本實(shí)用新型屬于配液設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐高壓耐化學(xué)腐蝕的配液中繼裝置。

背景技術(shù)：

溫度-水流-應(yīng)力-化學(xué)(THMC)的多場(chǎng)耦合研究近年來(lái)一直受到各個(gè)領(lǐng)域科研人員的關(guān)注，如酸氣回注工程(Acid Gas Injection)，CO₂地質(zhì)利用與封存(CO₂Capture and Storage)，核廢料處置DECOVALEX-THMC，廢物地下處置或垃圾填埋。其中溫度-水流-應(yīng)力THM三場(chǎng)耦合的科學(xué)研究已取得較大進(jìn)展并廣泛用于工程領(lǐng)域，如大型水庫(kù)建設(shè)、地下硐室圍巖穩(wěn)定性。但力學(xué)化學(xué)強(qiáng)耦合還需要進(jìn)一步拓展。

如某酸氣回注工程，大量H₂S/CO₂注入至地下2500米的咸水層，注入的酸性流體與地層水混合在作為多孔介質(zhì)材料的地下巖層中流動(dòng)，其中地層溫度70℃，原始地層壓力為35MPa，井口注入壓力14MPa，該工程目的-封存注入的溫室氣體1000年以上-要求封堵注入流體泄漏的蓋層具有良好的密封性和力學(xué)穩(wěn)定性。這一典型THMC多物理場(chǎng)作用的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題之一，是研究酸氣-咸水-巖石H₂S/CO₂-Brine-Rock相互作用發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)對(duì)巖石長(zhǎng)期力學(xué)穩(wěn)定性的影響。而針對(duì)這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題研發(fā)試驗(yàn)系統(tǒng)面臨的若干技術(shù)難題，進(jìn)行了本實(shí)用新型所述的力化耦合作用下配液中繼裝置的研發(fā)。

如上所述對(duì)多場(chǎng)耦合科學(xué)研究的需求下，進(jìn)行相關(guān)設(shè)備開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到了一系列技術(shù)問(wèn)題。1)腐蝕性流體(一定配比的H₂S/CO₂水溶液)化學(xué)穩(wěn)定性差，需要在實(shí)驗(yàn)加載前現(xiàn)場(chǎng)按比例配置，即配即用，且一次性需要配置整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程所需的溶液(如5L)；2)該腐蝕性流體對(duì)316L的不銹鋼具有腐蝕性，金屬需要選擇哈氏合金C276材質(zhì)，非金屬材料選擇Teflon材質(zhì)，密封圈材料全氟醚橡膠，但哈氏合金的價(jià)格異常昂貴；3)配置該腐蝕性流體的容器同時(shí)需要承壓(20MPa)，普遍使用的耐壓材質(zhì)不銹鋼材質(zhì)316L耐腐蝕性達(dá)不到要求，哈氏合金C276既能承壓亦能耐腐蝕，但價(jià)格過(guò)于昂貴，應(yīng)盡可能少用或不用。

在上述三個(gè)使用條件下——耐壓、耐腐蝕、大容量流體即時(shí)配制，配液的問(wèn)題面臨種種技術(shù)難題。直接采用滿足承壓和耐腐蝕的哈氏合金材質(zhì)加工，由于大容量流體配制需要消耗大量昂貴的哈氏合金材質(zhì)，經(jīng)濟(jì)上完全不可行；滿足強(qiáng)度要求的不銹鋼材質(zhì)不耐酸液腐蝕，一般的防腐措施不能滿足技術(shù)要求，如在不銹鋼壁面噴涂防腐涂層；耐腐蝕的特氟龍材質(zhì)不能承受高壓。在此應(yīng)用背景下，如何通過(guò)結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)計(jì)，在經(jīng)濟(jì)合理的情況下，達(dá)到各項(xiàng)技術(shù)要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種耐高壓耐化學(xué)腐蝕的配液中繼裝置。該裝置采用擠壓式構(gòu)型實(shí)現(xiàn)，功能上同時(shí)滿足耐壓、耐腐蝕、大容量流體即時(shí)配制三項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)，能滿足實(shí)際研究應(yīng)用中力學(xué)化學(xué)耦合作用下的腐蝕性流體配置，適用于需要同時(shí)考慮抗壓性能和防腐性的配液設(shè)備，特別適用于一定壓力條件下腐蝕性流體(如二氧化碳CO₂或硫化氫H₂S的水溶液)對(duì)多孔介質(zhì)材料(如砂巖)的影響。

本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案如下：

一種耐高壓耐化學(xué)腐蝕的配液中繼裝置，至少包括：

壓力容器；

第一合金管，所述第一合金管設(shè)置在所述壓力容器的上端與并所述壓力容器內(nèi)部連通，所述第一合金管設(shè)置有球閥；

設(shè)置在所述壓力容器內(nèi)的柔性特氟龍材質(zhì)的配液氣囊，所述配液氣囊設(shè)置有一個(gè)開(kāi)口，所述開(kāi)口覆蓋在所述壓力容器的內(nèi)底壁上，所述配液氣囊的本體將所述壓力容器內(nèi)的空間隔離為互不連通的腐蝕性流體區(qū)域和驅(qū)替流體區(qū)域，所述腐蝕性流體區(qū)域位于所述配液氣囊內(nèi)，所述驅(qū)替流體區(qū)域位于所述配液氣囊外；

第二合金管，所述第二合金管設(shè)置在所述壓力容器的下端與并所述腐蝕性流體區(qū)域連通，所述第二合金管設(shè)置有針閥。

配液氣囊密閉性良好，僅出口端穿過(guò)壓力容器底座與第二合金管連接，內(nèi)部腐蝕性流體不會(huì)泄漏擴(kuò)散至外圍的壓力容器，造成不可恢復(fù)的損壞。

本實(shí)用新型所提供的耐高壓耐化學(xué)腐蝕的配液中繼裝置將腐蝕性流體的配液過(guò)程和高壓注入過(guò)程分開(kāi)，基于流體驅(qū)替的原理，讓腐蝕性流體僅發(fā)生在配液氣囊內(nèi)，通過(guò)壓力容器內(nèi)驅(qū)替流體的壓力傳遞實(shí)時(shí)擠壓配液氣囊變形實(shí)現(xiàn)高壓注入，從而一定程度解決了耐壓、耐腐蝕、大容量流體即時(shí)配制的技術(shù)問(wèn)題。

進(jìn)一步的，所述腐蝕性流體區(qū)域的容積大于等于一次性配置酸液的額定容積且小于等于所述壓力容器的內(nèi)容積。

配液氣囊為柔性特氟龍材質(zhì)，耐化學(xué)腐蝕性良好，形狀隨內(nèi)外壓力差改變，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)由驅(qū)替流體的壓力變化控制配液氣囊內(nèi)腐蝕性流體的輸出壓力或流量控制；柔性特氟龍材質(zhì)耐久性好，在疲勞限度內(nèi)，氣囊多次膨脹壓縮不會(huì)影響其工作性能。

具體的，所述腐蝕性流體區(qū)域內(nèi)填充有對(duì)所述壓力容器的材質(zhì)具有腐蝕性的流體介質(zhì)，流體介質(zhì)經(jīng)由針閥和第二合金管進(jìn)出腐蝕性流體區(qū)域。

具體的，所述驅(qū)替流體區(qū)域內(nèi)填充有對(duì)所述壓力容器的材質(zhì)不具有腐蝕性的流體介質(zhì)。流體介質(zhì)經(jīng)由球閥和第一合金管流通進(jìn)入驅(qū)替流體區(qū)域。

進(jìn)一步的，所述球閥為雙向閥。

進(jìn)一步的，所述針閥為雙向閥。

進(jìn)一步的，所述壓力容器包括盒體和蓋體，所述盒體與所述蓋體通過(guò)螺栓緊固連接，對(duì)驅(qū)替流體區(qū)域進(jìn)行密封。

進(jìn)一步的，所述第一合金管貫穿所述蓋體并與所述壓力容器的內(nèi)部連通；所述第二合金管貫穿所述盒體的底壁并與所述腐蝕性流體區(qū)域連通。

進(jìn)一步的，所述球閥的上端連接注入泵。

進(jìn)一步的，所述注入泵為高精度柱塞計(jì)量泵。

在上述技術(shù)方案中：

所述的壓力容器耐壓性良好，能承壓20MPa以上壓強(qiáng)，密封性良好，可采用普通的不銹鋼材質(zhì)(304、316或316L)；

腐蝕性流體，可以選自濃硫酸、氫氟酸、高分子聚合物、含生物活性的藥劑等腐蝕性劇烈或不宜與耐壓材質(zhì)直接接觸的流體介質(zhì)。優(yōu)選的，為CO₂和H₂S混合的酸性流體。

驅(qū)替流體，可以下面走含指示劑的去離子水、含消化腐蝕性流體成分的溶液、酒精、航空液壓油等，對(duì)壓力容器材質(zhì)不具有腐蝕性、成本低廉，優(yōu)選的，為能與酸液反應(yīng)并具有指示顏色的堿水溶液。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)和有益效果在于：

本實(shí)用新型所提供的耐高壓耐化學(xué)腐蝕的配液中繼裝置，通過(guò)巧妙的擠壓式構(gòu)型設(shè)計(jì)，合理地區(qū)分了多物理場(chǎng)的作用范圍，在功能上同時(shí)實(shí)現(xiàn)了耐高壓、耐化學(xué)腐蝕、大容量流體即時(shí)配制這三項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)，且經(jīng)濟(jì)可行，加工方便。

具體來(lái)講，通過(guò)壓力容器承壓，耐壓能力可達(dá)60MPa；通過(guò)配液氣囊充填腐蝕性流體，適用于多種強(qiáng)腐蝕性流體介質(zhì)；通過(guò)配液氣囊和壓力容器的容積協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)所需即時(shí)配置流體的額定容積。

其設(shè)計(jì)理念具有一定的推廣價(jià)值，為解決多物理場(chǎng)耦合作用下的復(fù)雜技術(shù)問(wèn)題(立足應(yīng)力場(chǎng)和化學(xué)場(chǎng)，可推廣至溫度場(chǎng)、電磁場(chǎng)、聲波、光信號(hào)等)提供可操作的借鑒意義。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型所提供的耐高壓耐化學(xué)腐蝕的配液中繼裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖1中，各標(biāo)號(hào)所代表的結(jié)構(gòu)列表如下：

1、球閥，2、第一合金管，3、螺栓，4、配液氣囊，5、腐蝕性流體區(qū)域，6、壓力容器，7、第二合金管，8、針閥，9、驅(qū)替流體區(qū)域。

具體實(shí)施方式

以下對(duì)本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)施例只用于解釋本實(shí)用新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。

在一個(gè)具體實(shí)施方式中，如圖1，一種耐高壓耐化學(xué)腐蝕的配液中繼裝置，包括壓力容器6、第一合金管2、設(shè)置在壓力容器6內(nèi)的柔性特氟龍材質(zhì)的配液氣囊4和第二合金管7。壓力容器6包括盒體和蓋體，盒體與蓋體通過(guò)螺栓3緊固連接。

第一合金管2設(shè)置在壓力容器6的上端與并壓力容器6內(nèi)部連通，第一合金管2設(shè)置有球閥1。

配液氣囊4的上端和圓周自封閉，下端設(shè)置有唯一開(kāi)口。開(kāi)口覆蓋在壓力容器6的內(nèi)底壁上，配液氣囊4的材料本體將壓力容器6內(nèi)的空間隔離為互不連通的腐蝕性流體區(qū)域5和驅(qū)替流體區(qū)域9。腐蝕性流體區(qū)域5位于配液氣囊4內(nèi)，域內(nèi)存儲(chǔ)腐蝕性流體；驅(qū)替流體區(qū)域9位于配液氣囊4外，區(qū)域內(nèi)存儲(chǔ)驅(qū)替流體。

第二合金管7設(shè)置在壓力容器6的下端與并腐蝕性流體區(qū)域5連通，第二合金管7設(shè)置有針閥8。

上述各結(jié)構(gòu)的材料可具體設(shè)置如下：

球閥1，控制驅(qū)替流體，可選用世偉洛克1/8卡套端接316L材質(zhì)的球閥；

第一合金管2，流通驅(qū)替流體，如世偉洛克直徑1/8英寸的合金管，不銹鋼材質(zhì)316L；

螺栓3，316L材質(zhì)；

配液氣囊4，耐化學(xué)腐蝕，氣囊內(nèi)儲(chǔ)存腐蝕性流體，氣囊形狀隨內(nèi)外壓力差變化，可選用Teflon材質(zhì)；

腐蝕性流體，如CO₂和H₂S的混合酸性溶液；

壓力容器6，耐高壓，不銹鋼材質(zhì)，內(nèi)部充填驅(qū)替流體，密封性好；

第二合金管7，流通腐蝕性流體，如世偉洛克直徑1/8英寸的合金管，哈氏合金材質(zhì)C276；

針閥8，控制腐蝕性流體，哈氏合金材質(zhì)C276；

驅(qū)替流體，如蒸餾水、航空液壓油等，充填整個(gè)壓力容器。

本實(shí)用新型所提供的耐高壓耐化學(xué)腐蝕的配液中繼裝置得工作原理如下：

打開(kāi)針閥8，對(duì)配液氣囊4內(nèi)注入不同組分即時(shí)配置所需的腐蝕性流體，注入完畢后關(guān)閉針閥8。打開(kāi)球閥1，對(duì)壓力容器6注入驅(qū)替流體，填充壓力容器6內(nèi)部空間并排除空氣。高壓注入操作時(shí)，通過(guò)對(duì)壓力容器6注入驅(qū)替流體，壓力傳遞至配液氣囊4，將配液氣囊4內(nèi)充填的腐蝕性流體擠出，并通過(guò)第二合金管7和針閥8向外部的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供高壓腐蝕性流體，從而實(shí)現(xiàn)功能要求。

本實(shí)用新型中，為了方便闡述，僅以此例說(shuō)明設(shè)計(jì)原理，其材質(zhì)、形狀、構(gòu)型尺寸、端部連接方式、數(shù)量等變化不超過(guò)本實(shí)用新型的表述范圍。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。