UCGPMF-50型煤及巖層中污染物遷移實(shí)驗(yàn)裝置

1.概述

該裝置用于模擬自然狀態(tài)下，地下氣化過(guò)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(cè)定應(yīng)力變化、溫度變化、介質(zhì)變化等方面對(duì)煤巖滲透性的影響。

實(shí)驗(yàn)原理：通過(guò)向煤層模型中注入污染物和氣體，測(cè)量節(jié)點(diǎn)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(guò)程中污染物的擴(kuò)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(cè)試精度：0.1%F•S

（2）測(cè)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(jì)量系統(tǒng)、自動(dòng)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(jì)量系統(tǒng)：包括壓力測(cè)量、溫度測(cè)量、流量計(jì)量、油、水體積自動(dòng)計(jì)量等。

自動(dòng)控制：計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制注入泵的流量，環(huán)壓泵自動(dòng)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(jī)、打印機(jī)、采集處理軟件組成，可適時(shí)采集壓力、溫度流量、油水體積等參數(shù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。

4.組成儀器各部件的技術(shù)規(guī)范

（1）注入泵

型號(hào)：NP-KX-500-10，工作壓力：60Mpa，流量：0.01～10mL/min，泵可手動(dòng)操作亦計(jì)算機(jī)。

（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(chǔ)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(cè)壓點(diǎn)

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(dòng)和電動(dòng)操作，配通訊口，可微機(jī)操作。

（5）恒溫箱

工作溫度：180℃±0.5℃

工作室內(nèi)尺寸：1200×800×850㎜（長(zhǎng)×寬×高）。

前后開(kāi)門(mén)，內(nèi)裝照明燈，不銹鋼材料制作。

熱風(fēng)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(dòng)腳輪，移動(dòng)方便。

分兩節(jié)加工后連接為一個(gè)整體，方便搬運(yùn)。

（6）閥門(mén)、管線(xiàn)、管件及流程

采用DW3內(nèi)卡 式高壓閥門(mén)管件，耐壓70Mpa。

（7）計(jì)量系統(tǒng)

壓力計(jì)量：壓力變送器DG1300-BZ-B-2-60/AA、DG1300-BZ-B-2-4/AA

測(cè)量精度0.25%F·S，用于巖心進(jìn)出口及各測(cè)壓點(diǎn)的壓力測(cè)量，所有壓力采用WP-C901-20-17-P壓力數(shù)顯表顯示，也可通過(guò)數(shù)顯表上有RS232口由計(jì)算機(jī)采集。

溫度計(jì)量：采用PT100測(cè)溫探頭，XMT-7512ZX-RZ溫控儀設(shè)定、控溫、測(cè)量溫度。

流量計(jì)量：采用天平稱(chēng)重法計(jì)算液體流量

          天平型號(hào)：BP423S，量程420g，精度0.001g

          計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集計(jì)算流量值。

油水自動(dòng)計(jì)量：采用液位及電子天平自動(dòng)計(jì)量油、水體積，油、水體積值油計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集計(jì)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(shí)采集壓力、溫度、流量。

（9）自動(dòng)控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)可對(duì)下列外部設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制

（1）注入泵：通過(guò)泵的通訊接口，計(jì)算機(jī)可對(duì)注入流量進(jìn)行控制；

（2）環(huán)壓跟蹤泵：計(jì)算機(jī)通過(guò)HY6160端子板自動(dòng)控制環(huán)壓泵及電磁閥的開(kāi)關(guān)，維持驅(qū)替壓力與環(huán)壓的壓差。

圖1 測(cè)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(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)，操作人員設(shè)定好參數(shù)后就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，計(jì)算機(jī)可自動(dòng)采集所有的壓力、流量，并控制泵的運(yùn)行，環(huán)壓泵的自動(dòng)跟蹤。

計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)處理可生成原始數(shù)據(jù)報(bào)表、分析報(bào)表以及曲線(xiàn)圖，同時(shí)生成數(shù)據(jù)庫(kù)文件格式，以便用戶(hù)靈活使用。

計(jì)算機(jī)：揚(yáng)天  A8000C    打印機(jī)：HP1160

5.主要技術(shù)特征

（1）裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)不同試驗(yàn)要求進(jìn)行組合；

（2）能模擬地層條件下進(jìn)行高溫高壓驅(qū)替試驗(yàn)；

（3）關(guān)鍵部件采用進(jìn)口件，提高測(cè)試的可靠性、精確性；

（4）實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)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(cè)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(gòu)件齊全，可根據(jù)不同試驗(yàn)要需要，選購(gòu)我廠不同規(guī)格的模型，使儀器廣泛應(yīng)用于各種試驗(yàn)研究領(lǐng)域。

6.基本操作

（1）巖樣準(zhǔn)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(xiàn)垂直。

鉆取巖樣方法參見(jiàn)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(chēng)重一次，兩次稱(chēng)重的差值小于10mg時(shí)，記下巖樣的實(shí)測(cè)質(zhì)量。

④測(cè)量巖樣的幾何尺寸：長(zhǎng)度（L）、直徑（D）。

⑤巖樣氣體滲透率測(cè)定按SY/T5336進(jìn)行。

⑥巖樣抽空飽和油（水），稱(chēng)濕重，計(jì)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(zhǔn)備

保證儲(chǔ)液容器、各種泵內(nèi)液體充足，不足時(shí)請(qǐng)?zhí)砑印?/span>

（3）巖心的安裝

從燒杯中取出預(yù)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(dòng)加環(huán)壓

將控制面板上手動(dòng)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)打到手動(dòng)位置，打開(kāi)環(huán)壓泵開(kāi)關(guān)，增壓至需要壓力值時(shí)，關(guān)環(huán)壓泵開(kāi)關(guān)。

②自動(dòng)加環(huán)壓

將控制面板上手動(dòng)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)位置，在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)程序上，點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)開(kāi)始鍵后，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制環(huán)壓泵的啟動(dòng)與停止，并自動(dòng)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(kāi)面板上恒溫箱風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)，再打開(kāi)加熱開(kāi)關(guān)，在其控溫儀上設(shè)定需加熱的溫度，溫控儀自動(dòng)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(jiàn)溫控儀使用說(shuō)明書(shū)

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

（6）實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

各種試驗(yàn)方法詳見(jiàn)其實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

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(diǎn)：

（1）儀器的各類(lèi)儀表和計(jì)算機(jī)必須保證正確的電源輸入，必須配有自動(dòng)穩(wěn)壓保護(hù)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(jì)壓力，特別不能高于各種檢測(cè)儀表的量程，使用氣體加壓時(shí)必須格外小心。

（4）儀器的閥門(mén)設(shè)計(jì)為手動(dòng)操作，請(qǐng)按試驗(yàn)步驟預(yù)先設(shè)計(jì)好試驗(yàn)流程走向，任何一閥門(mén)的操作錯(cuò)誤均可能導(dǎo)致整個(gè)試驗(yàn)的失敗。

（5）系統(tǒng)在高溫操作時(shí)，必須帶有絕熱手套，以免燙傷。

8.維護(hù)

恒速泵要定期清洗，其詳細(xì)的維護(hù)請(qǐng)參閱讀泵說(shuō)明書(shū)。

電子天平要避免強(qiáng)烈振動(dòng)，切不可過(guò)載，其詳細(xì)的注意事項(xiàng)請(qǐng)閱讀天平說(shuō)明書(shū)。

本儀器所配計(jì)算機(jī)為儀器的控制機(jī)，切忌亂拷軟件，尤其是來(lái)歷不明的軟盤(pán)，計(jì)算機(jī)病毒可能會(huì)導(dǎo)致控制及數(shù)據(jù)采集的混亂和錯(cuò)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(duì)流程管匯部分需經(jīng)常清洗，尤其是注完酸或其它強(qiáng)腐蝕液體后要立即用清水清洗。流程長(zhǎng)期不用時(shí)，流程管匯內(nèi)注滿(mǎn)油或用高壓氣吹干，以防銹蝕。

長(zhǎng)期使用會(huì)造成對(duì)流程密封件的正常破損，影響密封性能，所以，建議定期對(duì)儀器進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，對(duì)儀器.的泄露部分更換密封件，對(duì)經(jīng)常使用者其周期以3個(gè)月為宜。