专利名称：天然气水合物模拟实验用高压控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种天然气水合物模拟实验用高压控制装置。
背景技术：
天然气水合物(Gas Hydrates)是由水分子和碳氢气体分子组成的具有 笼状结构的似冰雪状结晶化合物。其研究主要涉及油气管道流动保障、安全、 能源开采、海底地质灾害、气体储存/运输和气候变化等方面。由于它在资源、 环境和全球变化中的重要意义而引起世界许多国家的高度重视，成为当代地 球科学和能源领域的一大热点。天然气水合物研究离不开实验模拟，实验装 置是水合物研究的基础，为水合物的应用提供基本数据。
综合国内外各种水合物实验装置来看，核心都是由高压反应系统、低温 冷却系统、仪表测试装置和数据采集系统四部分组成。高压反应系统由高压 容器、输气瓶和增压设备组成，其中高压反应容器(反应釜)一般由金属或蓝 宝石材料制成，其上设有各种进出气液口，其所需高压由增压设备和相应的 管路提供。由于水合物形成和稳定需要维持长时间的高压环境，压力通常高 于3. 8MPa，因此产生高压条件并对其控制是水合物实验模拟系统的关键技术。
目前，水合物实验系统的压力控制都是采用手动截止阀进行开启和关闭 通路，用压力表显示实验压力值，无法准确判断实验压力是否在高压容器或 管路允许的安全范围内，而当压力超过许可压力时，不能及时快速卸压以防 止安全事故的发生；各个进、出口管路分散，功能单一，无法对高压容器进 行试压操作，而这对于工作时间长的高压反应容器来说尤其重要。由于水合 物实验压力很高，各管路部件都有相应的压力限值，而在气体增压、水合物 合成和分解过程中又不可避免会产生压力波动，同时介质又是易燃易爆的天 然气或甲烷气体。所以采用以往分散控制的方法无法保证快速和安全实验。 发明内容
本实用新型的目的是设计一种能克服上述已有技术之缺点，具有结构简 单、防爆、输出压力可调、升压速度可控、操作方便、性能可靠等特点，可 对多种水合物实验提供统一压力控制，实现天然气水合物模拟实验的快速进行，确保实验安全的天然气水合物模拟实验用高压控制装置。
本装置为了达到本实用新型的目的，提供一种天然气水合物模拟实验用
高压控制装置，包括有操作面板的金属台柜和超压保护机构，安装有试压控
制管道、排气/液管道和高压进气/液管道，其特征在于
在试压控制管道上由外接的空气压縮机输送的气体通过空气过滤器4、
带有输出压力表2的低压调压阀3和截止阀25进入气驱液体增压泵1，预增压介 质水通过过滤器5进入气驱液体增压泵，增压后通过高压管道进入高压容器
20;
气控阀16的低压驱动气体由空气压縮机产生，经驱动气体进气口14、截 止阀18、 2位3通电磁阀17和气控阀连接到气/液两用过滤器19;
在排气/液管道上，高压容器内的出气口通过气/液两用过滤器19与针阀7 连接，针阀7与安装有压力表11的高压减压阀10连接，高压减压阀通过针阀8 经气体回收口12将高压容器中的气体回收；
在排气/液管道上接有超压保护机构，超压保护机构备有自动泄压和手 动泄压的设置，由计算机指令控制继电器、电磁阀、气控阀16自动打开和闭 合或截止阀18手动开闭通过卸荷口13泄压；
在高压进气/液管道上高压实验气体从高压实验气体进口15进入，经针 阀9连接到高压容器20;
计算机通过安装在高压容器内的压力传感器、多功能数据釆集卡采集、 检测高压容器内的系统压力并进行压力控制；
控制台柜用金属薄板组装，后板可拆卸；压力表2、 11，针阀6、 7、 8、 9和截止阀18、 25安装在操作面板上。
本实用新型天然气水合物模拟实验用高压控制装置，所述的高压进气/ 液管道是高压进气体或高压进液体两用管道，排气/液管道也是排气或排液两 用管道。所述的连接管路采用不锈钢制成，高压进气/液管道、排气/液管道 接口采用快插接口与高压容器连接。
所述的在试压控制管道上的气驱液动增压泵1是一试压机构，用于对高 压容器进行试压操作。气驱液体增压部分使用气体为动力源，以液动泵为压 力源，驱动气压与输出液体压力成比例。通过对驱动气压的调整，便能得到 相应的输出液体压力。气驱液动增压泵的驱动介质为空气，增压介质为水，试压压力最高为71MPa。试压控制管道上的过滤器4 一端接调压阀3，另一端 外接空气压縮机。
所述的在控制台柜内的连接管道采用不锈钢管道，对外接口采用快插方 式连接，管道针阀6、 7、 8、 9为高精度针阀，通过针阀的旋开程度控制升压 和降压排气/液速度。
所述的在排气/液管道上装有高压减压阀10，通过减压阀精密控制输出 系统的压力，实现水合物实验气体的回收与再用。在排气/液管道上接有超压 保护机构，由气控阀16、电磁阀17、继电器24、压力传感器21、多功能数 据采集卡22、计算机23及其检测控制软件构成，由压力传感器检测高压容 器20中的压力值，多功能数据采集卡采集压力值，计算机判断系统压力值并 指令控制继电器的断开和闭合，继电器控制电磁阀、气控阀相应开与关实现 超压保护。
在排气/液管道上由压力传感器检测高压容器20中的压力值，并将检测 的信息传递给多功能数据采集卡22，计算机上的软件读取多功能数据采集卡 22上的压力值，判断系统压力值是否在安全允许值之内，当系统压力超过或 等于设定的安全许可最高值，计算机23就会发出指令打开电磁阀17，继电 器控制电磁阀的电路的开与关，电磁阀的开与关控制气控阀16相应开与关实 现超压保护。本装置自动泄压装置由电磁阀和气控阀构成，反应灵敏，动作 迅速，若超压则接通继电器控制电磁阀打开，接通低压气体驱使气控阀在高 压下自动泄压。本装置还备有手动开闭截止阀18进行泄压，在自动泄压失效 和高压容器20试压时使用。
本实用新型具有如下优点
1、 本实用新型结构简单，具有防爆、输出压力可调、升压速度可控、操 作方便、性能可靠等特点，可对多种水合物实验提供统一压力控制，可以对 天然气水合物模拟实验中的高压流体进行集中控制，进出管道连接快速。
2、 本实用新型能在实验前对高压容器的高压密封性进行检测，工作时可 以检测实验压力是否在安全工作压力范围内，当压力超过设定安全值时，系 统能自动卸荷，保证了实验人员安全。
3、 本装置主要用于科学试验研究，具备很强的社会效益，能够为各类水 合物实验提供方便安全的压力环境和相应的控制功能。以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
图l为本实用新型天然气水合物模拟实验用高压控制装置结构原理图。
图2为本实用新型超压保护控制流程图。
图l中1、气驱液体增压泵，2、 11、压力表，3、低压调压阀，4、空气 过滤器，5、液体过滤器，6、 7、 8、 9、针阀，10、高压减压阀，12、气体回 收口， 13、卸荷口， 14、驱动气体进气口， 15、高压实验气体进口， 16、气 控阀，17、 2位3通电磁阀，18、 25、截止阀，19、气/液两用过滤器，20、高 压容器，21、压力传感器，22、多功能数据采集卡，23、计算机，24、继电 器。图中虚线大方框为金属台柜，被本装置检测与控制的高压容器20用虚线 表不。
具体实施方式

实施例l:本实用新型天然气水合物模拟实验用高压控制装置，包括有 一个100mmX80mmX80mm金属控制台柜，控制台柜内安装有试压控制管道、排 气/液管道和高压进气/液管道，气驱液体增压泵l、超压保护系统及控制管道 的开/关针阀。用金属薄板组装成的控制台柜后板可拆卸，便于检修台柜内的 部件，压力表2、 11，针阀6、 7、 8、 9和截止阀18、 25安装在操作面板上；连 接管路采用不锈钢制成，高压进气/液管道、排气/液管道接口采用快插接口 与高压容器20连接；气驱液体增压泵用于对高压容器进行试压操作；在卸荷 管路上安装有由电磁阀17控制的气控阀16;计算机23通过高压容器内的压力 传感器21检测、判断系统压力，若系统超压计算机发出报警并通过软件指令 接通继电器24、打开电磁阀，接通低压气体使气控阀打开在高压下自动泄压。 本装置还备有手动泄压截止阀18，在自动泄压失效和高压容器试压时使用。 实施例2:将本实用新型天然气水合物模拟实验用高压控制装置用于进行
水合物合成实验，结合图l、图2，实验过程如下
(1)试压时，先将针阀6、 7、 9和截止阀25关闭，空气压縮机出来的低 压气体经过滤器4进入低压调压阔3，旋转低压调压阀3，使压力表2指向气驱 液动增压泵l的启动压力值，然后打开截止阀25，使低压气体进入气驱液动增 压泵l，驱动泵工作。试压过程中通过低压调压阔3和压力表2控制增压泵1的 输出压力，对高压容器20进行试压，泵的最高工作压力为71MPa。试压结束时，先缓缓打开针阀6使高压容器20卸压，然后旋转低压调压阀3使压力表2指向0，
最后关闭截止阀25和空压机；
(2) 水合物合成实验时，将

图1中针阀6、 7、 8关闭，打开针阔9，高压 气体通过高压实验气体进口15进入高压容器20。水合物分解实验时，关闭针 阀9，打开针阀7和针阀8，然后转动高压减压阀IO，把出口压力减低到一定值 后通过气体回收口12将高压容器中的气体回收；
(3) 水合物实验过程中，气控阀16处于常闭状态。压力传感器21检测高 压容器20中的压力值，并将检测结果的信息传递给多功能数据采集卡22，计 算机23上的软件读取多功能数据采集卡22上的压力值并与系统设定的安全许 可的最高压力值做比较，当系统压力超过或等于这个值时，计算机23就会发 出指令接通继电器24，打开电磁阔17，让低压驱动气体进入气控阀16，从而 推动气控阀16打开并通过卸荷口13进行卸荷，实现超压自动保护功能。气控 阀的驱动压力在0.45 — 0. 55MPa之间，最大卸载压力13腦Pa。低压驱动气体由 空气压縮机产生，通过驱动气体进气口14进入控制台柜内。截止阀18是用来 实现手动卸荷功能，在自动泄压失效和高压容器试压时使用。
(4) 压力传感器21的输出信号为模拟电压信号，通过多功能数据卡22实 现A/D转换，被计算机23读取。计算机23上的软件对采集的压力数据进行检测 超过或等于允许值，计算机就发出警报声，同时向多功能数据采集卡22发送 数字1开关量，使八路继电器24接通，电磁阀17通电打开，从而低压气体进入 气控阀16将其打开泄压。压力进入正常值时关闭气控阀16，计算机23向与继 电器24相连的多功能数据采集卡22相应通道发送数字0开关量，继电器24关 闭，电磁阀17、气控阀16也随之关闭。
本实用新型天然气水合物模拟实验用高压控制装置，具有结构简单，防 爆、输出压力可调、升压速度可控、操作方便、性能可靠等特点，可对多种 水合物实验提供统一压力控制，本装置主要用于科学试验研究，具备很强的 社会效益，能够为各类水合物实验提供方便安全的压力环境和相应的控制功
权利要求1.一种天然气水合物模拟实验用高压控制装置，包括有操作面板的金属台柜和超压保护机构，安装有试压控制管道、排气/液管道和高压进气/液管道，其特征在于在试压控制管道上由外接的空气压缩机输送的气体通过空气过滤器、带有输出压力表(2)的低压调压阀和截止阀(25)进入气驱液体增压泵，预增压的介质水通过过滤器(5)进入气驱液体增压泵，增压后通过高压管道进入高压容器；气控阀的低压驱动气体由空气压缩机产生，经驱动气体进气口、截止阀、2位3通电磁阀和气控阀连接到气/液两用过滤器；在排气/液管道上，高压容器内的出气口通过气/液两用过滤器与针阀(7)连接，针阀(7)与安装有压力表(11)的高压减压阀连接，高压减压阀通过针阀(8)经气体回收口将高压容器中的气体回收；在排气/液管道上接有超压保护机构，超压保护机构备有自动泄压和手动泄压的设置，由计算机指令控制继电器、电磁阀、气控阀自动打开和闭合或截止阀手动开闭通过卸荷口泄压；在高压进气/液管道上高压实验气体从高压实验气体进口(15)进入，经针阀(9)连接到高压容器；计算机通过安装在高压容器内的压力传感器、多功能数据采集卡采集、检测高压容器内的系统压力并进行压力控制；控制台柜用金属薄板组装，后板可拆卸；压力表(2)、(11)，针阀(6)、(7)、(8)、(9)和截止阀(18)、(25)安装在操作面板上。
2. 根据权利要求l所述的天然气水合物模拟实验用高压控制装置，其特 征在于连接管路采用不锈钢制成，高压进气/液管道、排气/液管道接口采用 快插接口与高压容器连接。
3. 根据权利要求1所述的天然气7jC合物模拟实验用高压控制装置，其特征 在于气驱液动增压泵的驱动介质为空气，增压介质为水，试压压力最高为71MPa。
4. 根据权利要求1所述的天然气水合物模拟实验用高压控制装置，其特 征在于在排气/液管道上接有超压保护机构，由气控阀、电磁阀、继电器、压力传感器、多功能数据采集卡、计算机及其控制软件构成，由压力传感器检 测高压容器(20)中的压力值，多功能数据采集卡采集压力值，计算机判断 系统压力值并指令控制继电器的断开和闭合，继电器控制电磁阀、气控阀相应开与关实现超压保护。
5.根据权利要求l所述的天然气水合物模拟实验用高压控制装置，其特 征在于手动泄压截止阀(18)在自动泄压失效和高压容器试压时使用。
专利摘要本实用新型涉及一种天然气水合物模拟实验用高压控制装置，包括有操作面板的金属台柜，安装有不锈钢制的气/液管道、开/关针阀、气驱液体增压泵、超压保护系统和计算机。高压进气/液管道、排气/液管路的对外接口采用快插方式连接，气驱液体增压泵用于对高压容器进行试压操作，高压减压阀用于气体回收和再用。在卸荷管路上安装电磁阀和气控阀，计算机通过高压容器内的压力传感器检测系统压力，超压时自动接通继电器、电磁阀和气控阀在高压下泄压，实现超压保护。本装置具有结构简单、防爆、输出压力可调、升压速度可控、操作方便、性能可靠等特点，可对多种水合物实验提供统一压力控制，实现天然气水合物模拟实验的快速进行，确保实验安全。
文档编号G01N31/12GK201322747SQ200820230460
公开日2009年10月7日 申请日期2008年12月18日 优先权日2008年12月18日
发明者关进安, 翔 吴, 宁伏龙, 凌 张, 兵 李, 涂运中, 蒋国盛 申请人:中国地质大学(武汉)