UCGPMF-50型煤及巖層中污染物遷移實驗裝置

1.概述

該裝置用于模擬自然狀態(tài)下,，地下氣化過程中煤巖受地應(yīng)力,、瓦斯壓力等共同作用的三軸三軸應(yīng)力狀態(tài)下煤樣的滲透率，并用于測定應(yīng)力變化,、溫度變化,、介質(zhì)變化等方面對煤巖滲透性的影響。

實驗原理：通過向煤層模型中注入污染物和氣體,，測量節(jié)點上的壓力，并且取樣分析濃度,、組成等等參數(shù),，研究煤本地氣化過程中污染物的擴散規(guī)律。

2.主要技術(shù)參數(shù)

（1）工作壓力

環(huán)壓：50Mpa

驅(qū)替壓力：40Mpa

壓力測試精度：0.1%F•S

（2）測量范圍：0.01～10mL/min

（3）工作溫度：200℃,，控溫精度：±0.5℃

（4）電    源：交流380V   50HZ

（5）總 功 率：6KW

（6）巖心規(guī)格：ф25×300㎜

3.儀器的基本組成結(jié)構(gòu)

該儀器主要由注入系統(tǒng),、模型系統(tǒng),、計量系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng),、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)組成,。

注入系統(tǒng)：由注入泵、中間容器,、管閥件組成,，可將各種流體按一定流量注入到模型內(nèi)。

模擬系統(tǒng)：由巖心夾持器,、恒溫箱,、環(huán)壓泵、回壓系統(tǒng)等組成,。

計量系統(tǒng)：包括壓力測量,、溫度測量、流量計量,、油,、水體積自動計量等。

自動控制：計算機自動控制注入泵的流量,，環(huán)壓泵自動跟蹤內(nèi)壓,，恒溫箱加熱恒溫等。

數(shù)據(jù)采集處理：由各種數(shù)據(jù)采集卡,、工控機,、打印機、采集處理軟件組成,，可適時采集壓力,、溫度流量、油水體積等參數(shù),，并對數(shù)據(jù)進行運算處理,。

4.組成儀器各部件的技術(shù)規(guī)范

（1）注入泵

型號：NP-KX-500-10，工作壓力：60Mpa,，流量：0.01～10mL/min,，泵可手動操作亦計算機。

（2）中間容器

ZR-3型中間容器 容積：1000mL,，耐壓：50Mpa,，材質(zhì)：1Cr18Ni9Ti，數(shù)量3只,。

用于存儲驅(qū)替介質(zhì),，并起緩沖作用。

ZR-3型哈氏合金中間容器  容積：200mL/50MPa,，1只,。

（3）巖心夾持器及填砂模型

夾持器適用巖心規(guī)格：ф25×300㎜,，ф25×80㎜

填砂模型：ф25×500㎜，32Mpa,，二測壓點

工作壓力：50Mpa,，環(huán)壓：60Mpa

材質(zhì)：316L

（4）環(huán)壓跟蹤泵

DJB-80A型   工作壓力：60Mpa，用于給巖心夾持器施加環(huán)向壓力,，密封巖心,。

手動和電動操作，配通訊口,，可微機操作,。

（5）恒溫箱

工作溫度：180℃±0.5℃

工作室內(nèi)尺寸：1200×800×850㎜（長×寬×高）。

前后開門,，內(nèi)裝照明燈,，不銹鋼材料制作。

熱風循環(huán),，采用PID調(diào)節(jié)控溫技術(shù),，箱內(nèi)溫度均勻，控溫精度高,。

安裝滾動腳輪,，移動方便。

分兩節(jié)加工后連接為一個整體,，方便搬運,。

（6）閥門、管線,、管件及流程

采用DW3內(nèi)卡 式高壓閥門管件,，耐壓70Mpa。

（7）計量系統(tǒng)

壓力計量：壓力變送器DG1300-BZ-B-2-60/AA,、DG1300-BZ-B-2-4/AA

測量精度0.25%F·S,，用于巖心進出口及各測壓點的壓力測量，所有壓力采用WP-C901-20-17-P壓力數(shù)顯表顯示,，也可通過數(shù)顯表上有RS232口由計算機采集,。

溫度計量：采用PT100測溫探頭，XMT-7512ZX-RZ溫控儀設(shè)定,、控溫,、測量溫度。

流量計量：采用天平稱重法計算液體流量

          天平型號：BP423S,，量程420g,，精度0.001g

          計算機自動采集計算流量值。

油水自動計量：采用液位及電子天平自動計量油、水體積,，油、水體積值油計算機自動采集計算,。

（8）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

采用MOXA C168H/PCI,、MOXA C104H/PCI數(shù)據(jù)采集板適時采集壓力、溫度,、流量,。

（9）自動控制系統(tǒng)

計算機可對下列外部設(shè)備進行自動控制

（1）注入泵：通過泵的通訊接口，計算機可對注入流量進行控制,；

（2）環(huán)壓跟蹤泵：計算機通過HY6160端子板自動控制環(huán)壓泵及電磁閥的開關(guān),，維持驅(qū)替壓力與環(huán)壓的壓差。

圖1 測控系統(tǒng)示意圖

（10）應(yīng)用軟件與數(shù)據(jù)處理

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，操作人員設(shè)定好參數(shù)后就可以實現(xiàn)無人值守,，計算機可自動采集所有的壓力、流量,，并控制泵的運行,，環(huán)壓泵的自動跟蹤。

計算機采集的數(shù)據(jù)經(jīng)處理可生成原始數(shù)據(jù)報表,、分析報表以及曲線圖,，同時生成數(shù)據(jù)庫文件格式，以便用戶靈活使用,。

計算機：揚天  A8000C    打印機：HP1160

5.主要技術(shù)特征

（1）裝置采用模塊化設(shè)計,，可根據(jù)不同試驗要求進行組合；

（2）能模擬地層條件下進行高溫高壓驅(qū)替試驗,；

（3）關(guān)鍵部件采用進口件,，提高測試的可靠性、精確性,；

（4）實現(xiàn)計算機自動化控制,、采集、處理,；

（5）環(huán)壓跟蹤注入壓力,，保持恒定壓差；

（6）高,、低量程壓力變送器可切換,，確保壓力測試精度；

（7）儀器的結(jié)構(gòu)合理,、外型美觀大方,、操作方便,、經(jīng)久耐用；

（8）選購件齊全,，可根據(jù)不同試驗要需要,，選購我廠不同規(guī)格的模型，使儀器廣泛應(yīng)用于各種試驗研究領(lǐng)域,。

6.基本操作

（1）巖樣準備

①巖樣的鉆取切割：將巖樣鉆成φ25或ф38的圓柱體,，兩端切割平整，切割面與軸線垂直,。

鉆取巖樣方法參見SY/T5336

②巖樣的洗油

洗油方法按SY/T5336執(zhí)行

③巖樣的烘干

巖樣烘干溫度控制在60～65℃,，烘干24h后，每隔8h稱重一次,，兩次稱重的差值小于10mg時,，記下巖樣的實測質(zhì)量。

④測量巖樣的幾何尺寸：長度（L）,、直徑（D）,。

⑤巖樣氣體滲透率測定按SY/T5336進行。

⑥巖樣抽空飽和油（水）,，稱濕重,，計算巖樣孔隙體積。

⑦將飽和好油（水）的巖樣浸泡在油（水）中,，待用,。

（2）流程準備

保證儲液容器、各種泵內(nèi)液體充足,，不足時請?zhí)砑印?/span>

（3）巖心的安裝

從燒杯中取出預先飽和好的巖心,，放入夾持器膠套內(nèi)，裝上夾持器堵頭,，頂緊巖樣,。

（4）加環(huán)壓密封巖樣

①手動加環(huán)壓

將控制面板上手動、自動開關(guān)打到手動位置,，打開環(huán)壓泵開關(guān),，增壓至需要壓力值時，關(guān)環(huán)壓泵開關(guān),。

②自動加環(huán)壓

將控制面板上手動,、自動開關(guān)打到自動位置，在計算機實驗程序上,，點擊實驗開始鍵后,，計算機自動控制環(huán)壓泵的啟動與停止，并自動跟蹤驅(qū)替壓力，維持環(huán)壓與驅(qū)替壓力差,。

（5）加溫

先打開面板上恒溫箱風機開關(guān),，再打開加熱開關(guān)，在其控溫儀上設(shè)定需加熱的溫度,，溫控儀自動控制恒溫箱加熱,，至所需溫度恒溫。

溫控儀溫度設(shè)定方法詳見溫控儀使用說明書

停止加熱只需將加熱開關(guān)斷開,，或?qū)乜貎x溫度設(shè)定到低于環(huán)境溫度。

（6）實驗評價

各種試驗方法詳見其實驗評價行業(yè)標準,。

7.安全

儀器的安全操作涉及到操作者的人身安全和儀器的正常使用壽命,，廠家提醒操作者注意如下要點：

（1）儀器的各類儀表和計算機必須保證正確的電源輸入，必須配有自動穩(wěn)壓保護裝置,。

（2）儀器各部保證有良好的接地,。

（3）流程管匯各部的壓力不高于設(shè)計壓力，特別不能高于各種檢測儀表的量程,，使用氣體加壓時必須格外小心,。

（4）儀器的閥門設(shè)計為手動操作，請按試驗步驟預先設(shè)計好試驗流程走向,，任何一閥門的操作錯誤均可能導致整個試驗的失敗,。

（5）系統(tǒng)在高溫操作時，必須帶有絕熱手套,，以免燙傷,。

8.維護

恒速泵要定期清洗，其詳細的維護請參閱讀泵說明書,。

電子天平要避免強烈振動,，切不可過載，其詳細的注意事項請閱讀天平說明書,。

本儀器所配計算機為儀器的控制機,，切忌亂拷軟件，尤其是來歷不明的軟盤,，計算機病毒可能會導致控制及數(shù)據(jù)采集的混亂和錯誤,。

儀器所有與液體接觸的部分均為不銹鋼材質(zhì)，有一定的抗腐蝕性能,，但并非一勞永逸,。對流程管匯部分需經(jīng)常清洗，尤其是注完酸或其它強腐蝕液體后要立即用清水清洗,。流程長期不用時,，流程管匯內(nèi)注滿油或用高壓氣吹干，以防銹蝕。

長期使用會造成對流程密封件的正常破損,，影響密封性能,，所以，建議定期對儀器進行耐壓試驗,，對儀器.的泄露部分更換密封件,，對經(jīng)常使用者其周期以3個月為宜。