一种水合物固态流化开采模拟管道流体的温度控制装置的制作方法

本发明涉及一种管道流体温度控制装置，尤其是涉及一种水合物固态流化开采模拟管道流体的温度控制装置。

背景技术：

天然气水合物是由水和天然气在高压低温环境下生成的非化学计量性笼状晶体物质，是一种高密度、高热值的非常规能源，主要分布于海洋及陆地永久冻土带沉积物中，其中海洋天然气水合物资源量约为陆地冻土带的一百倍，海洋天然气水合物的开采备受关注，天然气水合物被普遍认为将是21世纪最有潜力的接替能源，同时也是目前尚未开发的储量最大的一种新能源。

2002年起，加拿大、美国、日本分别在陆地永久冻土和海域成岩或砂层天然气水合物成功实施了以降压法为主、注热和co2置换为辅的试采作业。借鉴常规油气开采的降压等方法开采天然气水合物，其本质是将天然气水合物在储层内分解为水和气，该方法主要适用于有一定圈闭构造的砂层天然气水合物储层开发。周守为院士基于我国海域天然气水合物钻探取样情况，提出了针对深水浅层几米到上百米、非成岩全新的开采模式，即固态流化开采新方法，该开采方法利用水合物在海底温度和压力相对稳定的条件下，采用采掘设备以固态形式开发水合物矿体，将含有水合物的沉积物粉碎成细小颗粒后，再与海水混合，采用封闭管道输送至海洋平台，尔后将其在海上平台进行后期处理和加工。在固态流化开采相关研究中，水合物管输设备对天然气水合物分解及二次生成机理研究是至关重要的一部分，直接影响后续天然气水合物固态流化开采过程中的安全。

目前室内实验研究是探索海洋天然气水合物开采的重要手段，在实验室内将水和天然气在高压、低温的条件下在制备釜内或管道内合成天然气水合物，需要通过管道温度控制装置来精确控制反应进行，从而研究天然气水合物开采过程中相含量的变化规律及天然气水合物固态流化开采管道流动机理。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种水合物固态流化开采模拟管道流体的温度控制装置，该装置原理可靠，操作简便，不仅可以对水合物管道内流体温度实现高效、快捷、精准、全自动化控制，同时对实验过程中的流速、压力及温度参数进行实时监测、采集及存储，为天然气水合物管输机理研究提供了有力的保障。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种水合物固态流化开采模拟管道流体的温度控制装置，包括管道流动模拟子系统、温度控制子系统、数据采集及控制子系统。

所述管道模拟子系统包括制备釜、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、循环泵、真空泵、双层制冷管、调压器、辅助管道及可视管。

所述制备釜出口连接第一阀门，第一阀门分别与第二阀门及第三阀门连接，第二阀门通过循环泵连接双层制冷管，双层制冷管与可视管连接，可视管均匀分布管道压力传感器组及管道温度传感器组，双层制冷管两端分别有第一压力传感器、第一温度传感器及第二温度传感器、第二压力传感器；第三阀门分别与调压器及第四阀门连接，调压器通过辅助管道连接可视管，管道加热器安装在辅助管道上，第四阀门连接真空泵。

所述温度控制子系统包括管道加热器、双层制冷管、制冷控制机组，双层制冷管包括法兰、钢管、制冷剂导流板、制冷剂入口、制冷剂出口、制冷剂导流圆筒及盖板，所述钢管两端连接法兰，法兰和钢管焊接在一起，钢管周围螺旋环绕制冷剂导流板，制冷剂导流板外侧安装有制冷剂导流圆筒，制冷剂导流圆筒和钢管之间的圆环空间两端用盖板焊接封闭；制冷控制机组设置第五阀门、第六阀门，第六阀门与双层制冷管的制冷剂入口连接，制冷剂出口与第五阀门连接。

所述数据采集及控制子系统包括计算机、控制柜、第一压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第二压力传感器、管道压力传感器组及管道温度传感器组等。

所述计算机连接控制柜，控制柜分别与第一压力传感器、第二压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、管道压力传感器组、管道温度传感器组、管道加热器、制冷控制机组、循环泵及真空泵连接。

所述可视管可方便观测管道内流体的相含量及流体流态。

相较于现有技术，本发明的有益效果如下：

（1）通过设置双层制冷管，能方便进行安装与维护；

（2）通过设置制冷剂导流板提高制冷剂的换热效率；

（3）通过设置数据采集及控制子系统实现整套装置的自动化控制。

附图说明

图1是本发明一种水合物固态流化开采模拟管道流体的温度控制装置的结构示意图。

图2是图1中双层制冷管的结构示意图。

图中：1.计算机，2.控制柜，3.第一阀门，4.第二阀门，5.制备釜，6.第三阀门，7.循环泵，8.第四阀门，9.真空泵，10.调压器，11、15.压力传感器，12、14.温度传感器，13.管道加热器，16.管道压力传感器组，17.管道温度传感器组，18.制冷控制机组，19.第五阀门，20.第六阀门，21.法兰，22.钢管，23.制冷剂导流板，24.制冷剂入口，25.制冷剂出口，26.双层制冷管，27.可视管，28.辅助管道，29.制冷剂导流圆筒，30.盖板。

具体实施方式

下面根据附图和实例进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。

参见图1、图2。

一种水合物固态流化开采模拟管道流体的温度控制装置，由计算机1、控制柜2、制备釜5、循环泵7、双层制冷管26、制冷控制机组18、可视管27、真空泵9、调压器10、辅助管道28、管道加热器13组成。

所述制备釜5的第一阀门3连接第二阀门4和第三阀门6；第二阀门通过循环泵7连接双层制冷管26，双层制冷管由制冷控制机组18控制，双层制冷管连接可视管27，制冷管两端设有压力传感器（11、15）和温度传感器（12、14），可视管设有管道压力传感器组16、管道温度传感器组17；第三阀门通过管线连接调压器10和辅助管道28，该管线上设置第四阀门8，第四阀门8连接真空泵9，辅助管道连接可视管，辅助管道上设置管道加热器13。

所述双层制冷管26由法兰21、钢管22、制冷剂导流板23、制冷剂入口24、制冷剂出口25、制冷剂导流圆筒29、盖板30组成，钢管22两端有法兰21，钢管22周围螺旋环绕制冷剂导流板23，制冷剂导流板位于制冷剂导流圆筒29内，制冷剂导流圆筒和钢管之间的环形空间两端用盖板30封闭。

所述计算机1连接控制柜2，控制柜分别与压力传感器、温度传感器、管道压力传感器组、管道温度传感器组、管道加热器、制冷控制机组、循环泵及真空泵连接。

所述制冷控制机组18设有第五阀门19、第六阀门20，第六阀门连接双层制冷管的制冷剂入口连接，制冷剂出口连接第五阀门。

实施例1

启动真空泵，对整个实验装置进行抽真空操作，直至达到实验设定真空度。

水合物分解规律实验过程如下：

（1）制冷控制机组换热。启动制冷控制机组，制冷控制机组内的制冷剂从制冷剂入口进入双层制冷管里，制冷剂沿制冷剂导流板与钢管、制冷剂导流圆筒形成的“蛇形”空间流动，制冷剂与钢管充分接触换热，制冷剂导流板可以促进制冷剂充分与钢管接触，提高换热效率，和钢管换热后的制冷剂沿制冷剂出口流出，经第五阀门进入制冷控制机组进行二次处理，处理后的制冷剂再次按上述流程进入双层制冷管进行换热，依次循环往复持续对管道流体进行换热，直至到达实验设定温度；（2）水合物浆体转输至管道。打开相应阀门，同时启动循环泵，使制备釜内的水合物浆体转输至辅助管道及可视管组形成的循环管道内，当水合物浆体转输完成后，关闭第一阀门，循环泵驱动水合物浆体在辅助管道及可视管组形成的循环管道内循环流动；（3）水合物浆体与双层制冷管换热。循环流动的过程中，水合物浆体流经双层制冷管时，水合物浆体和钢管对流换热，钢管与高温制冷剂发生对流换热，制冷剂的热量最终经流经双层制冷管传递给低温水合物浆体；（4）水合物分解规律测试。通过压力传感器、温度传感器测量双层制冷管入口端和出口端的压力及温度，通过计算机对比分析管道内水合物浆体的温度数据来决定是否持续开启制冷控制机组，管道内的压力控制由调压器完成，通过开展不同温度及压力条件下水合物分解实验，利用观察可视管组及管道压力传感器组、管道温度传感器组采集的压力温度数据，研究水合物在管道流动过程中的分解规律。

实验过程中，需要大范围升高水合物浆体的温度时，管道加热器给管道加热，直至达到实验所需温度。

实施例2

水合物二次生成实验过程如下：

（1）制冷控制机组换热。启动制冷控制机组，水合物分解实验中剩余的流体在循环泵驱动下，在辅助管道及可视管组形成的循环管道内循环流动，按实施例1中流程循环往复持续对管道流体进行制冷，直至到达实验设定温度；2水合物二次生成实验规律测试。通过开展不同温度及压力条件下水合物生成实验，利用观察可视管组、管道压力传感器组、管道温度传感器组采集的压力温度数据，研究流体在管道流动过程中的水合物二次生成规律，实验过程中的管道内的压力控制由调压器完成。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、rom、ram等。