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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(yù)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,。
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