專利名稱：一種瓦斯吸附解吸試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于瓦斯實驗裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種瓦斯吸附解吸試驗裝置。
背景技術(shù)：
煤層瓦斯含量和瓦斯壓力是表征煤層氣儲層特征的關(guān)鍵儲層參數(shù)，準(zhǔn)確獲取煤層瓦斯含量與瓦斯壓力對于煤層氣資源勘探開發(fā)和煤礦瓦斯災(zāi)害防治具有重要意義。按照煤層瓦斯含量井下直接測定方法(GBT23250-2009)和地勘時期煤層瓦斯含量測定方法(GB/T23249-2009)，煤層瓦斯含量等于解吸氣含量、殘余氣含量和損失氣含量三者之和。解吸氣含量和殘余氣含量是通過解吸試驗直接實測的；損失氣含量是煤樣從暴露到開始測定瓦斯解吸量期間所遺失的瓦斯量，無法直接測得，只能通過煤樣瓦斯解吸規(guī)律經(jīng)驗公式進(jìn)行估算。由于現(xiàn)場條件的制約，煤層瓦斯壓力往往無法直接測定，普遍采用郎繆爾方程由實測瓦斯含量反演計算煤層瓦斯壓力，郎繆爾方程中的兩個吸附常數(shù)a、b必須從等溫吸附試驗得出。因此，瓦斯吸附與解吸試驗有著現(xiàn)實意義。但是，目前還不存在能夠進(jìn)行等溫吸附與瓦斯放散的試驗裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、可進(jìn)行等溫瓦斯吸附-放散實驗、實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和實驗效率高的瓦斯吸附解吸試驗裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種瓦斯吸附解吸試驗裝置，包括充氣系統(tǒng)、脫氣系統(tǒng)、瓦斯吸附解吸系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)；充氣系統(tǒng)包括高壓氣源和高壓氣源上的氣體減壓閥；脫氣系統(tǒng)包括真空泵、復(fù)合真空計、真空規(guī)管和真空管系，真空管系上設(shè)有控制閥和真空抽氣控制閥，復(fù)合真空計和真空規(guī)管串聯(lián)在真空管系上，真空泵通過控制閥與真空管系相連接；瓦斯吸附解吸系統(tǒng)包括吸附單元和解吸單元，吸附單元包括充氣罐、煤樣罐和數(shù)據(jù)采集儀，充氣罐上設(shè)有充氣罐控制閥、儀表閥和壓力傳感器，充氣罐控制閥上設(shè)有充氣罐截止閥，煤樣罐上設(shè)有煤樣罐控制閥、儀表閥和壓力傳感器，煤樣罐控制閥上設(shè)有煤樣罐截止閥，煤樣罐截止閥與充氣罐控制閥相連，壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集儀相連，解吸單元包括瓦斯解吸速度測定儀、高精度瓦斯解吸速度測定儀和連通瓦斯解吸速度測定儀與高精度瓦斯解吸速度測定儀的三通閥，三通閥另一端與煤樣罐控制閥相連；充氣罐截止閥通過三通閥與氣體減壓閥和真空抽氣控制閥相連；溫度控制系統(tǒng)包括恒溫水浴和恒溫水浴上連通的恒溫器，吸附單元位于恒溫水浴內(nèi)。所述煤樣罐為四個，分別為第一煤樣罐、第二煤樣罐、第三煤樣罐和第四煤樣罐，每個煤樣罐上均設(shè)有煤樣罐控制閥、儀表閥和壓力傳感器，煤樣罐控制閥上設(shè)有煤樣罐截止閥，壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集儀相連，第一煤樣罐與第二煤樣罐通過各自的煤樣罐控制閥串聯(lián)為一組，第三煤樣罐與第四煤樣罐通過各自的煤樣罐控制閥串聯(lián)為一組；第一煤樣罐的煤樣罐截止閥與充氣罐控制閥之間設(shè)有吸附三通閥，第三煤樣罐通過煤樣罐截止閥與吸附三通閥相連；第二煤樣罐的煤樣罐截止閥上設(shè)有第一三通閥，第四煤樣罐的煤樣罐截止閥上設(shè)有第二三通閥，第一三通閥的另外兩端分別與瓦斯解吸速度測定儀和高精度瓦斯解吸速度測定儀相連，第二三通閥的另外兩端分別與瓦斯解吸速度測定儀和高精度瓦斯解吸速度測定儀相連。所述瓦斯解吸速度測定儀包括2個尺寸為Φ 150mmX 1000mm的大刻度解吸儀,高精度瓦斯解吸速度測定儀包括6根最小刻度為2ml的小刻度解吸儀。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是1、本發(fā)明包括充氣系統(tǒng)、脫氣系統(tǒng)、瓦斯吸附解吸系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單，用于煤的吸附常數(shù)、極限瓦斯解吸量的測定，可以測定出不同溫度、不同壓力、不同變質(zhì)程度和不同粒度條件下的損失氣量、鉆屑解吸指標(biāo)和擴散系數(shù)等參數(shù)，適合顆粒煤瓦斯吸附解吸規(guī)律的試驗；可模擬井下儲層環(huán)境，可同時進(jìn)行四組不同粒度碎屑煤樣在不同溫度條件的瓦斯吸附、解吸實驗，可進(jìn)行等溫吸附試驗、瓦斯放散試驗，并且能直接測定瓦斯解吸損失量和瓦斯極限解吸量；可同時做多組瓦斯吸附放散實驗，可有效提高實驗效率，測定精度高。2、本發(fā)明的恒溫水浴和恒溫器可使系統(tǒng)溫度恒定，排除氣源溫度不同的干擾，使煤樣瓦斯吸附解吸過程在同一溫度下進(jìn)行，可實現(xiàn)實驗的完整性和連續(xù)性。3、本發(fā)明各處的承壓管路為高壓膠管，可嚴(yán)格控制管路長度，盡最大可能減少管路的自由空間，使實驗數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。在進(jìn)行試驗容器體積標(biāo)定時，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)規(guī)范規(guī)定真空度須為IOPa以下才能滿足精度要求，然而一般脫氣系統(tǒng)很難達(dá)到此要求，本發(fā)明的脫氣系統(tǒng)配合使用新方法在真空度不大于IOOPa時，也可對系統(tǒng)自由空間進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)定。4、解吸單元包括大刻度的瓦斯解吸速度測定儀和小刻度的高精度瓦斯解吸速度測定儀，在做解吸測定時，瓦斯壓力快速平衡到大氣壓時期的瓦斯流量用瓦斯解吸速度測定儀來測定，瓦斯壓力平衡到大氣壓以后的時期用高精度瓦斯解吸速度測定儀來測定，既能在解吸初始階段避免死空間游`離瓦斯快速釋放給高精度瓦斯解吸速度測定儀帶來的巨大沖擊，又能消除死空間游離瓦斯的影響，方便確定解吸起始時間，對于解吸數(shù)據(jù)的經(jīng)過處理，建立相對應(yīng)的解吸規(guī)律模型，更加準(zhǔn)確的推算瓦斯損失量。5、本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集儀對所需收集的數(shù)據(jù)除解吸量外均為計算機自動采集，可減少人為讀數(shù)的誤差，采集精度高，可提高實驗準(zhǔn)確率和效率。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖1所示的瓦斯吸附解吸試驗裝置，其包括通過管路連接的充氣系統(tǒng)、脫氣系統(tǒng)、瓦斯吸附解吸系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)。充氣系統(tǒng)包括高壓氣源19和高壓氣源19上的氣體減壓閥22。高壓氣源19是由北京氦普氣體公司生產(chǎn)的濃度為99. 999%、壓力為13. 6Mpa的高純甲烷氣瓶，氣體減壓閥22將氣體調(diào)節(jié)到實驗所需的壓力，從而為瓦斯吸附解吸系統(tǒng)提供恒壓氣源。脫氣系統(tǒng)包括真空泵15、復(fù)合真空計8、真空規(guī)管12和真空管系13，在真空管系13的上部設(shè)有真空抽氣控制閥14、下部設(shè)有控制閥23，復(fù)合真空計8和真空規(guī)管12串聯(lián)后連接到真空管系13上部，真空泵15通過控制閥23與真空管系13相連接。復(fù)合真空計8的測量范圍為1. OX IO5 1.0X10_5Pa、控制精度為彡±1%。真空泵15為雙級旋片式真空泵。瓦斯吸附解吸系統(tǒng)包括吸附單元和解吸單元，吸附單元包括充氣罐18、第一煤樣罐9、第二煤樣罐92、第三煤樣罐93、第四煤樣罐94和數(shù)據(jù)采集儀6。在充氣罐18上設(shè)有充氣罐控制閥17、儀表閥16和壓力傳感器21，充氣罐控制閥17右端設(shè)有充氣罐截止閥24，充氣罐截止閥24通過三通閥28與氣體減壓閥22和真空抽氣控制閥14相連。煤樣罐9上設(shè)有煤樣罐控制閥5、儀表閥25和壓力傳感器26，煤樣罐控制閥5 —端設(shè)有煤樣罐截止閥11 ；煤樣罐92上設(shè)有煤樣罐控制閥52、儀表閥252和壓力傳感器262，煤樣罐控制閥52左端設(shè)有煤樣罐截止閥112 ;煤樣罐93上設(shè)有煤樣罐控制閥53、儀表閥253和壓力傳感器263，煤樣罐控制閥53右端設(shè)有煤樣罐截止閥113 ;煤樣罐94上設(shè)有煤樣罐控制閥54、儀表閥254和壓力傳感器264，煤樣罐控制閥54左端設(shè)有煤樣罐截止閥114。壓力傳感器21、壓力傳感器26、壓力傳感器262、壓力傳感器263和壓力傳感器264均連接在數(shù)據(jù)采集儀6上，可實時讀取各罐體內(nèi)的氣體壓力數(shù)值。第一煤樣罐9與第二煤樣罐92通過煤樣罐控制閥5和煤樣罐控制閥52串聯(lián)為一組，第三煤樣罐93與第四煤樣罐94通過煤樣罐控制閥53和煤樣罐控制閥54串聯(lián)為一組。第一煤樣罐9的煤樣罐截止閥11與充氣罐控制閥17之間設(shè)有吸附三通閥20，第三煤樣罐93通過煤樣罐截止閥113與該吸附三通閥20相連。第二煤樣罐92的煤樣罐截止閥11 2上連接有第一三通閥27、第四煤樣罐94的煤樣罐截止閥114上連接有第二三通閥3，第一三通閥27與第二三通閥3為玻璃三通閥。解吸單元包括瓦斯解吸速度測定儀2和高精度瓦斯解吸速度測定儀1，瓦斯解吸速度測定儀2包括2個尺寸為Φ 150mmX 1000mm的大刻度解吸儀，高精度瓦斯解吸速度測定儀I包括6根最小刻度為2ml的小刻度解吸儀，瓦斯壓力快速平衡到大氣壓時期的瓦斯流量用瓦斯解吸速度測定儀2來測定，瓦斯壓力平衡到大氣壓以后的時期用高精度瓦斯解吸速度測定儀I來測定。第一三通閥27其余兩端分別從左端與瓦斯解吸速度測定儀2和高精度瓦斯解吸速度測定儀I相連，第二三通閥3其余兩端分別從右端與瓦斯解吸速度測定儀2和高精度瓦斯解吸速度測定儀I相連，通過調(diào)節(jié)第一三通閥27和第二三通閥3來實現(xiàn)解吸單元的切換使用。溫度控制系統(tǒng)包括恒溫水浴7和恒溫水浴7上連通的恒溫器4，吸附單元位于恒溫水浴7內(nèi)，即充氣罐18及其上的充氣罐控制閥17、儀表閥16與壓力傳感器21、4個煤樣罐9及其上的煤樣罐控制閥5、儀表閥25與壓力傳感器26、數(shù)據(jù)采集儀6以及充氣罐截止閥24、三通閥20和三通閥28位于恒溫水浴7內(nèi)。恒溫水浴7為一大型自動恒溫水浴，實驗裝置放入恒溫水浴7中，通過調(diào)節(jié)水溫來控制整個實驗環(huán)境溫度。溫度控制系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)范圍為-10°C 90°C、溫度變化速度為2min/°C、溫度控制精度為±0. 05°C。在本發(fā)明中，數(shù)據(jù)采集儀6主要是由計算機自動采集恒溫水浴7的溫度、環(huán)境溫度、真空度、罐體內(nèi)氣體壓力和大氣壓力。在本實施方式中，煤樣罐9的尺寸為Φ50πιπιΧ 100mm，充氣罐18的容積為2000ml，
煤樣罐9與充氣罐18均設(shè)定兩層密封圈以保證罐體密封性；各處的承壓管路均為高壓膠管，高壓膠管內(nèi)徑為4_、耐64MPa氣體壓力，可減小自由空間的體積和提高實驗的安全性；截止閥和控制閥均耐16MPa氣體壓力。本發(fā)明進(jìn)行瓦斯吸附解吸規(guī)律實驗的步驟如下 (O實驗前準(zhǔn)備
選取采掘工作面的新鮮煤樣進(jìn)行嚴(yán)密封裝后送至實驗室，將新鮮煤樣粉碎、篩分成所需的粒度，分別選取相應(yīng)粒度的煤樣進(jìn)行工業(yè)分析、真密度和視密度等參數(shù)的測定。(2)實驗裝置檢測調(diào)試
檢查裝置以確保系統(tǒng)連接可靠，并用N2檢查裝置的氣密性；將煤樣烘干，稱取一定質(zhì)量的烘干煤樣裝入煤樣罐9中；然后，把打開煤樣罐控制閥5、煤樣罐截止閥11、真空抽氣控制閥14和充氣罐控制閥17，關(guān)閉儀表閥16和儀表閥25，打開真空泵15脫氣，直到真空表壓力顯示20Pa三小時以上即可關(guān)閉真空泵15 ;進(jìn)行煤樣罐9的體積測定及剩余體積測定；將系統(tǒng)與瓦斯解吸速度測定儀2接通，讀取量筒初始液面高度Ill ;最后，打開真空閥門使空氣進(jìn)入被測煤樣罐9及其管路中，此時量筒內(nèi)液面上升至h2，Il2-1ll的體積即為被測煤樣罐9及其管路的體積，同時記錄室內(nèi)大氣壓、室內(nèi)溫度、水溫，以便校正數(shù)據(jù)。(3)吸附實驗
將恒溫水浴7的溫度調(diào)到預(yù)定值，向充氣罐18充入一定量的瓦斯，記錄穩(wěn)定后的壓力值；然后，依次對煤樣罐9進(jìn)行充氣，當(dāng)壓力值低于預(yù)定值時，需對煤樣罐9進(jìn)行補氣，當(dāng)壓力值高于預(yù)定值時，則需對煤樣罐9進(jìn)行放氣，如此反復(fù)操作，直至壓力表連續(xù)3個小時讀數(shù)不變且吸附時間大于8h，則認(rèn)為吸附已達(dá)到平衡，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)；重復(fù)上述步驟，至少得到八組不同壓力條件下的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理分析計算可得吸附常數(shù)a、b值。(4)解吸實驗
在吸附試驗中，每次吸附平衡后，進(jìn)行瓦斯放散試驗。將吸附平衡后的煤樣罐9與高精度瓦斯解吸速度測定儀I接通后，測定隨時間變化解吸速度和累計氣體解吸量的變化規(guī)律。測定剛開始時，每隔Imin讀一次數(shù)，20min后隨時間的延長，氣體解吸量減小，讀數(shù)間隔適當(dāng)延長，總計測試時間為120min ;同時，記錄實驗室大氣溫度、解吸儀水槽溫度和大氣壓以便數(shù)據(jù)校正。不同溫度、壓力條件下瓦斯極限解吸量等于該溫度與壓力條件下的吸附量減去解吸溫度與壓力條件下的吸附量。由于剛開始解吸量大，要用瓦斯解吸速度測定儀2測定；當(dāng)氣體解吸量減小時，則換用高精度瓦斯解吸速度測定儀I測定。(5)實驗結(jié)束
整理實驗記錄，分析計算實驗數(shù)據(jù)。在步驟(2)中，為了保證實驗儀器體積標(biāo)定的準(zhǔn)確性，重復(fù)測試5次，取其平均值。不限于上述實施方式，本發(fā)明可固定于支架上，將本發(fā)明連同支架一起放置于恒溫水浴7中，且支架與升降裝置相連接。
權(quán)利要求
1.一種瓦斯吸附解吸試驗裝置，其特征在于，包括充氣系統(tǒng)、脫氣系統(tǒng)、瓦斯吸附解吸系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)；充氣系統(tǒng)包括高壓氣源和高壓氣源上的氣體減壓閥；脫氣系統(tǒng)包括真空泵、復(fù)合真空計、真空規(guī)管和真空管系，真空管系上設(shè)有控制閥和真空抽氣控制閥，復(fù)合真空計和真空規(guī)管串聯(lián)在真空管系上，真空泵通過控制閥與真空管系相連接；瓦斯吸附解吸系統(tǒng)包括吸附單元和解吸單元，吸附單元包括充氣罐、煤樣罐和數(shù)據(jù)采集儀，充氣罐上設(shè)有充氣罐控制閥、儀表閥和壓力傳感器，充氣罐控制閥上設(shè)有充氣罐截止閥，煤樣罐上設(shè)有煤樣罐控制閥、儀表閥和壓力傳感器，煤樣罐控制閥上設(shè)有煤樣罐截止閥，煤樣罐截止閥與充氣罐控制閥相連，壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集儀相連，解吸單元包括瓦斯解吸速度測定儀、高精度瓦斯解吸速度測定儀和連通瓦斯解吸速度測定儀與高精度瓦斯解吸速度測定儀的三通閥，三通閥另一端與煤樣罐控制閥相連；充氣罐截止閥通過三通閥與氣體減壓閥和真空抽氣控制閥相連；溫度控制系統(tǒng)包括恒溫水浴和恒溫水浴上連通的恒溫器，吸附單元位于恒溫水浴內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的瓦斯吸附解吸試驗裝置，其特征在于，所述煤樣罐為四個，分別為第一煤樣罐、第二煤樣罐、第三煤樣罐和第四煤樣罐，每個煤樣罐上均設(shè)有煤樣罐控制閥、儀表閥和壓力傳感器，煤樣罐控制閥上設(shè)有煤樣罐截止閥，壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集儀相連，第一煤樣罐與第二煤樣罐通過各自的煤樣罐控制閥串聯(lián)為一組，第三煤樣罐與第四煤樣罐通過各自的煤樣罐控制閥串聯(lián)為一組；第一煤樣罐的煤樣罐截止閥與充氣罐控制閥之間設(shè)有吸附三通閥，第三煤樣罐通過煤樣罐截止閥與吸附三通閥相連；第二煤樣罐的煤樣罐截止閥上設(shè)有第一三通閥，第四煤樣罐的煤樣罐截止閥上設(shè)有第二三通閥，第一三通閥的另外兩端分別與瓦斯解吸速度測定儀和高精度瓦斯解吸速度測定儀相連，第二三通閥的另外兩端分別與瓦斯解吸速度測定儀和高精度瓦斯解吸速度測定儀相連。
3.如權(quán)利要求1或2所述的瓦斯吸附解吸試驗裝置，其特征在于，所述瓦斯解吸速度測定儀包括2個尺寸為①150_X IOOOmm的大刻度解吸儀，高精度瓦斯解吸速度測定儀包括6根最小刻度為2ml的小刻度解吸儀。
全文摘要
一種瓦斯吸附解吸試驗裝置，包括充氣系統(tǒng)、脫氣系統(tǒng)、瓦斯吸附解吸系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，用于煤的吸附常數(shù)、極限瓦斯解吸量的測定，可以測定出不同溫度、不同壓力、不同變質(zhì)程度和不同粒度條件下的損失氣量、鉆屑解吸指標(biāo)和擴散系數(shù)等參數(shù)，適合顆粒煤瓦斯吸附解吸規(guī)律的試驗；可模擬井下儲層環(huán)境，可同時進(jìn)行四組不同粒度碎屑煤樣在不同溫度條件的瓦斯吸附、解吸實驗，可進(jìn)行等溫吸附試驗、瓦斯放散試驗，并且能直接測定瓦斯解吸損失量和瓦斯極限解吸量；可同時做多組瓦斯吸附放散實驗，可有效提高實驗效率，測定精度高。
文檔編號G01N7/04GK103033442SQ20121055792
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者魏建平, 王云剛, 李波, 鄢桂云, 吳松剛, 秦恒潔, 李盟 申請人:河南理工大學(xué)