天然氣水合物開(kāi)采實(shí)驗(yàn)裝置
設(shè)計(jì)方案
該裝置主要用來(lái)模擬研究海底天然氣水合物的生成及開(kāi)采過(guò)程，主要由以下系統(tǒng)組成。
1．供液系統(tǒng)
供液主要由一臺(tái)平流泵完成，可選用北京衛(wèi)星廠(chǎng)的LB-10C平流泵，該泵流量范圍0.01～9.99mL/min，壓力范圍0～40MPa。
該泵具有計(jì)算機(jī)通訊接口，可由計(jì)算機(jī)控制其工作，也可手動(dòng)操作。
2．儲(chǔ)液系統(tǒng)
由3只ZR-3型1000mL/20Mpa活塞容器組成。
活塞容器采用國(guó)外新型滑環(huán)組合密封結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是：
①．密封力小，動(dòng)靜摩擦相當(dāng)，是：“O"型橡膠圈摩擦力的1/4，可消除低速、低壓運(yùn)行下的“爬行"現(xiàn)象。
②．工作壽命長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)壓力密封工作壽命比常規(guī)橡膠密封制品高10倍以上。
③．密封性能可靠，工作壓力高，可達(dá)20MPa
3．液體注入量的計(jì)量
由于液體流量低，目前沒(méi)有此類(lèi)小流量的流量計(jì)能用來(lái)計(jì)量注入流體的量，現(xiàn)提供2種計(jì)量方案供選擇：
①．利用平流泵計(jì)量
設(shè)定平流泵的注入瞬時(shí)流時(shí)，由計(jì)算機(jī)記錄注入時(shí)間，計(jì)算不同時(shí)刻的累積注入量，其精度受平流泵瞬時(shí)流量精度的影響。
②．用電子天平計(jì)量
把平流泵工作介質(zhì)儲(chǔ)罐放在電子天平上，平流泵排出液體的量等于電子天平上質(zhì)量的變化量。
電子天平可選用賽多利斯BP3100S型，量程3100g，精度0.01g。
注入量由計(jì)量機(jī)即時(shí)采集保存，并即時(shí)顯示注入量——時(shí)間曲線(xiàn)。
4．供氣系統(tǒng)
考慮注入氣體的壓力高，普通氣瓶壓力不足，采用氣體增壓泵將氣瓶壓力增壓，再經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)壓后向模型注氣。
該系統(tǒng)由以下各部件組成：
①．氣瓶（用戶(hù)自備）
②．氣體增壓泵
采用普通壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，輸出氣體壓力可達(dá)60MPa，工作時(shí)無(wú)電火花，可以用于易燃易爆的氣體增壓。
型號(hào)：ZYB-2型氣體增壓泵
③．高壓儲(chǔ)氣瓶
容積2000mL，耐壓25MPa，用于儲(chǔ)存增壓后的高壓氣體。
型號(hào)：ZR-I型
④．調(diào)壓閥
YT-5型高壓壓力調(diào)節(jié)器，進(jìn)口壓力不大于32MPa，出口壓力0～20MPa可調(diào)。
5．注入氣量計(jì)量
采用高壓氣體質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量
流量計(jì)型號(hào)：D07-12M/ZM，瞬時(shí)流量量程：500mL/min
流量積算儀 型號(hào)：D08-8M/ZM
注入量由計(jì)算機(jī)即時(shí)采集保存并即時(shí)顯示注入量——時(shí)間曲線(xiàn)
6．預(yù)熱器
用于注入流體的加熱，自動(dòng)控制注入流體的溫度。
7．透明試驗(yàn)管
由高強(qiáng)度石英玻璃制成，內(nèi)有效尺寸φ38×500㎜，耐壓20MPa，使用壓力15MPa，管子中間設(shè)計(jì)有兩套梯度取壓，測(cè)溫裝置，用于準(zhǔn)確測(cè)量壓力和溫度梯度。取壓管、測(cè)溫孔全部從一端法蘭插入，考慮填砂方便，另一端法蘭上設(shè)計(jì)一活動(dòng)堵頭（見(jiàn)附圖），
8．高低溫恒溫箱
內(nèi)腔尺寸：長(zhǎng)1200×高1200×深550mm，控溫范圍-20～70℃，溫度波動(dòng)：±1℃，箱門(mén)上開(kāi)有玻璃觀(guān)察窗以便操作人員隨時(shí)觀(guān)察，觀(guān)察窗有除霜裝置，恒溫試驗(yàn)箱帶有輪子，可以方便移動(dòng)。
9．壓力計(jì)量
分別計(jì)量入口、出口壓力，入口與中間點(diǎn)及出口之間的壓差，壓力及壓差數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)即時(shí)采集保存并即時(shí)顯示壓力——時(shí)間曲線(xiàn)。
入口、出口壓力均采用高精度壓力傳感器計(jì)量，量程20MPa，精度0.1%F?S，型號(hào)DG1300-BZ-C-2-20
壓差選用三臺(tái)高精度、高靜壓、低量程的壓差變送器，分別對(duì)實(shí)驗(yàn)管的三段進(jìn)行測(cè)量，壓差變送器型號(hào)DBC300型。
10．溫度計(jì)量
將pt100測(cè)溫探頭插入高壓透明梯度試驗(yàn)管內(nèi)，保證探頭與流體接觸口，溫度數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)即時(shí)采集保存并即時(shí)顯示——時(shí)間曲線(xiàn)。
11．回壓控制系統(tǒng)
用來(lái)控制出口壓力，采用頂部加載式回壓控制器，耐壓25MPa，控制精度±0.05MPa，設(shè)定壓力由精密壓表顯示。
考慮氣瓶控制壓力不足，設(shè)計(jì)手動(dòng)增壓方法，增加大控制壓力。
12．圖像記錄系統(tǒng)
安裝在恒溫箱內(nèi)的高分辨率攝像頭將圖像直接傳入計(jì)算機(jī)，可通過(guò)顯示器放大觀(guān)察透明試驗(yàn)管內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)情況，并由計(jì)算機(jī)記錄保存。
13．出口計(jì)量
出口氣體通過(guò)氣體質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量，出口液體通過(guò)電子天平計(jì)量，數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)采集保存并即時(shí)顯示流量——時(shí)間曲線(xiàn)。
14．?dāng)?shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)
包括計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、采集控制板卡、采集控制電路以及數(shù)據(jù)采集處理軟件等。
適時(shí)采集：注入液量，注入氣量，壓力、壓差，溫度，產(chǎn)出氣量，產(chǎn)出液量，試管內(nèi)圖像變化。
即時(shí)繪制：注入液量——時(shí)間變化曲線(xiàn)；
          注入氣量——時(shí)間變化曲線(xiàn)；
          壓力、壓差——時(shí)間變化曲線(xiàn)；
          溫度——時(shí)間變化曲線(xiàn)；
          產(chǎn)出氣量——時(shí)間變化曲線(xiàn)；
          產(chǎn)出液量——時(shí)間變化曲線(xiàn)；
軟件在Windows2000/xp環(huán)境下運(yùn)行，采用VB編程，儀器工作流程顯示在界面上，可實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)，操作筒單方便。