高压下过滤介质内液体分布特征的检测方法、装置及系统

本发明涉及高压管道内气液过滤，尤其涉及一种高压下过滤介质内液体分布特征的检测方法、装置及系统。

背景技术：

1、在全球能源结构中，作为一次能源的天然气具有毒性小、低碳化、清洁化等优点，已成为现今最具发展潜力的能源之一。2021年，全球天然气需求增长5.3％，因此，保证天然气的国产化供给对能源安全具有战略意义。但天然气存在着资源分布不平衡的矛盾，因此需要将天然气以管道天然气的形式从产地输送至各城市门站与用户家中。而部分天然气田具有凝析气田的性质，凝析气会在运输过程中凝析出微小液滴，微小液滴在运输过程中会对管道、压缩机及密封系统产生影响，出现管道腐蚀、压缩机叶片磨损、干气密封失效等问题。这些应用工况一般为1-12mpa的高压状态，故对高压天然气中液体过滤的研究必不可少。

2、现阶段，在工程上大量采用各式高压聚结过滤器来过滤杂质。高压聚结过滤器的核心过滤元件为多孔过滤介质(滤材)，而目前的多孔过滤介质包括纤维过滤材料、颗粒填充层、聚合物膜材料等。在高压工况下过滤时，析出的液滴会与多孔过滤介质接触后附着与多孔过滤介质上，从而留存于多孔过滤材料内。随着越来越多液滴被留存，小液滴会逐渐聚结成大液滴乃至形成液膜，这些形成的大量液膜也会堵塞多孔介质，减少了滤材孔隙率，增大了滤材阻力，导致能量损失增大。另外，这种现象还会减小滤材用于捕集液滴的有效纤维表面积，导致过滤效率降低。在实际工程中的高压天然气压气站场，如果过滤效率降低到规定阈值后则需要对滤芯进行更换，使得滤芯的实际使用寿命大幅缩短。因此，为了改变液体在滤材表面和滤材内部的附着状态，研究人员通过表面改性及纤维内部结构调整等方式进行尝试，但大多为盲目性的试验，缺乏准确获得原始材料或各种改进材料的内部及表面液体状态的相关技术，影响试验的准确性。

3、已有的试验方法是在常压工况下，将已改性的滤材放入测试装置中，在滤材的上游雾化液体产生气溶胶，并在滤材下游用抽气装置使气溶胶均匀向滤材运移，使液体逐步润湿整片滤材，关闭气源后将带有液体的滤材取出，观察滤材上液体的分布情况。但采用上述方法对滤材表面及内部的液体分别情况的获取存在以下问题：

4、(1)聚结过滤器上滤材内液体分布处于高压工况下，高压下气体密度大幅改变，如常压气体增至10mpa时，液体的密度增大100倍左右，液体的物性参数(密度、粘度、表面张力等)都会发生改变，由此导致液滴与气流间的相对作用机理发生巨大改变，影响液体分布规律和运动特征，使得高压下液体分布状态与常压下液体分布状态明显不同。实验表明，在常压实验下聚结过滤器的过滤效率达到99.9％，而在高压现场工况下聚结过滤器的过滤效率甚至能够退化至80％。因此，传统用常压模拟高压的研究方式，难以反映实际工况下液体在滤材能的分布情况。

5、(2)真实的滤材内液体分布是处于气流曳力、液体表面张力、重力等力作用下的动态平衡状态，在停止气流后再将滤材取出，此时液体已恢复至静平衡状态，其在滤材内的分布状态会进行重新分布。

6、(3)通过滤材sem显微观察或者micro—ct对滤材内的液体分别进行观察时，需要对滤材进行裁剪，剪切力作用下会使液体流动，二次破坏液体分布。

7、(4)在扫描电子显微镜下观察滤材内液体的分布，需要先抽成负压状态喷金属导电，而抽真空过程中液体会从滤材中抽出，再次破坏滤材内液体的分布。

8、(5)在扫描电子显微镜下观察滤材内液体的分布，需要采用高能电子束轰击滤材和液体，在该过程中会导致滤材中的液体不断流动，从而难以观察滤材内液体的分布。

9、针对相关技术中观测到的多孔过滤介质内液体分布不真实的问题，目前尚未给出有效的解决方案。

10、由此，本发明人提出一种高压下过滤介质内液体分布特征的检测方法、装置及系统，以克服现有技术的缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高压下过滤介质内液体分布特征的检测方法、装置及系统，根据某些液态物质在特定波长的紫外光照射下，能发生光化学反应形成固态大分子的特性，可将多孔过滤介质中的液体瞬间固化为固体，使其在线状态永久保留，并采用离线方式进行检测，解决了检测结果失真的问题，实现对高压下过滤介质内液体分布特征的真实准确检测。

2、本发明的目的可采用下列方案来实现：

3、本发明提供了一种高压下过滤介质内液体分布特征的检测方法，其采用紫外光固化剂替代原液体，以模拟所述原液体在多孔过滤介质中的分布特征，所述检测方法包括如下步骤：

4、根据需要模拟的高压工况，采用对应的所述紫外光固化剂，以使所述紫外光固化剂至少能够模拟所述原液体在所述高压工况下的粘度和表面张力；

5、模拟高压环境，将位于所述多孔过滤介质上游的所述紫外光固化剂雾化形成气溶胶；

6、根据所述紫外光固化剂浸润所述多孔过滤介质的形态，判断所述多孔过滤介质的过滤阶段；

7、在达到预设的所述过滤阶段时，采用紫外光照射所述多孔过滤介质，使液态的所述紫外光固化剂固化形成固态，保存所述紫外光固化剂在所述多孔过滤介质上的瞬时液态分布特征，以形成待观测的样品；

8、对所述样品进行观测，以获得所述多孔过滤介质的液态分布特征。

9、本发明提供了一种高压下过滤介质内液体分布特征的检测装置，所述高压下过滤介质内液体分布特征的检测装置适用于上述的高压下过滤介质内液体分布特征的检测方法，所述检测装置包括：

10、第一夹持件，所述第一夹持件具有相连通的第一口和第二口；

11、第二夹持件，所述第二夹持件具有相连通的第三口和第四口，所述第二夹持件的所述第三口与所述第二口相连，且在所述第三口与所述第二口之间合围形成夹持空间，所述夹持空间用于对多孔过滤介质进行夹持固定；

12、紫外光固化剂由所述第一口进入至所述第一夹持件，并依次穿过所述第一夹持件、所述第二口、所述多孔过滤介质、所述第三口和所述第二夹持件，由所述第四口排出。

13、本发明提供了一种高压下过滤介质内液体分布特征的检测系统，所述高压下过滤介质内液体分布特征的检测系统包括气溶胶发生器和上述的高压下过滤介质内液体分布特征的检测装置，所述气溶胶发生器位于所述高压下过滤介质内液体分布特征的检测装置的上游，所述气溶胶发生器的出口与所述高压下过滤介质内液体分布特征的检测装置中的第一口相连，所述气溶胶发生器用于对进入所述高压下过滤介质内液体分布特征的检测装置中的紫外光固化剂进行雾化。

14、由上所述，本发明的高压下过滤介质内液体分布特征的检测方法、装置及系统的特点及优点是：

15、本发明采用紫外光固化剂替代原液体，以模拟原液体在多孔过滤介质中的分布特征，其首先根据需要模拟的高压工况，采用对应的紫外光固化剂，以使紫外光固化剂至少能够模拟原液体在高压工况下的粘度和表面张力；模拟高压环境，将位于多孔过滤介质上游的紫外光固化剂雾化形成气溶胶；根据紫外光固化剂浸润多孔过滤介质的形态，判断多孔过滤介质的过滤阶段；在达到预设的过滤阶段时，采用紫外光照射多孔过滤介质，使液态的紫外光固化剂固化形成固态，保存紫外光固化剂在多孔过滤介质上的瞬时液态分布特征，以形成待观测的样品；所形成的样品即可进行观测，以获得多孔过滤介质的液态分布特征。

16、根据某些液态物质在特定波长的紫外光照射下，能发生光化学反应形成固态大分子的特性，可将多孔过滤介质中的液体瞬间固化为固体，使其在线状态永久保留，并采用离线方式进行检测，解决了检测结果失真的问题，实现对高压下过滤介质内液体分布特征的真实准确检测。