[发明专利]恒定压力、体积及速率的高压气体注入系统

说明书

本发明涉及一种恒定压力、体积及速率的高压气体注入系统，包括氮气罐、截止阀、空气压缩机、增压泵、无限体积控制器、气/液压转换装置、试验腔室、计算机、压力数显表、三通球阀、减压阀、气体缓冲容器、高精度气压传感器；本发明通过液压驱动气压的方式，实现气体以恒定压力、恒定体积和恒定速率进行输出，控制精度极高；通过在气/液压转换装置的进气端底座上设置高精度气压传感器，采集气体输出的实时压力并通过计算机反馈至无限体积控制器，形成用于调节气体目标压力的压力反馈；空气压缩机管线依次连接减压阀和气/液压转换装置的底座，当气/液压转换装置内部的活塞移动到进气端底座位置时，使用小压力的气体将活塞复位。

技术领域

本发明涉及土木工程(岩土)及地质工程技术领域，具体为恒定压力、体积及速率的高压气体注入系统。

背景技术

核反应堆乏燃料后处理产生的高放废液及其固化体统称为高放废物，具有放射性强、半衰期长、毒性大的特点。目前，国际上公认采用深地质处置法，将其封存在地下500-1000m的合适岩体中，以阻止核素的泄漏与迁移。同时高压实膨润土遇水膨胀的特性使其成为高放废物深地质处置库的首选缓冲回填材料。

处置库建成封闭后，复杂的物理化学反应将消耗库内氧气，形成无氧环境，地下水将与金属废物罐以及处置库中的金属构件发生还原反应产生氢气。而库中微生物降解、放射性物质对地下水的辐解等作用也会产生二氧化碳、甲烷、氢气等气体。这些气体将在罐体周围压实膨润土及相关低渗屏障体中不断积聚，从而产生极高的气体压力。在实际工况中，气体是以极低的速率产生，由于膨润土的天然屏障作用，使气压缓慢攀升，最终可形成高达15兆帕压力。研究指出，高压气体可在工程屏障中形成毛细或力学优势渗流通道，导致放射性物质随地下水或是以气体状态向外部环境转移，并最终影响到处置库的抗渗与力学稳定性。因此，开展气体渗透特性研究，对于处置库的长期安全性能评价具有极其重要的实际意义。

针对高压实膨润土气体渗流试验包括恒定压力、恒定体积和恒定速率的气体注入试验。目前，注气系统多为恒压装置，即气体稳定在某一压力水平下进行注气试验。相应地，气体压力使用减压阀进行控制，然而这种传统的控制方式在高压下会使气压出现数十千帕的波动，大大影响试验精度。此外，由于技术手段的限制，既有的注气系统尚无法实现气体以极低的恒定的速率(通常为微升/小时)注入膨润土进行连续量测。

因此，目前急需研发一种能够满足高精度的恒定压力、恒定体积和恒定速率控制的气体注入系统，以开展模拟处置库真实工况下的相关气体渗透试验，为深地质处置库研究工作提供科学依据。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种恒定压力、体积及速率的高压气体注入系统，能够满足高精度的恒定压力、恒定体积和恒定速率控制的气体注入。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种恒定压力、体积及速率的高压气体注入系统，其特征在于：它包括氮气罐、截止阀、空气压缩机、增压泵、无限体积控制器、气/液压转换装置、试验腔室、计算机、压力数显表、数据线、三通球阀、单通球阀、减压阀、气体缓冲容器、高精度气压传感器；所述气/液压转换装置上设有进水端底座、进气端底座；

所述氮气罐上设有截止阀并与增压泵连通；

所述空气压缩机连接第二减压阀和第二压力数显表，其出口端通过第二三通球阀分别连接增压泵和第三三通球阀后接入四通的压缩空气进口形成与气/液压转换装置的进气端底座的连通；

所述气体缓冲容器连接增压泵、第一减压阀和第一压力数显表，其出口端通过第四三通球阀连接四通的高压氮气进口后接入气/液压转换装置的进气端底座；

所述无限体积控制器的出水端通过第一三通球阀分别连接单通球阀接入气/液压转换装置的进水端底座和第六三通球阀后接入试验腔室；