CN202057608U

CN202057608U - 水合物相平衡原位监测实验装置

Info

Publication number: CN202057608U
Application number: CN 201120099338
Authority: CN
Inventors: 业渝光; 刘昌岭; 贺行良; 孟庆国; 孙始财
Original assignee: Qingdao Institute of Marine Geology
Current assignee: Qingdao Institute of Marine Geology
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2021-04-07

Abstract

本实用新型涉及一种测试装置，尤其涉及一种水合物相平衡原位监测实验装置。本实用新型的水合物相平衡原位监测实验装置，包括壳体，壳体内设有通过供气管道相互连通的反应釜和储气容器，储气容器通过供气管道、加压装置与储气瓶连通；反应釜分别通过光纤成像系统、计量控制系统、色谱分析系统与计算机微处理器连接；反应釜设置在水浴夹套内。采用本结构的水合物相平衡原位监测实验装置，能在同一装置内，在整个实验过程中，温度、压力、影像、色谱分析等数据均由计算机系统原位实时记录。

Description

水合物相平衡原位监测实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种测试装置，尤其涉及一种水合物相平衡原位监测实验装置。

背景技术

天然气水合物的生成和分解过程实际上是一个“水合物-水-天然气”三相平衡变化的过程，任何影响相平衡的因素都能够影响天然气水合物的生成和分解过程。因此，研究各种条件下“水合物-水-天然气”三相平衡条件及其影响因素，即可得到天然气水合物的生成和分解信息。

目前国内外已报道的水合物相平衡模拟实验装置的监测功能参差不齐、顾此失彼，不是难以直接观察实验现象，就是较少与现代精密监测仪器在线联机工作，而多功能的同时原位监测技术更是匮乏。因此，针对多组分气体水合物的相平衡研究，难以在多参数水平上同时研究实验影响因素，难以原位实时获得高精度的气体组分分异数据和高分辨的生长、消亡行为影像。

实用新型内容

本实用新型的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种水合物相平衡原位监测实验装置，其结构简单，测试效果好。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：其包括壳体，壳体内设有通过供气管道相互连通的反应釜和储气容器，储气容器通过供气管道、加压装置与储气瓶连通；反应釜分别通过光纤成像系统、计量控制系统、色谱分析系统与计算机微处理器连接；反应釜设置在水浴夹套内。

本项实用新型的实验装置其核心应用技术是可模拟自然地质条件中的气体组成情况，研究多组分气体水合物的相平衡条件，可同时多功能地对实验参数进行原位实时监测。光纤成像系统：可实时、直观准确地观察和记录水合物的生成与分解行为；色谱分析系统：在研究多组分气体水合物相平衡条件时，可原位监测各气体组分与水反应形成水合物的能力，以及水合物形成/分解过程中各气体组分的相对含量变化；控制系统：控制器采用PID稳压控制组件和气动阀控制组件，由计算机进行实时控制，对储气容器供给反应釜的气体压力进行控制，可精确控制反应釜的进气量。本项实用新型用于实验室内多组分气体水合物相平衡研究中的多参数同时原位监测。装置的主要核心技术在于设计了带透明视窗的高压反应釜，引进了精密光纤成像系统，实现了色谱在线联机检测技术，同时监测手段较充分，保压自动快速方便，可视化程度较高。该装置可直观准确地实时观察、记录多组分气体水合物的生成与分解行为，可原位监测水合物形成/分解过程中各气体组分的分异趋势，有利于从多参数水平上进行多组分气体水合物的相平衡研究。

反应釜的底部设有磁力搅拌器。通过磁力搅拌的方式带动转子，从而搅动釜内液体，可在不扰动气液界面的情况下进行搅拌，可有效避免机械式搅拌对高压密封的要求。

反应釜和储气容器之间的供气管道上设有PID控制器。反应釜内部设有两个温度传感器，其中一个位于反应釜内部的上侧，另一个位于反应釜内部的下侧。反应釜顶端设有抽真空管道，抽真空管道与供气管道连通，抽真空管道上设有压力传感器、安全阀，抽真空管道与计量控制系统连通。

反应釜的侧面设有透明的可视窗。高压反应釜带透明视窗，整体为快开结构，釜体外部配有水浴夹套，可准确控制釜内实验温度；

反应釜顶端设有采样管道，采样管道通过阀门与色谱分析系统连通。储气容器上设有抽真空管道，抽真空管道与供气管道连通，抽真空管道上设有安全阀。储气容器上设有压力传感器。

采用本结构的水合物相平衡原位监测实验装置，能在同一装置内，在整个实验过程中，温度、压力、影像、色谱分析等数据均由计算机系统原位实时记录。根据影像资料可直观观察水合物的生成/分解行为，根据色谱分析数据可准确监测各气体组分的反应情况，结合温度、压力监测值可得出多组分气体水合物的相平衡条件。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做详细描述：

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图中：1.壳体；2.反应釜；3.储气容器；4.储气瓶；5.色谱分析系统；6.计量控制系统；7.光纤成像系统；8.计算机微处理器；9.磁力搅拌器；10.PID控制器；11.阀门；12.温度传感器；13.抽真空管道；14.供气管道；15.压力传感器；16.安全阀；17.可视窗；18.水浴夹套；19.加压装置；20.采样管道。

具体实施方式

本实用新型的实验装置包括壳体1，壳体1内设有通过供气管道14相互连通的反应釜2和储气容器3，储气容器3通过供气管道14、加压装置19与储气瓶4连通；反应釜2分别通过光纤成像系统7、计量控制系统6、色谱分析系统5与计算机微处理器8连接；反应釜2设置在水浴夹套18内。

反应釜2的底部设有磁力搅拌器9。反应釜2和储气容器3之间的供气管道14上设有PID控制器10。反应釜内部设有两个温度传感器12，其中一个位于反应釜内部的上侧，另一个位于反应釜内部的下侧。反应釜顶端设有抽真空管道13，抽真空管道13与供气管道14连通，抽真空管道13上设有压力传感器15、安全阀16，抽真空管道13与计量控制系统6连通。反应釜的侧面设有透明的可视窗17。反应釜顶端设有采样管道20，采样管道20通过阀门11与色谱分析系统5连通。储气容器3上设有抽真空管道13，抽真空管道13与供气管道14连通，抽真空管道13上设有安全阀16。储气容器3上设有压力传感器15。

本项实用新型的实验装置中，反应釜2的最高压力为20MPa，储气容器3的最高压力为30MPa，分别用于水合物的合成与分解、增压与减压等工作。在反应釜2内有两支温度传感器12，分别测量釜内上部气体的温度和下部液体的温度，测量精度为±0.1℃。反应釜2的压力由PID控制器10控制，并由连接在反应釜上的一压力传感器15测量反应釜2内压力，压力测量精度为±0.1Mpa。温度控制系统由恒温箱及内置低温恒温水浴设备组成(温度范围-20-50℃)，实验中主要通过反应釜水浴夹套18配合恒温箱来调节反应釜内的温度，通过降低温度使水合物生成，随后升高温度使水合物分解。实验过程中所有的数据(包括温度、压力、影像、色谱分析等)均由计算机系统实时采集和记录。

多组分气体水合物相平衡研究原位监测实验步骤如下：

1、首先检查所有管线、电路等器件连线是否正常，再打开中央微处理器、色谱分析系统、光纤成像系统、计量控制系统的电源，并启动实验软件、色谱工作站、成像视频软件；

2、进入实验软件并开始采集数据，观察各个通道的实验数据是否正常，并通过相关控制按钮，检验PID调节阀及气动阀门是否工作正常；

3、打开成像系统的电子内窥镜，将各线路连接正常，看能否正常采集图像或视频；

4、检查色谱分析系统，确保各部位工作正常，设置色谱分析参数，待基线稳定后待机工作；

5、开始实验前，先将反应釜清洗干净，再注入高纯水至透视窗中部位置，盖好反应釜，检查并确保各连接部位均紧固牢靠；

6、利用抽真空系统，对整个实验容器及管路抽真空，以排净系统内部(包括水)存留的空气；

7、打开加压配气系统，通过储气容器向反应釜内通入实验气体，使反应釜内压力达到实验设计的压力，对各连接部位进行气密性检查，平衡稳定一段时间，可根据实验需要决定开关磁力搅拌器或调节转速；

8、降低恒温箱及水浴的温度至实验设计温度以生成天然气水合物，待水合物生成并平衡一段时间后停止控温，使水浴温度上升，水合物即可分解；

9、在水合物生成/分解过程中，通过成像设备可对全过程进行实时视频摄像，通过压力、温度传感器可实时测定釜内压力、气体与液体温度，通过气相色谱可在线分析任一时刻釜内反应气或水合物分解气各组分的相对含量变化；

10、色谱分析时，需将釜内上部气体导入阀间的管路中，此时釜内压力下降约0.03-0.06Mpa，该压降在实验压力允许波动范围内，不影响釜内的反应行为。阀间管路所憋住的试验气体，将通过气相色谱阀进样装置自动导入色谱仪进行分析，可供平行分析6次用，完全满足色谱平行测定的要求；

11、整个实验过程中，温度、压力、影像、色谱分析等数据均由计算机系统原位实时记录。根据影像资料可直观观察水合物的生成/分解行为，根据色谱分析数据可准确监测各气体组分的反应情况，结合温度、压力监测值可得出多组分气体水合物的相平衡条件。

Claims

1.一种水合物相平衡原位监测实验装置，其特征在于，包括壳体(1)，壳体(1)内设有通过供气管道(14)相互连通的反应釜(2)和储气容器(3)，储气容器(3)通过供气管道(14)、加压装置(19)与储气瓶(4)连通；反应釜(2)分别通过光纤成像系统(7)、计量控制系统(6)、色谱分析系统(5)与计算机微处理器(8)连接；反应釜(2)设置在水浴夹套(18)内。

2.根据权利要求1所述的水合物相平衡原位监测实验装置，其特征在于，反应釜(2)的底部设有磁力搅拌器(9)。

3.根据权利要求2所述的水合物相平衡原位监测实验装置，其特征在于，反应釜(2)和储气容器(3)之间的供气管道(14)上设有PID控制器(10)。

4.根据权利要求2所述的水合物相平衡原位监测实验装置，其特征在于，反应釜内部设有两个温度传感器(12)，其中一个位于反应釜内部的上侧，另一个位于反应釜内部的下侧。

5.根据权利要求4所述的水合物相平衡原位监测实验装置，其特征在于，反应釜顶端设有抽真空管道(13)，抽真空管道(13)与供气管道(14)连通，抽真空管道(13)上设有压力传感器(15)、安全阀(16)，抽真空管道(13)与计量控制系统(6)连通。

6.根据权利要求4所述的水合物相平衡原位监测实验装置，其特征在于，反应釜的侧面设有透明的可视窗(17)。

7.根据权利要求2所述的水合物相平衡原位监测实验装置，其特征在于，反应釜顶端设有采样管道(20)，采样管道(20)通过阀门(11)与色谱分析系统(5)连通。

8.根据权利要求2所述的水合物相平衡原位监测实验装置，其特征在于，储气容器(3)上设有抽真空管道(13)，抽真空管道(13)与供气管道(14)连通，抽真空管道(13)上设有安全阀(16)。

9.根据权利要求8所述的水合物相平衡原位监测实验装置，其特征在于，储气容器(3)上设有压力传感器(15)。