專利名稱：煤的高壓等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種煤的高壓等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，屬于煤礦實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煤的等溫吸附實(shí)驗(yàn)是指導(dǎo)煤層瓦斯抽采和煤層氣資源可采性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，其測(cè)定精度直接關(guān)系到煤層瓦斯抽采方法的選擇和效果。目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)煤炭需求迅速膨脹，礦井以每年20m的速度向深部延伸，礦井的煤層瓦斯含量、煤層瓦斯壓力隨之增加，瓦斯突出等突發(fā)事故頻發(fā)，給井下安全生產(chǎn)造成極大影響。為適應(yīng)煤礦生產(chǎn)這一變化，繼續(xù)為安全生產(chǎn)提供有價(jià)值的基礎(chǔ)參數(shù)，為煤礦瓦斯抽采及瓦斯突出預(yù)防提供一定的理論依據(jù)，在測(cè)試煤的吸附常數(shù)時(shí)就必須更加逼真的模仿真實(shí)環(huán)境，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性。 但現(xiàn)有國(guó)內(nèi)的等溫吸附儀難以滿足這方面的要求，不僅存在氣密性低，承壓性能差的缺點(diǎn)，而且耐用性差，還易損壞。如何設(shè)計(jì)一種耐用性好、模仿效果逼真的煤的高壓等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，就成為本實(shí)用新型想要解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述現(xiàn)有情況，本實(shí)用新型旨在提供一種吸附壓力高、密封性好、耐用性強(qiáng)、易于操作的煤的高壓等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的煤的高壓等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，包括相對(duì)獨(dú)立的電子天平和真空干燥器，以及相互信號(hào)連接的等溫吸附平衡系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；等溫吸附平衡系統(tǒng)包括恒溫箱、樣品罐、參考罐、精密壓力表、真空泵和甲烷氣瓶；樣品罐和參考罐位于恒溫箱中，樣品罐和參考罐為密封罐體，罐體之間通過支線管路連通，并且支線管路上與樣品罐和參考罐分別對(duì)應(yīng)設(shè)有支線閥門；甲烷氣瓶和真空泵位于恒溫箱外，甲烷氣瓶通過管路連接在兩個(gè)支線閥門之間的支線管路上，管路上設(shè)有針閥和精密壓力表；真空泵與管路連通；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊、壓力變送器和為工控機(jī)提供電力的穩(wěn)壓電源，壓力變送器分別連接在與樣品罐和參考罐對(duì)應(yīng)的支線閥門內(nèi)側(cè)的支線管路上，壓力變送器通過數(shù)據(jù)采集模塊與恒溫箱外的工控機(jī)連通。所述恒溫箱內(nèi)連接的樣品罐和參考罐的數(shù)量為一對(duì)以上。本實(shí)用新型所述的煤的高壓等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，其優(yōu)點(diǎn)在于I、與現(xiàn)有等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置相比，密封性更好，吸附壓力可達(dá)到16MPa，高于國(guó)內(nèi)設(shè)備吸附壓力，滿足了礦井向深部延伸、瓦斯壓力增大的試驗(yàn)需要。2、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，壓力變送器精度高，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確、可靠。3、真空脫氣功能可以完成煤樣實(shí)驗(yàn)如真空脫氣和系統(tǒng)管網(wǎng)、樣品Si!和參考Si!內(nèi)空間體積的標(biāo)定。4、恒溫箱可以保持樣品罐和參考罐在吸附過程中處于恒溫狀態(tài)，使吸附過程在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境下進(jìn)行，保證了模擬過程的準(zhǔn)確性。5、數(shù)據(jù)采集模塊可以實(shí)現(xiàn)壓力數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，并經(jīng)工控機(jī)自動(dòng)處理后，匯總形成吸附曲線，大大簡(jiǎn)化了操作過程，提高了工作效率。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖I對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述本實(shí)用新型所述的煤的高壓等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，包括相對(duì)獨(dú)立的電子天平和真空干燥器，以及相互信號(hào)連接的等溫吸附平衡系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。等溫吸附平衡系統(tǒng)包括 恒溫箱2、一對(duì)樣品罐5和參考罐6，以及精密壓力表11、真空泵4和甲烷氣瓶I。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)則包括工控機(jī)3、位于工控機(jī)3內(nèi)的數(shù)據(jù)采集模塊、壓力變送器9和為工控機(jī)3提供電力的穩(wěn)壓電源12。電子天平用于試驗(yàn)煤樣的重量測(cè)量，以確定試驗(yàn)用煤樣的質(zhì)量、體積等參數(shù)，為后續(xù)瓦斯吸附計(jì)算過程做準(zhǔn)備。真空干燥器用于對(duì)試驗(yàn)煤樣進(jìn)行加熱干燥，以去除水分、吸附氣體等，避免外界因素對(duì)吸附實(shí)驗(yàn)過程造成影響。等溫吸附平衡系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是試驗(yàn)過程的核心設(shè)備，其中，等溫吸附平衡系統(tǒng)主要為吸附試驗(yàn)提供恒溫環(huán)境，同時(shí)，模擬瓦斯吸附過程，實(shí)現(xiàn)吸附過程的真實(shí)、準(zhǔn)確和可靠再現(xiàn)。恒溫環(huán)境用恒溫箱2來(lái)實(shí)現(xiàn)，一對(duì)樣品罐5和參考罐6分別固定在恒溫箱2內(nèi)，樣品罐5用于盛放試驗(yàn)煤樣，參考罐6用于盛裝甲烷氣體。為模擬吸附過程和實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量，樣品罐5和參考罐6都為密封罐體，在樣品罐5和參考罐6之間通過支線管路10連通，并且在支線管路10上與樣品罐5和參考罐6分別對(duì)應(yīng)設(shè)有支線閥門13，從而分別控制樣品罐5和參考罐6在支線管路10上的連通，完成模擬吸附。甲烷氣瓶I和真空泵4位于恒溫箱2外，甲烷氣瓶I通過管路7連接在兩個(gè)支線閥門13之間的支線管路10上，并通過與參考罐6對(duì)應(yīng)的支線閥門為參考罐6提供試驗(yàn)用甲烷氣體。而為控制管路7上甲烷氣體的有序輸入，在管路7上還設(shè)有針閥8和精密壓力表11，針閥8可以調(diào)整控制甲烷氣體的輸入量，精密壓力表11可以直接顯示壓力信息，保證管路7上甲烷氣體輸入過程可以順利、有序進(jìn)行。為排除實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各連接通路及罐體內(nèi)的氣體，為吸附過程提供一個(gè)純凈、逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，恒溫箱2外的真空泵4通過管道直接連接在恒溫箱2內(nèi)的管路7上，隨著各閥門的開啟，真空泵4可將各罐體及連接通路中的氣體吸出，形成所需的真空環(huán)境。當(dāng)然，真空泵4上還會(huì)設(shè)有壓力表，以使操作者能隨時(shí)了解壓力狀況，而真空泵4上還會(huì)設(shè)有排氣管路和放氣閥，以使工作完成后，隨時(shí)釋放管路7中存在的壓力，方便后續(xù)使用。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，壓力變送器9分別連接在與樣品罐5和參考罐6對(duì)應(yīng)的支線閥門內(nèi)側(cè)的支線管路10上，壓力變送器9可隨時(shí)探測(cè)樣品罐5和參考罐6內(nèi)的壓力參數(shù)，并通過數(shù)據(jù)采集模塊傳送到恒溫箱2外的工控機(jī)3中，工控機(jī)3將接收數(shù)據(jù)歸納匯總后，就可得到所需的高壓環(huán)境下的煤樣吸附曲線。[0023]當(dāng)然，上述恒溫箱2內(nèi)連接的樣品罐5和參考罐6的數(shù)量也可為更多對(duì)，不同的樣品罐5中可盛裝不同數(shù)量的煤樣，使試驗(yàn)過程可以更快、更好的進(jìn)行，其具體使用可根據(jù)試驗(yàn)需要而定。具體工作步驟為選取煤樣，通過電子天平進(jìn)行稱量，并放入真空干燥器中進(jìn)行加熱、干燥，然后，將處理好的干燥煤樣裝入樣品罐5中，開啟針閥8和與樣品罐5對(duì)應(yīng)的支線閥門，關(guān)閉與參考罐6對(duì)應(yīng)的支線閥門，啟動(dòng)真空泵4，對(duì)樣品罐5進(jìn)行真空脫氣，對(duì)應(yīng)的壓力變送器隨時(shí)探測(cè)樣品罐5內(nèi)的壓力信息，并通過數(shù)據(jù)采集模塊傳送到工控機(jī)3中，最終測(cè)定出樣品罐5的自由體積；接著，關(guān)閉與樣品罐5對(duì)應(yīng)的支線閥門，相應(yīng)開啟與參考罐6對(duì)應(yīng)的支線閥門，利用真空泵4對(duì)參考罐6進(jìn)行真空脫氣，與參考罐6對(duì)應(yīng)的壓力變送器隨時(shí)探測(cè)參考罐6內(nèi)壓力信息，最后，通過甲烷氣瓶I和管路7向參考罐6中充入一定體積瓦斯，關(guān)閉針閥8，待參考罐6內(nèi)壓力穩(wěn)定后，打開支線管路10上與樣品罐5對(duì)應(yīng)的支線閥門，使瓦斯進(jìn)入樣品罐5中，當(dāng)壓力達(dá)到平衡，進(jìn)入樣品罐5內(nèi)的甲烷氣體部份被吸附，而未被吸附甲烷氣體則游離在參考罐6以及樣品罐5的自由體積之中，壓力變送器9對(duì)罐體內(nèi)壓力進(jìn)行探測(cè)，經(jīng)數(shù)據(jù)采集模塊采集后，通過工控機(jī)3進(jìn)行探測(cè)數(shù)據(jù)匯總和計(jì)算，就可計(jì)算出試驗(yàn)煤樣吸附瓦斯的體積。重復(fù)這樣的測(cè)定，得出各壓力段平衡壓力與吸附體積的數(shù)量，連接 起來(lái)即為吸附等溫線。當(dāng)壓力由低向高采取充入甲烷氣體方式測(cè)試時(shí)，得到吸附等溫線；反之，壓力由高向低采取放出甲烷氣體方式測(cè)試時(shí)，就可得到解吸等溫線。至此，吸附試驗(yàn)完成。
權(quán)利要求1.煤的高壓等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括相對(duì)獨(dú)立的電子天平和真空干燥器，以及相互信號(hào)連接的等溫吸附平衡系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述等溫吸附平衡系統(tǒng)包括恒溫箱、樣品罐、參考罐、精密壓力表、真空泵和甲烷氣瓶；所述樣品罐和參考罐位于恒溫箱中，樣品罐和參考罐為密封罐體,罐體之間通過支線管路連通,并且支線管路上與樣品罐和參考罐分別對(duì)應(yīng)設(shè)有支線閥門；所述甲烷氣瓶和真空泵位于恒溫箱外，甲烷氣瓶通過管路連接在兩個(gè)支線閥門之間的支線管路上，管路上設(shè)有針閥和精密壓力表；所述真空泵與管路連通；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊、壓力變送器和為工控機(jī)提供電力的穩(wěn)壓電源，所述壓力變送器分別連接在與樣品罐和參考罐對(duì)應(yīng)的支線閥門內(nèi)側(cè)的支線管路上，壓力變送器通過數(shù)據(jù)采集模塊與恒溫箱外的工控機(jī)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤的高壓等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述恒溫箱內(nèi)連接的樣品罐和參考罐的數(shù)量為一對(duì)以上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種煤的高壓等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，包括相對(duì)獨(dú)立的電子天平和真空干燥器，以及相互信號(hào)連接的等溫吸附平衡系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，等溫吸附平衡系統(tǒng)包括恒溫箱、樣品罐、參考罐、精密壓力表、真空泵和甲烷氣瓶，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊、壓力變送器和穩(wěn)壓電源，樣品罐和參考罐位于恒溫箱中，甲烷氣瓶和真空泵位于恒溫箱外，樣品罐和參考罐上的壓力信息經(jīng)壓力變送器探測(cè)后，通過數(shù)據(jù)采集模塊傳送到恒溫箱外的工控機(jī)中，并最終匯總形成吸附曲線。該裝置密封性好，吸附壓力可達(dá)16MPa，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，操作簡(jiǎn)單、方便。
文檔編號(hào)G01N7/04GK202502025SQ20122006947
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者李祥春, 聶百勝 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)