Protocolo para la medición de las propiedades térmicas de un hidrato muestra sintética de arena-agua-gas metano a sobrefusión

El objetivo general de este procedimiento es determinar las propiedades térmicas de una muestra compuesta por arena, agua, gas metano e hidrato de metano. Esta lección puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la tecnología de producción de gas, como la simulación de producción de gas, los hidratos de metano naturales. Para comenzar, coloque el recipiente de alta presión en la mesa vibratoria.

Vierta 1,5 litros de agua pura en una botella de agua y 4.000 gramos de arena de sílice en una botella de arena. Pesar con precisión las masas de arena y agua en sus respectivas botellas. Luego vierta 1 litro de agua pura en el recipiente de alta presión con un volumen interno de 2, 110 centímetros cúbicos de una botella de agua hasta que el agua llene la mitad del recipiente interior.

Encienda la mesa vibratoria para hacer vibrar todo el recipiente. Establezca la tasa de vibración en 50 hercios y la fuente de alimentación en 220 vatios. Elimine el aire residual en la línea de drenaje y el filtro metálico centrado en el fondo del recipiente haciendo vibrar el recipiente.

Vierta 3.300 gramos de arena de sílice de una botella de arena en el recipiente a una velocidad constante de aproximadamente un gramo por segundo utilizando un embudo sostenido cerca de la superficie del agua mientras todo el recipiente vibra para garantizar un empaque uniforme. Detenga la vibración cuando el agua llegue al borde de la embarcación. Coloque un anillo como pared temporal en el borde del recipiente para evitar que el agua se derrame.

Vuelve a hacer vibrar la vasija como antes, y cuando la arena llegue al borde de la embarcación, apaga la vibración. Retire el exceso de agua, vierta usando la línea de drenaje y vuelva a verterla en la botella de agua. Retire la pared temporal.

Compacte la arena haciendo vibrar el recipiente una o dos veces a 50 hercios y 300 vatios por segundo y agregue más arena si es necesario. Pesar la masa de la arena y el agua en sus respectivas botellas. A continuación, calcule las masas de arena y agua en el recipiente a partir de las diferencias de masa en las botellas de arena y agua.

En este experimento, la masa de arena en el recipiente era de 3.385 gramos, y la masa de agua en el recipiente era de 823,6 gramos. La masa de agua en el recipiente se denota como w total. Cubra el recipiente de alta presión con una tapa de acero inoxidable y apriete los pernos de los pares diagonalmente opuestos en secuencia.

Mueva el recipiente de alta presión de la mesa vibratoria a la mesa destinada al experimento. Cubra el recipiente de alta presión con un aislante térmico para controlar la temperatura. Luego conecte las tuberías de alta presión y las líneas de flujo de agua de enfriamiento al recipiente de alta presión.

Abra las válvulas de las tuberías de gas de entrada y salida. Ventile 10 litros de metano a una velocidad de 800 mililitros por minuto hasta que no se descargue el exceso de agua en la trampa a presión atmosférica. La descarga de arena se evita mediante un filtro metálico centrado fijado en el fondo del recipiente.

El agua residual permanece en la superficie de la arena porque la arena de sílice hidrófila absorbe las moléculas de agua. Pese la masa de agua en la trampa w trampa para determinar el volumen de gas en el recipiente. Determine la masa de agua residual, w resi.

En este caso, w resi es de 360,6 gramos y w trap es de 463 gramos. Después de cerrar la válvula de la línea de gas de salida, inyecte metano para aumentar la presión de vertido de metano en el recipiente a aproximadamente 12,1 megapascales a temperatura ambiente. Luego, cierre la válvula de la línea de gas de entrada.

Comience a registrar la presión y la temperatura en el recipiente durante el experimento utilizando el registrador de datos. Encienda el enfriador para enfriar el recipiente desde la temperatura ambiente hasta 2.0 grados Celsius haciendo circular el refrigerante. Deje que el refrigerante circule desde el enfriador hasta el fondo del recipiente, desde allí hasta la tapa del recipiente y finalmente de regreso al enfriador.

Configure los parámetros de medición utilizando el software analizador de fuente de plano transitorio, o TPS, y calcule el grado de sobreenfriamiento según lo determinado en el protocolo de texto. El paso más crítico es realizar la medición constante del sonar manteniendo el aumento de temperatura sobre el superrefrigerante del sensor TPS. Mida simultáneamente la conductividad térmica, la difusividad térmica y el calor volumétrico específico utilizando el analizador TPS después de que el grado de sobreenfriamiento sea superior a dos grados Celsius.

Después de cada medición, cambie manualmente los cables entre las sondas TPS y el analizador durante el experimento. Recopile datos cada tres a cinco minutos. Repita las mediciones hasta que el grado de sobreenfriamiento vuelva a alcanzar los dos grados centígrados.

En este experimento, el grado de sobreenfriamiento aumenta inicialmente con el tiempo. Después de que el grado de superenfriamiento alcanza el valor máximo, disminuye gradualmente a cero grados Celsius porque la presión disminuye con la formación de MH. Aquí se muestra un perfil de temperatura que no se ve afectado por la fusión del hidrato de metano y un perfil de temperatura afectado por la fusión. Tenga en cuenta que este perfil no se puede analizar mediante la técnica TPS porque las ecuaciones de análisis asumen condiciones de muestra estables.

Se muestran la presión, la temperatura y el grado de sobreenfriamiento en el recipiente en función del tiempo. MH nuclea después de que el sistema ha alcanzado el equilibrio de presión y temperatura. Aquí se muestra la saturación del sedimento con MH, agua y gas metano en función del tiempo.

El grado de saturación se calcula mediante la ecuación del estado del gas. Aquí se muestra un ejemplo de las mediciones de constantes térmicas. Las flechas de doble punta denotan el rango de datos utilizado en el análisis.

El análisis 1 es un ejemplo de un intervalo inadecuado y el análisis 2 es un ejemplo de un intervalo apropiado. Aquí se muestran los resultados del análisis de inversión de TPS de cada rango. Se muestra la desviación de los datos de temperatura de la curva de ajuste lineal.

Si se selecciona el rango de análisis adecuado, la diferencia de temperatura se vuelve pequeña y aproximadamente constante. Por último, se muestra la conductividad térmica en función del tiempo, el calor específico en función del tiempo y la difusividad térmica en función del tiempo.