Protocollo per la misurazione delle proprietà termiche di un super-raffreddato sintetica Sand-acqua-gas-idrato di metano Campione

L'obiettivo generale di questa procedura è determinare le proprietà termiche di un campione composto da sabbia, acqua, gas metano e idrato di metano. Questa lezione può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della tecnologia di produzione di gas, come la simulazione della produzione di gas, gli idrati di metano naturale. Per iniziare, posizionare il recipiente ad alta pressione sul tavolo vibrante.

Versare 1,5 litri di acqua pura in una bottiglia d'acqua e 4.000 grammi di sabbia silicea in una bottiglia di sabbia. Pesare accuratamente le masse di sabbia e acqua nelle rispettive bottiglie. Quindi versare 1 litro di acqua pura nel recipiente ad alta pressione con un volume interno di 2.110 centimetri cubi da una bottiglia d'acqua fino a quando l'acqua non riempie metà del recipiente interno.

Accendere la tavola vibrante per far vibrare l'intero recipiente. Impostare la velocità di vibrazione a 50 hertz e l'alimentatore a 220 watt. Rimuovere l'aria residua nella linea di scarico e nel filtro metallico centrato sul fondo del recipiente facendo vibrare il recipiente.

Versare 3.300 grammi di sabbia silicea da una bottiglia di sabbia nel recipiente a una velocità costante di circa un grammo al secondo utilizzando un imbuto tenuto vicino alla superficie dell'acqua mentre l'intero recipiente viene vibrato per garantire un imballaggio uniforme. Interrompere la vibrazione quando l'acqua raggiunge il bordo dell'imbarcazione. Posizionare un anello come parete temporanea sul bordo del recipiente per evitare che l'acqua fuoriesca.

Far vibrare nuovamente il recipiente come prima e, quando la sabbia raggiunge il bordo del recipiente, disattivare la vibrazione. Rimuovere l'acqua in eccesso utilizzando la linea di scarico e versarla nuovamente nella bottiglia d'acqua. Rimuovere il muro temporaneo.

Imballare la sabbia facendo vibrare il recipiente una o due volte a 50 hertz e 300 watt al secondo e aggiungere altra sabbia se necessario. Pesare la massa della sabbia e dell'acqua nelle rispettive bottiglie. Quindi, calcola le masse di sabbia e acqua nel recipiente dalle differenze di massa nella sabbia e nelle bottiglie d'acqua.

In questo esperimento, la massa di sabbia nel recipiente era di 3.385 grammi e la massa d'acqua nel recipiente era di 823,6 grammi. La massa d'acqua nel recipiente è indicata come w totale. Coprire il recipiente ad alta pressione con un coperchio in acciaio inossidabile e serrare in sequenza i bulloni delle coppie diagonalmente opposte.

Spostare il recipiente ad alta pressione dal tavolo vibrante al tavolo destinato all'esperimento. Coprire il recipiente ad alta pressione con un isolante termico per il controllo della temperatura. Quindi collegare le tubazioni ad alta pressione e le linee di flusso dell'acqua di raffreddamento al recipiente ad alta pressione.

Aprire le valvole dei gasdotti di ingresso e di uscita. Ventilare 10 litri di metano a una velocità di 800 millilitri al minuto fino a quando l'acqua in eccesso non viene scaricata nella trappola a pressione atmosferica. Lo scarico della sabbia è impedito da un filtro metallico centrato fissato sul fondo del recipiente.

L'acqua residua rimane sulla superficie della sabbia perché la sabbia silicea idrofila assorbe le molecole d'acqua. Pesare la massa d'acqua nella trappola per determinare il volume di gas nel serbatoio. Determinare la massa dell'acqua residua, w resi.

In questo caso w resi è di 360,6 grammi e w trap è di 463 grammi. Dopo aver chiuso la valvola della linea del gas in uscita, iniettare metano per aumentare la pressione di versamento del metano nel recipiente a circa 12,1 megapascal a temperatura ambiente. Quindi, chiudere la valvola della linea del gas in ingresso.

Inizia a registrare la pressione e la temperatura nel recipiente durante l'esperimento utilizzando il data logger. Accendere il refrigeratore per raffreddare il recipiente da una temperatura ambiente a 2,0 gradi Celsius facendo circolare il liquido di raffreddamento. Lasciare che il liquido di raffreddamento circoli dal refrigeratore al fondo del recipiente, da lì al coperchio del recipiente e infine di nuovo al refrigeratore.

Impostare i parametri di misura utilizzando il software di analisi TPS (Transient Plane Source) e calcolare il grado di superraffreddamento come determinato nel protocollo di testo. Il passaggio più critico consiste nell'eseguire la misurazione costante del sonar mantenendo l'aumento della temperatura sul superrefrigerante del sensore TPS. Misurare contemporaneamente la conducibilità termica, la diffusività termica e il calore specifico volumetrico utilizzando l'analizzatore TPS dopo che il grado di superraffreddamento è superiore a due gradi Celsius.

Dopo ogni misurazione, commutare manualmente i cavi tra le sonde TPS e l'analizzatore durante l'esperimento. Raccogli i dati ogni tre-cinque minuti. Ripetere le misurazioni fino a quando il grado di superraffreddamento non raggiunge nuovamente i due gradi Celsius.

In questo esperimento, il grado di superraffreddamento aumenta inizialmente con il tempo. Dopo che il grado di superraffreddamento raggiunge il valore massimo, diminuisce gradualmente fino a zero gradi Celsius perché la pressione diminuisce con la formazione di MH. Qui è mostrato un profilo di temperatura non influenzato dalla fusione dell'idrato di metano e un profilo di temperatura influenzato dalla fusione. Si noti che questo profilo non può essere analizzato con la tecnica TPS perché le equazioni di analisi presuppongono condizioni stabili del campione.

Vengono mostrati la pressione, la temperatura e il grado di superraffreddamento nel recipiente in funzione del tempo. L'MH si nuclea dopo che il sistema ha raggiunto l'equilibrio di pressione e temperatura. Qui viene mostrata la saturazione del sedimento con MH, acqua e gas metano in funzione del tempo.

Il grado di saturazione viene calcolato utilizzando l'equazione dello stato del gas. Di seguito è riportato un esempio delle misure delle costanti termiche. Le frecce a doppia punta indicano l'intervallo di dati utilizzato nell'analisi.

L'analisi 1 è un esempio di intervallo inappropriato e l'analisi 2 è un esempio di intervallo appropriato. Di seguito sono riportati i risultati dell'analisi di inversione TPS per ciascun intervallo. Viene mostrata la deviazione dei dati di temperatura dalla curva di adattamento lineare.

Se viene selezionato l'intervallo di analisi appropriato, la differenza di temperatura diventa piccola e approssimativamente costante. Infine, vengono mostrate la conducibilità termica in funzione del tempo, il calore specifico in funzione del tempo e la diffusività termica in funzione del tempo.