本公开描述了一种浅海环境模拟与动态监测的装置，以及使用该装置的方法，该装置包括：多个反应管道，布置在反应管道内的循环冷水夹套与串联布置的反应柱；用于向反应柱注液的注液组件，包括溶液储罐和连通至溶液储罐的泵；用于向反应柱注气的注气组件，包括气源和连通至气源的调压阀；以及监测组件，包括一个或多个传感器；其中，每个反应管道的侧壁中设置有多个探头孔，探头孔与反应柱连通，探头孔中安装有传感器的探头密封柱或堵头，以在模拟期间感测环境参数。感测环境参数。感测环境参数。
【技术实现步骤摘要】
一种浅海环境模拟与动态监测的装置以及方法
[0001]本公开涉及模拟装置，尤其涉及海底环境模拟与监测领域。
技术介绍
[0002]海洋天然气水合物(以下简称水合物)又称“可燃冰”，是一种清洁、高效、储量巨大的新型能源，也被认为传统油气资源的最佳替代品。水合物的海底地下有效成分是甲烷，任何适宜水合物开采的海域必然存在大量上升甲烷的供给，水合物藏主要赋存于海底非固结沉积层中。上升流体的运移过程、甲烷地球化学反应过程和水合物藏就位，都会改造沉积层、海水
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沉积物界面和水体的特性、地球化学和生态环境条件。若大规模商业开采极有可能破坏开采区脆弱的生态环境，处置不当甚至可能导致大规模的生态环境灾难。
[0003]由于水合物开采以及海底环境的复杂性，常规油气开采现场监测并不适用于天然气水合物的开采，所以需要提出针对海底天然气水合物开采可能导致的甲烷泄露等环境问题的监测手段。针对水合物开采过程中可能出现的环境风险与影响，预先对开采过程可能发生的环境变化以及水质指标进行模拟监测对现实开采工作有重要指导与预警作用。
技术实现思路
[0004]本公开的一方面提供了一种浅海环境模拟与动态监测的装置，其可以模拟海底环境介质条件，监测海底甲烷泄漏或其他原因对浅海海底环境的影响。
[0005]根据本公开的一个方面，提供了一种浅海环境模拟与动态监测的装置，其包括：反应组件，包括多个反应管道，每个所述反应管道中布置有循环冷水夹套与反应柱，每个循环冷水夹套与冷水机循环连通，所述反应柱串联布置；注液组件，包括溶液储罐和连通至所述溶液储罐的泵，所述泵连通至所述反应柱，以将溶液从所述溶液储罐注入到所述反应柱中；注气组件，包括气源和连通至所述气源的调压阀，所述调压阀连通至所述反应柱，以将气体从所述气源注入到所述反应柱中；以及监测组件，包括一个或多个传感器；其中，每个所述反应管道的侧壁中设置有多个探头孔，所述探头孔与所述反应柱连通，所述探头孔中安装有所述传感器的探头密封柱或堵头。
[0006]在一些实施例中，注气组件还包括气体流量控制器；其中，所述气体流量控制器连通至所述调压阀与所述反应柱，来自所述调压阀的气体经由所述气体流量控制器或直接注入到所述反应柱中。
[0007]在一些实施例中，所述注气组件的调压阀与所述反应柱之间、所述注气组件的气体流量控制器与所述反应柱之间、以及所述注液组件的泵与所述反应柱之间分别设置有单向阀。
[0008]在一些实施例中，所述注液组件连通至所述反应柱中的一个；所述注气组件连通至所述反应柱中的一个。
[0009]在一些实施例中，所述堵头连通至背压阀，所述背压阀连通至采样容器，以将所述反应柱中的水样取出至所述采样容器中。
[0010]在一些实施例中，所述传感器选自压力传感器、温度传感器、亚硝氮传感器、硝氮传感器、氨氮传感器、在线COD光度测试传感器、悬浮固体传感器、电化学溶氧传感器、在线PH传感器、在线ORP传感器、在线电导率仪中的一种或多种，所述传感器连接至多参数水质分析仪。
[0011]根据本公开的另一方面，提供了一种使用上述装置进行浅海环境模拟与动态监测的方法，其包括以下步骤：
[0012]S1：构建海底模拟环境，包括：
[0013]S1.1：根据所需的沉积物介质与上覆海水的比率，依次向所述多个反应柱中的一个或多个内填入所需厚度的沉积物介质，使用压实板压实所述反应柱内的沉积物介质；
[0014]S1.2：使用所述注液组件，将实验所需的海水依次注入至多个反应柱中的一个或多个内至饱和；
[0015]S1.3：设定循环冷水浴温度，使用所述冷水机使冷却水在所述循环冷水夹套与所述冷水机之间循环；
[0016]S2：注入气体，包括：
[0017]S2.1：设定反应压力，使用注气组件将气源中的气体注入到反应柱内，并达到反应压力；
[0018]S3：动态监测，包括：
[0019]S3.1：使用安装在所述探头孔中的传感器感测所述反应柱内海水的环境参数；和/或
[0020]S3.2：将采样容器经由背压阀连通至安装在所述探头孔中的堵头，通过所述采样容器对所述反应柱内的海水进行取样分析。
[0021]在一些实施例中，可选地，填充有所述沉积物介质的所述反应柱均完全填充有所述沉积物介质。
[0022]所公开的方法使用该装置通过模拟浅海海底环境的温度和高压条件，通过设置多个串联连通的反应柱，可以实现在不同的沉积物介质与上覆海水的比率下，模拟水合物开采造成的甲烷气体泄露对浅海海底环境的影响，获取对复杂多变海底环境进一步了解的相关数据。
附图说明
[0023]图1示出了根据本公开的浅海环境模拟与动态监测的装置的示意图；
[0024]图2示出了反应柱安装有各种传感器的示意图。
具体实施方式
[0025]以下结合附图和具体实施例对本专利技术公开的浅海环境模拟与动态监测的装置作进一步详细说明。根据以下详细说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。
[0026]参照图1，其示出了根据本专利技术的一种浅海环境模拟与动态监测的装置，其包括反应组件、注液组件、注气组件以及监测组件。
[0027]反应组件可以包括一个或多个反应管道，每个反应管道中布置有循环冷水夹套11与反应柱12，每个循环冷水夹套11与冷水机14循环连通。循环冷水夹套11优先地包裹反应柱12，使得可以将反应柱12内的内容物(海水、海底沉积物等)维持在一定的温度范围内，以模拟海底低温环境。反应管道中可以配备有温度传感器(例如温度传感器T1、T2、T3)以用于监测反应柱12内溶液的温度，以及压力传感器(例如压力传感器P1、P2、P3)以用于监测反应柱12内溶液的压力。通过控制过程领域中已知的控制逻辑电路(例如实施为巡检仪)可以精确地控制反应柱12内的溶液的温度和压力。
[0028]在一些优选的实施例中，反应组件包括多个反应管道。例如在图1所示的特定实施例中，反应组件包括3个反应管道。以下参照反应组件包括3个反应管道的特定实施例描述本专利技术的构思。
[0029]多个反应管道中的每一个的循环冷水夹套11彼此串联连通，并与冷水机14循环连通，使得冷水可以在3个反应管道与冷水机之间14循环流通。循环冷水夹套11包裹围绕反应柱12，使得反应柱12内的溶液温度可以与冷水机14的设定温度基本上一致。多个反应管道中的每一个的反应柱12也彼此串联连通。例如，第一反应柱C1的上部经由管线，特别是耐压管线与第二反应柱C2的下部连通，第一反应柱C1和第二反应柱C2之间可以设置有阀门V7、V12；第二反应柱C2的上部经由管线，特别是耐压管线与第三反应柱C3的下部连通，第二反应柱C2和第二反应柱C3之间可以设置有阀门V10、V13。当阀门V7、V12打开时，第一反应柱C1内的溶液和气体可以流入到第二反应柱C2中；当阀门V10、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种浅海环境模拟与动态监测的装置，其特征在于，其包括：反应组件，包括多个反应管道，每个所述反应管道中布置有循环冷水夹套与反应柱，每个循环冷水夹套与冷水机循环连通，所述反应柱串联布置；注液组件，包括溶液储罐和连通至所述溶液储罐的泵，所述泵连通至所述反应柱，以将溶液从所述溶液储罐注入到所述反应柱中；注气组件，包括气源和连通至所述气源的调压阀，所述调压阀连通至所述反应柱，以将气体从所述气源注入到所述反应柱中；以及监测组件，包括一个或多个传感器；其中，每个所述反应管道的侧壁中设置有多个探头孔，所述探头孔与所述反应柱连通，所述探头孔中安装有所述传感器的探头密封柱或堵头。2.根据权利要求1所述的浅海环境模拟与动态监测的装置，其特征在于：所述注气组件还包括气体流量控制器；其中，所述气体流量控制器连通至所述调压阀与所述反应柱，来自所述调压阀的气体经由所述气体流量控制器或直接注入到所述反应柱中。3.根据权利要求2所述的浅海环境模拟与动态监测的装置，其特征在于：所述注气组件的调压阀与所述反应柱之间、所述注气组件的气体流量控制器与所述反应柱之间、以及所述注液组件的泵与所述反应柱之间分别设置有单向阀。4.根据权利要求1所述的浅海环境模拟与动态监测的装置，其特征在于：所述注液组件连通至所述反应柱中的一个；所述注气组件连通至所述反应柱中的一个。5.根据权利要求1所述的浅海环境模拟与动态监测的装置，其特征在于：所述堵头连通至背压阀，所述背压阀连通至采样容器，以将...
【专利技术属性】
技术研发人员：李雁，李霞，黄伟乐，池怡妙，苏佳欣，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：
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