UCGPMF-50型煤及巖層中污染物遷移實(shí)驗裝置

1.概述

該裝置用于模擬自然狀態(tài)下，地下氣化過(guò)程中煤巖受地應力、瓦斯壓力等共同作用的三軸三軸應力狀態(tài)下煤樣的滲透率，并用于測定應力變化、溫度變化、介質(zhì)變化等方面對煤巖滲透性的影響。

實(shí)驗原理：通過(guò)向煤層模型中注入污染物和氣體，測量節點(diǎn)上的壓力，并且取樣分析濃度、組成等等參數，研究煤本地氣化過(guò)程中污染物的擴散規律。

2.主要技術(shù)參數

（1）工作壓力

環(huán)壓：50Mpa

驅替壓力：40Mpa

壓力測試精度：0.1%F•S

（2）測量范圍：0.01～10mL/min

（3）工作溫度：200℃，控溫精度：±0.5℃

（4）電    源：交流380V   50HZ

（5）總 功 率：6KW

（6）巖心規格：ф25×300㎜

3.儀器的基本組成結構

該儀器主要由注入系統、模型系統、計量系統、自動(dòng)控制系統、數據采集與處理系統組成。

注入系統：由注入泵、中間容器、管閥件組成，可將各種流體按一定流量注入到模型內。

模擬系統：由巖心夾持器、恒溫箱、環(huán)壓泵、回壓系統等組成。

計量系統：包括壓力測量、溫度測量、流量計量、油、水體積自動(dòng)計量等。

自動(dòng)控制：計算機自動(dòng)控制注入泵的流量，環(huán)壓泵自動(dòng)跟蹤內壓，恒溫箱加熱恒溫等。

數據采集處理：由各種數據采集卡、工控機、打印機、采集處理軟件組成，可適時(shí)采集壓力、溫度流量、油水體積等參數，并對數據進(jìn)行運算處理。

4.組成儀器各部件的技術(shù)規范

（1）注入泵

型號：NP-KX-500-10，工作壓力：60Mpa，流量：0.01～10mL/min，泵可手動(dòng)操作亦計算機。

（2）中間容器

ZR-3型中間容器 容積：1000mL，耐壓：50Mpa，材質(zhì)：1Cr18Ni9Ti，數量3只。

用于存儲驅替介質(zhì)，并起緩沖作用。

ZR-3型哈氏合金中間容器  容積：200mL/50MPa，1只。

（3）巖心夾持器及填砂模型

夾持器適用巖心規格：ф25×300㎜，ф25×80㎜

填砂模型：ф25×500㎜，32Mpa，二測壓點(diǎn)

工作壓力：50Mpa，環(huán)壓：60Mpa

材質(zhì)：316L

（4）環(huán)壓跟蹤泵

DJB-80A型   工作壓力：60Mpa，用于給巖心夾持器施加環(huán)向壓力，密封巖心。

手動(dòng)和電動(dòng)操作，配通訊口，可微機操作。

（5）恒溫箱

工作溫度：180℃±0.5℃

工作室內尺寸：1200×800×850㎜（長(cháng)×寬×高）。

后開(kāi)門(mén)，內裝照明燈，不銹鋼材料制作。

熱風(fēng)循環(huán)，采用PID調節控溫技術(shù)，箱內溫度均勻，控溫精度高。

安裝滾動(dòng)腳輪，移動(dòng)方便。

分兩節加工后連接為一個(gè)整體，方便搬運。

（6）閥門(mén)、管線(xiàn)、管件及流程

采用DW3內卡 式高壓閥門(mén)管件，耐壓70Mpa。

（7）計量系統

壓力計量：壓力變送器DG1300-BZ-B-2-60/AA、DG1300-BZ-B-2-4/AA

測量精度0.25%F·S，用于巖心進(jìn)出口及各測壓點(diǎn)的壓力測量，所有壓力采用WP-C901-20-17-P壓力數顯表顯示，也可通過(guò)數顯表上有RS232口由計算機采集。

溫度計量：采用PT100測溫探頭，XMT-7512ZX-RZ溫控儀設定、控溫、測量溫度。

流量計量：采用天平稱(chēng)重法計算液體流量

          天平型號：BP423S，量程420g，精度0.001g

          計算機自動(dòng)采集計算流量值。

油水自動(dòng)計量：采用液位及電子天平自動(dòng)計量油、水體積，油、水體積值油計算機自動(dòng)采集計算。

（8）數據采集系統

采用MOXA C168H/PCI、MOXA C104H/PCI數據采集板適時(shí)采集壓力、溫度、流量。

（9）自動(dòng)控制系統

計算機可對下列外部設備進(jìn)行自動(dòng)控制

（1）注入泵：通過(guò)泵的通訊接口，計算機可對注入流量進(jìn)行控制；

（2）環(huán)壓跟蹤泵：計算機通過(guò)HY6160端子板自動(dòng)控制環(huán)壓泵及電磁閥的開(kāi)關(guān)，維持驅替壓力與環(huán)壓的壓差。

圖1 測控系統示意圖

（10）應用軟件與數據處理

軟件在windows2000/XP環(huán)境下運行，采用VB編程。儀器工作流程顯示在界面上，可實(shí)現人機對話(huà)，操作人員設定好參數后就可以實(shí)現無(wú)人值守，計算機可自動(dòng)采集所有的壓力、流量，并控制泵的運行，環(huán)壓泵的自動(dòng)跟蹤。

計算機采集的數據經(jīng)處理可生成原始數據報表、分析報表以及曲線(xiàn)圖，同時(shí)生成數據庫文件格式，以便用戶(hù)靈活使用。

計算機：揚天  A8000C    打印機：HP1160

5.主要技術(shù)特征

（1）裝置采用模塊化設計，可根據不同試驗要求進(jìn)行組合；

（2）能模擬地層條件下進(jìn)行高溫高壓驅替試驗；

（3）關(guān)鍵部件采用進(jìn)口件，提高測試的可靠性、精確性；

（4）實(shí)現計算機自動(dòng)化控制、采集、處理；

（5）環(huán)壓跟蹤注入壓力，保持恒定壓差；

（6）高、低量程壓力變送器可切換，確保壓力測試精度；

（7）儀器的結構合理、外型美觀(guān)大方、操作方便、經(jīng)久耐用；

（8）選購件齊全，可根據不同試驗要需要，選購我廠(chǎng)不同規格的模型，使儀器廣泛應用于各種試驗研究域。

6.基本操作

（1）巖樣準備

①巖樣的鉆取切割：將巖樣鉆成φ25或ф38的圓柱體，兩端切割平整，切割面與軸線(xiàn)垂直。

鉆取巖樣方法參見(jiàn)SY/T5336

②巖樣的洗油

洗油方法按SY/T5336執行

③巖樣的烘干

巖樣烘干溫度控制在60～65℃，烘干24h后，每隔8h稱(chēng)重一次，兩次稱(chēng)重的差值小于10mg時(shí)，記下巖樣的實(shí)測質(zhì)量。

④測量巖樣的幾何尺寸：長(cháng)度（L）、直徑（D）。

⑤巖樣氣體滲透率測定按SY/T5336進(jìn)行。

⑥巖樣抽空飽和油（水），稱(chēng)濕重，計算巖樣孔隙體積。

⑦將飽和好油（水）的巖樣浸泡在油（水）中，待用。

（2）流程準備

保證儲液容器、各種泵內液體充足，不足時(shí)請添加。

（3）巖心的安裝

從燒杯中取出預先飽和好的巖心，放入夾持器膠套內，裝上夾持器堵頭，頂緊巖樣。

（4）加環(huán)壓密封巖樣

①手動(dòng)加環(huán)壓

將控制面板上手動(dòng)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)打到手動(dòng)位置，打開(kāi)環(huán)壓泵開(kāi)關(guān)，增壓至需要壓力值時(shí)，關(guān)環(huán)壓泵開(kāi)關(guān)。

②自動(dòng)加環(huán)壓

將控制面板上手動(dòng)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)位置，在計算機實(shí)驗程序上，點(diǎn)擊實(shí)驗開(kāi)始鍵后，計算機自動(dòng)控制環(huán)壓泵的啟動(dòng)與停止，并自動(dòng)跟蹤驅替壓力，維持環(huán)壓與驅替壓力差。

（5）加溫

先打開(kāi)面板上恒溫箱風(fēng)機開(kāi)關(guān)，再打開(kāi)加熱開(kāi)關(guān)，在其控溫儀上設定需加熱的溫度，溫控儀自動(dòng)控制恒溫箱加熱，至所需溫度恒溫。

溫控儀溫度設定方法詳見(jiàn)溫控儀使用說(shuō)明書(shū)

停止加熱只需將加熱開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，或將溫控儀溫度設定到低于環(huán)境溫度。

（6）實(shí)驗評價(jià)

各種試驗方法詳見(jiàn)其實(shí)驗評價(jià)行業(yè)標準。

7.安全

儀器的安全操作涉及到操作者的人身安全和儀器的正常使用壽命，廠(chǎng)家提醒操作者注意如下要點(diǎn)：

（1）儀器的各類(lèi)儀表和計算機必須保證正確的電源輸入，必須配有自動(dòng)穩壓保護裝置。

（2）儀器各部保證有良好的接地。

（3）流程管匯各部的壓力不高于設計壓力，特別不能高于各種檢測儀表的量程，使用氣體加壓時(shí)必須格外小心。

（4）儀器的閥門(mén)設計為手動(dòng)操作，請按試驗步驟預先設計好試驗流程走向，任何一閥門(mén)的操作錯誤均可能導致整個(gè)試驗的失敗。

（5）系統在高溫操作時(shí)，必須帶有絕熱手套，以免燙傷。

8.維護

恒速泵要定期清洗，其詳細的維護請參閱讀泵說(shuō)明書(shū)。

電子天平要避免強烈振動(dòng)，切不可過(guò)載，其詳細的注意事項請閱讀天平說(shuō)明書(shū)。

本儀器所配計算機為儀器的用控制機，切忌亂拷軟件，尤其是來(lái)歷不明的軟盤(pán)，計算機病毒可能會(huì )導致控制及數據采集的混亂和錯誤。

儀器所有與液體接觸的部分均為不銹鋼材質(zhì)，有一定的抗腐蝕性能，但并非一勞永逸。對流程管匯部分需經(jīng)常清洗，尤其是注完酸或其它強腐蝕液體后要立即用清水清洗。流程長(cháng)期不用時(shí)，流程管匯內注滿(mǎn)油或用高壓氣吹干，以防銹蝕。

長(cháng)期使用會(huì )造成對流程密封件的正常破損，影響密封性能，所以，建議定期對儀器進(jìn)行耐壓試驗，對儀器.的泄露部分更換密封件，對經(jīng)常使用者其周期以3個(gè)月為宜。