一種天然氣水合物顆粒合成及氣液固三相流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天然氣水合物顆粒合成及氣液固三相流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置，涉及到天然氣水合物開發(fā)、儲(chǔ)存和輸送領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣水合物是由水分子和甲烷、乙烷、丙烷等輕烴分子在低溫、高壓條件下形成的非化學(xué)計(jì)量性的白色籠狀晶體，遇火可以燃燒，俗稱“可燃冰”。全球天然氣水合物資源豐富，大量存在于陸地永久凍土帶和深水沉積層中。目前反映海底天然氣水合物資源量的合理范圍為IX 1015?3 X1015m3，其所含有機(jī)碳總量超過(guò)所有已發(fā)現(xiàn)的油氣藏資源總和。開發(fā)海洋天然氣水合物資源將是解決未來(lái)能源短缺問(wèn)題的有效途徑。海洋天然氣水合物的一種開采方式為固體開采法，即在海底將水合物打碎成顆粒，再通過(guò)氣力或水力將顆粒提升到處理平臺(tái)。從海底表面或深水沉積層中開采出的水合物顆粒主要通過(guò)管道進(jìn)行輸送。在深水天然氣水合物輸送管道中，受沿線流體流動(dòng)和大范圍變化的溫度、壓力的影響，氣液固三相組成、水合物顆粒粒徑等參數(shù)會(huì)不斷變化，而且這些參數(shù)的變化又反過(guò)來(lái)影響管道內(nèi)的狀態(tài)參量。因此，在管道的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)管道內(nèi)氣液固三相流動(dòng)的物性參數(shù)和狀態(tài)參量對(duì)管道的安全運(yùn)行是十分重要的。在此情況下，需要利用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)路研究不同粒徑的水合物顆粒在管道中的發(fā)展過(guò)程。
[0003]氣液固三相含量和水合物顆粒粒徑是影響管道內(nèi)多相流動(dòng)狀態(tài)的重要因素。目前的含天然氣水合物的多相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)都是在管道內(nèi)生成天然氣水合物，這類裝置能夠測(cè)試不同溫度、壓力條件下伴隨天然氣水合物生長(zhǎng)、分解的多相流動(dòng)參數(shù)，但是不能合成指定粒徑分布的水合物顆粒，因此不能研究一定粒徑的顆粒從進(jìn)入管道流動(dòng)體系以后的整個(gè)變化過(guò)程。為了更加準(zhǔn)確的模擬深水天然氣水合物固體顆粒在提升管內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程，測(cè)定水合物顆粒的粒徑變化規(guī)律，就需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，能夠制備一定粒徑的水合物顆粒，并使其在管道中流動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:為了提供一種能夠合成一定粒徑的天然氣水合物顆粒并測(cè)試其在氣液固三相管流狀態(tài)下發(fā)展過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，可有效測(cè)定水合物顆粒粒徑變化規(guī)律和氣液固三相流動(dòng)的狀態(tài)參量。
[0005]—種天然氣水合物顆粒合成及氣液固三相流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置，由分離器1、壓縮機(jī)2、栗3、聚焦光束反射測(cè)量?jī)x(FBRM)4、顆粒錄影顯微鏡(PVM)5、混合器6、水合物顆粒制備罐7、水平測(cè)試管段8、傾斜測(cè)試管段9、垂直下降測(cè)試管段10、高速攝像儀11、高壓氣瓶G1和G2、注水口 W1和W2、閥門F1到F12、流量計(jì)FM1到FM7、伽馬相分率儀DM1到DM4、可視窗VI到V6、恒溫水浴WB1到WB4、溫度計(jì)T1到T5、壓力表P1到P5、差壓傳感器DPI到DP3組成。
[0006]高壓氣瓶G1、注水口 W1與分離器1相連，F(xiàn)M1測(cè)量從高壓氣瓶G1通入分離器1的氣體流量，F(xiàn)M2測(cè)量從注水口 W1流入分離器1的液體流量。分離器1對(duì)高壓氣瓶G1放出的氣體和注水口Wl來(lái)的液體具有緩沖作用。分離器I放置在恒溫水浴WBl中，從而可以控制分離器內(nèi)流體的溫度。分離器I上部與壓縮機(jī)2相連，氣相經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)2和流量計(jì)FM3到達(dá)混合器6;分離器I底部與栗3相連，液相從分離器I底部出來(lái)經(jīng)過(guò)栗3、流量計(jì)FM4、伽馬相分率儀DM1、FBRM
4,PVM 5到達(dá)混合器6?；旌掀?與水合物顆粒制備罐7相連。水合物制備罐7與高壓氣瓶G2及注水口 W2相連，F(xiàn)M5和FM6分別測(cè)量從高壓氣瓶G2和注水口流入水合物制備罐的氣體和液體的流量。水合物制備罐7中包含固體破碎刀片7a，篩網(wǎng)前攪拌葉片7b，三種由大到小不同孔隙度的篩網(wǎng)7c、7b、7e。篩網(wǎng)前攪拌葉片7b用于攪動(dòng)含水合物顆粒的液固混合物，防止在篩網(wǎng)前形成堵塞。水平測(cè)試管段8與混合器6相連，傾斜測(cè)試管段9與水平測(cè)試管段8相連，垂直下降測(cè)試管段10與傾斜測(cè)試管段9和分離器I相連。傾斜測(cè)試管段9包含90°傾斜段9a、60°傾斜段9b、30°傾斜段9c和旁通段。水平測(cè)試管段8和垂直下降測(cè)試管段10分別放置在恒溫水浴套管WB3和WB4里面。氣液固三相流體流經(jīng)水平測(cè)試管段8、傾斜測(cè)試管段9和垂直下降測(cè)試管段10以后進(jìn)入分離器I，分離出的液相和固相混合物通過(guò)分離器I底部的管道流經(jīng)栗3和流量計(jì)FM4、伽馬相分率儀DM1、FBRM 4,PVM 50FBRM 4用于測(cè)量水合物顆粒的粒徑分布，PVM 5用于觀測(cè)水合物顆粒的形態(tài)。溫度計(jì)和壓力表用于測(cè)量該裝置關(guān)鍵部位的溫度和壓力值;差壓傳感器用于記錄各測(cè)試段的壓力損失；高速攝像儀用于記錄氣液固三相流動(dòng)形態(tài);伽馬相分率儀用于測(cè)試各相在管道橫截面上的比例。
[0007]所述一種天然氣水合物顆粒合成及氣液固三相流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置，其中:所述三種孔隙度的篩網(wǎng)7c、7b、7e可以開關(guān)，以控制流入混合器的水合物顆粒粒徑。
[0008]所述一種天然氣水合物顆粒合成及氣液固三相流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置，其中:傾斜測(cè)試管段9a、9b、9c可以通過(guò)開關(guān)閥門F9、F10、F11、F12進(jìn)行自由切換，并且在傾斜段安裝可視窗和伽馬相分率儀，可以觀測(cè)氣液固三相流流型的變化規(guī)律。
[0009]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，可以達(dá)到以下有益效果:
[0010](I)水合物制備罐7中安裝有固體破碎刀片7a，可以通過(guò)控制刀片轉(zhuǎn)速來(lái)控制水合物顆粒的破碎程度，刀片可以上下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)制備罐底部和頂部水合物的破碎；
[0011](2)水合物制備罐7中安裝可開關(guān)的不同孔隙度的篩網(wǎng)7c、7b、7e，可以通過(guò)控制篩網(wǎng)的開關(guān)來(lái)控制進(jìn)入測(cè)試管段的水合物顆粒的粒徑；
[0012](3)傾斜測(cè)試管段9中設(shè)置有不同傾角的管道，可以通過(guò)閥門F9、F10、F11、F12的開關(guān)實(shí)現(xiàn)某一傾角管段的工作或多個(gè)傾角管段的同時(shí)工作；
[0013](4)由栗6到混合器6的管道上安裝有流量計(jì)FM4、伽馬相分率儀DMl、FBRM 4,PVM5，可以實(shí)現(xiàn)液固兩相流體流量、密度、水合物顆粒粒徑和形態(tài)的測(cè)試；
[0014](5)可視窗的部分采用玻璃鋼，在保證管道承