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页岩气体流量分析仪原理现状及升级方向

页岩气体流量分析仪原理现状及升级方向 2015-10-23 

高精度气体流量分析仪涉及气体流量测量技术,特别是涉及气体在微产量时的流量瞬时采集,长时累计,数据收集、导出、统计、报表的一种智能测量装置...

网站关键词:页岩现场解析 页岩气体流量分析 高温高压热解析 岩石样品加工 衡创能源

  

        简介

  高精度气体流量分析仪涉及气体流量测量技术,特别是涉及气体在微产量时的流量瞬时采集,长时累计,数据收集、导出、统计、报表的一种智能测量装置。

 

  技术背景

  目前针对实验室放气化学反映,检测室密封产品的气体泄漏,微生物放气生理反应过程,煤层气体释放过程,页岩气体释放过程,经常会有对产气量、泄漏量进行监控分析的过程。常规使用的是气体流量计进行监控,有几个局限:当气体流量很微小时,气体有腐蚀性时,气体内有杂质时,气体内有蒸气、潮湿时,当被测气体为多组分气体时,都会造成流量计无计量、计量不准、甚至损坏。

 

  适应性

  气体流量分析仪,是在2010年开始在我院使用,初期只用在实验室,仪器的测量原理与U型管排水测量法原理相同,所出现的各种测量特性与U形管测量特性完全吻合,而重量轻,数据准,操作方便,结构紧凑,集成度高,劳动强度低,很快被使用人员接受。随着工作的全面开展,逐步改型为移动式现场型,在改型的过程中不断吸取现场操作人员的经验,从抗震、抗干扰、温差、湿度差、压差各个方面,性能上不断完善,适应现场需要,该仪器已经是现场操作人员,进行气体流量分析检测必备的仪器。

 

  使用效率:

  该仪器一经使用,从实验室很快推广到现场,随着现场点、面的不断铺开始终处在紧张不够用的状态,经常要穿插互借使用,气体流量分析仪的检测工艺是不同实验项目经常用的检测工艺环节,所以该仪器无论是现在还是以后,只要原来用到U型管排液法检测的工艺点,都会高效的发挥其应有的作用。

 

 

  产品特性原理功能概述:

  本产品就是克服了以上流量测量时出现的诸多困扰,提供一种准确、可靠的气体流量测量监测仪器。

  本产品是利用高精度称重原理,利用管路、微型气泵,使气体体积空间与液体体积空间连续转换,通过对液体重量的微小变化的监控,达到对气体流量监控的目的:

  (1)利用重量与体积的转换,可有效的针对微弱气流过程的高精度测量;

  (2)通过材质的合理选择可有效的避开腐蚀的困扰;

  (3)该装置的管道、腔体、流道孔径相对常用的微流量传感器孔径大得多,从而避开了微孔污染、堵塞问题;

  (4)由于是称重原理传感器与测量气体不接触,潮湿、腐蚀、多气体种类混合测量时,本产品均能很好的避开其损坏测量机构,使测量机构不准确的不良后果;

  (5)本产品有专属气体转换动力泵,可高速的转换液体存储腔状态,重复若干个测量周期;

  (6)本产品可定时定量排出收集的气体给下一个测量环节做定量输出设备。

 

  该仪器研发的技术背景:

  为了填补许多特殊条件下常规流量计无法使用的流量测量环节,用重量代偿法开发的气体流量测量专用仪器,在市场不断使用中发现,使用的领域很广,目前针对实验室放气化学反映,检测室密封产品的气体泄漏,微生物放气生理反应过程,煤层气体释放过程,页岩气体释放监控过程都有使用的空间。

 

  本产品存在的问题:

  通过在不同领域使用,尤其是在页岩气监测上使用,对该产品做了很多改善,如移动中的抗震性适应,密闭性,温度、压力补偿,电源稳定性适应,这些改善,对该产品能更好的在其适应的领域范围内稳定工作,奠定了无法取代的性能基础。

  本产品在生产制作过程中,在不断完善改进中,也遇到了许多问题,如单纯的手工制作调试,产品的一致性不好,同一个人不同时期调试精度,调试程序不一样;不同人的调试数据不一样;测量器的手工制作会造成,每个人不同时间以及不同人制作的测量器工件的自重以及容积都有差别,调试维修没有互换性; 由于纯手工制作,电路板只能用常规电路板;电磁阀配件只能用常规通用的代偿;数据采集卡精度决定于只能用广普传感器范围精度,不能达到预期的测量范围以及测量精度,勉强的能用事必牺牲了仪器的应有的精度和稳定性。本产品从使用维修中暴露出的问题,如泄漏,干扰等问题。分析其最根本的原因和不好解决的矛盾就是:快速增加的批量标准化的市场要求,与开发过程中借用常规技术制作的手工化方式相矛盾,是当下急待解决的问题。

 

 

  产品升级改进方案说明:

  模具化制造精度零部件:

  1) 改原来双并联承重结构为上下悬挂承重结构:采样全过程中,由于测量罐内液面差的变化,使得采样负压力也在变化,由于负压力的微小变化使得采样速率也随之波动,改上下悬挂承重结构,液体在腔内转移的全过程,上腔负压始终不变,这样被采样的气体有一个稳定的负压,采样的数据曲线更平滑,更能代表产气速率。另外悬挂称重方式能够随着箱体倾斜,承重腔沿重力方向产生微小的倾斜,使得称重传感器始终处在重力方向上,不会因为地面不平箱体倾斜产生重力的分力,影响测量结果。

  2)模具化制造测量罐:由于手工制作测量罐的体积、自重参数无法保证精确、一致性,手工制作无法去除工件的加工死角。改进后的测量罐壳体,将是模具冲压圆弧过渡内腔,避免残余空间空气的残留,影响采样纯度;

  模具冲压,圆弧型设计测量罐,可以提高测量罐耐压,防止采样冲击造成的测量罐变形、泄漏;

  模具冲压,圆弧型设计测量罐内腔,可充分贴合测量腔内部的隔离膜,保护隔离膜不会局部受压过于膨胀,造成测量时初始值不稳定,等待周期长,同时也保护隔离膜不会局部过于受压、破损,造成液体或气体的泄漏;

  3)另如采样罐内部隔离膜模具化制作,可以依照模具化制造的采样罐内腔形状制作隔离膜,密封方式改原来的手工胶体密封为直接安装结构密封,胶体老化泄漏问题将不会发生。模具化制造的采集罐零部件有互换性,故障的几率量将大幅降低,且维修更换会非常方便。

  4)通用的改专用的:如阀体,现用单体四只串、并联结构,共同完成气体采集、测量、等待,收集功能。常规通用型电磁阀,密闭性好的阀体本身耐压高、体积大、重量大。而我们使用的要求体积小、重量轻、耐压低、但密闭性一定好。市场上常规的就没有合适的,并且阀体串并联后,管路接头非常多,很容易泄漏。通过精心创意,应该定型四联体阀座,气路设计在阀座内部,与电磁阀体形成一个阀组,整个阀组外装气路接头减少70%,安装体积重量减少80%。泄漏几率会大幅改善。

  5)定制专用的电路板及显示器:根据使用的实际程序量、开关量、模拟量定制专用的控制电路板。通用的虽然有利于适应研发阶段的多变调整,但适应范围太大,必然造成局部精度不够,多余的功能没用,系统易受干扰,不但不稳定而且有的采样数据精度太勉强,同时成本高体积大,无法与采样机构集成设计。

  6)称重传感器、温度传感器、压力传感器都设计成与实际采样范围相符的专用传感器,并按照采样罐布局结构设计外形。布局合理、结构紧凑、性能稳定、维修方便、以及寿命上都会有好的表现。专用的零部件对于批量生产的低成本,技术保密,工艺性能稳定都有非常重要的意义。

  7)采样机构单机模块化外形壳体设计:采用户外移动防护工程塑料设计外壳,外壳应根据内部测量机构的形状,设计成专用手持仪器,单路测量模块化设计。外壳既是保护内部的壳体,也是内部零部件的安装骨架。集成了测量组件、文本显示面板、触摸操作面、多机并联工作卡扣、控制主板、电源,提手,护盖等。既能完成单机单路采集工作,也能很方便的卡扣并机工作,实现多机并联,多路采集,随组随拆。同时方便运输,方便维修。

  8)上位机及通讯:单机保留原USB接口,可利用U盘存储转移数据。并增加实时485通讯数据口,可利用wifi,蓝牙的技术,实现多台多路与上位机实时通讯。编写通用的上位机分析软件,实时形成报表、曲线。上位机可利用网络实时传输,异地多点监控变为可能。

  9)采样气路设入口调节阀,旁路压力表,接上采样管时,先看压力表,再打开入口阀,如压力较高,可缓慢打开入口阀,防止由于压力过高对流量计高速过压冲击。

  10)设计并联测量程序,当样品产气量较大时,可多机并联工作,数据整合后不影响测量结果,避免单机无法适应大排量产气测量。

  11)完善倒吸抑制补偿曲线与实时曲线对比功能。

  12)完善采样罐定容周期阶梯实时曲线与平滑过度曲线对比功能。

  13)在原针筒校准基础上,增加砝码校准功能。避免温度、压力、造成的针筒气体膨胀,体积校准误差。

  14)提供同样管径,同样长度的标准采样管。采样气体输送过程需要同样的管径,管长,从而得到一致的管阻。气路管道连接、密封也需要标准化的操作。

  15)采样罐电热箱化整为零,改为分体独立模块化电热手提模块,电热罐独立温控,独立外壳保温,可并联多机组合,单体零散运输。解决现有电热箱体大,搬运不方便,依照实验数量无法灵活组合的问题。另外独立电热模块,独立控温,样品之间温度绝对不会相互干扰,可完成平行、多种大阶梯温度同时,互不受温度影响的采样要求.

  16)现场采样平台:结合可组合的流量测量模块、可组合的电热罐加热模块,设计专用的组合式测量支架平台,可以到现场组成多路采集支架。该支架为组合式,可拆解运输。支架主梁上设有水平仪测量视窗,用来调整测量平台水平度,避免现场测量地面水平不好,测量不准。该支架下层有电热模块平台层,上层为流量监测模块平台层,并配有多路电源插头,有折叠上位机支架,安放笔记本电脑。通过现场组合后,把电脑、流量测量模块、电加热模块紧凑合理的组合,形成一个智能、移动式、快装、标准现场试验台。该支架全部由不锈钢设计制作。

 

        设计参数:

  最大检测流量:500ml/min

  最小响应流量:0.1ml/h

  密封度(日泄漏量),<1ml/天

  外形尺寸:240*200*150mm(本地显示尺寸:5英寸)

  环境湿度范围:0-90%

  环境压力:常压

  冲击压力:﹤0.5kg/cm

  供电电压:180-240V

  环境温度:-30℃~+60℃

  样品恒温罐温度范围: 常温--200℃ 精度±2℃

  设备标定方法:1)常规针筒定容体积检测,误差±0.2ml;

  2)砝码精确标定法,精度0.1g

  采样传感器精度:1)称重1/10000, 2)、压力1/1000, 3)、温度1/1000

  采样罐材料:不锈钢316L

  数据格式:1)、间隔时间数据表:采样间隔时间设定范围:1~300秒/次

  2)、标准曲线:全程时间72小时,最小间隔1秒。

  数据存储口:标准USB-A型

  上位机分析软件:ADL-2013

  1)、具备阶梯平滑曲线对比分析

  2)、总量统计

  3)、多组并联数据整合

  4)、16路上位机并连组网操作

 

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