天然气水合物转移装置压力维持系统研究

摘要

天然气水合物是近年发现于海底沉积物及冻土带中，由于其储藏量大、能量高被视作新型能源，可用作传统原料如石油、煤炭的替代品。天然气水合物稳定存在于一定的低温高压条件下，利用现有保压取样技术，将开采岩心保压提升到海面后，进一步转移到实验室的过程中，由于缺少保压转移装置，其中含有的天然气水合物组分会分解，造成对其性质测量的困难。目前，国内在天然气水合物保压取样技术方面有较多研究，但是，如何将取样器中的沉积物样品保压从海面切割并转移至实验室中以进一步研究，则研究的较少。本文旨在提出一套压力维持解决方案，用于天然气水合物转移装置。
　　全文共分为六章。
　　第一章，首先介绍了深海取样及天然气水合物研究的背景知识，然后分析了国内外在天然气水合物取样技术、保压转移技术的研究进展，由于国内尚无天然气水合物保压转移方案，亟需保压转移设备的研制，借此提出本课题研究的目的、意义和主要内容。
　　第二章，简要介绍了天然气水合物保压转移装置的系统组成及工作原理，为设计压力维持系统提供了依据。然后分析比较了常见的几种压力维持方式，结合转移装置的需求，提出了压力维持系统的总体方案。
　　第三章，涉及到压力维持系统关键液压元件的选用研究。根据总体方案，重点研究、推导了蓄能器的数学模型，分析了蓄能器工作参数对吸收压力冲击、脉动的影响。
　　第四章，基于AMESim软件对压力维持系统性能进行研究。首先用AMESim软件对压力维持系统进行建模，分析保压转移全过程中压力的波动情况。随后分析蓄能器预充压力、体积，管路的内径、长短等因素对压力维持的影响。
　　第五章，利用前述结果搭建压力维持系统样机，进行元件选用研究，并分阶段进行实验测试。首先进行压力维持系统的打压能力测试，再应用于保压转移装置上，验证该压力维持系统的可行性。
　　第六章，总结与展望

目录

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致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外发展现状

1．2．1 保压样芯分析和转移系统(PCATS)

1．2．2 HYACINTH系统

1．2．3 保压样芯特征分析工具(PCCT)

1．3 课题的意义和目的

1．4 课题的主要研究内容

1．5 本章小结

第2章 天然气水合物转移装置压力维持系统设计

2．1 天然气水合物转移装置

2．2 天然气水合物转移装置压力变化的研究

2．2．1 抓手前后运动造成的压力变化

2．2．2 泄漏造成的压力变化

2．2．3 球阀开闭造成的压力变化

2．2．4 柱塞泵造成的压力变化

2．3 压力维持系统的设计

2．3．1 常见的压力维持方式

2．3．2 压力维持系统的设计

2．4 本章小结

第3章 关键液压元件的选用研究

3．1 蓄能器数学模型的建立

3．1．1 不考虑入口特性的蓄能器模型

3．1．2 考虑入口特性的蓄能器模型

3．1．3 带蓄能器的回路模型

3．2 蓄能器参数的分析研究

3．2．1 液腔等效质量的研究

3．2．2 液体等效阻尼系数的研究

3．2．3 气体阻尼系数及气体刚度的研究

3．2．4 蓄能器固有频率与阻尼比的研究

3．3 蓄能器动态响应分析

3．3．1 二阶系统的瞬态分析

3．3．2 带蓄能器回路响应分析

3．4 本章小结

第4章 基于AMESim的压力维持系统特性研究

4．1 压力维持系统模型搭建

4．1．1 基本液压元件选用

4．1．2 仿真模型的建立及完善

4．2 蓄能器对压力维持的影响分析

4．2．1 蓄能器预充压力对压力维持的影响

4．2．2 蓄能器容积对压力维持的影响

4．2．3 蓄能器入口直径对压力维持的影响

4．3 管路对压力维持的影响分析

4．3．1 管路内径对压力维持的影响

4．3．2 管路长度对压力维持的影响

4．4 腔体容积变化对压力维持的影响

4．5 本章小结

第5章 样机集成与实验研究

5．1 天然气水合物转移装置样机

5．2 压力维持系统样机集成

5．3 压力维持系统打压能力实验

5．4 消减压力变化的实验研究

5．4．1 抓手运动造成的压力变化

5．4．2 装置泄漏造成的压力变化

5．4．3 球阀开闭造成的压力变化

5．5 样品转移全过程的压力曲线

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简介