一種次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型公開(kāi)了一種次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗(yàn)裝置，尤其是能在裝置密封性良好的情況下長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行產(chǎn)氣試驗(yàn)。
【背景技術(shù)】
[0002]在煤與瓦斯突出過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生超量煤層氣，而以朗格繆爾氣體單分子層等溫吸附量和煤的封閉或者孔隙儲(chǔ)存的瓦斯為考量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以彌補(bǔ)煤與瓦斯突出時(shí)產(chǎn)生的超量瓦斯。超量煤層氣的來(lái)源、賦存狀態(tài)的問(wèn)題一直是長(zhǎng)期爭(zhēng)論的科學(xué)難題。煤與瓦斯突出與構(gòu)造作用密切相關(guān)，易突出構(gòu)造煤的氯仿提取物相比原生結(jié)構(gòu)煤多，并且生烴能力較低，因此被認(rèn)為在構(gòu)造煤形成過(guò)程中曾經(jīng)生成過(guò)大量的甲烷。力化學(xué)成烴模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，機(jī)械能是有機(jī)質(zhì)成烴演化的重要能量來(lái)源。因此，煤在變形作用過(guò)程中是否會(huì)發(fā)生化學(xué)變化而產(chǎn)生氣體以及產(chǎn)氣機(jī)理是關(guān)于超量煤層氣來(lái)源的基礎(chǔ)問(wèn)題。
[0003]目前，煤的變形實(shí)驗(yàn)更多的是借鑒于巖石的現(xiàn)代高溫高壓實(shí)驗(yàn)變形技術(shù)，因此前人在做煤的變形實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)裝置的溫壓設(shè)置相對(duì)較高(200~800°C )，有的遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煤樣品的熱解甚至裂解起始溫度，而且所用實(shí)驗(yàn)裝置氣密性也不夠理想，同時(shí)有效加載時(shí)間也較短，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗(yàn)裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、安全可靠，不僅能夠在次高溫高壓條件下(溫度:室溫~200°C，壓力:5~100MPa)，長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)，還能保證裝置氣密性良好。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，一種次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗(yàn)裝置，由4部分系統(tǒng)構(gòu)成，包括密封反應(yīng)釜體系統(tǒng)，壓力加載系統(tǒng)，溫控加熱系統(tǒng)，氣體觀測(cè)收集系統(tǒng)；所述的密封反應(yīng)釜系統(tǒng)是模擬裝置的核心，其放置在所述的壓力加載系統(tǒng)的加載框架中，并由所述的壓力加載系統(tǒng)提供加載壓力。所述的溫控加熱系統(tǒng)與所述的密封反應(yīng)釜體相連接，用來(lái)控制所述的反應(yīng)釜體的溫度。所述的氣體觀測(cè)收集系統(tǒng)與所述的密封反應(yīng)釜體上部連接，用來(lái)觀察并收集所述反應(yīng)釜體中可能產(chǎn)生的氣體。溫壓模擬裝置的4個(gè)系統(tǒng)，加載系統(tǒng)和油浴加溫系統(tǒng)是兩個(gè)獨(dú)立的部件，能獨(dú)立完成各自系統(tǒng)的功能，密封系統(tǒng)和加載系統(tǒng)，相互配合實(shí)現(xiàn)加壓靜密封。密封結(jié)構(gòu)為自緊式。
[0006]所述的密封反應(yīng)釜體系統(tǒng)包括釜體、上法蘭、內(nèi)徑50X5.33 mm的O型密封圈、導(dǎo)氣活塞桿、上壓蓋、內(nèi)徑35X2.65 mm的O型密封圈、內(nèi)六角圓柱頭螺釘M 6X20。
[0007]所述的壓力加載系統(tǒng)包括改進(jìn)的油壓千斤頂、油壓表、滑動(dòng)板、承壓板、底座。
[0008]所述的溫控加熱系統(tǒng)包括油浴缸、加熱棒、熱電偶、溫控儀、空開(kāi)斷路器、過(guò)載控制器。
[0009]所述的氣體觀測(cè)收集系統(tǒng)包括精密氣壓表、三向閥、導(dǎo)氣軟管、水槽、量筒。
[0010]與現(xiàn)有的高溫高壓變形試驗(yàn)裝置相比，本實(shí)用新型提供的一種次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗(yàn)裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，成本低，系統(tǒng)可靠性高，不僅可以提供次高溫高壓試驗(yàn)條件(溫度:室溫~200°C，壓力:5~100MPa)，避免了煤熱解成因氣的對(duì)變形產(chǎn)氣的干擾。并且所述的密封系統(tǒng)和加載系統(tǒng)，相互配合實(shí)現(xiàn)加壓靜密封，保證了裝置氣密性良好。所述的加載系統(tǒng)采用改進(jìn)的液壓千斤頂，不僅可以顯示加載壓力的大小，并且可以長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行恒溫恒壓加載試驗(yàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為密封反應(yīng)釜體的示意圖；
[0013]附圖中:1一底板；2—導(dǎo)向桿；3—滑動(dòng)板；4一隔熱墊板；5—加熱??? ；6一加熱棒；7一加熱???蓋；8—承壓板；9一螺母；10—二向閥；11一壓力表；12—娃油；13—油壓千斤頂；14—油壓表；15—導(dǎo)氣管；16—量筒；17—水槽；18—溫控儀；19—小O型密封圈；20—大O型密封圈；21—上壓蓋；22—集氣腔；23—螺栓；24—法蘭盤(pán)；25—活塞桿；26—透氣塾；27—試驗(yàn)蓋體；28—煤樣棒。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0015]如圖1、2所示，一種次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗(yàn)裝置，包括底板1、導(dǎo)向桿2、滑動(dòng)板3、隔熱墊板4、加熱罐5、加熱棒6、加熱罐蓋7、承壓板8、螺母9、三向閥10、壓力表11、硅油12、油壓千斤頂13、油壓表14、導(dǎo)氣管15、量筒16、水槽17和溫控儀18。
[0016]在煤的變形產(chǎn)氣試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)盡量避免煤樣中殘存氣體和可能發(fā)生熱解作用對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，因此將產(chǎn)氣試驗(yàn)的溫度控制在200 °C以下。由時(shí)溫等效原理可知，為了彌補(bǔ)溫度效應(yīng)的減弱，應(yīng)盡量延長(zhǎng)加載的時(shí)間來(lái)模擬煤的變形產(chǎn)氣過(guò)程。次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣模擬試驗(yàn)裝置被設(shè)計(jì)成要求溫度控制在200 °C以內(nèi)，加載壓力在100 MPa以下，并且要求加載過(guò)程中，裝置能夠長(zhǎng)時(shí)間提供恒定的溫度與壓力，并對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中可能產(chǎn)生的氣體進(jìn)行收集、檢測(cè)。
[0017]當(dāng)螺栓23提供一定的預(yù)緊力時(shí)，O型橡膠圈20被擠壓后，能夠提供氣密性。O型橡膠圈密封原理為一種擠壓型密封，擠壓型密封的基本工作原理是依靠密封件發(fā)生彈性變形，在密封接觸面上造成接觸壓力，接觸壓力大于被密封介質(zhì)的內(nèi)壓，則不發(fā)生泄漏，反之則發(fā)生泄漏。即使沒(méi)有介質(zhì)壓力或者壓力很小，O形密封圈靠自身的彈性力作用而也能實(shí)現(xiàn)密封；當(dāng)容腔內(nèi)充入有壓力的介質(zhì)后，在介質(zhì)壓力的作用下，O形密封圈發(fā)生位移，移向低壓側(cè)，同時(shí)其彈性變形進(jìn)一步加大，填充和封閉間隙。本次實(shí)驗(yàn)釜體27內(nèi)，活塞桿25與釜體27之間的密封，靠O型密封圈20與活塞桿25的接觸壓力提供自密封。通過(guò)四根螺栓23擰緊法蘭盤(pán)24的預(yù)緊力傳導(dǎo)到O型密封圈20，然后通過(guò)O型密封圈20的擠壓變形作用對(duì)實(shí)驗(yàn)釜體與活塞桿25提供密封。
[0018]結(jié)合千斤頂工作結(jié)構(gòu)原理，將壓力表14裝到頂升活塞所在的內(nèi)缸筒上。在千斤頂?shù)鬃写怪毕蛳裸@八分孔，經(jīng)過(guò)測(cè)量，底座高度為30 mm，因此，鉆孔深度取15 mm ;然后在底座15 _高度處，側(cè)面沿著圓心方向鉆八分孔，以便與垂直孔相交。為了便于觀測(cè)壓力以及減少密閉環(huán)節(jié)，在水平孔上焊接直角油壓表接頭。實(shí)驗(yàn)裝置要求能夠提供10Mpa的軸向壓應(yīng)力，因此裝置采用兩根導(dǎo)向桿2承受拉力，選擇直線光軸作為導(dǎo)向桿2。直線光軸與底座I和承壓板8的連接通過(guò)螺母9緊固。承壓板8主要承載向上的頂升力作用，因此螺母9與螺栓的連接采用松螺栓連接原理，即裝配時(shí)不擰緊，只承受外載時(shí)才受到力的作用。把千斤頂13固定到底座I上，滑動(dòng)板3懸放在千斤頂13上，通過(guò)緊固螺母9把承壓板8固定在導(dǎo)向桿2上，則加壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝完成。
[0019]在缸體蓋7上設(shè)計(jì)能夠固定熱電偶的孔，同時(shí)在缸體蓋上鉆制三個(gè)等間距的孔，在這三個(gè)孔里邊插入加熱棒6。使用硅油12作為傳熱介質(zhì)，其優(yōu)點(diǎn)如下:①優(yōu)良的熱氧化穩(wěn)定性，如熱分解溫度>300 0C，蒸發(fā)損失小(150 0C，30天，蒸發(fā)損失僅為2%)，氧化試驗(yàn)(200 °C、72 h)，黏度和酸值變化小。②優(yōu)良的電絕緣性，體積電阻等在常溫?130 °C范圍內(nèi)不變化。③它是一種無(wú)毒而且起泡性低、抗泡性強(qiáng)的油，可作消泡劑等使用。利用硅油12作為傳熱與保溫介質(zhì)，加熱棒6作為熱源，熱電偶、溫控儀18與空開(kāi)開(kāi)關(guān)作為溫度控制與觀測(cè)儀器。
[0020]試驗(yàn)過(guò)程中可以通過(guò)精密氣壓表11觀察是否有產(chǎn)生氣體，同時(shí)觀測(cè)壓力表11變化，待試驗(yàn)開(kāi)始一定時(shí)間之后，可打開(kāi)三向閥10通過(guò)導(dǎo)氣軟管15將產(chǎn)生的氣體導(dǎo)入量筒16排水，可定量計(jì)算出產(chǎn)生的氣體的多少，同時(shí)可對(duì)收集到的氣體在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行組份分析。
[0021]試驗(yàn)初期，煤樣棒28放入反應(yīng)釜27內(nèi)，蓋上透氣墊26，導(dǎo)氣活塞桿25上套上大O型密封圈20，放入反應(yīng)釜27內(nèi)，法蘭盤(pán)24壓入反應(yīng)釜27，然后用四個(gè)螺栓23上緊法蘭盤(pán)24。導(dǎo)氣活塞桿25頂部凹槽中放置小O型圈19，并抹上一層密封膠，蓋上上壓蓋。
[0022]將反應(yīng)釜體放置到油浴缸中，并蓋上缸蓋。并將其一起放置于滑動(dòng)板3中央位置，加熱棒6插入到缸蓋上對(duì)應(yīng)的插孔中。以上步驟就緒后，便可加載壓力和溫度進(jìn)行試驗(yàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗(yàn)裝置，其特征在于:包括密封反應(yīng)釜體系統(tǒng)，壓力加載系統(tǒng)，溫控加熱系統(tǒng)，氣體觀測(cè)收集系統(tǒng)；所述的密封反應(yīng)釜體系統(tǒng)是模擬裝置的核心，其放置在所述的壓力加載系統(tǒng)的加載框架中，并由所述的壓力加載系統(tǒng)提供加載壓力；所述的溫控加熱系統(tǒng)與所述的密封反應(yīng)釜體相連接，用來(lái)控制所述的反應(yīng)釜體的溫度；所述的氣體觀測(cè)收集系統(tǒng)與所述的密封反應(yīng)釜體上部連接，用來(lái)觀察并收集所述反應(yīng)釜體中可能產(chǎn)生的氣體；溫壓模擬裝置的4個(gè)系統(tǒng)，加載系統(tǒng)和油浴加溫系統(tǒng)是兩個(gè)獨(dú)立的部件，能獨(dú)立完成各自系統(tǒng)的功能，密封系統(tǒng)和加載系統(tǒng)，相互配合實(shí)現(xiàn)加壓靜密封。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的密封反應(yīng)釜體系統(tǒng)包括釜體、上法蘭、內(nèi)徑50X5.33mm的O型密封圈、導(dǎo)氣活塞桿、上壓蓋、內(nèi)徑35 X 2.65mm的O型密封圈、內(nèi)六角圓柱頭螺釘M6 X 20，所述活塞桿與釜體之間的密封，靠O型密封圈與活塞桿的接觸壓力提供自密封。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的壓力加載系統(tǒng)包括油壓千斤頂、油壓表、滑動(dòng)板、承壓板、底座。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的溫控加熱系統(tǒng)包括油浴缸、加熱棒、熱電偶、溫控儀、空開(kāi)斷路器、過(guò)載控制器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的氣體觀測(cè)收集系統(tǒng)包括精密氣壓表、三向閥、導(dǎo)氣軟管、水槽、量筒。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗(yàn)裝置。其包括油壓千斤頂、油壓表、滑動(dòng)板、承壓板、底座、油浴缸、加熱棒、熱電偶、溫控儀、空開(kāi)斷路器、過(guò)載控制器、釜體、上法蘭、內(nèi)徑50×5.33mm的O型密封圈、導(dǎo)氣活塞桿、上壓蓋、內(nèi)徑35×2.65mm的O型密封圈、內(nèi)六角圓柱頭螺釘M6×20、精密氣壓表、三向閥、導(dǎo)氣軟管、水槽、量筒。本實(shí)用新型可以提供次高溫高壓試驗(yàn)條件(溫度：室溫～200℃，壓力：5～100MPa)，避免了煤熱解成因氣對(duì)變形產(chǎn)氣的干擾。本實(shí)用新型能簡(jiǎn)單有效地模擬不同煤級(jí)煤在不同溫度、壓力狀態(tài)下的變形產(chǎn)氣試驗(yàn)，為實(shí)驗(yàn)室研究煤的變形產(chǎn)氣規(guī)律以及超量煤層氣來(lái)源、賦存狀態(tài)提供有效試驗(yàn)手段。
【IPC分類(lèi)】G01N3/18
【公開(kāi)號(hào)】CN204679349
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520261425
【發(fā)明人】閆歡歡, 鄭則用, 何俊, 陳亮, 李寧, 史鵬翔, 劉林兵, 牛帥
【申請(qǐng)人】河南理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年4月28日