一種次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型公開了一種次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗裝置，尤其是能在裝置密封性良好的情況下長時間進行產(chǎn)氣試驗。
【背景技術(shù)】
[0002]在煤與瓦斯突出過程中，會產(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存的瓦斯為考量遠遠不足以彌補煤與瓦斯突出時產(chǎn)生的超量瓦斯。超量煤層氣的來源、賦存狀態(tài)的問題一直是長期爭論的科學難題。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，因此被認為在構(gòu)造煤形成過程中曾經(jīng)生成過大量的甲烷。力化學成烴模擬實驗結(jié)果顯示，機械能是有機質(zhì)成烴演化的重要能量來源。因此，煤在變形作用過程中是否會發(fā)生化學變化而產(chǎn)生氣體以及產(chǎn)氣機理是關(guān)于超量煤層氣來源的基礎(chǔ)問題。
[0003]目前，煤的變形實驗更多的是借鑒于巖石的現(xiàn)代高溫高壓實驗變形技術(shù)，因此前人在做煤的變形實驗過程中，實驗裝置的溫壓設(shè)置相對較高(200~800°C )，有的遠遠高于煤樣品的熱解甚至裂解起始溫度，而且所用實驗裝置氣密性也不夠理想，同時有效加載時間也較短，對實驗結(jié)果影響較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本實用新型提供一種次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、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)，長時間進行試驗，同時，還能保證裝置氣密性良好。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，一種次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗裝置，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，用來控制所述的反應(yīng)釜體的溫度。所述的氣體觀測收集系統(tǒng)與所述的密封反應(yīng)釜體上部連接，用來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個系統(tǒng)，加載系統(tǒng)和油浴加溫系統(tǒng)是兩個獨立的部件，能獨立完成各自系統(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)包括改進的油壓千斤頂、油壓表、滑動板、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、空開斷路器、過載控制器。
[0009]所述的氣體觀測收集系統(tǒng)包括精密氣壓表、三向閥、導氣軟管、水槽、量筒。
[0010]與現(xiàn)有的高溫高壓變形試驗裝置相比，本實用新型提供的一種次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，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條件(溫度:室溫~200°C，壓力:5~100MPa)，避免了煤熱解成因氣的對變形產(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)采用改進的液壓千斤頂，不僅可以顯示加載壓力的大小，并且可以長時間進行恒溫恒壓加載試驗。
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型的結(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—導向桿；3—滑動板；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；25—活塞桿；26—透氣塾；27—試驗蓋體；28—煤樣棒。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細地描述。
[0015]如圖1、2所示，一種次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗裝置，包括底板1、導向桿2、滑動板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)氣試驗過程中，應(yīng)盡量避免煤樣中殘存氣體和可能發(fā)生熱解作用對試驗結(jié)果的影響，因此將產(chǎn)氣試驗的溫度控制在200 °C以下。由時溫等效原理可知，為了彌補溫度效應(yīng)的減弱，應(yīng)盡量延長加載的時間來模擬煤的變形產(chǎn)氣過程。次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣模擬試驗裝置被設(shè)計成要求溫度控制在200 °C以內(nèi)，加載壓力在100 MPa以下，并且要求加載過程中，裝置能夠長時間提供恒定的溫度與壓力，并對試驗過程中可能產(chǎn)生的氣體進行收集、檢測。
[0017]當螺栓23提供一定的預緊力時，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現(xiàn)密封；當容腔內(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)，同時其彈性變形進一步加大，填充和封閉間隙。本次實驗釜體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。通過四根螺栓23擰緊法蘭盤24的預緊力傳導到O型密封圈20，然后通過O型密封圈20的擠壓變形作用對實驗釜體與活塞桿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)過測量，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。實驗裝置要求能夠提供10Mpa的軸向壓應(yīng)力，因此裝置采用兩根導向桿2承受拉力，選擇直線光軸作為導向桿2。直線光軸與底座I和承壓板8的連接通過螺母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，即裝配時不擰緊，只承受外載時才受到力的作用。把千斤頂13固定到底座I上，滑動板3懸放在千斤頂13上，通過緊固螺母9把承壓板8固定在導向桿2上，則加壓系統(tǒng)設(shè)計安裝完成。
[0019]在缸體蓋7上設(shè)計能夠固定熱電偶的孔，同時在缸體蓋上鉆制三個等間距的孔，在這三個孔里邊插入加熱棒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(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它是一種無毒而且起泡性低、抗泡性強的油，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與空開開關(guān)作為溫度控制與觀測儀器。
[0020]試驗過程中可以通過精密氣壓表11觀察是否有產(chǎn)生氣體，同時觀測壓力表11變化，待試驗開始一定時間之后，可打開三向閥10通過導氣軟管15將產(chǎn)生的氣體導入量筒16排水，可定量計算出產(chǎn)生的氣體的多少，同時可對收集到的氣體在實驗室進行組份分析。
[0021]試驗初期，煤樣棒28放入反應(yīng)釜27內(nèi)，蓋上透氣墊26，導氣活塞桿25上套上大O型密封圈20，放入反應(yīng)釜27內(nèi)，法蘭盤24壓入反應(yīng)釜27，然后用四個螺栓23上緊法蘭盤24。導氣活塞桿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板3中央位置，加熱棒6插入到缸蓋上對應(yīng)的插孔中。以上步驟就緒后，便可加載壓力和溫度進行試驗。
【主權(quán)項】
1.一種次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗裝置，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，用來控制所述的反應(yīng)釜體的溫度；所述的氣體觀測收集系統(tǒng)與所述的密封反應(yīng)釜體上部連接，用來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個系統(tǒng)，加載系統(tǒng)和油浴加溫系統(tǒng)是兩個獨立的部件，能獨立完成各自系統(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、空開斷路器、過載控制器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗裝置，其特征在于所述的氣體觀測收集系統(tǒng)包括精密氣壓表、三向閥、導氣軟管、水槽、量筒。
【專利摘要】本實用新型公開了一種次高溫高壓煤變形產(chǎn)氣試驗裝置。其包括油壓千斤頂、油壓表、滑動板、承壓板、底座、油浴缸、加熱棒、熱電偶、溫控儀、空開斷路器、過載控制器、釜體、上法蘭、內(nèi)徑50×5.33mm的O型密封圈、導氣活塞桿、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、導氣軟管、水槽、量筒。本實用新型可以提供次高溫高壓試驗條件(溫度：室溫～200℃，壓力：5～100MPa)，避免了煤熱解成因氣對變形產(chǎn)氣的干擾。本實用新型能簡單有效地模擬不同煤級煤在不同溫度、壓力狀態(tài)下的變形產(chǎn)氣試驗，為實驗室研究煤的變形產(chǎn)氣規(guī)律以及超量煤層氣來源、賦存狀態(tài)提供有效試驗手段。
【IPC分類】G01N3/18
【公開號】CN204679349
【申請?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
【申請人】河南理工大學
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年4月28日