一种用于x射线ct设备观测水合物生成与分解特性的低温高压控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于X射线CT设备观测水合物生成与分解特性的低温高压控制装置，属于油气开采科研仪器领域。
【背景技术】
[0002]随着常规油气资源的消耗，人类发展将面临油气资源的枯竭，全球经济发展将面临严峻的挑战，人们开始在全球范围内探索新的可替代能源资源。自20世纪90年代以来，世界各国陆续发现了大量的天然气水合物矿藏，据统计，天然气水合物矿藏中的碳储量占到地球上总体有机碳资源的一半以上，约为所有化石燃料煤、石油和天然气中所含碳量总和的两倍。因此，作为一种未来的替代能源，天然气水合物矿藏资源无疑具有极大的吸引力，人们对水合物资源的认识亟待加深，掀起了天然气水合物资源研究的热潮。另一方面，随着油气开采逐渐转向深水海域，油气管路中水合物生成导致的堵塞，使得管道内压力升高甚至引起管路爆破，给工业生产带来巨大的经济损失以及安全隐患，已经引起了石油工业的高度关注。对天然气水合物的生成与分解特性的研究，已经成为一个新的课题。
[0003]目前对水合物生成与分解特性的研究，大多是大容积在反应釜中进行的，其中绝大部分为非可视化，即暗箱实验。后期，研究者为了进一步探索水合物的生成与分解特性，在反应釜上加可视化视窗，但并没有完全达到实时观测监控。随着进一步的发展，核磁成像、拉曼光谱等也被引入到这一领域，但是这些设备均无法对水合物形态进行三维成像。X射线CT设备作为一种可视化工具，通过断层扫描，三维成像，在缺陷检测、尺寸测量、结构分析等工业领域有着极其广泛的应用。X射线CT设备极高的灵敏度和分辨率，通过密度判另IJ，能够清晰的分辨出水、水合物以及气体相，可以用来观测到水合物生成与分解过程，从而研究水合物的生成与分解特性。
[0004]由于水合物稳定存在低温高压的苛刻条件，使得很难在CT设备上原位生成水合物样品，为了解决这一问题，本发明设计了一套可用于X射线CT成像的反应装置，用于可视化研究水合物生成与分解特性。
【发明内容】
[0005]为了可视化研究水合物的生成与分解特性，本发明设计了一套可用于X射线CT设备成像的反应装置。该装置能够满足天然气水合物生成所必需的高压低温条件，可以实现水合物在CT设备上的原位生成，并采用CT设备的三维成像功能实时捕捉水合物的生成与分解过程中形态的变化。该装置的发明对于可视化研究水合物的生成与分解特性具有重要的意义。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]—种用于X射线CT设备观测水合物生成与分解特性的低温高压控制装置，该低温高压控制装置包括反应釜19、半导体制冷系统、供气增压系统、CT成像系统和数据采集系统；
[0008]所述的反应釜19采用内外双层套筒结构，将导热与保压分别控制；反应釜19由上端盖6、下端盖13、内管10和外管11活动连接组成，通过0型密封圈7密封；反应釜的内管10采用钛合金材质，一方面有利于热量的传递，另一方面可用于CT设备三维成像，其上设有压力平衡孔9，通过压力平衡孔9使反应釜的内管10不承受压力；反应釜的外管11采用聚酰亚胺材质，属于低导热材料，起到保温保压的作用，使用时，反应釜内管10中填充反应液体，反应釜的内管10与反应釜的外管11之间的夹层填充气体，两者通过内管的压力平衡孔9保持夹层和反应釜内管10中的压力保持平衡；上端盖6设有进气口 5，下端盖13设有进液口 14，上端盖6和下端盖13均采用钛合金材质；上端盖6和下端盖13连接半导体制冷系统，对反应釜19体进行制冷控温；
[0009]所述的半导体制冷系统包括半导体制冷热端1、金属导体2、N型和P型半导体3和半导体制冷冷端4，对反应釜19采用两端半导体制冷，多组N型和P型半导体3通过金属导体2相连，半导体制冷冷端4与反应釜19的上端盖6和下端盖13相连，对反应釜19进行制冷，并通过半导体制冷热端1与周围介质进行换热，半导体制冷系统的功率通过制冷系统电路18进行调节控制；热电偶8设置于反应釜19上端盖6，并伸入到反应釜19内管10压力平衡孔9上缘，用于监测反应釜19内的温度；
[0010]所述的供气增压系统包括流量计20、增压栗21、真空栗22、压力传感器23、气瓶24注射栗27和贮水槽28 ;进气口 5连接压力传感器23，通过阀连接真空栗22，通过流量计20依次与增压栗21和气瓶24连接；进液口 14连接有注射栗27和贮水槽28 ；
[0011]所述的CT成像系统包括CT成像设备26，CT成像设备26对准反应釜的外管11，用来对水合物生成与分解过程中的形态变化进行三维成像；
[0012]所述的数据采集系统17是将热电偶8、压力传感器23以及流量计20采集到的温度、压力以及流量信号，进行实时采集并传输到计算机25。
[0013]所述的低温高压控制装置，所述的N型和P型半导体3采用多组N型和P型半导体串联而成，以达到所需要的制冷效果。
[0014]—种用所述的低温高压控制装置实现X射线CT设备观测水合物生成与分解特性的方法，步骤如下:
[0015]第一步，组装低温高压控制装置，管路连接及密封，并进行调试检测；
[0016]第二步，试压与扫气:向反应釜19内注入一定压力的气体，对反应釜19进行试压，确保反应爸19密闭性，对反应爸19进行反复充放气，排除反应爸19内的空气；
[0017]第三步，控温保压与数据采集:启动半导体制冷系统，将反应釜19控制在设定温度，向反应釜19内注水注气，直到达到设定压力；同时，数据采集系统17开始对反应釜19内的温度压力信号以及输入的气体流量进行实时采集并传输到计算机25进行存储分析；
[0018]第四步，水合物生成及扫描成像:降温生成水合物，同时CT成像设备26对生成过程进行扫描成像可视化水合物生成形态的变化；
[0019]第五步，水合物分解:待反应釜19内温度压力信号稳定后，水合物生成完成，采用降压或加热方式对水合物进行分解，整个过程中水合物的形态变化全部通过CT成像设备26三维成像展示。
[0020]本发明的有益效果是:该用于X射线CT设备成像的反应装置主要包括一个反应釜、半导体制冷系统、供气增压系统、CT成像系统、数据采集系统。反应釜用于水合物生成分解，半导体制冷系统与供气增压系统能够精确控制反应釜内的温度和压力，满足水合物生成的条件，CT成像设备用于可视化水合物的生成与分解过程，数据采集系统能够实时采集温度压力以及流量信号并传输到计算机进行分析。其优点是:
[0021]1)反应釜能够承受0-10MPa的压力和268-288K的温度，满足水合物生成并稳定存在的温度压力条件；
[0022]2)反应釜内管主要用于导热控温，外管主要用于保持反应釜内压力，控温和保压分开，在满足CT成像的前提下，能够控制低温高压的环境，可实现水合物在CT设备的原位生成；
[0023]3)反应釜两端盖和内管采用钛合金材质，减轻反应釜重量的同时，能够很好的保障热量的传递，达到良好的制冷效果；
[0024]4)反应釜外管采用聚酰乙胺材质，在保障反应釜内压力的前提下，也能起到绝热保温的效果；
[0025]5)反应釜采用半导体两端制冷，工作时无噪声，作用速度快，可靠性高，使用寿命长，调节方便，可通过调节电流大小来调节制冷能力；
[0026]6)采用半导体制冷技术制冷，没有循环液的扰动，对CT成像影响小；
[0027]7)该系统能够用于X射线CT设备，并可以原位生成水合物，可视化水合物生成与分解过程中形态的变化。
【附图