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(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(yù)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(dǎo)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(dǎo)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。