一種高溫高壓液體粘度測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明是關(guān)于一種高溫高壓液體粘度測量裝置及測量方法，所述的測量裝置包括高溫高壓系統(tǒng)以及測量系統(tǒng)，所述的測量系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、扭矩傳感器、驅(qū)動(dòng)磁筒、感應(yīng)磁筒、轉(zhuǎn)軸及攪拌槳；所述扭矩傳感器，一端與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，另一端與所述驅(qū)動(dòng)磁筒連接；所述驅(qū)動(dòng)磁筒，隨所述扭矩傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)；所述感應(yīng)磁筒，位于所述驅(qū)動(dòng)磁筒內(nèi)部，在磁力作用下隨所述驅(qū)動(dòng)磁筒轉(zhuǎn)動(dòng)；所述轉(zhuǎn)軸，一端與所述感應(yīng)磁筒遠(yuǎn)離所述扭矩傳感器的一端連接，另一端與所述攪拌槳連接，所述轉(zhuǎn)軸部分位于所述高溫高壓系統(tǒng)內(nèi)；所述攪拌槳，位于所述高溫高壓系統(tǒng)內(nèi)，所述攪拌槳包括多片環(huán)繞所述轉(zhuǎn)軸對(duì)稱設(shè)置的槳葉。本發(fā)明的測量裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)高溫高壓條件下液體粘度的精確測量。
【專利說明】一種高溫高壓液體粘度測量裝置及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高溫高壓液體粘度測量裝置及測量方法，屬于高溫高壓液體流動(dòng)性測定領(lǐng)域，特別是涉及一種適用于不穩(wěn)態(tài)的非牛頓流體尤其是油煤漿的粘度測量裝置及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中國是一個(gè)富煤貧油的國家，近年來，由于世界油價(jià)急劇上升以及國內(nèi)油資源的不斷消耗，中國每年有一半以上的石油需要進(jìn)口，對(duì)外的依存度較高，無論從經(jīng)濟(jì)還是戰(zhàn)略角度來看，都需要尋找一種能夠部分取代石油燃料的替代品。
[0003]褐煤或年輕的煙煤在高溫高壓下，在催化劑和供氫溶劑油的輔助下，在反應(yīng)器中進(jìn)行裂解加氫可以轉(zhuǎn)變成液體燃料和其他化學(xué)品，此種技術(shù)被稱為煤炭直接液化技術(shù)。褐煤或年輕的煙煤煤粉及供氫溶劑共同形成的油煤漿，在煤炭直接液化工藝中，油煤漿的流變性能是十分重要的工藝性問題。在煤炭直接液化工藝過程中，高濃度的油煤漿經(jīng)過預(yù)熱器后，其溫度會(huì)升高至400°C左右，此時(shí)，煤結(jié)構(gòu)單元之間的一些橋鍵已經(jīng)發(fā)生斷裂，從而產(chǎn)生自由基，自由基很不穩(wěn)定，如果沒有高壓氫氣環(huán)境以及溶劑分子的分隔，自由基會(huì)重新縮合成大分子，從而導(dǎo)致油煤漿的流變特性發(fā)生明顯改變，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生突變結(jié)焦從而堵塞輸送管線，使整個(gè)系統(tǒng)阻力增加，傳熱和傳質(zhì)工況惡化，進(jìn)而影響整個(gè)煤液化工藝系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，了解油煤漿的流變性能對(duì)煤直接液化工藝的開發(fā)與設(shè)計(jì)是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]一方面，本發(fā)明提供了一種高溫高壓液體粘度測量裝置，其包括高溫高壓系統(tǒng)以及測量系統(tǒng)，所述高溫高壓系統(tǒng)，用于為液體提供高溫高壓環(huán)境，所述的測量系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、扭矩傳感器、驅(qū)動(dòng)磁筒、感應(yīng)磁筒、轉(zhuǎn)軸及攪拌槳；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于為所述扭矩傳感器提供驅(qū)動(dòng)力；所述扭矩傳感器，一端與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，另一端與所述驅(qū)動(dòng)磁筒連接；所述驅(qū)動(dòng)磁筒，隨所述扭矩傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)；所述感應(yīng)磁筒，位于所述驅(qū)動(dòng)磁筒內(nèi)部，在磁力作用下隨所述驅(qū)動(dòng)磁筒轉(zhuǎn)動(dòng)；所述轉(zhuǎn)軸，一端與所述感應(yīng)磁筒遠(yuǎn)離所述扭矩傳感器的一端連接，另一端與所述攪拌槳連接，所述轉(zhuǎn)軸部分位于所述高溫高壓系統(tǒng)內(nèi)；所述攪拌槳，位于所述高溫高壓系統(tǒng)內(nèi)，所述攪拌槳包括多片環(huán)繞所述轉(zhuǎn)軸對(duì)稱設(shè)置的槳葉。
[0005]較佳的，所述測量系統(tǒng)，還包括:支架，用于固定所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)及所述扭矩傳感器。
[0006]較佳的，所述的高溫高壓系統(tǒng)包括密封的反應(yīng)釜及加熱裝置；所述的反應(yīng)釜，包括:釜體，其一端為開口端，所述開口端一側(cè)設(shè)有進(jìn)氣管，與所述進(jìn)氣管相背的一側(cè)設(shè)有出氣管；以及釜蓋，與所述開口端密閉連接，所述釜蓋上設(shè)有安裝孔，用于與所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述加熱裝置，用于為所述釜體加熱。
[0007]較佳的，所述的高溫高壓系統(tǒng)還包括:數(shù)顯壓力傳感器，用于測定所述釜體內(nèi)的壓力；熱電偶，位于所述釜體內(nèi)，所述熱電偶遠(yuǎn)離觸點(diǎn)的一端與所述釜蓋連接，觸點(diǎn)所在端位于所述攪拌槳上方且距所述攪拌槳2-5mm。[0008]較佳的，所述測量系統(tǒng)還包括:冷卻裝置，套設(shè)在所述轉(zhuǎn)軸外部與所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，并且所述冷卻裝置一端與所述驅(qū)動(dòng)磁筒轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端與所述安裝孔固定連接。
[0009]較佳的，所述攪拌槳還包括兩個(gè)固定圓盤，所述的兩個(gè)固定圓盤上、下相對(duì)設(shè)置，所述轉(zhuǎn)軸依次穿過所述兩個(gè)固定圓盤的圓心并與所述的兩個(gè)固定圓盤固定連接；所述的槳葉，其上部通過一所述固定圓盤固定，其下部通過另一所述固定圓盤固定，所述槳葉上部遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)軸的一端為30-50°倒角，所述槳葉下部從遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)軸的一端至靠近所述轉(zhuǎn)軸的一端逐漸向下擴(kuò)張，形成、弧線形結(jié)構(gòu)。
[0010]較佳的，所述的高溫高壓液體粘度測量裝置，還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括第一數(shù)據(jù)采集模塊、第一控制模塊、第二數(shù)據(jù)采集模塊、第二控制模塊及第三控制模塊:所述第一控制模塊，用于控制所述加熱裝置為所述反應(yīng)釜加熱，同時(shí)控制所述測量系統(tǒng)開始工作；所述第一數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集所述高溫高壓系統(tǒng)的溫度值并將其傳給所述第二控制模塊；所述第二控制模塊，用于將所述溫度值與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，當(dāng)所述溫度值達(dá)到所述預(yù)設(shè)值時(shí)，控制所述第二數(shù)據(jù)采集模塊開啟；所述第二數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集所述扭矩傳感器的扭矩值并將其發(fā)送給所述第三控制模塊；所述第三控制模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的所述高溫高壓液體粘度測量裝置的功率曲線將所述扭矩值換算成相應(yīng)的粘度值。 [0011]另一方面，本發(fā)明提供了一種高溫高壓液體粘度測量方法，使用上述高溫高壓液體粘度測量裝置進(jìn)行測量，所述測量方法包括:
[0012]首先，將液體加入到所述高溫高壓系統(tǒng)中，使其沒過所述攪拌槳；
[0013]然后，將所述高溫高壓系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)壓力值；
[0014]之后，給所述高溫高壓系統(tǒng)的升溫，升溫的同時(shí)開啟所述測量系統(tǒng)，使所述攪拌槳的轉(zhuǎn)速為 300-1000rpm/min ；
[0015]最后，當(dāng)溫度升至預(yù)設(shè)溫度值時(shí)，采集所述扭矩傳感器的扭矩值，根據(jù)所述高溫高壓液體粘度測量裝置的功率曲線，將所述扭矩值轉(zhuǎn)換成高溫高壓液體的粘度值。
[0016]較佳的，所述液體為粘度為0_3000mPa.s的油煤漿。
[0017]較佳的，所述功率曲線通過以下方法獲得:
[0018]選取幾種已知密度及粘度的液體，按照下列公式繪制功率曲線:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種高溫高壓液體粘度測量裝置，其包括高溫高壓系統(tǒng)以及測量系統(tǒng)，所述高溫高壓系統(tǒng)，用于為液體提供高溫高壓環(huán)境，其特征在于: 所述的測量系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、扭矩傳感器、驅(qū)動(dòng)磁筒、感應(yīng)磁筒、轉(zhuǎn)軸及攪拌槳； 所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于為所述扭矩傳感器提供驅(qū)動(dòng)力； 所述扭矩傳感器，一端與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，另一端與所述驅(qū)動(dòng)磁筒連接； 所述驅(qū)動(dòng)磁筒，隨所述扭矩傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)； 所述感應(yīng)磁筒，位于所述驅(qū)動(dòng)磁筒內(nèi)部，在磁力作用下隨所述驅(qū)動(dòng)磁筒轉(zhuǎn)動(dòng)； 所述轉(zhuǎn)軸，一端與所述感應(yīng)磁筒遠(yuǎn)離所述扭矩傳感器的一端連接，另一端與所述攪拌槳連接，所述轉(zhuǎn)軸部分位于所述高溫高壓系統(tǒng)內(nèi)； 所述攪拌槳，位于所述高溫高壓系統(tǒng)內(nèi)，所述攪拌槳包括多片環(huán)繞所述轉(zhuǎn)軸對(duì)稱設(shè)置的槳葉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫高壓液體粘度測量裝置，其特征在于，所述測量系統(tǒng)，還包括: 支架，用于固定所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)及所述扭矩傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫高壓液體粘度測量裝置，其特征在于: 所述的高溫高壓系統(tǒng)包括密封 的反應(yīng)釜及加熱裝置； 所述的反應(yīng)爸，包括: 釜體，其一端為開口端，所述開口端一側(cè)設(shè)有進(jìn)氣管，與所述進(jìn)氣管相背的一側(cè)設(shè)有出氣管；以及 釜蓋，與所述開口端密閉連接，所述釜蓋上設(shè)有安裝孔，用于與所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接； 所述加熱裝置，用于為所述釜體加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫高壓液體粘度測量裝置，其特征在于，所述的高溫高壓系統(tǒng)還包括: 數(shù)顯壓力傳感器，用于測定所述釜體內(nèi)的壓力； 熱電偶，位于所述釜體內(nèi)，所述熱電偶遠(yuǎn)離觸點(diǎn)的一端與所述釜蓋連接，觸點(diǎn)所在端位于所述攪拌槳上方且距所述攪拌槳2-5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫高壓液體粘度測量裝置，其特征在于，所述測量系統(tǒng)還包括: 冷卻裝置，套設(shè)在所述轉(zhuǎn)軸外部與所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，并且所述冷卻裝置一端與所述驅(qū)動(dòng)磁筒轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端與所述安裝孔固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫高壓液體粘度測量裝置，其特征在于: 所述攪拌槳還包括兩個(gè)固定圓盤，所述的兩個(gè)固定圓盤上、下相對(duì)設(shè)置，所述轉(zhuǎn)軸依次穿過所述兩個(gè)固定圓盤的圓心并與所述的兩個(gè)固定圓盤固定連接； 所述的槳葉，其上部通過一所述固定圓盤固定，其下部通過另一所述固定圓盤固定，所述槳葉上部遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)軸的一端為30-50°倒角，所述槳葉下部從遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)軸的一端至靠近所述轉(zhuǎn)軸的一端逐漸向下擴(kuò)張，形成、弧線形結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫高壓液體粘度測量裝置，其特征在于，還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括第一數(shù)據(jù)采集模塊、第一控制模塊、第二數(shù)據(jù)采集模塊、第二控制模塊及第三控制模塊:所述第一控制模塊，用于控制所述加熱裝置為所述反應(yīng)釜加熱，同時(shí)控制所述測量系統(tǒng)開始工作； 所述第一數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集所述高溫高壓系統(tǒng)的溫度值并將其傳給所述第二控制模塊； 所述第二控制模塊，用于將所述溫度值與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，當(dāng)所述溫度值達(dá)到所述預(yù)設(shè)值時(shí)，控制所述第二數(shù)據(jù)采集模塊開啟； 所述第二數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集所述扭矩傳感器的扭矩值并將其發(fā)送給所述第三控制模塊； 所述第三控制模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的所述高溫高壓液體粘度測量裝置的功率曲線將所述扭矩值換算成相應(yīng)的粘度值。
8.—種高溫高壓液體粘度測量方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)提供的高溫高壓液體粘度測量裝置進(jìn)行測量，所述測量方法包括: 首先，將液體加入到所述高溫高壓系統(tǒng)中，使其沒過所述攪拌槳； 然后，將所述高溫高壓系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)壓力值； 之后，給所述高溫高壓系統(tǒng)的升溫，升溫的同時(shí)開啟所述測量系統(tǒng)，使所述攪拌槳的轉(zhuǎn)速為 300-1000rpm/min ； 最后，當(dāng)溫度升至預(yù)設(shè)溫度值時(shí)，采集所述扭矩傳感器的扭矩值，根據(jù)所述高溫高壓液體粘度測量裝置的功率曲線，將所述扭矩值轉(zhuǎn)換成高溫高壓液體的粘度值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高溫高壓液體粘度測量方法，其特征在于:所述液體為粘度為0-3000mPa.s的油煤漿。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高溫高壓液體粘度測量方法，其特征在于，所述功率曲線通過以下方法獲得: 選取幾種已知密度及粘度的液體，按照下列公式繪制功率曲線:
【文檔編號(hào)】G01N11/14GK103760066SQ201410008655
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月8日
【發(fā)明者】顏丙峰, 吳艷, 李培霖, 張曉靜, 毛學(xué)鋒, 王雨, 王勇, 趙淵, 鐘金龍, 黃澎, 石智杰, 胡發(fā)亭, 張帆, 孫竟曄, 李偉林, 趙鵬 申請(qǐng)人:煤炭科學(xué)研究總院