一种改变气体密度的等温吸附装置及试验方法与流程

本发明属于实验器具技术领域，尤其涉及一种改变气体密度的等温吸附装置及试验方法。

背景技术：

中国作为煤炭生产大国，在采煤作业过程中，很容易破坏地下自然环境条件，比如混入密度较大的气体改变原先的密度条件。煤层中蕴含丰富的煤层气资源，其主要成分是瓦斯。煤储层渗透率是煤层气开采的重要参数之一，渗透率随各种条件的变化关系历来为众多科研工作者关注，其中地应力是其变化的主要敏感因素，但随着煤层开采深度的增加，随之带入的空气密度也加大，因而，混合气体密度对煤层渗透率的影响不容忽视，煤体渗透率与地应力的关系，已有不少研究者做过相应的研究，但进行不同气体密度条件下的等温吸附实验还比较少，研究气体的密度对煤瓦斯吸附量的影响具有重要意义。目前为止，还没有可用于改变气体密度的等温吸附装置，因此有必要对现有的吸附装置进行一定的改进以模拟煤矿开采现场混合气体密度的变化。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种改变气体密度的等温吸附装置及试验方法，以解决现有技术没有可用于改变气体密度的等温吸附装置，导致不能做不同气体密度条件下的等温吸附实验等技术问题。

本发明的技术方案是：

一种改变气体密度的等温吸附装置，它包括：混合气体供给系统，所述混合气体供给系统与气体混合装置通过管路连接；气体混合装置与测气体密度混合箱通过管路连接；测气体密度混合箱与气体吸附系统通过管路连接；气体吸附系统与压力加载系统通过管路连接；所述测气体密度混合箱内安装有气体密度传感器，气体密度传感器通过导线与显示器连接。

所述混合气体供给系统包括第一储气罐和第二储气罐；第一储气罐与气体混合装置连接的管路上依次安装有第一开关阀和第一压力表；第二储气罐与气体混合装置连接的管路上依次安装有第二开关阀和第二压力表。

气体混合装置与测气体密度混合箱连接的管路上依次安装有增压泵、真空泵和第五开关阀。

气体吸附系统包括参考室和吸附室，参考室和吸附室通过管路连接；连接管路上安装有第七开关阀；在参考室进气管路上安装有第六开关阀和第三压力表；吸附室外置有水浴恒温系统。

压力加载系统包括轴压泵和围压泵；轴压泵和围压泵分别与气体吸附系统的吸附室连接。

一种改变气体密度的等温吸附装置的试验方法，它包括：

步骤1、首先将原煤试样放入吸附室中，打开真空泵对实验装置进行脱真空处理；

步骤2、将吸附室和参考室放入设置好温度的水浴恒温系统中，并同时对吸附室施加恒定轴压和围压；

步骤3、先打开装有氦气的第一储气罐，关闭第七开关阀，打开第四开关阀、第三开关阀和第五开关阀，使密度达到实验设定值后，将第六开关阀打开，将气体通入参考室，测定压力后打开第七开关阀，使气体通入吸附室中，测定体积变化；

步骤4、数值记录完毕后，将氦气处理干净，更改煤样试件，打开第二开关阀、第三开关阀和第四开关阀，通入甲烷，使氦气与甲烷混合，之后通过密度仪测定密度达到实验设定值后打开第六开关阀使甲烷和氦气混合气体进入参考室，测定压力，待读数稳定后打开第七开关阀使气体进入吸附室，甲烷和氦气混合气体开始吸附在原煤孔隙表面，测定其自由空间体积；

步骤5、最终建立一个动态吸附平衡状态，测定该状态下混合气体的的压力和体积，根据混合气体的起始体积和最终体积的差值计算出在给定压力下被吸附的气体体积。

有益效果

本发明通过气体混合装置将两个储气罐和气体混合装置连接从而使气体混合，并在连接管上设置真空泵，减少实验误差，在气体混合系统连接密度检测元件可以实时监测密度的变化，并可以通过开关阀控制密度变化，通过在吸附室末端口所连接的轴压泵和围压泵对对试样加载，并在吸附室外设置水浴恒温系统，可以进行温度、应力及混合气体密度变化对渗透率影响的实验。本发明能够使原煤进行在不同气体密度条件下的等温吸附实验，并且能够进行不同轴压和围压多因素耦合条件下等温吸附实验，能够真实模拟煤矿开采过程中混合气体的等温吸附实验，该实验装置简单易操作，使用效果好，易于推广；解决了现有技术没有可用于改变气体密度的等温吸附装置，导致不能做不同气体密度条件下的等温吸附实验等技术问题。

附图说明

图1为本发明整体的结构示意图；

图2为本发明气体混合装置的结构示意图；

图中：1-第一储气罐、2-第一开关阀、3-第一压力表、4-第二储气罐、5-第二开关阀、6-第二压力表、7-气体混合装置、8-增压泵、9-真空泵、10-第五开关阀、12-测气体密度混合箱、12-感应器、13-显示器、14-第六开关阀、15-参考室、16-第三压力表、18-吸附室、19-水浴恒温系统、20-轴压泵、21-围压泵、22-第三开关阀、23-气体混合箱、24-第四开关阀。

具体实施方式

请参阅图1-2

一种改变气体密度的等温吸附装置，它包括：混合气体供给系统，所述混合气体供给系统与气体混合装置7通过管路连接；气体混合装置7与测气体密度混合箱11通过管路连接；测气体密度混合箱11与气体吸附系统通过管路连接；气体吸附系统与压力加载系统通过管路连接；所述测气体密度混合箱11内安装有气体密度传感器12，气体密度传感器通过导线与显示器13连接。

所述混合气体供给系统包括第一储气罐1和第二储气罐4；第一储气罐1与气体混合装置7连接的管路上依次安装有第一开关阀2和第一压力表3；第二储气罐4与气体混合装置7连接的管路上依次安装有第二开关阀5和第二压力表6。

气体混合装置7与测气体密度混合箱11连接的管路上依次安装有增压泵8、真空泵9和第五开关阀10。

气体吸附系统包括参考室15和吸附室18，参考室15和吸附室18通过管路连接；连接管路上安装有第七开关阀17；在参考室15进气管路上安装有第六开关阀14和第三压力表16；吸附室（18）外置有水浴恒温系统19。

压力加载系统包括轴压泵20和围压泵21；轴压泵20和围压泵21分别与气体吸附系统的吸附室18连接。

使用时，首先将原煤试样放入吸附室中，打开真空泵，关闭其余开关阀，对实验装置进行脱真空处理，然后将吸附室和参考室放入设置好温度的水浴恒温系统中，并同时对吸附室施加恒定轴压和围压。之后先打开装有氦气的第一储气罐，关闭第七开关阀，打开第四开关阀、第三开关阀和第五开关阀，经过一段时间的混合，使密度达到实验设定值后，将第六开关阀打开，将气体通入参考室，测定压力后打开第七开关阀，使气体通入吸附室中，测定体积变化；待数值记录完毕后，将氦气处理干净，之后更改煤样试件，打开第二开关阀和第三开关阀和第四开关阀，通入甲烷，使氦气与甲烷混合，之后通过密度仪测定密度达到实验设定值后打开第六开关阀使甲烷和氦气混合气体进入参考室，测定压力，待读数稳定后打开第七开关阀使气体进入吸附室，甲烷和氦气混合气体开始吸附在原煤孔隙表面，测定其自由空间体积，最终建立一个动态吸附平衡状态，测定该状态下混合气体的的压力和体积，根据混合气体的起始体积和最终体积的差值即可计算出在给定压力下被吸附的气体体积。