测试领域，包括：测试箱体，其一侧连通有氮气供给系统，另一侧连通有热解产物收集系统；加热组件，设置在测试箱体内，用于对富油煤的测试样品进行加热；三个施力组件，分别设置在测试箱体的上方及相邻的两个侧方，用于向测试样品施加不同方向的力；三个位移传感器，分别设置在三个施力组件的侧壁，用于检测试验过程中测试样品的位移变化值。本装置能够实现在三轴或单轴压力作用下在一次实验中测定出富油煤热解过程的变形量，掌握富油煤热解过程的热变形规律。
Description
技术领域
本发明属于煤体变形性质测试技术领域，具体涉及一种富油煤高温热解时的变形特性测试装置及方法。
背景技术
随着世界经济与科技的发展，人类对能源的需求的日益增多。我国国情是“富煤贫油少气”，煤炭作为我国主体能源，煤炭开采非常重要。近年来，在“双碳”目标的指引下，大力发展煤的低碳开发，向着绿色低碳方向发展。就拿富油煤来说，《矿产资源工业要求手册》中将焦油产率7％～12％的低阶煤称为“富油煤”，它是一种公认的具有油气资源属性的特殊煤炭资源，开发富油煤所蕴含的煤基油气资源，实现煤炭这一高碳资源的低碳利用，对于保障国家能源安全、实现“双碳”目标，具有重要意义。
我国富油煤资源主要集中在陕西、新疆、内蒙古等地，将其直接作为燃料非常可惜，有效价值未得到高效利用。而传统开采富油煤方式首先是将富油煤挖掘到地面上，然后再进行热解制油，这种方法不仅麻烦而且会导致严重的环境污染，并且资源利用率也低。现在富油煤开采可以采用原位热解技术，即在原始层位将富油煤加热至热解温度，直接抽采热解产生的焦油产物，相对于传统的富油煤地面干馏技术而言，这种方法更为经济，也相对比较环保，减少地面污染。近年来国内外学者也在努力改进此技术，研究无污染开采矿产资源是很有意义的，可以防止环境污染，保护生态环境。
由于在富油煤原位热解过程中，常常因为富油煤的热解变形问题影响原位加热效率，并且煤层变形后将阻碍热解产物在煤层中的运移。因此掌握富油煤热解过程的热变形规律对于指导富油煤原位热解具有重要现实意义的。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种富油煤高温热解时的变形特性测试装置及方法，使其既能测定富油煤单轴压力条件下的高温热解时富油煤的变形度，又能测定富油煤三轴压力条件下的高温热解时富油煤的变形度，更加透彻得到富油煤热解时的变形与温度的关系。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种富油煤高温热解时的变形特性测试装置，包括：
测试箱体，其一侧连通有氮气供给系统，另一侧连通有热解产物收集系统；
加热组件，设置在所述测试箱体内，用于对富油煤的测试样品进行加热；
三个施力组件，分别设置在所述测试箱体的上方及相邻的两个侧方，用于向测试样品施加不同方向的力；
三个位移传感器，分别设置在三个所述施力组件的侧壁，用于检测试验过程中测试样品的位移变化值。
优选地，每个所述施力组件均包括动力机构及设置在所述动力机构的动力输出端的压板，所述压板位于所述测试箱体内且正对所述固定座，所述压板底部设置有薄膜压力传感器；一个所述位移传感器设置在一个所述动力机构的侧壁，其位移检测端与一个所述压板连接。
优选地，所述氮气供给系统包括氮气瓶和氮气加热器；
所述氮气加热器包括加热壳体和设置在所述加热壳体底部的支撑架，所述加热壳体内设置有电加热管，所述加热壳体内环绕所述电加热管设置有多个导流板，所述加热壳体上设置有氮气出口；所述加热壳体通过通气管与所述氮气瓶连通，所述加热壳体通过电加热管道与所述测试箱体一侧连通，所述电加热管道上设置有氮气控制阀；
所述测试箱体内部设置有第一温度传感器，所述氮气出口处设置有第二温度传感器。
优选地，所述热解产物收集系统包括油气吸收腔和二次吸收腔，所述油气吸收腔通过油气导气管与所述测试箱体另一侧连通，所述油气吸收腔通过管路与所述二次吸收腔连通，所述油气吸收腔和二次吸收腔内均设置有油气吸收溶剂，所述油气导气管上设置有油气控制阀。
优选地，所述油气吸收腔和二次吸收腔外壁均设置有第二加热元件，底部均设置有电子秤。
优选地，还包括控制模块和多个控制开关，所述控制模块的信号输入端与第一温度传感器、第二温度传感器、三个薄膜压力传感器及位移传感器连接，所述控制模块的信号输出端与所述电加热管、第一加热元件、第二加热元件、氮气控制阀、油气控制阀、三个动力机构及多个控制开关连接。
优选地，所述测试箱体和加热壳体外壁分别设置有第一保温层和第二保温层，所述动力机构为液压缸。
优选地，所述加热组件包括固定座和第一加热元件，所述固定座设置在所述测试箱体内，用于放置富油煤的测试样品，所述第一加热元件的纵截面为L型；所述第一加热元件用于对所述固定座和测试样品进行加热；所述第一加热元件和第二加热元件均为电加热板。
本发明还提供了一种富油煤高温热解时的变形特性测试方法，包括以下步骤：
将测试样品放入测试箱体内的固定座上；
启动动力机构，所述动力机构推动压板靠近或接触测试样品；
控制第一加热元件的加热功率，第一温度传感器实时采集测试箱体内的温度，当温度达到设定值后，保持测试箱体恒温，同时通过位移传感器实时记录测试样品受热后产生的位移值S；
在实验过程中，通过氮气供给系统持续向测试箱体内通入与测试箱体内温度一致的氮气；
计算富油煤的线变形系数α：
式中：α为富油煤线变形系数；ΔS为位移传感器采集的测试样品变形前后的位移差值；L为测试样品高度；ΔT为第一温度传感器采集的测试样品变形前后的温差；
根据温度数据、测试样品变形前后的位移差值及富油煤线变形系数，绘出温度与测试样品的变形量、温度与变形系数的关系图；
热解产物收集系统收集的煤焦油产物质量，并计算焦油产率；
式中，煤样质量为测试样品的质量；焦油质量为热解产物收集系统收集到的焦油在溶解在丙酮溶剂中，随后进行加热，丙酮先气化，最后剩余的就是得到的焦油，对焦油进行称重记得到焦油质量。
优选地，若测试过程中，侧向的两个压板不与测试样品接触，竖向的压板与测试样品顶面接触，但不提供压力，则测试结果为测试样品热解过程的自由膨胀量；
若测试过程中，三个压板均与测试样品顶面接触，且为测试样品提供恒定的竖向及周向压力，使测试样品处于三轴受力状态，则测试结果为测试样品热解过程的三轴变形量；同时保持该测试条件下的温度不变，通过改变测试样品所受到的压力进行多组试验，能够得到相同温度下压力和三轴变形量之间的关系。
本发明提供的富油煤高温热解时的变形特性测试装置及方法具有以下有益效果：
本发明通过在测试箱体的上方及相邻的两个侧方分别设置一个施力组件，能够在一次实验中实现三轴或单轴压力作用下测定出富油煤热解过程的变形量，通过第一加热元件对测试样品进行加热，真实模拟煤层实际受热及受力条件。同时在热解过程中，通过氮气供给系统向测试箱体内注入氮气，能够将热解产物时时带出，有利于精确计算热解产物的产率，通过位移传感器实时检测测试样品变形前后的位移差值，得到富油煤热解温度与变形的关系，掌握富油煤热解过程的热变形规律，更加精确的指导富油煤原位热解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，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为本发明的富油煤高温热解时的变形特性测试装置的结构示意图；
图2为本发明的控制原理框图；
图3为温度与富油煤变化量的关系曲线图；
图4为温度与富油煤变形系数的关系曲线图。
附图标记说明：
测试箱体1、固定座2、测试样品3、第一加热元件4、动力机构5、压板6、薄膜压力传感器7、位移传感器8、氮气瓶9、加热壳体10、支撑架11、电加热管12、导流板13、氮气出口14、通气管15、电加热管道16、第一温度传感器17、第二温度传感器18、控制模块19、氮气控制阀20、油气吸收腔21、二次吸收腔22、油气导气管23、管路24、油气控制阀25、第一保温层26、第二保温层27、控制开关28、第二加热元件29、电子秤30。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。
实施例1
本发明提供了一种富油煤高温热解时的变形特性测试装置，具体如图1所示，包括测试箱体1、加热组件、三个施力组件及三个位移传感器8。
具体地，测试箱体1一侧连通有氮气供给系统，另一侧连通有热解产物收集系统。加热组件，设置在测试箱体1内，用于对富油煤的测试样品3进行加热。
具体地，加热组件包括固定座2和第一加热元件4，固定座2设置在测试箱体1内，用于放置富油煤的测试样品3，第一加热元件4的纵截面为L型；第一加热元件4用于对固定座2和测试样品3进行加热，模拟富油煤测试样品的实际环境。为了保证加热效果，固定座2的材质为传热功能比较好的材质，如铁、铝、铜等。
三个施力组件分别设置在测试箱体1的上方及相邻的两个侧方，用于向测试样品3施加不同方向的力。每个施力组件均包括动力机构5及设置在动力机构5的动力输出端的压板6，压板6位于测试箱体1内且正对固定座2，压板6底部设置有薄膜压力传感器7。具体地，本实施例中的动力机构5为液压缸。因为煤在原始层位就处于三向受力的状态，三轴状态测试可以模拟真实原始条件。通过三个施力组件1单独或同时对测试样品5施加压力，使得测试样品5发生形变，或者采集测试样品5在不同方向的膨胀量。
具体地，本实施例中第一加热元件4为电加热板，第一加热元件4的纵截面为L型，固定座2设置在第一加热元件4上。由于其中的两个施力组件已经处于测试箱体1相邻的两个侧方，因此L型的第一加热元件4的纵向板紧贴测试箱体1的其余侧面，避免与施力组件的位置发生冲突，也可以将测试箱体1的其余侧面均包裹电加热板，提高加热效果。
为了方便记录测试样品3在受热受压状态下的变形量，本实施例的三个位移传感器8分别设置在三个施力组件的侧壁，用于检测试验过程中测试样品3的位移变化值。具体的，三个位移传感器8分别设置在三个动力机构5的侧壁，三个位移传感器8的位移检测端分别与三个压板6连接。当测试样品3在受热发生变形时，会推动压板6移动，进而通过位移传感器8检测压板6的移动量，最终获得测试样品3受热后产生的位移值。
进一步地，本实施例中，氮气供给系统包括氮气瓶9和氮气加热器。
具体地，氮气加热器包括加热壳体10和设置在加热壳体10底部的支撑架11，加热壳体10内设置有电加热管12，加热壳体10内环绕电加热管12设置有多个导流板13，通过导流板13增加氮气在加热壳体10内流动的路程，让氮气在加热壳体10内来回折返走，提高加热效率。加热壳体10上设置有氮气出口14；加热壳体10通过通气管15与氮气瓶9连通，加热壳体10通过电加热管道16与测试箱体1一侧连通。电加热管道16上设置有氮气控制阀20；注入的氮气主要是为了在试验开始前置换出测试箱体1内的空气，试验加热过程中将煤热解产生的油气产物时时从测试箱体1内带出在箱外进行收集，有利于精确计算热解产物的产率，防止对测试过程产生干扰，提高了测试精度。注入的氮气的温度与测试箱体1内的温度一致，目的是为了在注入气体的过程中不影响测试箱体内的温度。通过电加热管12对进入加热壳体10的氮气进行加热，使得通过加热壳体10进入测试箱体1的氮气的温度与测试箱体1内的温度保持一致，有利于热解产物的排出。
为了方便控制氮气和测试箱体1内的温度，本实施例在测试箱体1内部设置有第一温度传感器17，氮气出口14处设置有第二温度传感器18，以使通入的氮气和测试箱体1内温度一致，减少温度对实验的影响。
具体地，本实施例中，热解产物收集系统包括油气吸收腔21和二次吸收腔22，油气吸收腔21通过油气导气管23与测试箱体1另一侧连通，油气吸收腔21通过管路24与二次吸收腔22连通，油气吸收腔21和二次吸收腔22内均设置有油气吸收溶剂。热解产物是和氮气一次出来的，热解产物被吸收，氮气流出，一次吸收可能不彻底，因此设置了二次吸收腔22使得吸收更完全。本实施例中，油气吸收溶剂为丙酮溶剂，油气导气管23上设置有油气控制阀25。
为了方便称取收集的富油煤产物的质量，油气吸收腔21和二次吸收腔22外壁均设置有第二加热元件29，底部均设置有电子秤30。随着热解产物的收集，第二加热元件29加热后丙酮溶剂先气化，最后剩余的就是得到的焦油，通过电子秤30时时记录热解产物焦油的质量。
具体地，本实施例中第一加热元件4和第二加热元件29均为电加热板，第一加热元件4的纵截面为L型，固定座2设置在第一加热元件4上。由于其中的两个施力组件已经处于测试箱体1相邻的两个侧方，因此L型的第一加热元件4的纵向板紧贴固定座2的其余侧面，避免与施力组件的位置发生冲突，也可以将固定座2的其余侧面均包裹电加热板，提高加热效果。
进一步地，如图2所示，为了实现自动控制，本实施例还包括控制模块19和多个控制开关28，控制模块19的信号输入端与第一温度传感器17、第二温度传感器18、三个薄膜压力传感器7及位移传感器8连接，控制模块19的信号输出端与电加热管12、第一加热元件4、第二加热元件29、氮气控制阀20、油气控制阀25、三个动力机构5及多个控制开关28连接。通过控制模块19可实时收集各传感器采集的数据，通过将采集的数据与设定值进行对比，根据对比来控制各部件的运行，使得整个操作过程更加精确化，提高了试验的精度和准确度。
通过电子秤30时时记录热解产物焦油的质量的具体过程为：
在试验前，首先在油气吸收腔21和二次吸收腔22中均放入油气吸收溶剂丙酮溶剂，此时第二加热元件29不加热，两个电子秤30记录分别记录放入丙酮溶剂后油气吸收腔21和二次吸收腔22的质量，也就是试验前电子秤30测量的质量是两个吸收腔、两个加热元件及丙酮溶剂的质量和。试验开始后，丙酮开始吸收热解产物，测的质量随之增加，减去试验开始前的质量就是产物的质量。
以油气吸收腔21为例，热解产物的质量计算步骤具体为：
油气吸收腔21内不加丙酮溶剂，电子秤30测量油气吸收腔21和第二加热元件29的质量m1。
油气吸收腔21加入丙酮溶剂，电子秤30测量油气吸收腔21、第二加热元件29及丙酮的质量和，记为m2。
试验开始，达到热解温度后，丙酮溶剂开始吸收油气产物，此时测量的总质量为m3，这个数据随着试验的进行逐渐变大。
试验结束后，第二加热元件29开始工作，丙酮气化，测的质量为油气吸收腔21、第二加热元件29和产物的质量和，记为m4。此时可以将热解焦油产物直接取出进行后续成分测试等。
由此可得，m3-m2就是热解过程中时时的产物质量，就可以得到时时产物质量和温度的曲线。m4-m1就是最终得到的焦油产物的质量，可以计算焦油产率。
进一步地，本实施例中，还包括多个与控制模块19连接的控制开关28，具体包括三个动力机构5的控制开关以及各加热不见的控制开关，方便整个装置的实验操作。
为了减少外界环境对实验温度的影响，本实施例在测试箱体1和加热壳体10外壁分别设置有第一保温层26和第二保温层27。具体地，采用耐火纤维保温层封堵出口空隙做保温处理。
基于同一个发明构思，本发明还提供了一种富油煤高温热解时的变形特性测试方法，实验过程中首先通过控制模块19先设定好三个方向压力，然后再开始加热进行实验，保证实验过程中三个方向上压力恒定不变。薄膜压力传感器7主要用于测试压力，反馈给施压组件，从而维持力不变。
实验开始前，就需要向测试箱体1内注入氮气，置换出里边的空气，因为氮气是惰性气体，不会与煤样及热解产物发生反应。实验过程中，随着腔内温度的逐渐升高，富油煤发生热解，将产生气态油气产物，为了收集油气产物，计算油气产率，通过氮气供给系统向测试箱体1内持续注入氮气，氮气从测试箱体1排出的过程中可以快速充分将产物带出，并在测试箱体1外进行冷却收集。若不注入氮气，单纯依靠热解产物自行排出，则在实验结束后，会有部分产物滞留在腔内内，致使实验结果存在误差。注入的氮气通过电加热管12进行加热，通过第二温度传感器18实时记录注入氮气的温度，同时通过第一温度传感器17实时记录测试箱体1内的温度，通过控制模块19对各加热部件进行控制，使得注入氮气的温度始终与测试箱体1内温度保持一致，从而不影响测试箱体内温度。
具体地，本发明提供的测试方法包括以下步骤：
步骤1、将富油煤制备成边长为100mm的立方体测试样品3，并将制作好的测试样品3放入测试箱体1内的固定座2上，将测试箱体1密封好。
步骤2、启动动力机构5，通过控制开关28控制任一个或三个动力机构工作，动力机构5推动压板6靠近或接触测试样品3。
步骤3、控制第一加热元件4的加热功率，第一温度传感器17实时采集测试箱体1内的温度，当温度达到设定值后，保持测试箱体1恒温；当达到一定的实验时间，测试样品3受热开始变形，通过位移传感器8实时记录测试样品3受热后产生的位移值S。本实施例中，试验中的最高测试温度可以达到600℃。
在实验过程中，通过氮气供给系统持续向测试箱体1内通入与测试箱体1内温度一致的氮气，目的是通过注入的氮气将热解产物带出测试箱体1，用于后期计算热解焦油产率。
步骤4、计算富油煤的线变形系数α：
式中：α为富油煤线变形系数；ΔS为位移传感器8采集的测试样品3变形前后的位移差值；L为测试样品3高度；ΔT为第一温度传感器17采集的测试样品3变形前后的温差；
步骤5、根据温度数据、测试样品3变形前后的位移差值及富油煤线变形系数，绘出温度与测试样品3的变形量(测量得到的位移值S)、温度与变形系数的关系图，具体如图3和图4所示。
步骤6、热解产物收集系统收集的煤焦油产物质量，并计算焦油产率；
式中，煤样质量为测试样品3的质量；焦油质量为热解产物收集系统收集到的焦油在溶解在丙酮溶剂中，随后进行加热，丙酮的沸点低，先气化，最后剩余的就是得到的焦油，对焦油进行称重记得到焦油质量。
实验过程中，步骤4、5、6可随意调换顺序，先计算任何一个参数都可以。
具体地，若测试过程中，侧向的两个压板6不与测试样品3接触，竖向的压板6与测试样品3顶面接触，但不提供压力，则测试结果为测试样品3热解过程的自由膨胀量；若测试过程中，三个压板6均与测试样品3顶面接触，且为测试样品3提供恒定的竖向及周向压力，使测试样品3处于三轴受力状态，则测试结果为测试样品3热解过程的三轴变形量；同时保持该测试条件下的温度不变，通过改变测试样品所受到的压力进行多组试验，能够得到相同温度下压力和三轴变形量之间的关系。
本发明通过在测试箱体的上方及相邻的两个侧方分别设置一个施力组件，能够在一次实验中实现三轴或单轴压力作用下测定出富油煤热解过程的变形量，通过第一加热元件对测试样品进行加热，真实模拟煤层实际受热及受力条件。同时在热解过程中，通过氮气供给系统向测试箱体内注入氮气，能够将热解产物时时带出，有利于精确计算热解产物的产率，通过位移传感器实时检测测试样品变形前后的位移差值，得到富油煤热解温度与变形的关系，掌握富油煤热解过程的热变形规律，更加精确的指导富油煤原位热解，这个操作简单、高效，能够达到良好的综合测试效果。
以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种富油煤高温热解时的变形特性测试装置，其特征在于，包括：
测试箱体(1)，其一侧连通有氮气供给系统，另一侧连通有热解产物收集系统；
加热组件，设置在所述测试箱体(1)内，用于对富油煤的测试样品(3)进行加热；
三个施力组件，分别设置在所述测试箱体(1)的上方及相邻的两个侧方，用于向测试样品(3)施加不同方向的力；
三个位移传感器(8)，分别设置在三个所述施力组件的侧壁，用于检测试验过程中测试样品(3)的位移变化值。
2.根据权利要求1所述的富油煤高温热解时的变形特性测试装置，其特征在于，每个所述施力组件均包括动力机构(5)及设置在所述动力机构(5)的动力输出端的压板(6)，所述压板(6)位于所述测试箱体(1)内且正对所述固定座(2)，所述压板(6)底部设置有薄膜压力传感器(7)；一个所述位移传感器(8)设置在一个所述动力机构(5)的侧壁，其位移检测端与一个所述压板(6)连接。
3.根据权利要求2所述的富油煤高温热解时的变形特性测试装置，其特征在于，所述氮气供给系统包括氮气瓶(9)和氮气加热器；
所述氮气加热器包括加热壳体(10)和设置在所述加热壳体(10)底部的支撑架(11)，所述加热壳体(10)内设置有电加热管(12)，所述加热壳体(10)内环绕所述电加热管(12)设置有多个导流板(13)，所述加热壳体(10)上设置有氮气出口(14)；所述加热壳体(10)通过通气管(15)与所述氮气瓶(9)连通，所述加热壳体(10)通过电加热管道(16)与所述测试箱体(1)一侧连通，所述电加热管道(16)上设置有氮气控制阀(20)；
所述测试箱体(1)内部设置有第一温度传感器(17)，所述氮气出口(14)处设置有第二温度传感器(18)。
4.根据权利要求3所述的富油煤高温热解时的变形特性测试装置，其特征在于，所述热解产物收集系统包括油气吸收腔(21)和二次吸收腔(22)，所述油气吸收腔(21)通过油气导气管(23)与所述测试箱体(1)另一侧连通，所述油气吸收腔(21)通过管路(24)与所述二次吸收腔(22)连通，所述油气吸收腔(21)和二次吸收腔(22)内均设置有油气吸收溶剂，所述油气导气管(23)上设置有油气控制阀(25)。
5.根据权利要求4所述的富油煤高温热解时的变形特性测试装置，其特征在于，所述油气吸收腔(21)和二次吸收腔(22)外壁均设置有第二加热元件(29)，底部均设置有电子秤(30)。
6.根据权利要求5所述的富油煤高温热解时的变形特性测试装置，其特征在于，还包括控制模块(19)和多个控制开关(28)，所述控制模块(19)的信号输入端与第一温度传感器(17)、第二温度传感器(18)、三个薄膜压力传感器(7)及位移传感器(8)连接，所述控制模块(19)的信号输出端与所述电加热管(12)、第一加热元件(4)、第二加热元件(29)、氮气控制阀(20)、油气控制阀(25)、三个动力机构(5)及多个控制开关(28)连接。
7.根据权利要求6所述的富油煤高温热解时的变形特性测试装置，其特征在于，所述测试箱体(1)和加热壳体(10)外壁分别设置有第一保温层(26)和第二保温层(27)，所述动力机构(5)为液压缸。
8.根据权利要求7所述的富油煤高温热解时的变形特性测试装置，其特征在于，所述加热组件包括固定座(2)和第一加热元件(4)，所述固定座(2)设置在所述测试箱体(1)内，用于放置富油煤的测试样品(3)，所述第一加热元件(4)的纵截面为L型；所述第一加热元件(4)用于对所述固定座(2)和测试样品(3)进行加热；所述第一加热元件(4)和第二加热元件(29)均为电加热板。
9.一种根据权利要求8所述的富油煤高温热解时的变形特性测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
将测试样品(3)放入测试箱体(1)内的固定座(2)上；
启动动力机构(5)，所述动力机构(5)推动压板(6)靠近或接触测试样品(3)；
控制第一加热元件(4)的加热功率，第一温度传感器(17)实时采集测试箱体(1)内的温度，当温度达到设定值后，保持测试箱体(1)恒温，同时通过位移传感器(8)实时记录测试样品(3)受热后产生的位移值S；
在实验过程中，通过氮气供给系统持续向测试箱体(1)内通入与测试箱体(1)内温度一致的氮气；
计算富油煤的线变形系数α：
式中：α为富油煤线变形系数；ΔS为位移传感器(8)采集的测试样品(3)变形前后的位移差值；L为测试样品(3)高度；ΔT为第一温度传感器(17)采集的测试样品(3)变形前后的温差；
根据温度数据、测试样品(3)变形前后的位移差值及富油煤线变形系数，绘出温度与测试样品(3)的变形量、温度与变形系数的关系图；
热解产物收集系统收集的煤焦油产物质量，并计算焦油产率；
式中，煤样质量为测试样品(3)的质量；焦油质量为热解产物收集系统收集到的焦油溶解在丙酮溶剂中，随后进行加热，丙酮先气化，最后剩余的就是得到的焦油，对焦油进行称重记得到焦油质量。
10.根据权利要求9所述的富油煤高温热解时的变形特性测试方法，其特征在于，若测试过程中，侧向的两个压板(6)不与测试样品(3)接触，竖向的压板(6)与测试样品(3)顶面接触，但不提供压力，则测试结果为测试样品(3)热解过程的自由膨胀量；
若测试过程中，三个压板(6)均与测试样品(3)顶面接触，且为测试样品(3)提供恒定的竖向及周向压力，使测试样品(3)处于三轴受力状态，则测试结果为测试样品(3)热解过程的三轴变形量；同时保持该测试条件下的温度不变，通过改变测试样品(3)所受到的压力进行多组试验，能够得到相同温度下压力和三轴变形量之间的关系。
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| CN202310235965.8A CN116626088A (zh) | 2023-03-13 | 2023-03-13 | 一种富油煤高温热解时的变形特性测试装置及方法 |
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- 2023-03-13 CN CN202310235965.8A patent/CN116626088A/zh active Pending
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