一種海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，包括：天然氣水合物樣品大量快速制備模塊、天然氣水合物多尺度破碎及漿體保真轉(zhuǎn)移模塊、天然氣水合物漿體管輸特性實(shí)驗(yàn)?zāi)K、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測及安全控制模塊4個(gè)模塊。本實(shí)用新型提供的天然氣水合物實(shí)驗(yàn)回路裝置，可用于天然氣水合物的合成、分解、儲氣率、相平衡研究及管輸流動阻力、傳熱特性研究，對于解決天然氣管輸過程中的堵塞問題，天然氣水合物儲運(yùn)，海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采及其管輸實(shí)驗(yàn)?zāi)M具有重要意義。
【專利說明】
一種海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及天然氣水合物開采及其利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣水合物是一種非化學(xué)計(jì)量的超分子籠狀化合物，Im3水合物可儲存160?ISOm3的天然氣，具有分布范圍廣、成藏規(guī)模大、儲能密度高的特點(diǎn)，被公認(rèn)為是21世紀(jì)重要的替代能源。目前，基于傳統(tǒng)的注熱、降壓、注劑等開采方法的室內(nèi)模擬在全世界范圍內(nèi)展開。但天然氣水合物開采基本理論、潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和成本風(fēng)險(xiǎn)尚未解決，技術(shù)瓶頸仍無根本突破。因此，研究天然氣水合物在管道中的流動和傳熱特性，對海洋天然氣水合物的開采具有戰(zhàn)略意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于針對上述問題，提供一種海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)。
[0004]—種海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，包括:天然氣水合物樣品大量快速制備模塊、天然氣水合物多尺度破碎及漿體保真轉(zhuǎn)移模塊、天然氣水合物漿體管輸特性實(shí)驗(yàn)?zāi)K、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測及安全控制模塊4個(gè)模塊;其中，
[0005]所述天然氣水合物樣品大量快速制備模塊包括:氣體輸送管路、液體輸送管路、噴淋裝置、鼓泡裝置、攪拌裝置；
[0006]其中，所述氣體輸送管路用于將氣瓶中的氣體輸送至反應(yīng)釜中；該氣體輸送管路由氣瓶的出口通過管路與反應(yīng)釜底部的氣體入口a連通；
[0007]所述液體輸送管路用于將水箱的水輸送至反應(yīng)釜內(nèi)；該液體輸送管路由水箱的出口通過管路與反應(yīng)釜液相入口 c連通，液體輸送管路上設(shè)置有柱塞栗；
[0008]所述噴淋裝置包括:在反應(yīng)釜的頂部設(shè)置有噴淋器，該噴淋器通過管路與反應(yīng)釜液相入口 c連通，在該連通的管路上設(shè)置有液體循環(huán)栗；
[0009]所述鼓泡裝置包括在反應(yīng)釜內(nèi)的底部設(shè)置有鼓泡器；
[0010]所述攪拌裝置在所述反應(yīng)釜內(nèi)安裝有攪拌器，該攪拌器的攪拌粉碎槳采用推進(jìn)槳葉形式，且在槳葉下方安裝有破碎牙錐；
[0011 ]所述天然氣水合物多尺度破碎及漿體保真轉(zhuǎn)移模塊包括:包括天然氣水合物混合相保真運(yùn)移管路和水路兩部分;其中，所述天然氣水合物混合相保真運(yùn)移管路由反應(yīng)釜混合相出口 i通過管路與循環(huán)栗的入口連通;所述所述水路由水箱通過管路與循環(huán)栗的入口連通，該兩部分通過循環(huán)栗進(jìn)一步混合后與天然氣水合物漿體管輸特性實(shí)驗(yàn)?zāi)K連接；
[0012]所述天然氣水合物漿體管輸特性實(shí)驗(yàn)?zāi)K包括垂直管輸回路、水平管輸回路及高壓透明可視管；
[0013]所述垂直管輸回路包括與循環(huán)栗的出口連通設(shè)置的垂直管路;所述水平管輸回路包括與循環(huán)栗的出口連通設(shè)置的水平管路;在所述垂直管輸回路、水平管輸回路上均設(shè)置有在線粒度測量儀、管道加熱器及高壓透明可視管；
[0014]所述數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測及安全控制模塊包括計(jì)算機(jī)，以及與計(jì)算機(jī)連接的電阻率測量點(diǎn)C、壓力測量點(diǎn)P、溫度測量點(diǎn)T、液位測量點(diǎn)L，單相、多相流體流量計(jì)量測量點(diǎn)F、電機(jī)參數(shù)測量點(diǎn)M。
[0015]進(jìn)一步地，如上所述的海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，所述氣體輸送管路包括用于將反應(yīng)釜中未反應(yīng)的氣體從反應(yīng)釜上部的氣體出口 b通過氣體循環(huán)栗栗出并循環(huán)栗入反應(yīng)釜底部的氣體入口 a的氣體旁路調(diào)節(jié)循環(huán)回路。
[0016]進(jìn)一步地，如上所述的海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，所述氣體旁路調(diào)節(jié)循環(huán)回路設(shè)置有一路用于保護(hù)氣體循環(huán)栗的氣體保護(hù)循環(huán)回路，該體保護(hù)循環(huán)回路由以下部件依次連接構(gòu)成:氣體循環(huán)栗出口、第二調(diào)節(jié)閥、第四壓力指示器、第四溫度指示器、第四調(diào)節(jié)閥、第一氣體流量計(jì)、第二壓力指示器、第二溫度指示器、氣體循環(huán)栗入口。
[0017]進(jìn)一步地，如上所述的海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，所述噴淋裝置包括一路用于保護(hù)液體循環(huán)栗的保護(hù)循環(huán)回路，該保護(hù)循環(huán)回路具體由以下部件依次連接構(gòu)成:液體循環(huán)栗出口、第七調(diào)節(jié)閥、第七溫度指示器、第十七壓力指示器、第一液體流量計(jì)、第九調(diào)節(jié)閥、第六溫度指示器、第十六壓力指示器、液體循環(huán)栗入口。
[0018]進(jìn)一步地，如上所述的海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，所述天然氣水合物樣品大量快速制備模塊包括用于使反應(yīng)釜內(nèi)部的壓力處于恒定或者處于所需的壓力條件下的穩(wěn)壓管路;該穩(wěn)壓管路由液相管路和氣相管路2部分構(gòu)成；
[0019]其中，液相管路由水箱、柱塞栗、穩(wěn)壓緩沖罐底部的液相入口d、液相出口e、第二排水閥通過管路依次連接構(gòu)成；
[0020]所述氣相管路由氣瓶的出口、穩(wěn)壓緩沖罐上部的氣相入口f、穩(wěn)壓緩沖罐的氣相出口 g、反應(yīng)釜底部的氣體入口 a通過管路依次連接構(gòu)成。
[0021]進(jìn)一步地，如上所述的海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，在所述穩(wěn)壓緩沖罐上還連接有真空栗。
[0022]進(jìn)一步地，如上所述的海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，所述天然氣水合物混合相保真運(yùn)移管路還包括設(shè)置在反應(yīng)釜混合相出口 i的濾網(wǎng)。
[0023]進(jìn)一步地，如上所述的海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，天然氣水合物多尺度破碎及漿體保真轉(zhuǎn)移模塊還包括一路壓力平衡檢測管路，該管路用于保證在天然氣水合物混合相與水在混合之前，天然氣水合物混合相保真運(yùn)移管路、天然氣水合物漿體管輸管路和反應(yīng)釜內(nèi)天然氣水合物大量快速制備后的壓力保持一致；
[0024]該壓力平衡檢測管路由穩(wěn)壓緩沖罐的出口e與天然氣水合物混合相保真運(yùn)移管路和水路的交叉連接點(diǎn)連通構(gòu)成。
[0025]進(jìn)一步地，如上所述的海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，所述天然氣水合物漿體管輸特性實(shí)驗(yàn)?zāi)K還包括一路用于保護(hù)垂直管輸回路和水平管輸回路的保護(hù)管路，該管路由以下部件依次連接構(gòu)成:
[0026]循環(huán)栗出口、第十九壓力指示器、第十三調(diào)節(jié)閥、第十一調(diào)節(jié)閥、第三液體流量計(jì)、調(diào)壓器、循環(huán)入口。
[0027]進(jìn)一步地，如上所述的海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，在所述水平管輸回路與垂直管輸回路的交叉點(diǎn)上還連接有三相分離器。
[0028]本實(shí)用新型用于對天然氣水合物合成、分解、儲氣率、相平衡特性及其在管道中的流動阻力和傳熱特性進(jìn)行研究，探索天然氣水合物大規(guī)模開采、儲運(yùn)的方案，解決當(dāng)前海洋天然氣水合物開采過程中理論缺乏，為海洋天然氣水合物的開采與運(yùn)輸提供技術(shù)與理論支持，從而推進(jìn)海洋天然氣水合物開采的工業(yè)化進(jìn)程。
【附圖說明】
[0029]圖1為本實(shí)用新型海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0030]圖2為本實(shí)用新型數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測及安全控制模塊結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面本實(shí)用新型中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0032]如圖1及圖2所示，本實(shí)用新型提供了一種海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括天然氣水合物樣品大量快速制備模塊、天然氣水合物多尺度破碎及漿體保真轉(zhuǎn)移模塊、天然氣水合物漿體管輸特性實(shí)驗(yàn)?zāi)K、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測及安全控制模塊4大模塊，其中:
[0033]天然氣水合物樣品大量快速制備模塊包括氣瓶118、反應(yīng)釜115、水箱113、穩(wěn)壓緩沖罐117、氣體循環(huán)栗111、液體循環(huán)栗114、反應(yīng)釜制冷機(jī)組123、穩(wěn)壓緩沖罐制冷機(jī)組120、液位計(jì)及多個(gè)截止閥、調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)(氣、液)、溫度指示器、壓力指示器;所述反應(yīng)釜115底部設(shè)有鼓泡器122，其下部開設(shè)有氣相入口 a通過氣體循環(huán)栗111與氣瓶118連接，反應(yīng)釜115上部設(shè)有噴淋器1151并通過液體循環(huán)栗114及液體循環(huán)管路與水箱113連接，其反應(yīng)釜115內(nèi)部還設(shè)有攪拌器119，反應(yīng)釜115上部還設(shè)有氣相出口 b與氣體循環(huán)栗111和氣體循環(huán)管路連接;所述穩(wěn)壓緩沖罐117下部開設(shè)液相入口d通過柱塞栗112與水箱113連接，穩(wěn)壓緩沖罐117上部開設(shè)氣相入口f、氣相出口g，分別與氣瓶118、反應(yīng)釜底部的氣相入口連接，其中，穩(wěn)壓緩沖罐117還連有真空栗116;特別地，反應(yīng)釜與穩(wěn)壓緩沖罐外壁設(shè)有電加熱裝置、冷卻水夾套并與制冷機(jī)組相連接。
[0034]具體地，所述天然氣水合物樣品大量快速制備模塊包括氣體輸送管路、氣體旁路調(diào)節(jié)循環(huán)回路、液體輸送管路、旁路噴淋循環(huán)回路、穩(wěn)壓管路5個(gè)部分；
[0035]其中，所述氣體輸送管路用于將氣瓶118中的氣體輸送至反應(yīng)釜115中；該氣體輸送管路由以下部件依次連接構(gòu)成:氣瓶118、第六壓力指示器P-106、第一截止閥V-101、第一調(diào)節(jié)閥CV-102、第一壓力指示器P-101、第一溫度指示器T-101、第四截止閥V-104、第二壓力指示器P-102、第二溫度指示器T-102、氣體循環(huán)栗111、第二調(diào)節(jié)閥CV-105、第四壓力指示器P-104、第四溫度指示器T-104、第三調(diào)節(jié)閥CV-108、第二氣體流量計(jì)F-102、第六截止閥V-110、反應(yīng)釜115底部的氣體入口 a;
[0036]所述氣體旁路調(diào)節(jié)循環(huán)回路用于將反應(yīng)釜115中未反應(yīng)的氣體從反應(yīng)釜上部的氣體出口 b通過氣體循環(huán)栗111栗出并循環(huán)栗入反應(yīng)釜115底部的氣體入口 a;該氣體循環(huán)回路具體由以下部件依次連接構(gòu)成:反應(yīng)釜上部的氣體出口 b、第三氣體流量計(jì)F-103、第五截止閥V-112、第二壓力指示器P-102、第二溫度指示器T-102、氣體循環(huán)栗111、第二調(diào)節(jié)閥CV-
105、第四壓力指示器P-104、第四溫度指示器T-104、第三調(diào)節(jié)閥CV-108、第二氣體流量計(jì)F-102、第六截止閥V-110、反應(yīng)釜115底部的氣體入口 a;
[0037]優(yōu)選地，為了保證氣體循環(huán)栗111能夠正常安全地運(yùn)行，本實(shí)用新型還為氣體循環(huán)栗111設(shè)置了一路用于保護(hù)氣體循環(huán)栗的氣體保護(hù)循環(huán)回路;該氣體保護(hù)循環(huán)回路由以下部件依次連接構(gòu)成:氣體循環(huán)栗111出口、第二調(diào)節(jié)閥CV-105、第四壓力指示器P-104、第四溫度指示器T-104、第四調(diào)節(jié)閥CV-109、第一氣體流量計(jì)F-101、第二壓力指示器P-102、第二溫度指示器T-102、氣體循環(huán)栗111入口。
[0038]所述液體輸送管路用于將水箱113的水輸送至反應(yīng)釜115內(nèi)；該液體輸送管路具體由以下部件依次連接構(gòu)成:水箱113、第七截止閥V-201、柱塞栗112、第五調(diào)節(jié)閥CV-204、第八截止閥V-205、反應(yīng)釜液相入口 c;
[0039]進(jìn)一步地，為了加大液體與氣體的反應(yīng)面積，本實(shí)用新型還在反應(yīng)釜的頂部設(shè)置了噴淋裝置，通過旁路噴淋循環(huán)回路來加快天然水合物的合成;所述旁路噴淋循環(huán)回路具體由以下部件依次連接構(gòu)成:反應(yīng)釜液相入口 c、第九截止閥V-212、第六調(diào)節(jié)閥CV-206、第六溫度指示器T-201、第十六壓力指示器P-201、液體循環(huán)栗114、第七調(diào)節(jié)閥CV-208、第七溫度指示器T-202、第十七壓力指示器P-202、第二液體流量計(jì)F-202、第八調(diào)節(jié)閥CV-209、第十截止閥V-211、反應(yīng)釜115上部的噴淋器1151。
[0040]優(yōu)選地，為了保證所述液體循環(huán)栗114的安全正常運(yùn)行，本實(shí)用新型還為液體循環(huán)栗114設(shè)計(jì)了一路保護(hù)循環(huán)回路，該保護(hù)循環(huán)回路具體由以下部件依次連接構(gòu)成:液體循環(huán)栗114出口、第七調(diào)節(jié)閥CV-208、第七溫度指示器T-202、第十七壓力指示器P-202、第一液體流量計(jì)F-201、第九調(diào)節(jié)閥CV-207、第六溫度指示器T-201、第十六壓力指示器P-201、液體循環(huán)栗114入口。
[0041]所述穩(wěn)壓管路用于使反應(yīng)釜內(nèi)部的壓力處于恒定或者處于所需的壓力條件下;該穩(wěn)壓管路包括液相管路和氣相管路2部分；其中液相管路由以下部件依次連接構(gòu)成:水箱113、第七截止閥V-201、柱塞栗112、第十八壓力指示器P-203、第^^一截止閥V-202、穩(wěn)壓緩沖罐117底部的液相入口 d、液相出口 h、第二排水閥V-203;所述氣相管路由以下部件依次連接構(gòu)成:氣瓶118、第六壓力指示器P-106、第一截止閥V-101、第一調(diào)節(jié)閥CV-102、第三截止閥V-103、穩(wěn)壓緩沖罐117上部的氣相入口 f、穩(wěn)壓緩沖罐117的氣相出口 g、第六截止閥V-
106、第三調(diào)節(jié)閥CV-108、第二氣體流量計(jì)F-102、第六截止閥V-110、反應(yīng)釜115底部的氣體入口 a;該穩(wěn)壓管路的液相管路用于給穩(wěn)壓緩沖罐內(nèi)注入液體，氣相管路用于給穩(wěn)壓緩沖罐內(nèi)注入氣體，然后當(dāng)液體液位逐漸升高，同時(shí)隨著罐內(nèi)氣體的增加，罐體的氣體在液位逐漸上升的趨勢下，其內(nèi)部的壓力逐漸增大；當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)部的壓力不足時(shí)，就可以通過穩(wěn)壓緩沖罐氣相出口 g為反應(yīng)釜提供一定的氣體;或者通過柱塞栗112從水箱113向穩(wěn)壓緩沖罐內(nèi)栗入水，以增加穩(wěn)壓緩沖罐117和反應(yīng)釜115的壓力；當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)的壓力充足時(shí)，就可以通過第二排水閥V-203將穩(wěn)壓緩沖罐內(nèi)部的水排出，從而降低罐內(nèi)的壓力；或者通過真空栗116來減小穩(wěn)壓緩沖罐內(nèi)的壓力。
[0042]本實(shí)用新型還在所述穩(wěn)壓緩沖罐117上設(shè)置有第三溫度指示器T-103、第二安全閥V-107、第三壓力指示器P-103、第一液位指示器L-101。
[0043]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型在所述穩(wěn)壓緩沖罐117上設(shè)置有穩(wěn)壓緩沖罐制冷機(jī)組120，該制冷機(jī)組120兩端分別與穩(wěn)壓緩沖罐117的外圍連接用于為其制冷;在該制冷機(jī)組120和穩(wěn)壓緩沖罐117之間管道上分別設(shè)置有第二十二截止閥V-403、第二十三截止閥V-404。
[0044]進(jìn)一步的，在所述穩(wěn)壓緩沖罐117上還連接有真空栗116，在真空栗116與穩(wěn)壓緩沖罐117之間的管路上設(shè)置有第七壓力指示器P-301、第十八截止閥V-301。
[0045]進(jìn)一步地，在所述反應(yīng)釜115內(nèi)安裝有攪拌器119，該攪拌器119的攪拌粉碎槳采用推進(jìn)槳葉形式，其目的是用于增大氣體與液體的接觸面積，從而加速天然氣水合物的合成，且在槳葉下方安裝有破碎牙錐，用以在天然氣水合物多尺度破碎過程中將天然氣水合物破碎成漿體保真轉(zhuǎn)移時(shí)所需粒徑的天然氣水合物固體塊狀物。
[0046]進(jìn)一步地，在反應(yīng)釜115內(nèi)的底部設(shè)置有鼓泡器122，該鼓泡器122用于增大氣體與液體的接觸面積，從而加速天然氣水合物的合成。
[0047]基于以上，本實(shí)用新型在制備合成天然氣水合物時(shí)，不僅僅通過氣體從反應(yīng)釜的底部通入來與其內(nèi)部的液體進(jìn)行反應(yīng)來合成天然氣水合物，而且為了加快合成天然氣水合物的效率，本實(shí)用新型通過攪拌、鼓泡、以及噴淋的方式來增大氣體與液體的接觸面積，從而加速天然氣水合物的合成。
[0048]進(jìn)一步地，在反應(yīng)釜115上還設(shè)置有第二液位指示器L-102、電阻率指示器C-101、第五溫度指示器T-105、第五壓力指示器P-105來測量反應(yīng)釜的實(shí)時(shí)狀態(tài)。
[0049]進(jìn)一步地，在反應(yīng)釜115的混合相出口 i處設(shè)有濾網(wǎng)1152，該濾網(wǎng)1152用于過濾未達(dá)到天然氣水合物保真運(yùn)移及管輸需求粒徑的天然氣水合物固體塊狀物，并進(jìn)行二次破碎，直到達(dá)到滿足天然氣水合物保真運(yùn)移及管輸所需粒徑大小為止，并且達(dá)到防止堵塞管路的目的。
[0050]進(jìn)一步地，在反應(yīng)釜115上設(shè)置有反應(yīng)釜制冷機(jī)組123，該反應(yīng)釜制冷機(jī)組123的兩端分別與反應(yīng)釜115的外圍連接，在該反應(yīng)釜制冷機(jī)組123與反應(yīng)釜115之間的管道上分別設(shè)置有第二十四截止閥V-401、第二十五截止閥V-402。
[0051]進(jìn)一步的，在反應(yīng)爸液相入口c的連接管路上設(shè)置有第一排水閥V-210;在反應(yīng)爸氣相出口 b的連接管路上設(shè)置有排空閥V-111。
[0052]所述天然氣水合物多尺度破碎及漿體保真轉(zhuǎn)移模塊包括水箱113、反應(yīng)釜115、穩(wěn)壓緩沖罐117、濾網(wǎng)1152、及多個(gè)截止閥、調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)(氣、液、固多相)、溫度指示器、壓力指示器;其中，保真運(yùn)移管路通過濾網(wǎng)1152、柱塞栗112分別與反應(yīng)釜115、穩(wěn)壓緩沖罐117連接;反應(yīng)釜破碎攪拌后的天然氣水合物混合相經(jīng)保真運(yùn)移管路與來自水箱的水進(jìn)一步混合后通過循環(huán)栗121(采用多臺單螺桿栗并聯(lián))與天然氣水合物管輸特性試驗(yàn)平臺連接;特別地，反應(yīng)釜中的水合物粉碎攪拌槳選擇推進(jìn)槳葉形式，并在槳葉下方安裝破碎牙錐。
[0053]具體地，所述天然氣水合物多尺度破碎及漿體保真轉(zhuǎn)移模塊包括天然氣水合物混合相保真運(yùn)移管路和水路兩部分;其中，所述天然氣水合物混合相保真運(yùn)移管路由以下部件依次連接構(gòu)成:濾網(wǎng)1152、反應(yīng)釜混合相出口 1、第十九截止閥V-503、第四液體流量計(jì)F-501、循環(huán)栗121的入口；所述水路由以下部件依次連接構(gòu)成:水箱113、第七截止閥V-201、柱塞栗112、第五調(diào)節(jié)閥CV-204、第十二截止閥V-502、循環(huán)栗121的入口。該兩部分通過循環(huán)栗121進(jìn)一步混合后與天然氣水合物漿體管輸特性實(shí)驗(yàn)?zāi)K連接。
[0054]優(yōu)選地，該天然氣水合物多尺度破碎及漿體保真轉(zhuǎn)移模塊還包括一路壓力平衡檢測管路，該管路用于保證在天然氣水合物混合相與水在混合之前，天然氣水合物混合相保真運(yùn)移管路和水路內(nèi)管道的壓力是一致的。具體地，該壓力平衡檢測管路由穩(wěn)壓緩沖罐117的出口 e與天然氣水合物混合相保真運(yùn)移管路和水路的交叉連接點(diǎn)連通構(gòu)成，在該連通的管路上設(shè)置有第十三截止閥V-501。在天然氣水合物混合相與水進(jìn)一步混合之前，首先打開第i^一截止閥V-202與第十三截止閥V-501，使天然氣水合物混合相保真運(yùn)移管路和水路的壓力保持一致，然后關(guān)閉第十一截止閥V-202與第十三截止閥V-501;再進(jìn)行天然氣水合物混合相與水的進(jìn)一步混合。
[0055]所述天然氣水合物漿體管輸特性實(shí)驗(yàn)?zāi)K包括循環(huán)栗121(采用多臺單螺桿栗并聯(lián))、垂直管輸回路、水平管輸回路、在線粒度測量儀、管道加熱器、高壓透明可視管及多個(gè)截止閥、調(diào)節(jié)閥、溫度指示器、壓力指示器;所述天然氣水合物漿體管輸回路通過循環(huán)栗121(采用多個(gè)單螺桿栗)與保真轉(zhuǎn)移管路連接，所述垂直管段頂部設(shè)有排空閥V-604及第一安全閥V-605，其底部設(shè)有三相分離器，所述水平管段連有調(diào)壓器124;特別地，所述垂直管輸回路及水平管輸回路均設(shè)有在線力度檢測儀、管道加熱器、高壓透明可視管，并在管輸回路的不同部位設(shè)有溫度指示器、壓力指示器及流量計(jì)。
[0056]具體地，所述垂直管輸回路由以下部件依次連接構(gòu)成:第十四截止閥V-603、第八溫度指示器T-601、第八壓力指示器P-601、第九溫度指示器T-602、第九壓力指示器P-602、排空閥V-604、第一安全閥V-605、第十調(diào)節(jié)閥CV-606第十調(diào)節(jié)閥CV-606、第十壓力指示器P-603、第十溫度指示器T-603、第十一壓力指示器P-604、第十一溫度指示器T-604、第十五截止閥V-607、第五液體流量計(jì)F-602、第三液體流量計(jì)F-601、第^^一調(diào)節(jié)閥CV-602。
[0057]所述水平管輸回路由以下部件依次連接構(gòu)成:第十一調(diào)節(jié)閥CV-602、第十六截止閥V-608、第十二調(diào)節(jié)閥CV-609、第十二壓力指示器P-605、第十二溫度指示器T-605、第十三壓力指示器P-606、第十三溫度指示器T-606、第十四溫度指示器T-607、第十四壓力指示器P-607、第十五溫度指示器T-608、第十五壓力指示器P-608、第六液體流量計(jì)F-603、第十七截止閥V-610、第三液體流量計(jì)F-601。
[0058]優(yōu)選地，該天然氣水合物漿體管輸特性實(shí)驗(yàn)?zāi)K還包括一路用于保護(hù)垂直管輸回路和水平管輸回路的保護(hù)管路，該管路由以下部件依次連接構(gòu)成:
[0059]循環(huán)栗121出口、第十九壓力指示器P-609、第十三調(diào)節(jié)閥CV-601、第十一調(diào)節(jié)閥CV-602、第三液體流量計(jì)F-601、調(diào)壓器124、循環(huán)栗121入口。
[0060]進(jìn)一步地，在所述水平管輸回路與垂直管輸回路的交叉點(diǎn)上還連接有三相分離器，在所述三相分離器與所述交叉點(diǎn)的連接管路上設(shè)置有第二十一截止閥V-611。
[0061]數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測及安全控制模塊包括環(huán)境模擬控制單元、壓力控制單元、流量計(jì)量單元、破碎參數(shù)控制單元，用于控制、監(jiān)測實(shí)驗(yàn)過程中的壓力、溫度、破碎扭矩、破碎深度、推進(jìn)壓力、轉(zhuǎn)速等，在線計(jì)量天然氣水合物實(shí)驗(yàn)過程中流體流量(氣體、液體、天然氣水合物固體混合物)，在線監(jiān)測天然氣水合物粒徑大小的在線粒度測量儀，模擬天然氣水合物開采后舉升過程中海水溫度梯度變化的管道加熱器和用于控制實(shí)驗(yàn)回路壓力恒定的穩(wěn)壓緩沖罐及調(diào)壓器，所述反應(yīng)釜和穩(wěn)壓緩沖罐利用制冷機(jī)組的制冷循環(huán)保持實(shí)驗(yàn)過程中的實(shí)驗(yàn)溫度恒定，所述垂直管段頂部設(shè)有排空閥V-604及第一安全閥V-605，所述穩(wěn)壓緩沖裝置底部設(shè)有排水閥，且其頂部設(shè)有安全閥。
[0062]所述數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測及安全控制模塊的輸出端包括:電阻率測量點(diǎn)C、壓力測量點(diǎn)P、溫度測量點(diǎn)T、液位測量點(diǎn)L，單相、多相流體流量計(jì)量測量點(diǎn)F、電機(jī)參數(shù)測量點(diǎn)Μ;
[0063]其中，電阻率測量點(diǎn)C用于通過電阻率來通過測量反應(yīng)釜內(nèi)天然氣水合物的電阻率，從而來分析判斷海洋天然氣水合物的合成效果，根據(jù)采集的電阻率曲線進(jìn)行比較及參考，通過曲線實(shí)時(shí)顯示水合物的生成過程；
[0064]所述壓力測量點(diǎn)P用于測量穩(wěn)壓緩沖罐、反應(yīng)釜內(nèi)部以及各個(gè)管道上的壓力，通過該測量結(jié)果來做實(shí)時(shí)監(jiān)測整個(gè)實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)的壓力，保證天然氣水合物大量快速制備及天然氣水合物多尺度破碎及漿體保真運(yùn)移過程中實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)壓力的恒定，并且通過反應(yīng)釜內(nèi)部壓降變化情況及壓力變化曲線判斷反應(yīng)釜內(nèi)天然氣水合物的生成情況、相平衡狀態(tài)；并且通過天然氣水合物漿體管輸實(shí)驗(yàn)回路中壓力的測量，可對混合相流體管輸(水平、垂直)回路的流體流動阻力特性進(jìn)行研究；
[0065]所述溫度測量點(diǎn)T用于測量穩(wěn)壓緩沖罐、反應(yīng)釜內(nèi)部以及各個(gè)管道上的溫度，通過該測量結(jié)果來保證天然氣水合物大量快速制備及天然氣水合物多尺度破碎及漿體保真運(yùn)移過程中實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)溫度的恒定;并且通過反應(yīng)釜內(nèi)部溫度變化情況及溫度變化曲線判斷反應(yīng)釜內(nèi)天然氣水合物的生成情況、相平衡狀態(tài);并且通過天然氣水合物漿體管輸實(shí)驗(yàn)回路中溫度的測量，監(jiān)測模擬實(shí)驗(yàn)天然氣水合物開采后舉升過程中海水溫度梯度變化情況，以達(dá)到研究海洋天然氣水合物開采后舉升過程的流動傳熱特性；
[0066]所述液位測量點(diǎn)L用于測量穩(wěn)壓緩沖罐、反應(yīng)釜內(nèi)部液體的高度狀態(tài)，通過該測量結(jié)果來作為實(shí)驗(yàn)過程中反應(yīng)釜內(nèi)的注水量及生成水合物之后的水合物量多少的判斷指標(biāo)；
[0067]所述單相、多相流體流量計(jì)量測量點(diǎn)F用于測量通過相應(yīng)管路中的流體(氣體、液體、混合相)的實(shí)時(shí)流量，并通過該測量結(jié)果來判斷計(jì)算天然氣和水的消耗量，研究天然氣水合物的儲氣量；
[0068]所述電機(jī)參數(shù)測量點(diǎn)M用于測量反應(yīng)爸中攪拌器的攪拌參數(shù)(如:轉(zhuǎn)速)、破碎參數(shù)(如:破碎轉(zhuǎn)速、破碎扭矩、推進(jìn)壓力、破碎深度、破碎壓力)噴淋器參數(shù)(如:噴淋角度、噴淋速率、液滴大小)及鼓泡器參數(shù)(如:鼓泡速率、鼓泡大小)，并通過該測量結(jié)果來測得的數(shù)據(jù)可作為控制破碎攪拌器的攪拌參數(shù)、破碎參數(shù)、噴淋器參數(shù)、鼓泡器參數(shù)的依據(jù)，據(jù)此實(shí)驗(yàn)人員可采用鼓泡法、噴淋法、攪拌法三者相結(jié)合的方式，也可利用其中某一或某兩個(gè)方法強(qiáng)化天然氣水合物的快速生成，或者通過對攪拌參數(shù)、破碎參數(shù)、噴淋器參數(shù)、鼓泡器參數(shù)的控制，研究某一參數(shù)對天然氣氣水合物大量快速制備速率的影響；
[0069]1、水合物樣品制備
[0070]1.1水合物制備準(zhǔn)備
[0071 ] (I)水位校準(zhǔn)作業(yè):封閉反應(yīng)釜上封頭，調(diào)節(jié)閥門，使第二排水閥V-203、第六截止閥V-106、第十八截止閥V-301、第一排水閥V-210、第五截止閥V-112處于關(guān)閉狀態(tài)，使第七截止閥V-201、第^^一截止閥V-202、第五調(diào)節(jié)閥CV-204、第八截止閥V-205、排空閥V-1ll處于開啟狀態(tài)，啟動柱塞栗112將穩(wěn)壓緩沖罐17和反應(yīng)釜115排空并灌滿水，建立標(biāo)準(zhǔn)水位并關(guān)閉第四截止閥V-104、第^^一截止閥V-202、第八截止閥V-205;
[0072](2)抽真空作業(yè):使V-101處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)關(guān)閉排空閥V-1ll，第七截止閥V-201及第二排水閥V-203，使其他閥門處于開啟狀態(tài)，啟動真空栗116抽真空，當(dāng)達(dá)到一定的真空度(通過第七壓力指示器Ρ-301測量)時(shí)，關(guān)閉第十八截止閥V-301，關(guān)閉真空栗116。開啟第一截止閥V-101，向?qū)嶒?yàn)回路充注氣體，充注完成后關(guān)閉第一截止閥V-101，再次啟動真空栗116進(jìn)行抽真空操作，如此反復(fù)幾次，減少回路中空氣量。
[0073](3)注氣作業(yè):水合物合成實(shí)驗(yàn)過程中，將保真運(yùn)移回路與漿體管輸特性測試回路關(guān)閉，即關(guān)閉第十三截止閥V-501、第十二截止閥V-502、第十九截止閥V-503。打開第一截止閥V-101，第一調(diào)節(jié)閥CV-102控制甲烷氣注入壓力(防止甲烷氣體高壓直流帶來安全隱患)，使回路系統(tǒng)充滿一定壓力的天然氣。
[0074](4)水位調(diào)節(jié)作業(yè):調(diào)節(jié)第五截止閥V-112和第一排水閥V-210，通過天然氣將反應(yīng)釜水位壓低至合適水位，關(guān)閉第一排水閥V-210;調(diào)節(jié)第三截止閥V-103和第二排水閥V-203，通過天然氣將穩(wěn)壓緩沖罐117內(nèi)水位壓低至合適水位，關(guān)閉第二排水閥V-203。
[0075](5)補(bǔ)水增壓作業(yè):待回路壓力不再提升時(shí)，關(guān)閉第一截止閥V-101，開啟第七截止閥V-201、第十一截止閥V-202，啟動柱塞栗112，向穩(wěn)壓緩沖罐117補(bǔ)水增壓，當(dāng)穩(wěn)壓緩沖罐117達(dá)到實(shí)驗(yàn)壓力(通過第三壓力指示器P-103測量)時(shí)，關(guān)閉柱塞栗112，關(guān)閉第七截止閥V-201、第 ^^一截止閥 V-202。
[0076]1.2水合物合成實(shí)驗(yàn)操作
[0077](I)制冷作業(yè):啟動反應(yīng)釜制冷機(jī)組123進(jìn)行水浴制冷，設(shè)定為恒定的水合物生成實(shí)驗(yàn)要求溫度。
[0078](2)氣循環(huán)作業(yè):啟動氣體循環(huán)栗111，調(diào)節(jié)第二調(diào)節(jié)閥CV-105和第三調(diào)節(jié)閥CV-108或第四調(diào)節(jié)閥CV-109，即通過氣體主路循環(huán)與旁路調(diào)節(jié)，使通過反應(yīng)釜115的天然氣流量滿足實(shí)驗(yàn)需求，氣體從反應(yīng)釜115釜底注入，以鼓泡的方式進(jìn)入反應(yīng)釜115內(nèi)，從上端蓋流出進(jìn)行循環(huán)。
[0079](3)攪拌作業(yè):啟動攪拌器119，轉(zhuǎn)速設(shè)定為適宜水合物生成，又不能破壞水合物的聚集的實(shí)驗(yàn)要求(無級調(diào)速范圍100?400r/min)。
[0080](4)噴淋作業(yè):啟動液體循環(huán)栗114，調(diào)節(jié)第六調(diào)節(jié)閥CV-206、第九調(diào)節(jié)閥CV-207或第八調(diào)節(jié)閥CV-209，通過液體主路循環(huán)與旁路循環(huán)，使通過上端蓋噴嘴的進(jìn)液量滿足實(shí)驗(yàn)要求。
[0081 ] (5)穩(wěn)壓作業(yè):打開第七截止閥V-201、第^^一截止閥V-202、第六截止閥V-106，啟動柱塞栗112向穩(wěn)壓緩沖罐117注水使回路系統(tǒng)增壓，或打開第六截止閥V-106、第二排水閥V-203排水使系統(tǒng)降壓，回路系統(tǒng)壓力由第二壓力指示器P-102、第四壓力指示器P-104及第五壓力指示器P-105測得，通過增壓降壓操作使系統(tǒng)壓力保持穩(wěn)定。
[0082](6)流量測量:第二氣體流量計(jì)F-102、第三氣體流量計(jì)F-103分別計(jì)量循環(huán)的進(jìn)出口甲烷氣體累計(jì)流量，通過累計(jì)計(jì)量值來計(jì)算水合物生成的耗氣量(物料平衡計(jì)算法)。
[0083](7)電阻測量作業(yè):在反應(yīng)釜115四周設(shè)有4個(gè)點(diǎn)電阻測點(diǎn)C-101，通過測量的電阻率來分析判斷海洋天然氣水合物的合成效果;根據(jù)采集的電阻率曲線進(jìn)行比較及參考，通過曲線實(shí)時(shí)顯示水合物的生成過程。
[0084](8)溫壓測量作業(yè):在反應(yīng)釜115四周設(shè)有第五溫度指示器T-105、第五壓力指示器P-105，通過測量的溫壓曲線來分析判斷海洋天然氣水合物的合成效果。
[0085](9)結(jié)束作業(yè):當(dāng)海洋天然氣水合物制備的樣品滿足實(shí)驗(yàn)需求時(shí)，關(guān)閉氣體循環(huán)栗111(增壓機(jī))，關(guān)閉第六截止閥V-110、第五截止閥V-112，關(guān)閉液體循環(huán)栗114，關(guān)閉第九截止閥V-212、第十截止閥V-211，海洋天然氣水合物快速制備實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
[0086](10)在海洋天然氣水合物破碎及保真運(yùn)移之前直至保真轉(zhuǎn)運(yùn)結(jié)束，制備釜水浴制冷必須運(yùn)轉(zhuǎn)保持制備過程的恒定溫度。
[0087]2、海洋天然氣水合物破碎及保真運(yùn)移流程
[0088]2.1回路補(bǔ)水排氣及預(yù)冷
[0089](I)預(yù)冷穩(wěn)壓緩沖罐作業(yè):向穩(wěn)壓緩沖罐117內(nèi)注入配置水，并保證注水量滿足管道水用量，運(yùn)行穩(wěn)壓緩沖罐制冷機(jī)組120，預(yù)冷穩(wěn)壓緩沖罐117的溫度至實(shí)驗(yàn)所需溫度；
[0090](2)設(shè)備及儀器儀表檢查作業(yè):關(guān)閉第一截止閥V-101、第三截止閥V-103、第六截止閥V-106、第^^一截止閥V-202、第八截止閥V-205、第十八截止閥V-301、第十三截止閥V-501、第十九截止閥V-503、第二十截止閥V-604、第一安全閥V-605及第二 ^^一截止閥V-611;開啟第七截止閥V-201、第五調(diào)節(jié)閥CV-204、第十二截止閥V-502、第十三調(diào)節(jié)閥CV-601、第i^一調(diào)節(jié)閥CV-602、第十四截止閥V-603、第十調(diào)節(jié)閥CV-606第十第十調(diào)節(jié)閥CV-606、第十五截止閥V-607、第十六截止閥V-608、第十二調(diào)節(jié)閥CV-609及第十七截止閥V-610，并確認(rèn)處于開啟狀態(tài)；啟動柱塞栗112，向回路系統(tǒng)注水，調(diào)節(jié)調(diào)壓器124，當(dāng)系統(tǒng)中的壓力達(dá)到一定值時(shí)(通過第十九壓力指示器P-609測量)，關(guān)閉柱塞栗112和第七截止閥V-201、第^^一截止閥V-202，檢查回路系統(tǒng)管道、設(shè)備及儀器儀表是否正常工作；
[0091](3)回路補(bǔ)水排氣及預(yù)冷循環(huán)管路作業(yè):確認(rèn)回路系統(tǒng)中的管道、設(shè)備及儀器儀表均正常工作后，打開第i^一截止閥V-202、第十三截止閥V-501、排空閥V-604，啟動柱塞栗112，打開第七截止閥V-201，繼續(xù)向回路系統(tǒng)中注水，使管道中的空氣從排空閥V-604中排出(排空閥V-604設(shè)置在循環(huán)管道系統(tǒng)的頂端最高處)，并通過排空閥V-604、第一安全閥V-605將受熱后的水排出，使管道溫度降低至預(yù)定值，然后關(guān)閉排空閥V-604、第一安全閥V-605；
[0092](4)穩(wěn)壓作業(yè):打開第七截止閥V-201、第^^一截止閥V-202、第十三截止閥V-501，啟動柱塞栗112向穩(wěn)壓緩沖罐117中注水使回路系統(tǒng)增壓，當(dāng)達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需壓力后通過調(diào)節(jié)第二排水閥V-203保持回路系統(tǒng)中壓力穩(wěn)定(通過第十九壓力指示器P-609測量)；
[0093](5)循環(huán)預(yù)冷作業(yè):開啟液體循環(huán)栗114，使冷水在回路系統(tǒng)中及穩(wěn)壓緩沖罐117中循環(huán)預(yù)冷，并達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需溫度，從而達(dá)到回路系統(tǒng)預(yù)冷均勻的目的。
[0094]2.2海洋天然氣水合物破碎及保真運(yùn)移
[0095](I)電機(jī)設(shè)置在反應(yīng)釜115的內(nèi)部，并固定于反應(yīng)釜115的上封頭，電機(jī)直接與天然氣水合物的破碎裝置(攪拌器119)連接，天然氣水合物破碎裝置上安裝有軟毛刷;反應(yīng)釜中的破碎攪拌形式采用錨式和推進(jìn)式相結(jié)合，其中，本裝置采用變頻電機(jī)、無極調(diào)速器實(shí)現(xiàn)攪拌粉碎槳的旋轉(zhuǎn)，利用兩級液壓油缸實(shí)現(xiàn)攪拌槳的上下移動。
[0096](2)破碎作業(yè):啟動電機(jī)，使天然氣水合物破碎裝置在慣性作用下高速轉(zhuǎn)動起來，將反應(yīng)釜中直接生成的固體水合物破碎，當(dāng)固體水合物破碎到實(shí)驗(yàn)所需顆粒的粒度大小和濃度范圍后，關(guān)閉電機(jī)停止破碎；
[0097](3)注水作業(yè):調(diào)節(jié)閥門，使第^^一截止閥V-202、第十三截止閥V-501、第十二截止閥V-502、第十九截止閥V-503處于關(guān)閉狀態(tài)，使第五調(diào)節(jié)閥CV-204、第八截止閥V-205處于開啟狀態(tài);啟動柱塞栗112向反應(yīng)釜115中注水(注水過程中，反應(yīng)釜壓力會有很有的升高)；當(dāng)反應(yīng)釜115中的混合物達(dá)到一定液位(利用第二液位指示器L-102，也即雷達(dá)液位計(jì)讀取液位)時(shí)，關(guān)閉柱塞栗112，并關(guān)閉第七截止閥V-201、第五調(diào)節(jié)閥CV-204、第八截止閥V-205;
[0098](4)攪拌混合作業(yè):調(diào)整電機(jī)，使天然氣水合物破碎裝置低速轉(zhuǎn)動，達(dá)到天然氣水合物固體顆粒與水充分混合的目的；
[0099](5)形成保真運(yùn)移通道作業(yè):關(guān)閉閥門第十三截止閥V-501、排空閥V-1ll，開啟閥門第三截止閥V-103、第四截止閥V-104、第五截止閥V-112、第^^一截止閥V-202、第五調(diào)節(jié)閥CV-204、第十二截止閥V-502、第十九截止閥V-503，接通反應(yīng)釜115與循環(huán)管道、穩(wěn)壓緩沖罐，充分混合的海洋天然氣水合物兩相流體與管路預(yù)壓的保真水路對接，形成保真運(yùn)移通道(由于反應(yīng)釜中壓力高于回路系統(tǒng)的壓力，所以，天然氣水合物兩相流體與自由水能夠充分混合并且直接進(jìn)入回路系統(tǒng))；
[0100](6)保真運(yùn)移回路穩(wěn)壓作業(yè):調(diào)節(jié)第十九截止閥v-503開度，同時(shí)啟動循環(huán)栗121，使海洋天然氣水合物兩相流體在循環(huán)回路系統(tǒng)中保真運(yùn)移，此時(shí)，預(yù)壓冷水進(jìn)入穩(wěn)壓緩沖罐，而穩(wěn)壓緩沖罐上部的氣體進(jìn)入反應(yīng)釜，從而形成恒壓保真運(yùn)移回路；
[0101](7)計(jì)量作業(yè):流量計(jì)F-501計(jì)量流入循環(huán)管道楽體量，第二液位指示器L-102測試反應(yīng)釜液位，計(jì)算轉(zhuǎn)入循環(huán)管道的水合物量(或者通過設(shè)在反應(yīng)釜四周的電阻測量裝置來判斷天然氣水合物的轉(zhuǎn)運(yùn)量)，當(dāng)判定水合物兩相流輸送完成后關(guān)閉第五調(diào)節(jié)閥CV-204、第十二截止閥V-502、第十九截止閥V-503;
[0102](8)保真運(yùn)移回路調(diào)壓作業(yè):打開第七截止閥V-201、第十一截止閥V-202，啟動柱塞栗112向穩(wěn)壓緩沖罐117注水使回路系統(tǒng)增壓，或打開第二排水閥V-203放水使系統(tǒng)降壓，來保持回路系統(tǒng)壓力穩(wěn)定(通過第十九壓力指示器P-609測量)；至此，海洋天然氣水合物保真運(yùn)移結(jié)束，循環(huán)栗運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)入下一流程:海洋天然氣水合物漿體管輸特性實(shí)驗(yàn)。
[0103]3、海洋天然氣水合物管輸特性實(shí)驗(yàn)
[0104]3.1垂直管輸回路實(shí)驗(yàn)流程
[0105](I)關(guān)閉第十六截止閥V-608、第十七截止閥V-610、第二 ^^一截止閥V-611，開啟第十三調(diào)節(jié)閥CV-601、第^^一調(diào)節(jié)閥CV-602、第十四截止閥V-603、第十調(diào)節(jié)閥CV-606第十第十調(diào)節(jié)閥CV-606、第十五截止閥V-607;
[0106](2)流量調(diào)節(jié)作業(yè):啟動循環(huán)栗121，使天然氣水合物兩相流體在回路系統(tǒng)中循環(huán)；配合使用第十三調(diào)節(jié)閥CV-601、第十一調(diào)節(jié)閥CV-602的開度，調(diào)節(jié)進(jìn)入垂直管輸回路的天然氣水合物漿體流量，使通過豎直可視段的兩相流體的流量參數(shù)滿足實(shí)驗(yàn)需求；
[0107](3)調(diào)壓作業(yè):調(diào)節(jié)調(diào)壓器124，可使循環(huán)管路逐級進(jìn)行不同壓力段水合物漿體管輸特性實(shí)驗(yàn)；
[0108](4)溫壓測量作業(yè):通過觀測第八壓力指示器P-601、第九壓力指示器P-602和第八溫度指示器T-601、第九溫度指示器T-602，可對兩相流體在豎直管內(nèi)向上流動的阻力特性進(jìn)行研究；
[0109](5)溫壓測量作業(yè):通過觀測第十壓力指示器P-603、第十一壓力指示器P-604和第十溫度指示器T-603、第十一溫度指示器T-604，可對兩相流體在豎直管內(nèi)向下流動的阻力特性進(jìn)行研究；
[0110](6)在線粒度檢測作業(yè):利用垂直管路上的在線粒度測量儀(可采用無源超聲波技術(shù)，如:SanQ?)在線監(jiān)測天然氣水合物粒徑大小，以研究不同天然氣水合物粒徑在管輸流動過程中的流動阻力特性；
[0111](7)管道加熱作業(yè):利用垂直管路上的管道加熱器模擬天然氣水合物開采后舉升過程中海水溫度梯度變化，以研究海洋天然氣水合物開采后舉升過程中的流動傳熱特性；
[0112](8)應(yīng)急處理作業(yè):垂直管道頂部設(shè)置了第一安全閥V-605，作為實(shí)驗(yàn)循環(huán)管路安全的應(yīng)急防范措施，保證循環(huán)管路的實(shí)驗(yàn)安全。
[0113]3.2水平管輸回路實(shí)驗(yàn)流程
[0114](I)關(guān)閉第^^一調(diào)節(jié)閥CV-602、第十四截止閥V-603、第十五截止閥V-607，開啟第十三調(diào)節(jié)閥CV-601、第十六截止閥V-608、第十二調(diào)節(jié)閥CV-609、第十七截止閥V-610;
[0115](2)流量調(diào)節(jié)作業(yè):啟動循環(huán)栗121，使天然氣水合物兩相流體在回路系統(tǒng)中循環(huán)；配合使用第十三調(diào)節(jié)閥CV-601、第十二調(diào)節(jié)閥CV-609調(diào)節(jié)進(jìn)入水平管輸回路的天然氣水合物漿體流量，使通過水平可視段的兩相流體的流量參數(shù)滿足實(shí)驗(yàn)需求；
[0116](3)調(diào)壓作業(yè):通過觀測第十二壓力指示器P-605、第十三壓力指示器P-606、第十四壓力指示器P-607和第十五壓力指示器P-608，可對兩相流體在水平管內(nèi)流動的阻力特性進(jìn)行研究；
[0117](4)溫壓測量作業(yè):通過觀測第十二壓力指示器P-605、第十三壓力指示器P-606、第十四壓力指示器P-607、第十五壓力指示器P-608和第十二溫度指示器T-605、第十三溫度指示器T-606、第十四溫度指示器T-607、第十五溫度指示器T-608，可對兩相流體的粘度進(jìn)行測試；
[0118](5)在線粒度檢測作業(yè):利用水平管路上的在線粒度測量儀(可采用無源超聲波技術(shù)，如:SanQ?)在線監(jiān)測天然氣水合物粒徑大小，以研究不同天然氣水合物粒徑在管輸流動過程中的流動阻力特性；
[0119](6)管道加熱作業(yè):利用水平管路上的管道加熱器模擬天然氣水合物開采后舉升過程中海水溫度梯度變化，以研究海洋天然氣水合物開采后舉升過程中的流動傳熱特性。
[0120]1、天然氣水合物制備系統(tǒng)強(qiáng)化天然氣水合物生成的物理方法采用鼓泡法、噴淋法、攪拌法三者相結(jié)合的方式，也可利用其中某一或某兩個(gè)方法強(qiáng)化天然氣水合物的快速生成；
[0121]2、所述反應(yīng)釜?dú)庀喑鯾依次連接排空閥V-111、第三氣體流量計(jì)F-103、第五截止閥V-112、第二壓力指示器P-102、第二溫度指示器T-102、氣體循環(huán)栗111、第二調(diào)節(jié)閥CV-105、第四壓力指示器P-104、第四溫度指示器T-104、第三調(diào)節(jié)閥CV-108、第二氣體流量計(jì)F-102、第六截止閥V-110、氣相入口 a;依次連接的所述氣體循環(huán)栗111、第二調(diào)節(jié)閥CV-105、第四壓力指示器P-104、第四溫度指示器T-104、第四調(diào)節(jié)閥CV-109、第一氣體流量計(jì)F-101形成氣體循環(huán)管路;并且通過第一氣體流量計(jì)F-101計(jì)量監(jiān)測氣體循環(huán)管路111的天然氣的流量，通過第四調(diào)節(jié)閥CV-109的配合使用，以控制通過氣體循環(huán)栗111的氣體流量，從而使氣體循環(huán)栗111處于一個(gè)安全運(yùn)行的狀態(tài)；
[0122]3、所述水箱113依次連接第七截止閥V-201、柱塞栗112、第五調(diào)節(jié)閥CV-204、第八截止閥V-205、反應(yīng)Il液相入口 c構(gòu)成一個(gè)向反應(yīng)爸供液的管路;所述反應(yīng)Il液相入口 c依次連接第九截止閥V-212、第六調(diào)節(jié)閥CV-206、第六溫度指示器T-201、第十六壓力指示器P-201、液體循環(huán)栗114、第七調(diào)節(jié)閥CV-208、第七溫度指示器T-202、第十七壓力指示器P-202、第二液體流量計(jì)F-202、第八調(diào)節(jié)閥CV-209、第十截止閥V-211、反應(yīng)釜噴淋器1151構(gòu)成一個(gè)液體噴淋循環(huán)管路;所述第八截止閥V-205通過三通分別與反應(yīng)釜液相入口 c和第九截止閥V-212連接；
[0123]所述第一液體流量計(jì)F-201、F_202計(jì)量監(jiān)測液體循環(huán)管路的液體的流量；
[0124]為了進(jìn)一步保證所述液體循環(huán)栗114的安全使用，本實(shí)用新型在為所述液體循環(huán)栗114設(shè)計(jì)了一個(gè)液體循環(huán)管路，該液體循環(huán)栗的循環(huán)管路為:依次連接的液體循環(huán)栗114的出口、第七調(diào)節(jié)閥CV-208、第七溫度指示器T-202、第十七壓力指示器P-202、第一液體流量計(jì)F-201、第九調(diào)節(jié)閥CV-207、第六溫度指示器T-201、第十六壓力指示器P-201、液體循環(huán)栗114的入口，該液體循環(huán)管路通過第九調(diào)節(jié)閥CV-207的配合使用，以控制通過液體循環(huán)栗114的液體流量。
[0125]4、反應(yīng)釜攪拌器的攪拌參數(shù)(如:轉(zhuǎn)速)、破碎參數(shù)(如:破碎轉(zhuǎn)速、破碎扭矩、推進(jìn)壓力、破碎深度、破碎壓力)、噴淋器參數(shù)(如:噴淋角度、噴淋速率、液滴大小)及鼓泡器參數(shù)(如:鼓泡速率)可控；
[0126]5、天然氣水合物的制備反應(yīng)釜的制備攪拌粉碎槳選擇推進(jìn)槳葉形式，并且在槳葉下方安裝破碎牙錐，模擬海底采礦車的形式，以達(dá)到水合物破碎的目的;天然氣水合物反應(yīng)釜中的攪拌器采用變頻電機(jī)、無極減速器實(shí)現(xiàn)攪拌粉碎槳的旋轉(zhuǎn)，兩級液壓油缸實(shí)現(xiàn)攪拌槳的上下移動；
[0127]6、在所述反應(yīng)釜上設(shè)置有第二液位指示器L-102，由于高壓反應(yīng)釜內(nèi)實(shí)驗(yàn)物料使用量、生成量、生成水合物的量無法實(shí)現(xiàn)直接測量，所以選用可以非接觸式測量的物位測量計(jì)(如:雷達(dá)液位計(jì))進(jìn)行測量。
[0128]7、在反應(yīng)釜四周設(shè)有4個(gè)點(diǎn)電阻測點(diǎn)C-101，通過測量的電阻率來分析判斷海洋天然氣水合物的合成效果，根據(jù)采集的電阻率曲線進(jìn)行比較及參考，通過曲線實(shí)時(shí)顯示水合物的生成過程;在反應(yīng)釜四周設(shè)有溫度、壓力測量元件，通過測量的溫壓曲線來分析判斷海洋天然氣水合物的合成效果。
[0129]8、通過穩(wěn)壓緩沖罐的液位計(jì)L-101計(jì)量天然氣水合物合成過程中的氣體補(bǔ)氣量；通過第二氣體流量計(jì)F-102計(jì)量天然氣水合物合成前的反應(yīng)爸中的補(bǔ)氣量;通過第二液體流量計(jì)F-202計(jì)量天然氣水合物合成前液體的流量，根據(jù)所測得的流量數(shù)據(jù)可綜合計(jì)算天然氣水合物的儲氣量；
[0130]9、通過穩(wěn)壓緩沖罐第二排水閥V-203的排水閥，可實(shí)現(xiàn)天然氣水合物大量快速制備過程中及天然氣水合物多尺度破碎及漿體保真轉(zhuǎn)移過程中實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)；
[0131](I)當(dāng)實(shí)驗(yàn)氣體循環(huán)回路中氣體壓力過高時(shí)，則需降低其回路的壓力，需關(guān)閉第一截止閥V-101，打開第三截止閥V-103第十八截止閥V-301，并打開真空栗116，將穩(wěn)壓緩沖罐117中的氣體緩慢抽出，使充氣回路壓力逐漸降低，當(dāng)回路中壓力達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需壓力時(shí)，依次關(guān)閉第十八截止閥V-301、真空栗116，達(dá)到降低氣體循環(huán)回路壓力的目的，此時(shí)，第七壓力指示器P-301顯示真空栗的壓力值，第三壓力指示器P-103、第三溫度指示器T-103顯示穩(wěn)壓緩沖罐117的壓力值和溫度值；同時(shí)，穩(wěn)壓緩沖罐117頂部開設(shè)的第二安全閥V-107起到實(shí)驗(yàn)過程中回路壓力過載保護(hù)的作用；在實(shí)驗(yàn)氣體循環(huán)回路中氣體壓力過高的情況下，還可通過開設(shè)在穩(wěn)壓緩沖罐底部的第二排水閥V-203將穩(wěn)壓緩沖罐內(nèi)過量的水排出，達(dá)到降低氣體循環(huán)回路壓力的目的；
[0132](2)當(dāng)實(shí)驗(yàn)氣體循環(huán)回路中氣體壓力過低時(shí)，此時(shí)氣瓶的壓力低于實(shí)驗(yàn)所需壓力，為穩(wěn)定氣體循環(huán)回路中的壓力，需打開第三截止閥V-103、第十一截止閥V-202、第七截止閥V-201，然后打開柱塞栗112，將水箱中的水栗入穩(wěn)壓緩沖罐117，利用氣體的可壓縮性將氣體循環(huán)回路中的氣體壓縮，使回路中的壓力隨著柱塞栗112栗入的液體量的逐漸增加而逐漸升高；當(dāng)達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需壓力時(shí)，依次關(guān)閉第七截止閥V-201、柱塞栗112以及第十一截止閥V-202，達(dá)到穩(wěn)定氣體循環(huán)回路壓力的目的，此時(shí)，第十八壓力指示器P-203顯示柱塞栗的壓力值，第三壓力指示器P-103、第三溫度指示器T-103顯示出穩(wěn)壓緩沖罐的壓力值和溫度值；
[0133]10、實(shí)驗(yàn)過程中為反應(yīng)釜與穩(wěn)壓緩沖罐提供制冷效果的制冷機(jī)組具備制冷、制熱兩種功能；
[0134]11、反應(yīng)釜的混合相出口 i直徑大于管道直徑，保證了天然氣水合物漿體保真轉(zhuǎn)移的暢通，并且在混合相出口 i處設(shè)有濾網(wǎng)1152，過濾未達(dá)到天然氣水合物保真運(yùn)移及管輸需求粒徑的天然氣水合物固體塊狀物，并進(jìn)行二次破碎，直到達(dá)到滿足天然氣水合物保真運(yùn)移及管輸所需粒徑大小為止，并且達(dá)到防止堵塞管路的目的；
[0135]12、天然氣水合物漿體管輸特性實(shí)驗(yàn)管路設(shè)有調(diào)壓器124，調(diào)節(jié)天然氣水合物漿體管輸過程中的實(shí)驗(yàn)壓力；
[0136]13、天然氣水合物漿體管輸特性實(shí)驗(yàn)管路(水平管段、垂直管段)設(shè)有高壓可視管(采用透明石英玻璃管)，還設(shè)有在線粒度測量儀及管道加熱器，分別用來在線監(jiān)測天然氣水合物粒徑大小，模擬天然氣水合物開采后舉升過程中海水溫度梯度變化；
[0137]14、天然氣水合物漿體管輸特性實(shí)驗(yàn)管路垂直管段頂部設(shè)有排空閥V-604，用于實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備階段排空管路中的氣體，垂直管段頂部還設(shè)有第一安全閥V-605，用于實(shí)驗(yàn)過程中緊急情況的應(yīng)急處理。
[0138]最后應(yīng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，其特征在于，包括:天然氣水合物樣品大量快速制備模塊、天然氣水合物多尺度破碎及漿體保真轉(zhuǎn)移模塊、天然氣水合物漿體管輸特性實(shí)驗(yàn)?zāi)K、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測及安全控制模塊4個(gè)模塊;其中， 所述天然氣水合物樣品大量快速制備模塊包括:氣體輸送管路、液體輸送管路、噴淋裝置、鼓泡裝置、攪拌裝置； 其中，所述氣體輸送管路用于將氣瓶(I 18)中的氣體輸送至反應(yīng)釜(115)中；該氣體輸送管路由氣瓶(118)的出口通過管路與反應(yīng)釜(115)底部的氣體入口a連通； 所述液體輸送管路用于將水箱(113)的水輸送至反應(yīng)釜(115)內(nèi)；該液體輸送管路由水箱(113)的出口通過管路與反應(yīng)釜液相入口 c連通，在液體輸送管路上設(shè)置有柱塞栗(112); 所述噴淋裝置包括:在反應(yīng)釜的頂部設(shè)置有噴淋器(1151)，該噴淋器(1151)通過管路與反應(yīng)釜液相入口 c連通，在該連通的管路上設(shè)置有液體循環(huán)栗(114); 所述鼓泡裝置包括在反應(yīng)釜(115)內(nèi)的底部設(shè)置有鼓泡器(122); 所述攪拌裝置在所述反應(yīng)釜(115)內(nèi)安裝有攪拌器(119)，該攪拌器(119)的攪拌粉碎槳采用推進(jìn)槳葉形式，且在槳葉下方安裝有破碎牙錐； 所述天然氣水合物多尺度破碎及漿體保真轉(zhuǎn)移模塊包括:包括天然氣水合物混合相保真運(yùn)移管路和水路兩部分;其中，所述天然氣水合物混合相保真運(yùn)移管路由反應(yīng)釜混合相出口 i通過管路與循環(huán)栗(121)的入口連通;所述水路由水箱(113)通過管路與循環(huán)栗(121)的入口連通，該兩部分通過循環(huán)栗(121)進(jìn)一步混合后與天然氣水合物漿體管輸特性實(shí)驗(yàn)?zāi)K連接； 所述天然氣水合物漿體管輸特性實(shí)驗(yàn)?zāi)K包括垂直管輸回路、水平管輸回路； 所述垂直管輸回路包括與循環(huán)栗(121)的出口連通設(shè)置的垂直管路;所述水平管輸回路包括與循環(huán)栗(121)的出口連通設(shè)置的水平管路;在所述垂直管輸回路、水平管輸回路上均設(shè)置有在線粒度測量儀、管道加熱器及高壓透明可視管； 所述數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測及安全控制模塊包括計(jì)算機(jī)，以及與計(jì)算機(jī)連接的電阻率測量點(diǎn)C、壓力測量點(diǎn)P、溫度測量點(diǎn)T、液位測量點(diǎn)L，單相、多相流體流量計(jì)量測量點(diǎn)F、電機(jī)參數(shù)測量點(diǎn)M。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體輸送管路包括用于將反應(yīng)釜(115)中未反應(yīng)的氣體從反應(yīng)釜上部的氣體出口 b通過氣體循環(huán)栗(111)栗出并循環(huán)栗入反應(yīng)釜(115)底部的氣體入口 a的氣體旁路調(diào)節(jié)循環(huán)回路。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體旁路調(diào)節(jié)循環(huán)回路設(shè)置有一路用于保護(hù)氣體循環(huán)栗的氣體保護(hù)循環(huán)回路，該氣體保護(hù)循環(huán)回路由以下部件依次連接構(gòu)成:氣體循環(huán)栗(111)出口、第二調(diào)節(jié)閥(CV-105)、第四壓力指示器(P-104)、第四溫度指示器(T-104)、第四調(diào)節(jié)閥(CV-109)、第一氣體流量計(jì)(F-101)、第二壓力指示器(P-102)、第二溫度指示器(T-102)、氣體循環(huán)栗(111)入口。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，其特征在于，所述噴淋裝置包括一路用于保護(hù)液體循環(huán)栗(114)的保護(hù)循環(huán)回路，該保護(hù)循環(huán)回路具體由以下部件依次連接構(gòu)成:液體循環(huán)栗(I 14)出口、第七調(diào)節(jié)閥(CV-208)、第七溫度指示器(T-202)、第十七壓力指示器(P-202)、第一液體流量計(jì)(F-201)、第九調(diào)節(jié)閥(CV-207)、第六溫度指示器(T-201)、第十六壓力指示器(P-201)、液體循環(huán)栗(114)入口。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，其特征在于，所述天然氣水合物樣品大量快速制備模塊包括用于使反應(yīng)釜(115)內(nèi)部的壓力處于恒定或者處于所需的壓力條件下的穩(wěn)壓管路;該穩(wěn)壓管路由液相管路和氣相管路2部分構(gòu)成； 其中，液相管路由水箱(I13)、柱塞栗(I12)、穩(wěn)壓緩沖罐(117)底部的液相入口d、液相出口 h、第二排水閥(V-203)通過管路依次連接構(gòu)成； 所述氣相管路由氣瓶(118)的出口、穩(wěn)壓緩沖罐(117)上部的氣相入口f、穩(wěn)壓緩沖罐(117)的氣相出口 g、反應(yīng)釜(115)底部的氣體入口 a通過管路依次連接構(gòu)成。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，其特征在于，在所述穩(wěn)壓緩沖罐(117)上還連接有真空栗(116)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，其特征在于，所述天然氣水合物混合相保真運(yùn)移管路還包括設(shè)置在反應(yīng)釜混合相出口 i的濾網(wǎng)(1152)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，其特征在于，天然氣水合物多尺度破碎及漿體保真轉(zhuǎn)移模塊還包括一路壓力平衡檢測管路，該管路用于保證在天然氣水合物混合相與水在混合之前，天然氣水合物混合相保真運(yùn)移管路和水路內(nèi)管道壓力保持一致； 該壓力平衡檢測管路由穩(wěn)壓緩沖罐(117)的出口 e與天然氣水合物混合相保真運(yùn)移管路和水路的交叉連接點(diǎn)連通構(gòu)成。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，其特征在于，所述天然氣水合物漿體管輸特性實(shí)驗(yàn)?zāi)K還包括一路用于保護(hù)垂直管輸回路和水平管輸回路的保護(hù)管路，該管路由以下部件依次連接構(gòu)成: 循環(huán)栗(121)出口、第十九壓力指示器(P-609)、第十三調(diào)節(jié)閥(CV-601)、第十一調(diào)節(jié)閥(CV-602)、第三液體流量計(jì)(F-601)、調(diào)壓器(124)、循環(huán)栗(121)入口。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，其特征在于，在所述水平管輸回路與垂直管輸回路的交叉點(diǎn)上還連接有三相分離器。
【文檔編號】G01N33/22GK205538950SQ201620191400
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月11日
【發(fā)明人】劉艷軍, 江磊磊, 董孟陽, 王愷釗, 唐孝蓉, 田培均, 黃志強(qiáng), 趙金洲
【申請人】西南石油大學(xué)