CN202502025U

CN202502025U - 煤的高压等温吸附实验装置

Info

Publication number: CN202502025U
Application number: CN2012200694771U
Authority: CN
Inventors: 李祥春; 聂百胜
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2022-02-28

Abstract

本实用新型公开了一种煤的高压等温吸附实验装置，包括相对独立的电子天平和真空干燥器，以及相互信号连接的等温吸附平衡系统和数据采集系统，等温吸附平衡系统包括恒温箱、样品罐、参考罐、精密压力表、真空泵和甲烷气瓶，数据采集系统包括工控机、数据采集模块、压力变送器和稳压电源，样品罐和参考罐位于恒温箱中，甲烷气瓶和真空泵位于恒温箱外，样品罐和参考罐上的压力信息经压力变送器探测后，通过数据采集模块传送到恒温箱外的工控机中，并最终汇总形成吸附曲线。该装置密封性好，吸附压力可达16MPa，实验数据准确、可靠，操作简单、方便。

Description

煤的高压等温吸附实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种煤的高压等温吸附实验装置，属于煤矿实验设备技术领域。

背景技术

煤的等温吸附实验是指导煤层瓦斯抽采和煤层气资源可采性评价的关键技术参数，其测定精度直接关系到煤层瓦斯抽采方法的选择和效果。目前，我国经济快速发展对煤炭需求迅速膨胀，矿井以每年20m的速度向深部延伸，矿井的煤层瓦斯含量、煤层瓦斯压力随之增加，瓦斯突出等突发事故频发，给井下安全生产造成极大影响。

为适应煤矿生产这一变化，继续为安全生产提供有价值的基础参数，为煤矿瓦斯抽采及瓦斯突出预防提供一定的理论依据，在测试煤的吸附常数时就必须更加逼真的模仿真实环境，保证实验数据的有效性。

但现有国内的等温吸附仪难以满足这方面的要求，不仅存在气密性低，承压性能差的缺点，而且耐用性差，还易损坏。如何设计一种耐用性好、模仿效果逼真的煤的高压等温吸附实验装置，就成为本实用新型想要解决的问题。

发明内容

鉴于上述现有情况，本实用新型旨在提供一种吸附压力高、密封性好、耐用性强、易于操作的煤的高压等温吸附实验装置。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

煤的高压等温吸附实验装置，包括相对独立的电子天平和真空干燥器，以及相互信号连接的等温吸附平衡系统和数据采集系统；等温吸附平衡系统包括恒温箱、样品罐、参考罐、精密压力表、真空泵和甲烷气瓶；样品罐和参考罐位于恒温箱中，样品罐和参考罐为密封罐体，罐体之间通过支线管路连通，并且支线管路上与样品罐和参考罐分别对应设有支线阀门；甲烷气瓶和真空泵位于恒温箱外，甲烷气瓶通过管路连接在两个支线阀门之间的支线管路上，管路上设有针阀和精密压力表；真空泵与管路连通；数据采集系统包括工控机、数据采集模块、压力变送器和为工控机提供电力的稳压电源，压力变送器分别连接在与样品罐和参考罐对应的支线阀门内侧的支线管路上，压力变送器通过数据采集模块与恒温箱外的工控机连通。

所述恒温箱内连接的样品罐和参考罐的数量为一对以上。

本实用新型所述的煤的高压等温吸附实验装置，其优点在于：

1、与现有等温吸附实验装置相比，密封性更好，吸附压力可达到16MPa，高于国内设备吸附压力，满足了矿井向深部延伸、瓦斯压力增大的试验需要。

2、数据采集系统中，压力变送器精度高，实验数据更加准确、可靠。

3、真空脱气功能可以完成煤样实验前真空脱气和系统管网、样品罐和参考罐内空间体积的标定。

4、恒温箱可以保持样品罐和参考罐在吸附过程中处于恒温状态，使吸附过程在一个相对稳定的环境下进行，保证了模拟过程的准确性。

5、数据采集模块可以实现压力数据的自动采集，并经工控机自动处理后，汇总形成吸附曲线，大大简化了操作过程，提高了工作效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意框图。

具体实施方式

下面结合附图1对本实用新型做进一步的描述：

本实用新型所述的煤的高压等温吸附实验装置，包括相对独立的电子天平和真空干燥器，以及相互信号连接的等温吸附平衡系统和数据采集系统。等温吸附平衡系统包括恒温箱2、一对样品罐5和参考罐6，以及精密压力表11、真空泵4和甲烷气瓶1。数据采集系统则包括工控机3、位于工控机3内的数据采集模块、压力变送器9和为工控机3提供电力的稳压电源12。

电子天平用于试验煤样的重量测量，以确定试验用煤样的质量、体积等参数，为后续瓦斯吸附计算过程做准备。

真空干燥器用于对试验煤样进行加热干燥，以去除水分、吸附气体等，避免外界因素对吸附实验过程造成影响。

等温吸附平衡系统和数据采集系统是试验过程的核心设备，其中，等温吸附平衡系统主要为吸附试验提供恒温环境，同时，模拟瓦斯吸附过程，实现吸附过程的真实、准确和可靠再现。恒温环境用恒温箱2来实现，一对样品罐5和参考罐6分别固定在恒温箱2内，样品罐5用于盛放试验煤样，参考罐6用于盛装甲烷气体。为模拟吸附过程和实现准确测量，样品罐5和参考罐6都为密封罐体，在样品罐5和参考罐6之间通过支线管路10连通，并且在支线管路10上与样品罐5和参考罐6分别对应设有支线阀门13，从而分别控制样品罐5和参考罐6在支线管路10上的连通，完成模拟吸附。甲烷气瓶1和真空泵4位于恒温箱2外，甲烷气瓶1通过管路7连接在两个支线阀门13之间的支线管路10上，并通过与参考罐6对应的支线阀门为参考罐6提供试验用甲烷气体。而为控制管路7上甲烷气体的有序输入，在管路7上还设有针阀8和精密压力表11，针阀8可以调整控制甲烷气体的输入量，精密压力表11可以直接显示压力信息，保证管路7上甲烷气体输入过程可以顺利、有序进行。

为排除实验系统各连接通路及罐体内的气体，为吸附过程提供一个纯净、逼真的实验环境，恒温箱2外的真空泵4通过管道直接连接在恒温箱2内的管路7上，随着各阀门的开启，真空泵4可将各罐体及连接通路中的气体吸出，形成所需的真空环境。当然，真空泵4上还会设有压力表，以使操作者能随时了解压力状况，而真空泵4上还会设有排气管路和放气阀，以使工作完成后，随时释放管路7中存在的压力，方便后续使用。

数据采集系统中，压力变送器9分别连接在与样品罐5和参考罐6对应的支线阀门内侧的支线管路10上，压力变送器9可随时探测样品罐5和参考罐6内的压力参数，并通过数据采集模块传送到恒温箱2外的工控机3中，工控机3将接收数据归纳汇总后，就可得到所需的高压环境下的煤样吸附曲线。

当然，上述恒温箱2内连接的样品罐5和参考罐6的数量也可为更多对，不同的样品罐5中可盛装不同数量的煤样，使试验过程可以更快、更好的进行，其具体使用可根据试验需要而定。

具体工作步骤为：选取煤样，通过电子天平进行称量，并放入真空干燥器中进行加热、干燥，然后，将处理好的干燥煤样装入样品罐5中，开启针阀8和与样品罐5对应的支线阀门，关闭与参考罐6对应的支线阀门，启动真空泵4，对样品罐5进行真空脱气，对应的压力变送器随时探测样品罐5内的压力信息，并通过数据采集模块传送到工控机3中，最终测定出样品罐5的自由体积；接着，关闭与样品罐5对应的支线阀门，相应开启与参考罐6对应的支线阀门，利用真空泵4对参考罐6进行真空脱气，与参考罐6对应的压力变送器随时探测参考罐6内压力信息，最后，通过甲烷气瓶1和管路7向参考罐6中充入一定体积瓦斯，关闭针阀8，待参考罐6内压力稳定后，打开支线管路10上与样品罐5对应的支线阀门，使瓦斯进入样品罐5中，当压力达到平衡，进入样品罐5内的甲烷气体部份被吸附，而未被吸附甲烷气体则游离在参考罐6以及样品罐5的自由体积之中，压力变送器9对罐体内压力进行探测，经数据采集模块采集后，通过工控机3进行探测数据汇总和计算，就可计算出试验煤样吸附瓦斯的体积。重复这样的测定，得出各压力段平衡压力与吸附体积的数量，连接起来即为吸附等温线。当压力由低向高采取充入甲烷气体方式测试时，得到吸附等温线；反之，压力由高向低采取放出甲烷气体方式测试时，就可得到解吸等温线。至此，吸附试验完成。

Claims

1.煤的高压等温吸附实验装置，其特征在于，包括相对独立的电子天平和真空干燥器，以及相互信号连接的等温吸附平衡系统和数据采集系统；所述等温吸附平衡系统包括恒温箱、样品罐、参考罐、精密压力表、真空泵和甲烷气瓶；所述样品罐和参考罐位于恒温箱中，样品罐和参考罐为密封罐体，罐体之间通过支线管路连通，并且支线管路上与样品罐和参考罐分别对应设有支线阀门；所述甲烷气瓶和真空泵位于恒温箱外，甲烷气瓶通过管路连接在两个支线阀门之间的支线管路上，管路上设有针阀和精密压力表；所述真空泵与管路连通；所述数据采集系统包括工控机、数据采集模块、压力变送器和为工控机提供电力的稳压电源，所述压力变送器分别连接在与样品罐和参考罐对应的支线阀门内侧的支线管路上，压力变送器通过数据采集模块与恒温箱外的工控机连通。

2.根据权利要求1所述的煤的高压等温吸附实验装置，其特征在于，所述恒温箱内连接的样品罐和参考罐的数量为一对以上。