深水可燃冰降压试采三维模拟试验高压气供给系统技术方案

本发明专利技术提供了一种深水可燃冰降压试采三维模拟试验高压气供给系统，应用于可燃冰试采试验的高压气供给。该高压气供给系统由甲烷供给器、氮气供给器、甲烷供给模拟试验控制系统和氮气供给模拟试验控制系统组成，并实施可燃冰降压试采深水沉积物模拟产液高压气供给的作业流程，甲烷供给器依据气滤器和自力式压力调节阀供给稳定和压力连续可调的高压干燥甲烷，氮气供给器依据压力气动控制阀和自力式压力调节阀供给稳定和压力连续可调的高压氮气，并吹扫带压管式缓冲罐和模拟可燃冰反应器，甲烷供给模拟试验控制系统和氮气供给模拟试验控制系统分别实现远程自动控制深水沉积物模拟产液高压干燥甲烷和高压氮气供给作业流程并保障其流动安全。

【技术实现步骤摘要】
深水可燃冰降压试采三维模拟试验高压气供给系统
本专利技术涉及一种海洋工程领域模拟深水可燃冰试采试验的高压气供给系统，特别是涉及一种深水可燃冰降压试采三维模拟试验高压气供给系统及其工艺流程。
技术介绍
目前，可燃冰合成和开采实验系统主要为可燃冰低温高压模拟试验系统，且这些可燃冰低温高压模拟试验系统一般由高压系统、冷却系统和测试系统组成，其中高压系统包含高压容器、配气瓶和加压设备，冷却系统包含防冻液、冷冻机和温度控制器，测试系统主要包括压力、温度、光学、声学、电学检测和摄像部分，这些可燃冰低温高压模拟试验系统无论是试验设备还是试验流程，专门用于海洋工程深水可燃冰降压试采模拟试验系统的研究较少。国内外几种有代表性的可燃冰低温高压模拟试验系统包括：Youslf固结岩心试验系统、Buffett天然多孔介质试验系统和Wonmo填砂管试验系统。其中，Youslf固结岩心试验系统是Youslf和Sloan为研究Berea砂岩岩心内天然气水合物的合成和分解而设计的试验装置，Berea砂岩岩心被热收缩橡胶管包裹后固定于不锈钢压力容器内，橡胶管内用手动甲烷气瓶直接供给与砂岩岩心内部相同压力的高压甲烷气，橡胶管外用手动水力泵供给比砂岩岩心内部至少高1.0MPa的高压水作为围压。Buffett天然多孔介质试验系统是Buffett等人为研究天然多孔介质内天然气水合物合成而设计的试验装置，该试验系统模拟了海洋环境，并采用CO2作为天然多孔介质内天然气水合物的生成气体，试验装置中间为蒸馏水溶液，上部为手动CO2气瓶供给的气体薄层。Wonmo填砂管试验系统是韩国Sung等人为研究多孔介质内天然气水合物合成以及降压、加热、注化学药剂等各种分解试验而设计的填砂管模拟试验系统，该试验系统的主要部分为设计了恒温水浴的填砂长管，然而其填砂长管内仍然采用手动甲烷气瓶直接供给高压甲烷气和手动水力泵供给高压水。综上所述，目前的可燃冰低温高压模拟试验系统多为天然气水合物合成和分解试验装置，用于研究容器内或多孔介质天然气水合物的相态、物理、化学性质及天然气水合物的合成和降压、加热等分解试验，而针对深水可燃冰降压试采的模拟试验装置较少，同时可燃冰低温高压模拟试验系统用的高压气多为手动甲烷气瓶或手动CO2气瓶直接供给，且没有设计专门的吹扫系统，难以模拟出真实的深水可燃冰合成和分解环境。
技术实现思路
为了有效解决深水可燃冰降压试采技术问题并克服现有可燃冰合成和开采模拟试验装置及其高压气供给系统存在的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种适合深水可燃冰降压试采用的三维模拟试验高压气供给系统及其相关控制流程。该高压气供给系统依据甲烷供给器和甲烷供给模拟试验控制系统远程自动供给连续稳定的高压干燥甲烷，并通过氮气供给器和氮气供给模拟试验控制系统远程自动供给高压氮气并吹扫带压管式缓冲罐和模拟可燃冰反应器，实施可燃冰降压试采深水沉积物模拟产液高压气供给的作业流程。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种深水可燃冰降压试采三维模拟试验高压气供给系统，主要由甲烷供给器、氮气供给器、甲烷供给模拟试验控制系统和氮气供给模拟试验控制系统组成。较之现有可燃冰合成和开采模拟试验的高压气供给系统，该高压气供给系统的甲烷供给器设置气滤器并通过输甲烷管汇与模拟可燃冰反应器相连，甲烷供给模拟试验控制系统设有自力式压力调节阀和智能气体孔板流量计，且氮气供给模拟试验控制系统设有压力气动控制阀和自力式压力调节阀，同时氮气供给器经由带压管式缓冲罐与模拟可燃冰反应器连为一体。甲烷供给器依据气滤器和甲烷滤前管汇上的自力式压力调节阀供给稳定和压力连续可调的高压干燥甲烷，它包括高压甲烷气罐、甲烷滤前管汇、气滤器和输甲烷管汇。高压甲烷气罐采用可移动式管制气瓶，且高压甲烷气罐内存储高压甲烷气，气滤器通过甲烷进气管和甲烷滤前管汇与高压甲烷气罐相连并经由甲烷出气管和输甲烷管汇与模拟可燃冰反应器的反应器进气管连为一体。气滤器由气滤壳体和气滤芯组成，气滤器的气滤壳体采用半封闭式圆壳体且其内嵌入气滤芯，气滤壳体的壳壁采用圆筒且其壳底部采用半球形壳体，气滤壳体的壳壁上设有甲烷进气管和甲烷出气管，甲烷进气管的轴线和甲烷出气管的轴线位于同一水平面上，气滤壳体的顶端部设置法兰盘并实现气滤器的密封。气滤器的气滤芯设有滤芯体和滤芯卡箍，滤芯卡箍采用环状卡箍并位于气滤芯的顶部，且滤芯卡箍通过圆周焊的方式与滤芯体连为一体，同时滤芯卡箍的外环面与气滤壳体的环腔内壁之间采用过盈配合，从而实现气滤芯的轴向固定。气滤芯的滤芯体整体采用柱体和锥体组合的构造，滤芯体柱体的外环面与气滤壳体的环腔内壁之间采用间隙配合，且滤芯体柱体的底端面同时位于甲烷进气管和甲烷出气管的下部，滤芯体锥体所在锥面的大端圆面直径等于滤芯体柱体的外环面直径。气滤芯的滤芯体通过焊接而形成一组等间距均匀排列且流道曲折的滤气网，气滤芯的滤缝呈菱形，气滤芯滤缝的上部两个面相交而构成过滤高压甲烷气的折流槽，且气滤芯滤缝的下部两个面相交而构成高压甲烷气过滤后的集液槽，由此高压甲烷气所携带的细小水珠以及大于气滤芯滤缝的杂质被滤芯体截流。甲烷供给器的高压干燥甲烷供给流程为，高压甲烷气罐中的高压甲烷气经甲烷滤前管汇输出，并由甲烷滤前管汇上的自力式压力调节阀将甲烷供给压力调整至模拟试验压力，而后高压甲烷气经甲烷进气管进入气滤器的气滤壳体内，且高压甲烷气所携带的细小水珠以及大于气滤芯滤缝的杂质被滤芯体截流而形成高压干燥甲烷，最后经甲烷出气管和输甲烷管汇并由反应器进气管为模拟可燃冰反应器供给稳定和压力连续可调的高压干燥甲烷。氮气供给器依据输氮气管汇上的压力气动控制阀和自力式压力调节阀供给稳定和压力连续可调的高压氮气，并实现带压管式缓冲罐和模拟可燃冰反应器的吹扫，它包括高压氮气罐和输氮气管汇。高压氮气罐采用可移动式管制气瓶，且高压氮气罐内存储高压氮气，高压氮气罐通过输氮气管汇和缓冲罐进气管与带压管式缓冲罐连为一体。氮气供给器的高压氮气供给流程为，高压氮气罐中的高压氮气通过输氮气管汇上的自力式压力调节阀将氮气供给压力调整至高压水压力，而后高压氮气经输氮气管汇并由缓冲罐进气管进入带压管式缓冲罐并实施吹扫作业。甲烷供给模拟试验控制系统实现远程自动控制深水沉积物模拟产液高压干燥甲烷供给作业流程并保障其流动安全，它通过压力释放阀、自力式压力调节阀、智能气体孔板流量计和数据采集系统远程自动调控高压干燥甲烷的供给。甲烷供给模拟试验控制系统中，输甲烷管汇上设有智能气体孔板流量计，智能气体孔板流量计采用微功耗的方式自动进行高压干燥甲烷压力和温度的补偿，并分别通过压力变送器、流量变送器和温度变送器将实时监测到的高压干燥甲烷压力、流量和温度信号一起传送至数据采集系统及其累积流量显示仪上。甲烷供给模拟试验控制系统中，甲烷滤前管汇上设有自力式压力调节阀，自力式压力调节阀将甲烷供给压力调整至模拟试验压力，并提供稳定和压力连续可调的高压甲烷气。高压甲烷气罐的出口处设有压力释放阀，压力释放阀自动释放超压工况时的高压甲烷气并调整高压甲烷气罐内的压力，保障高压干燥甲烷供给流动安全。甲烷供给模拟试验控制系统中，自力式压力调节阀和气滤器之间的甲烷滤前管汇上设有压力变送器，实时监测自力式压力调节阀的调压状况，并通过压力表显示瞬时甲烷供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深水可燃冰降压试采三维模拟试验高压气供给系统，它主要由甲烷供给器、氮气供给器、甲烷供给模拟试验控制系统和氮气供给模拟试验控制系统组成，并远程自动供给连续稳定的高压干燥甲烷和高压氮气，实施可燃冰降压试采深水沉积物模拟产液高压气供给的作业流程，甲烷供给器设置气滤器并通过输甲烷管汇与模拟可燃冰反应器相连，氮气供给器经由带压管式缓冲罐与模拟可燃冰反应器连为一体，其特征在于：一甲烷供给器；所述甲烷供给器依据气滤器和甲烷滤前管汇上的自力式压力调节阀供给稳定和压力连续可调的高压干燥甲烷，它包括高压甲烷气罐、甲烷滤前管汇、气滤器和输甲烷管汇；高压甲烷气罐采用可移动式管制气瓶，气滤器通过甲烷进气管和甲烷滤前管汇与高压甲烷气罐相连并经由甲烷出气管和输甲烷管汇与模拟可燃冰反应器的反应器进气管连为一体；气滤器由气滤壳体和气滤芯组成，气滤壳体采用半封闭式圆壳体且其内嵌入气滤芯，气滤壳体的壳壁上设有甲烷进气管和甲烷出气管，气滤芯设有滤芯体和滤芯卡箍，气滤芯的滤芯卡箍采用环状卡箍，气滤芯的滤芯体整体采用柱体和锥体组合的构造，且滤芯体通过焊接而形成一组等间距均匀排列且流道曲折的滤气网，气滤芯的滤缝呈菱形；一氮气供给器；所述氮气供给器依据输氮气管汇上的压力气动控制阀和自力式压力调节阀供给稳定和压力连续可调的高压氮气，它包括高压氮气罐和输氮气管汇，高压氮气罐采用可移动式管制气瓶；一甲烷供给模拟试验控制系统；所述甲烷供给模拟试验控制系统实现远程自动控制深水沉积物模拟产液高压干燥甲烷供给作业流程并保障其流动安全，它通过压力释放阀、自力式压力调节阀、智能气体孔板流量计和数据采集系统远程自动调控高压干燥甲烷的供给，并依据压力释放阀自动释放超压工况时的高压甲烷气并调整高压甲烷气罐内的压力；输甲烷管汇上设有智能气体孔板流量计，智能气体孔板流量计采用微功耗的方式自动进行高压干燥甲烷压力和温度的补偿，甲烷滤前管汇上设有自力式压力调节阀，自力式压力调节阀和气滤器之间的甲烷滤前管汇上设有压力变送器；一氮气供给模拟试验控制系统；所述氮气供给模拟试验控制系统实现远程自动控制深水沉积物模拟产液高压氮气供给作业流程并保障其流动安全，它通过压力释放阀、自力式压力调节阀、压力气动控制阀和数据采集系统远程自动调控高压氮气的供给，并依据压力释放阀自动释放超压工况时的高压氮气并调整高压氮气罐内的压力；输氮气管汇上设有自力式压力调节阀，且输氮气管汇上设有压力气动控制阀，带压管式缓冲罐的罐壁上设有压力变送器。...

【技术特征摘要】
1.一种深水可燃冰降压试采三维模拟试验高压气供给系统，它主要由甲烷供给器、氮气供给器、甲烷供给模拟试验控制系统和氮气供给模拟试验控制系统组成，并远程自动供给连续稳定的高压干燥甲烷和高压氮气，实施可燃冰降压试采深水沉积物模拟产液高压气供给的作业流程，甲烷供给器设置气滤器并通过输甲烷管汇与模拟可燃冰反应器相连，氮气供给器经由带压管式缓冲罐与模拟可燃冰反应器连为一体，其特征在于：一甲烷供给器；所述甲烷供给器依据气滤器和甲烷滤前管汇上的自力式压力调节阀供给稳定和压力连续可调的高压干燥甲烷，它包括高压甲烷气罐、甲烷滤前管汇、气滤器和输甲烷管汇；高压甲烷气罐采用可移动式管制气瓶，气滤器通过甲烷进气管和甲烷滤前管汇与高压甲烷气罐相连并经由甲烷出气管和输甲烷管汇与模拟可燃冰反应器的反应器进气管连为一体；气滤器由气滤壳体和气滤芯组成，气滤壳体采用半封闭式圆壳体且其内嵌入气滤芯，气滤壳体的壳壁上设有甲烷进气管和甲烷出气管，气滤芯设有滤芯体和滤芯卡箍，气滤芯的滤芯卡箍采用环状卡箍，气滤芯的滤芯体整体采用柱体和锥体组合的构造，且滤芯体通过焊接而形成一组等间距均匀排列且流道曲折的滤气网，气滤芯的滤缝呈菱形；一氮气供给器；所述氮气供给器依据输氮气管汇上的压力气动控制阀和自力式压力调节阀供给稳定和压力连续可调的高压氮气，它包括高压氮气罐和输氮气管汇，高压氮气罐采用可移动式管制气瓶；一甲烷供给模拟试验控制系统；所述甲烷供给模拟试验控制系统实现远程自动控制深水沉积物模拟产液高压干燥甲烷供给作业流程并保障其流动安全，它通过压力释放阀、自力式压力调节阀、智能气体孔板流量计和数据采集系统远程自动调控高压干燥甲烷的供给，并依据压力释放阀自动释放超压工况时的高压甲烷气并调整高压甲烷气罐内的压力；输甲烷管汇上设有智能气体孔板流量计，智能气体孔板流量计采用微功耗的方式自动进行高压干燥甲烷压力和温度的补偿，甲烷滤前管汇上设有自力式压力调节阀，自力式压力调节阀和气滤器之间的甲烷滤前管汇上设有压力变送器；一氮气供给模拟试验控制系统；所述氮气供给模拟试验控制系统实现远程自动控制深水沉积物模拟产液高压氮气供给作业流程并保障其流动安全，它通过压力释放阀、自力式压力调节阀、压力气动控制阀和数据采集系统远程自动调控高压氮气的供给，并依据压力释放阀自动释放超压工况时的高压氮气并调整高压氮气罐内的压力；输氮气管汇上设有自力式压力调节阀，且输氮气管汇上设有压力气动控制阀，带压管式缓冲罐的罐壁上设有压力变送器。2.根据权利要求1所述的深水可燃冰降压试采三维模拟试验高压气供给系统，其特征在于：所述深水可燃冰降压试采三维模拟试验高压气供给系统依据甲烷供给器和甲烷供给模拟试验控制系统远程自动供给连续稳定的高压干燥甲烷，并通过氮气供给器和氮气供给模拟试验控制系统远程自动供给高压氮气并吹扫带压管式缓冲罐和模拟可燃冰反应器；所述甲烷供给模拟试验控制系统设有自力式压力调节阀和智能气体孔板流量计，且氮气供给模拟试验控制系统设有压力气动控制阀和自力式压力调节阀。3.根据权利要求1所述的深水可燃冰降压试采三维模拟试验高压气供给系统，其特征在于：所述甲烷供给器的高压甲烷气罐内存储高压甲烷气，气滤器中气滤壳体的壳壁采用圆筒且其壳底部采用半球形壳体，同时气滤壳体的顶端部设置法兰盘并实现气滤器的密封，甲烷进气管的轴线和甲烷出气管的轴线位于同一水平面上；所述气滤芯的滤芯卡箍位于气滤芯的顶部，且滤芯卡箍通...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新福，刘春花，周超，尚超，贺相军，何鸿铭，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37