[发明专利]一种蒸汽驱动煤体瓦斯解吸热传导的测试方法

摘要

一种蒸汽驱动煤体瓦斯解吸热传导的测试方法，该测试方法使用蒸汽驱动煤体瓦斯解吸热传导的测试装置进行，蒸汽驱动煤体瓦斯解吸热传导的测试装置包括抽真空系统、注气系统、解吸热传导系统和气体计量系统；煤样置于夹持器内吸附甲烷，注气系统注入高压蒸汽，向煤样内渗流和传递热量，通过测试煤样出气口流量、气体浓度、煤样两端温度变化，得到煤样瓦斯解吸和热传导数据。本发明便于操作、工作量小、测量快速准确、实验性能高，为煤层气的解吸率和热传导率测试量提供了新的方法。

主权项

1.一种蒸汽驱动煤体瓦斯解吸热传导的测试方法，其特征在于：该测试方法使用蒸汽驱动煤体瓦斯解吸热传导的测试装置进行，蒸汽驱动煤体瓦斯解吸热传导的测试装置包括抽真空系统、注气系统、解吸热传导系统和气体计量系统；抽真空系统包括真空泵和真空容器，真空泵的进气口通过第一气管与真空容器的出气口连接，第一气管上沿气体流动方向依次设有真空表和第一截止阀；注气系统包括甲烷气罐，甲烷气罐通过第二气管与解吸热传导系统连接，第二气管上沿气体流动方向依次设有高压表、第一减压阀、低压表、第一管道增压泵、第二截止阀、单向阀、蒸汽发生机构、调压阀、第三截止阀和第一压力表；真空容器的进气口通过第三气管与第二气管连接，第三气管与第二气管的连接处位于调压阀与第三截止阀之间，第三气管上设有第四截止阀；蒸汽发生机构包括水箱和蒸汽发生器，水箱通过第一水管与蒸汽发生器连接，蒸汽发生器通过第四气管与第二气管连接；第一水管上沿水流动方向依次设有自吸泵、第五截止阀、高压储水罐和第六截止阀，第四气管上沿蒸汽流动方向依次设有第二压力表、第七截止阀、第二管道增压泵和第八截止阀，蒸汽发生器的出气口处设有温度表；解吸热传导系统包括密封箱、三轴夹持器和平衡罐；平衡罐和三轴夹持器位于密封箱内，甲烷气罐通过第二气管与三轴夹持器连接；平衡罐上设有第四压力表，平衡罐的进气口通过第五气管与第二气管连接，第五气管与第二气管的连接处位于调压阀与第三截止阀之间，平衡罐的出气口通过第六气管与第二气管连接，第六气管与第二气管的连接处位于第一压力表与三轴夹持器之间，第五气管上设有第九截止阀，第六气管上设有第十截止阀；三轴夹持器的进口设有第一温度传感器，三轴夹持器的出口设有第二温度传感器；三轴夹持器通过第七气管连接有轴压泵，三轴夹持器通过第八气管连接有围压泵，第七气管上设有第十一截止阀，第八气管上设有第十二截止阀；气体计量系统包括数据采集控制电脑、电子天平、气液分离器和气体流量计，气液分离器通过第九气管与三轴夹持器的出口连接，第九气管上沿气体流动方向依次设有第三压力表、第二减压阀、第十三截止阀和制冷器；气液分离器通过第十气管与气体流量计连接，第十气管上设有干燥器；数据采集控制电脑分别通过数据线与第一压力表、第一温度传感器、第二温度传感器、第四压力表、第三压力表、气体流量计和电子天平连接；蒸汽驱动煤体瓦斯解吸热传导的测试方法，包括以下步骤：（1）制备煤样：采集不同渗透率的煤层，按照要求将其加工成Ф50×200mm规格的煤样，50mm为煤样直径，200mm为煤样长度；（2）检查实验条件：检查各个实验设备，测试其是否完好无损，并检查所有管路是否畅通，甲烷气罐的气体含量是否能达到设计预想的实验压力，三轴夹持器的密封效果是否完好，各实验仪表的示数是否正常，用电设备的线路是否通路；（3）装配煤样并准备真空实验条件：将煤样套上热收缩橡胶套，接着固定到三轴夹持器上；打开第三截止阀、第四截止阀和第一截止阀，其他阀门处于关闭状态，开启真空泵，当真空表的示数为0.1Mpa时，关闭第三截止阀、第四截止阀和第一截止阀；（4）向平衡罐内充填甲烷气体：打开第一减压阀、第二截止阀、单向阀、调压阀和第九截止阀，同时打开甲烷气罐，甲烷气体在第一管道增压泵的驱动下并沿第二气管进入平衡罐，当平衡罐上的第四压力表上的压力值达到设定值时，关闭甲烷气罐，同时关闭第一减压阀、第二截止阀、单向阀、调压阀和第九截止阀；（5）向三轴夹持器内充填甲烷气体：打开第十截止阀，平衡罐内的甲烷气体沿第六气管并经第二气管进入三轴夹持器内，连续24h充入甲烷气体，使煤样对甲烷气体的吸附达到平衡，当第四压力表的示数不再变化时，关闭第十截止阀；（6）煤样受力模拟：打开第十一截止阀和第十二截止阀，接着启动轴压泵和围压泵，对煤样施加轴向压力和环向压力；（7）打开数据采集控制电脑；（8）向三轴夹持器内通入高温高压蒸汽：打开第五截止阀，然后开启自吸泵往高压储水罐内注水，当高压储水罐内注满水后，关闭第五截止阀和自吸泵，接着打开第六截止阀并启动蒸汽发生器，当蒸汽发生器的出气口处的温度计示数达到设定值后，依次打开第七截止阀、第八截止阀和第三截止阀，同时打开第二管道增压泵，在第二管道增压泵的驱动下，向三轴夹持器内注入高温高压蒸汽，调节调压阀调节第一压力表的示数，使第一压力表的示数达到设定值；（9）开启制冷器，然后打开第二减压阀、第十三截止阀，三轴夹持器内的气液混合体依次经过第三压力表、第二减压阀、第十三截止阀和制冷器进入到气液分离器内，被冷却的液体从气液分离器的出口流出到电子天平上，被解吸的甲烷气体经过干燥器和气体流量计排出，同时数据采集控制电脑记录三轴夹持器进口处的第一温度传感器示数a和三轴夹持器出口处的第二温度传感器的示数b，根据煤样的热传导率公式，计算出煤样热传导率k=（b‑a）/L，L为煤样的长度。