天然氣水合物開采實驗裝置
設(shè)計方案
該裝置主要用來模擬研究海底天然氣水合物的生成及開采過程，主要由以下系統(tǒng)組成。
1．供液系統(tǒng)
供液主要由一臺平流泵完成，可選用北京衛(wèi)星廠的LB-10C平流泵，該泵流量范圍0.01～9.99mL/min，壓力范圍0～40MPa。
該泵具有計算機通訊接口，可由計算機控制其工作，也可手動操作。
2．儲液系統(tǒng)
由3只ZR-3型1000mL/20Mpa活塞容器組成。
活塞容器采用國外新型滑環(huán)組合密封結(jié)構(gòu)，其特點是：
①．密封力小，動靜摩擦相當，是：“O"型橡膠圈摩擦力的1/4，可消除低速、低壓運行下的“爬行"現(xiàn)象。
②．工作壽命長，動態(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20MPa
3．液體注入量的計量
由于液體流量低，目前沒有此類小流量的流量計能用來計量注入流體的量，現(xiàn)提供2種計量方案供選擇：
①．利用平流泵計量
設(shè)定平流泵的注入瞬時流時，由計算機記錄注入時間，計算不同時刻的累積注入量，其精度受平流泵瞬時流量精度的影響。
②．用電子天平計量
把平流泵工作介質(zhì)儲罐放在電子天平上，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。
注入量由計量機即時采集保存，并即時顯示注入量——時間曲線。
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（用戶自備）
②．氣體增壓泵
采用普通壓縮空氣驅(qū)動，輸出氣體壓力可達60MPa，工作時無電火花，可以用于易燃易爆的氣體增壓。
型號：ZYB-2型氣體增壓泵
③．高壓儲氣瓶
容積2000mL，耐壓25MPa，用于儲存增壓后的高壓氣體。
型號：ZR-I型
④．調(diào)壓閥
YT-5型高壓壓力調(diào)節(jié)器，進口壓力不大于32MPa，出口壓力0～20MPa可調(diào)。
5．注入氣量計量
采用高壓氣體質(zhì)量流量計計量
流量計型號：D07-12M/ZM，瞬時流量量程：500mL/min
流量積算儀 型號：D08-8M/ZM
注入量由計算機即時采集保存并即時顯示注入量——時間曲線
6．預熱器
用于注入流體的加熱，自動控制注入流體的溫度。
7．透明試驗管
由高強度石英玻璃制成，內(nèi)有效尺寸φ38×500㎜，耐壓20MPa，使用壓力15MPa，管子中間設(shè)計有兩套梯度取壓，測溫裝置，用于準確測量壓力和溫度梯度。取壓管、測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)計一活動堵頭（見附圖），
8．高低溫恒溫箱
內(nèi)腔尺寸：長1200×高1200×深550mm，控溫范圍-20～70℃，溫度波動：±1℃，箱門上開有玻璃觀察窗以便操作人員隨時觀察，觀察窗有除霜裝置，恒溫試驗箱帶有輪子，可以方便移動。
9．壓力計量
分別計量入口、出口壓力，入口與中間點及出口之間的壓差，壓力及壓差數(shù)據(jù)由計算機即時采集保存并即時顯示壓力——時間曲線。
入口、出口壓力均采用高精度壓力傳感器計量，量程20MPa，精度0.1%F?S，型號DG1300-BZ-C-2-20
壓差選用三臺高精度、高靜壓、低量程的壓差變送器，分別對實驗管的三段進行測量，壓差變送器型號DBC300型。
10．溫度計量
將pt100測溫探頭插入高壓透明梯度試驗管內(nèi)，保證探頭與流體接觸口，溫度數(shù)據(jù)由計算機即時采集保存并即時顯示——時間曲線。
11．回壓控制系統(tǒng)
用來控制出口壓力，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)計手動增壓方法，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算機，可通過顯示器放大觀察透明試驗管內(nèi)介質(zhì)流動情況，并由計算機記錄保存。
13．出口計量
出口氣體通過氣體質(zhì)量流量計計量，出口液體通過電子天平計量，數(shù)據(jù)由計算機采集保存并即時顯示流量——時間曲線。
14．數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)
包括計算機、打印機、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。
即時繪制：注入液量——時間變化曲線；
          注入氣量——時間變化曲線；
          壓力、壓差——時間變化曲線；
          溫度——時間變化曲線；
          產(chǎn)出氣量——時間變化曲線；
          產(chǎn)出液量——時間變化曲線；
軟件在Windows2000/xp環(huán)境下運行，采用VB編程，儀器工作流程顯示在界面上，可實現(xiàn)人機對話，操作筒單方便。