一种水合物热物性测量系统及其测量方法技术方案

一种水合物热物性测量系统及其测量方法，热物性测量系统包括高压反应釜、控温装置、压缩成型装置、供气装置、测量装置和数据采集装置。控温装置包括恒温水浴箱，高压反应釜放置在恒温水浴箱内。压缩成型装置包括活塞，活塞后部的高压反应釜内壁上开有进液口，进液口连接有增压泵。测量装置包括热分析仪，热分析仪的探头插入两套筒中间位置。通过上述一种水合物热物性测量系统进行测量时，首先将样品放入套筒内，然后活塞挤压套筒，再然后通过热分析仪测量水合物的热物性。上述一种水合物热物性测量系统及其测量方法，水合物两侧同时受到挤压，探头不会弯折，能减少探头损坏。同时，水合物一致性好，测量精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热物性测量系统及其测量方法，具体涉及一种测量精度高，探头不易损坏的水合物热物性测量系统及其该水合物热物性测量系统的测量方法。
技术介绍
自从18世纪中期Benjamin Franklin开始对固体的导热能力进行实验研究以来，已研究出多种导热系数的测量方法，导热系数的测量主要分为稳态法和非稳态法两大类。近些年来水合物导热系数的研究取得了一定进展，但由于测量方法和实验手段的差异，测量结果不尽相同。测量过程中，考虑到水合物的亚稳定性，科研人员更倾向于采用非稳态法，如探头法，热线法，瞬变平面热源法等。当使用探头法对水合物的导热系数进行原位测量时，可以径向布置探头，也可以轴向布置探头，当径向布置探头时很难保证对样品进行加压致密时探头形态不改变，且不能有效驱除样品中残余气体；而当轴向布置探头时则不能进行轴向加压。也可采用瞬变平面热源法测量水合物的导热系数，这种方法的优点是测量速度更快，且不受接触热阻的影响，但是探头垂直插入高压反应釜，高压反应釜的盖子安装时探头会旋转，在沉积物介质中探头很容易被损坏，另外，当活塞压实样品时探头易弯曲损坏。
技术实现思路
为了解决现有技术中探头易损坏的问题，本专利技术提供一种水合物热物性测量系统及其测量方法。本专利技术提供的一种水合物热物性测量系统，包括高压反应釜、控温装置、压缩成型装置、供气装置、测量装置和数据采集装置。所述高压反应釜下部设置有底座支架，底座支架上设置有两个套筒，两个套筒对称分布，各套筒沿横向轴线壁面上的中心位置开有加料孔；高压反应釜内还设置有压力传感器和第一温度传感器，第一温度传感器通过加料孔伸入套筒内。所述控温装置包括恒温水浴箱，高压反应釜放置在恒温水浴箱内，恒温水浴箱内设置有盘管，所述盘管内有制冷剂循环流动。恒温水浴箱内还设置有第二温度传感器和搅拌器；恒温水浴箱连接有温度控制器。所述压缩成型装置包括两个分别设置在两个套筒后部的活塞，两个活塞后部的高压反应釜内壁上还分别开有进液口，两个进液口分别连接有第一液压支管和第二液压支管，第一液压支管和第二液压支管均连通液压主管，所述液压主管连通增压泵；所述液压主管上还设置有液压主阀。供气装置包括检漏通道、抽真空通道、反应气体供气通道和放空通道；检漏通道、抽真空通道、反应气体供气通道和放空通道均与高压反应釜相连通；所述抽真空通道还连接有真空泵；反应气体供气通道连通反应气体气瓶；放空通道上设置有
安全阀和放气阀。所述测量装置包括热分析仪，热分析仪的探头上设置有由聚甲基丙烯酸甲酯制成的保护膜；两个套筒上设置有相对分布的凹槽，当两个套筒扣合在一起时，两个凹槽形成探头安装孔，所述探头通过探头安装孔插入两套筒中间位置。所述数据采集器连接有热分析仪、压力传感器、第一温度传感器，数据采集器还通过数据输出信号线连接有计算机。优选的，所述压缩成型装置还包括压力控制组件，压力控制组件包括用于测量套筒与活塞距离的测距仪，所述测距仪连接有液压控制器，所述液压控制器连接有第一电动液压阀和第二电动液压阀，所述第一电动液压阀和第二电动液压阀分别安装在第一液压支管和第二液压支管上。通过测距仪测量活塞与套筒之间距离，测距仪将信号输送至液压控制器，液压控制器判断两活塞分别距离相对应套筒距离，并通过调节第一电动液压阀和第二电动液压阀调节活塞运动速度，使两个活塞同时分别抵接两套筒并进行压缩，保证在压缩过程中探头不被破坏。再优选的，所述测距仪包括两个红外信号组件，所述红外信号组件包括红外发射器和红外接收器，所述两个红外信号组件分别固定在套筒的后部凹槽内。通过红外信号组件测量套筒和活塞距离，测量精度高。优选的，活塞与高压反应釜内壁接触处设置有密封垫圈。在活塞与高压反应釜内壁接触处设置密封垫圈，可以防止活塞后部液体泄漏进入两活塞之间的高压反应釜空腔。优选的，所述高压反应釜内部还通过铰接件设置有至少两个支撑杆，探头固定在支撑杆的上端，铰接件通过螺纹连接在反应釜内壁上。当需要取出或放入套筒时，只需旋转支撑杆即可即可，支撑杆的设置不会影响套筒的取出与放入。当套筒过大时，还可以将螺纹连接的铰接件拆卸，然后取下支撑杆，最后取出或放入套筒，所述支撑杆的设置可以固定探头，同时，也不影响套筒的取出或放入。本专利技术提供的一种水合物热物性测量系统，与现有技术相比，具有以下有益效果：上述一种水合物热物性测量系统，可以使沉积物与溶液原位高压合成水合物，可以原位测量热物性参数，也可以非原位测量水合物热物性参数，能够减少探头损坏，提高实验测量精度。所述套筒可以将样品压缩成标准柱状体，保证样品的一致性，减小样品对测量结果的影响。套筒的设置防止水合物被挤压到上部高压反应釜筒状盖中；也可以最大限度减少沉积物或水合物散落在高压反应釜内壁上，从而减少活塞运动阻力，尽可能减少了活塞两侧压差。套筒上开有加料孔，加料孔可以用来加入松散的干的沉积物，也可以方便插入第一温度传感器。高压反应釜置入恒温水浴箱内，制冷剂在盘管内循环流动实现控温，恒温水浴箱内温度
由温度控制器进行调控，对水浴温度可进行程序降温和升温，即通过温度振荡法使高压反应釜内物质快速反应；恒温水浴设置第一温度传感器、第二温度传感器和搅拌器，第一温度传感器用以测量套筒内温度，第二温度传感器用于测量恒温水浴箱内水浴实时温度，搅拌器使恒温水浴箱内各处温度均匀。压缩成型装置包括增压泵和高压反应釜两端受液压驱动的活塞，当判断水合物反应结束后，通过增压泵加压，高压反应釜两端的活塞向套筒方向运动，活塞挤压套筒，完成对样品的压缩成型，由于探头固定于高压反应釜中心位置，采用双侧挤压可保证探头不会因为挤压而发生位移，可有效保护探头，使探头不被破坏。高压反应釜内由于活塞的挤压，必导致釜内压力升高，为保证釜内压力在安全压力下，防空通道上设置安全阀，压力设置稍高于高压反应釜内水合物生成压力。当活塞挤压造成高压反应釜内压力超过安全阀设定压力时，安全阀打开，释放压力，当高压反应釜内压力达到安全阀设定压力时，安全阀关闭，以此保证高压反应釜在安全压力下工作，使高压反应釜内压力保持恒定，减少因压力变化对水合物样品产生的影响。本专利技术还提供一种水合物热物性测量方法，所述测量方法需使用上述一种水合物热物性测量系统，具体测量步骤如下：第一步，将探头的保护膜卡在两个套筒的凹槽内，然后将两个扣合在一起的套筒放到横置的高压反应釜中。第二步，安装好高压反应釜的筒状盖，通过检漏通道进行系统检漏，保证高压反应釜没有漏点。然后关闭检漏通道上的检漏阀门，打开抽真空阀门，启动真空泵，将高压反应釜抽真空，抽真空完毕后，关闭抽真空阀门并把高压反应釜放到恒温水浴箱中；根据实验要求，调整恒温水浴箱内温度。第三步，打开反应气体气瓶，打开反应气体供气通道的供气阀门，向高压反应釜中通入反应气体至实验要求压力，静置一段时间后调节水浴温度至实验要求温度，进行水合物生成反应。第四步，采用温度振荡法使水合物反应完全，工作人员可通过计算水合物反应所需反应气体量、加入反应气体量和高压反应釜内气体压力确认是否反应完全。反应完全后，打开液压主阀，启动手动增压泵加压，待压力达到所需压力时，活塞对两个套筒两侧同时挤压获得压缩后的水合物样品。第五步，待样品压缩完毕后，启动热分析仪进行水合物热物性的测量，热分析仪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水合物热物性测量系统，其特征在于，包括高压反应釜、控温装置、压缩成型装置、供气装置、测量装置和数据采集装置；所述高压反应釜下部设置有底座支架，底座支架上设置有两个套筒，两个套筒对称分布，各套筒沿横向轴线壁面上的中心位置开有加料孔；高压反应釜内还设置有第一温度传感器和压力传感器，所述第一温度传感器通过加料孔伸入套筒内；所述控温装置包括恒温水浴箱，高压反应釜放置在恒温水浴箱内；恒温水浴箱内还设置有第二温度传感器和搅拌器；恒温水浴箱连接有温度控制器；所述压缩成型装置包括分别设置在两个套筒后部的活塞，两个活塞后部的高压反应釜内壁上还分别开有进液口，两个进液口分别连接有第一液压支管和第二液压支管，第一液压支管和第二液压支管均连通液压主管，所述液压主管连通增压泵；所述液压主管上还设置有液压主阀；所述供气装置包括检漏通道、抽真空通道、反应气体供气通道和放空通道；检漏通道、抽真空通道、反应气体供气通道和放空通道均与高压反应釜相连通；所述抽真空通道还连接有真空泵；反应气体供气通道连通反应气体气瓶；所述放空通道上设置有安全阀和放气阀；所述测量装置包括热分析仪，热分析仪的探头上设置有由聚甲基丙烯酸甲酯制成的保护膜；两个套筒上设置有相对分布的凹槽，当两个套筒扣合在一起时，两个凹槽形成探头安装孔，所述探头通过探头安装孔插入两套筒中间位置；所述数据采集器连接有热分析仪、压力传感器、第一温度传感器，数据采集器还通过数据输出信号线连接有计算机。...

【技术特征摘要】
1.一种水合物热物性测量系统，其特征在于，包括高压反应釜、控温装置、压缩成型装置、供气装置、测量装置和数据采集装置；所述高压反应釜下部设置有底座支架，底座支架上设置有两个套筒，两个套筒对称分布，各套筒沿横向轴线壁面上的中心位置开有加料孔；高压反应釜内还设置有第一温度传感器和压力传感器，所述第一温度传感器通过加料孔伸入套筒内；所述控温装置包括恒温水浴箱，高压反应釜放置在恒温水浴箱内；恒温水浴箱内还设置有第二温度传感器和搅拌器；恒温水浴箱连接有温度控制器；所述压缩成型装置包括分别设置在两个套筒后部的活塞，两个活塞后部的高压反应釜内壁上还分别开有进液口，两个进液口分别连接有第一液压支管和第二液压支管，第一液压支管和第二液压支管均连通液压主管，所述液压主管连通增压泵；所述液压主管上还设置有液压主阀；所述供气装置包括检漏通道、抽真空通道、反应气体供气通道和放空通道；检漏通道、抽真空通道、反应气体供气通道和放空通道均与高压反应釜相连通；所述抽真空通道还连接有真空泵；反应气体供气通道连通反应气体气瓶；所述放空通道上设置有安全阀和放气阀；所述测量装置包括热分析仪，热分析仪的探头上设置有由聚甲基丙烯酸甲酯制成的保护膜；两个套筒上设置有相对分布的凹槽，当两个套筒扣合在一起时，两个凹槽形成探头安装孔，所述探头通过探头安装孔插入两套筒中间位置；所述数据采集器连接有热分析仪、压力传感器、第一温度传感器，数据采集器还通过数据输出信号线连接有计算机。2.如权利要求1所述的一种水合物热物性测量系统，其特征在于，所述压缩成型装置还包括压力控制组件，压力控制组件包括用于测量套筒与活塞距离的测距仪，所述测距仪连接有液压控制器，所述液压控制器连接有第一电动液压阀和第二电动液压阀，所述第一电动液压阀和第二电动液压阀分别安装在第一液压支管和第二液压支管上。3.如权利要求2所述的一种水合物热物性测量系统，其特征在于，所述测距仪包括两个红外信号组件，所述红外信号组件包括红外发射器和红外接收器，所述两个红外信号组件分别固定在套筒的后部凹槽内。4.如权利要求1所述的一种水合物热物性测量系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙始财，刘昌岭，孔亚运，陈强，李栋梁，张勇，
申请(专利权)人：山东科技大学，青岛海洋地质研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37