一种天然气水合物颗粒合成及气液固三相流动的实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种天然气水合物颗粒合成及气液固三相流动的实验装置，涉及到天然气水合物开发、储存和输送领域。
【背景技术】
[0002]天然气水合物是由水分子和甲烷、乙烷、丙烷等轻烃分子在低温、高压条件下形成的非化学计量性的白色笼状晶体，遇火可以燃烧，俗称“可燃冰”。全球天然气水合物资源丰富，大量存在于陆地永久冻土带和深水沉积层中。目前反映海底天然气水合物资源量的合理范围为IX 1015?3 X1015m3，其所含有机碳总量超过所有已发现的油气藏资源总和。开发海洋天然气水合物资源将是解决未来能源短缺问题的有效途径。海洋天然气水合物的一种开采方式为固体开采法，即在海底将水合物打碎成颗粒，再通过气力或水力将颗粒提升到处理平台。从海底表面或深水沉积层中开采出的水合物颗粒主要通过管道进行输送。在深水天然气水合物输送管道中，受沿线流体流动和大范围变化的温度、压力的影响，气液固三相组成、水合物颗粒粒径等参数会不断变化，而且这些参数的变化又反过来影响管道内的状态参量。因此，在管道的实际运行过程中，准确预测管道内气液固三相流动的物性参数和状态参量对管道的安全运行是十分重要的。在此情况下，需要利用室内实验环路研究不同粒径的水合物颗粒在管道中的发展过程。
[0003]气液固三相含量和水合物颗粒粒径是影响管道内多相流动状态的重要因素。目前的含天然气水合物的多相流动实验都是在管道内生成天然气水合物，这类装置能够测试不同温度、压力条件下伴随天然气水合物生长、分解的多相流动参数，但是不能合成指定粒径分布的水合物颗粒，因此不能研究一定粒径的颗粒从进入管道流动体系以后的整个变化过程。为了更加准确的模拟深水天然气水合物固体颗粒在提升管内的流动过程，测定水合物颗粒的粒径变化规律，就需要设计相应的实验装置，能够制备一定粒径的水合物颗粒，并使其在管道中流动。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是:为了提供一种能够合成一定粒径的天然气水合物颗粒并测试其在气液固三相管流状态下发展过程的实验装置，可有效测定水合物颗粒粒径变化规律和气液固三相流动的状态参量。
[0005]—种天然气水合物颗粒合成及气液固三相流动的实验装置，由分离器1、压缩机2、栗3、聚焦光束反射测量仪(FBRM)4、颗粒录影显微镜(PVM)5、混合器6、水合物颗粒制备罐7、水平测试管段8、倾斜测试管段9、垂直下降测试管段10、高速摄像仪11、高压气瓶G1和G2、注水口 W1和W2、阀门F1到F12、流量计FM1到FM7、伽马相分率仪DM1到DM4、可视窗VI到V6、恒温水浴WB1到WB4、温度计T1到T5、压力表P1到P5、差压传感器DPI到DP3组成。
[0006]高压气瓶G1、注水口 W1与分离器1相连，FM1测量从高压气瓶G1通入分离器1的气体流量，FM2测量从注水口 W1流入分离器1的液体流量。分离器1对高压气瓶G1放出的气体和注水口Wl来的液体具有缓冲作用。分离器I放置在恒温水浴WBl中，从而可以控制分离器内流体的温度。分离器I上部与压缩机2相连，气相经过压缩机2和流量计FM3到达混合器6;分离器I底部与栗3相连，液相从分离器I底部出来经过栗3、流量计FM4、伽马相分率仪DM1、FBRM
4,PVM 5到达混合器6。混合器6与水合物颗粒制备罐7相连。水合物制备罐7与高压气瓶G2及注水口 W2相连，FM5和FM6分别测量从高压气瓶G2和注水口流入水合物制备罐的气体和液体的流量。水合物制备罐7中包含固体破碎刀片7a，筛网前搅拌叶片7b，三种由大到小不同孔隙度的筛网7c、7b、7e。筛网前搅拌叶片7b用于搅动含水合物颗粒的液固混合物，防止在筛网前形成堵塞。水平测试管段8与混合器6相连，倾斜测试管段9与水平测试管段8相连，垂直下降测试管段10与倾斜测试管段9和分离器I相连。倾斜测试管段9包含90°倾斜段9a、60°倾斜段9b、30°倾斜段9c和旁通段。水平测试管段8和垂直下降测试管段10分别放置在恒温水浴套管WB3和WB4里面。气液固三相流体流经水平测试管段8、倾斜测试管段9和垂直下降测试管段10以后进入分离器I，分离出的液相和固相混合物通过分离器I底部的管道流经栗3和流量计FM4、伽马相分率仪DM1、FBRM 4,PVM 50FBRM 4用于测量水合物颗粒的粒径分布，PVM 5用于观测水合物颗粒的形态。温度计和压力表用于测量该装置关键部位的温度和压力值;差压传感器用于记录各测试段的压力损失；高速摄像仪用于记录气液固三相流动形态;伽马相分率仪用于测试各相在管道横截面上的比例。
[0007]所述一种天然气水合物颗粒合成及气液固三相流动的实验装置，其中:所述三种孔隙度的筛网7c、7b、7e可以开关，以控制流入混合器的水合物颗粒粒径。
[0008]所述一种天然气水合物颗粒合成及气液固三相流动的实验装置，其中:倾斜测试管段9a、9b、9c可以通过开关阀门F9、F10、F11、F12进行自由切换，并且在倾斜段安装可视窗和伽马相分率仪，可以观测气液固三相流流型的变化规律。
[0009]本发明由于采取以上技术方案，可以达到以下有益效果:
[0010](I)水合物制备罐7中安装有固体破碎刀片7a，可以通过控制刀片转速来控制水合物颗粒的破碎程度，刀片可以上下移动，从而实现制备罐底部和顶部水合物的破碎；
[0011](2)水合物制备罐7中安装可开关的不同孔隙度的筛网7c、7b、7e，可以通过控制筛网的开关来控制进入测试管段的水合物颗粒的粒径；
[0012](3)倾斜测试管段9中设置有不同倾角的管道，可以通过阀门F9、F10、F11、F12的开关实现某一倾角管段的工作或多个倾角管段的同时工作；
[0013](4)由栗6到混合器6的管道上安装有流量计FM4、伽马相分率仪DMl、FBRM 4,PVM5，可以实现液固两相流体流量、密度、水合物颗粒粒径和形态的测试；
[0014](5)可视窗的部分采用玻璃钢，在保证管道承