海底冷泉溶解气体原位测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于气体检测装置技术领域，具体地说，是涉及一种用于对深海环境下，海 底冷泉中溶解的气体进行原位检测的装置。
【背景技术】
[0002] 天然气水合物是由天然气与水在高压低温条件下结晶形成的固体笼状化合物，主 要赋存在陆地永久冻土带和海底沉积物中。天然气水合物的资源量十分巨大，据估算，其所 含的有机碳总量相当于全球已知石油、天然气和煤的两倍，其中海洋中天然气水合物占全 球总量的99%以上。因此，探寻海洋天然气水合物是世界关注的重点和热点。
[0003] 海底冷泉是来自海底沉积层的气体以喷涌或渗漏的方式注入海洋中的一种海洋 地质现象，海底冷泉中烃类气体的来源之一是天然气水合物分解出来的甲烷，因此，海底冷 泉是海底存在天然气水合物的重要指示。
[0004] 甲烷气体浓度异常是判断海底冷泉存在的最直观依据，但是单纯靠海底甲烷气体 浓度异常并不足以判定海底冷泉的存在，这是因为海底浅层气(例如沼气等）同样会由于渗 漏导致海底甲烷气体浓度的增加。海底天然气水合物藏产生的海底冷泉不同于一般海底浅 层气渗漏，由于水合物的甲烷气体浓度高、含气量大，因此其产生的海底冷泉中甲烷气体溶 解度高，其浓度分布、浓度变化率和气体通量特征明显。因此，如何在海底原位测量海底冷 泉溶解气体的浓度分布、浓度变化率和气体通量等气体指标，对于识别海底冷泉和评估海 底天然气水合物藏的饱和度都具有重要意义。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种海底冷泉溶解气体原位测量装置，可以投放于海底， 对溶解在海底冷泉中的气体进行检测。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现： 一种海底冷泉溶解气体原位测量装置，包括底部开口的耐压壳体以及内置于所述耐压 壳体中的水体采集导流器、气体检测器、废水和废气处理模块；在所述水体采集导流器中设 置有导流器主体以及支撑所述导流器主体的导流器底座，在所述导流器主体的内部形成有 上下贯通的导流通道；在所述气体检测器中设置有检测器主体，在所述检测器主体的内部 形成有上下贯通的气体检测通道，在所述气体检测通道中自下而上依次设置有插接部、过 滤网、节流器、气液分离膜和气体检测室；所述插接部伸出所述气体检测通道的底部向下延 伸，用于插入到所述的导流通道中；所述导流通道中的待测水体经由所述插接部、过滤网、 节流器进行气液分离，分离出的气体经由气液分离膜进入所述的气体检测室；在所述气体 检测室上安装有用于对所述气体进行光照检测的光学元件；在所述废水和废气处理模块中 设置有排气通道和排水通道，所述排气通道连通所述的气体检测室，在检测结束后排出所 述气体检测室中的气体；所述排水通道连通所述的气体检测通道，在检测结束后排出气液 分离后的水体。
[0007] 为了防止水体采集导流器下沉至海底的沉积物中，优选将所述导流器底座设计成 环形底座，位于导流器主体的下方，在所述环形底座的上方向上延伸设置多根连接杆，通过 所述连接杆支撑所述的导流器主体，使得导流器主体与导流器底座之间形成一个开放的空 间，保证水体的自然流动。
[0008] 优选的，所述环形底座优选为圆环形，所述导流器主体为圆柱体，所述导流通道为 圆柱筒状；所述插接部的横截面形状为圆形，且自上而下直径逐渐减小，其中，插接部的下 部横截面直径小于所述导流通道的直径，上部横截面直径等于所述导流通道的直径，由此 可以保证插接部能够顺利地插入到导流通道中，且实现二者的有效对接。
[0009] 为了实现对同一深度截面上的待测水体进行多点检测，优选在所述导流器主体的 内部形成多路所述的导流通道，在所述检测器主体的内部形成有多路所述的气体检测通 道，一路气体检测通道对应一路导流通道，各路气体检测通道可以同时测量到同一深度截 面上水体中多点的气体浓度值，从而可以获得某一深度水体中溶解气体的气体分布、浓度 变化率和气体通量。
[0010] 为了保证本发明的测量装置在投放到海底后，能够稳固地竖立在海底沉积物上， 本发明设计所述耐压壳体为底部开口的圆筒状，所述耐压壳体的底部厚度逐渐减小，形成 纵截面形状为倒三角的支脚，在测量装置被整体下放至海底后，可以借助负重使耐压壳体 的底部插入到海底沉积物中，进而使所述测量装置稳固地竖直在海底。
[0011] 为了避免在耐压壳体下沉至海底沉积物的过程中，水体采集导流器也一同沉入到 海底沉积物中，本发明将所述水体采集导流器设计成可移动式结构，即，在所述水体采集导 流器中设置导流器支撑杆，其一端连接在所述导流器主体的侧壁上，另一端与安装在所述 耐压壳体的内壁上的转动轴转动连接。当导流器底座接触到海底沉积物时，水体采集导流 器上移，直到导流通道与插接部对接到位后停止移动。
[0012] 进一步的，在所述测量装置中还设置有控制模块，连接所述的光学元件，根据所述 光学元件输出的检测信号计算出所述待测水体中溶解的气体浓度。
[0013] 为了实现气体检测进程的适时开启，本发明在所述插接部上靠近检测器主体的位 置处还安装有接触开关；所述插接部在插入到所述导流通道中且插接到位时，所述接触开 关触发，生成触发信号发送至所述的控制模块，以开启气体检测进程，对待测水体中溶解的 气体浓度进行检测。
[0014] 进一步的，所述气体检测器位于水体采集导流器的上方，为了将所述检测器主体 牢固地安装在所述耐压壳体中，本发明优选将所述检测器主体的侧壁连接在所述耐压壳体 的内壁上；在所述导流器主体的顶部安装有防撞缓冲物，以防止水体采集导流器在上移过 程中，导流器主体与检测器主体的底面发生刚性接触。
[0015] 优选的，在所述气液分离膜与所述节流器之间形成有气液分离室，所述排水通道 连通所述的气液分离室；在所述节流器中设置有上下两层节流板，且位于下层的节流板上 的节流孔的个数小于位于上层的节流板上的节流孔的个数，通过加快水体流速，以降低水 体自身压力，从而使得待测水体中溶解的气体析出。
[0016] 进一步的，将所述排水通道与开设在所述耐压壳体上的排水口连通，在所述排水 通道上设置排水阀和排水栗，以抽吸气液分离室中的废水，并排出耐压壳体。
[0017] 再进一步的，将所述排气通道与开设在所述耐压壳体上的排气口连通，在所述排 气通道上设置排气阀和排气栗，以抽吸气体检测室中的废气，并排出耐压壳体。
[0018] 与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的海底冷泉溶解气体原位 测量装置结构简单，操作方便，在投放到海水中后可以自行下沉并稳固地竖立在海床上，对 海底冷泉中溶解的气体执行原位检测任务。通过对测量装置中的水体采集导流器采用开放 设计，装置在下放过程中待测水体的原始状态基本不受影响，因此可以在近海底处对待测 水体中溶解的气体的浓度进行原位测量。此外，通过在装置中设计多路导流通道和气体检 测通道