Protokół pomiaru właściwości termicznych przechłodzonej syntetycznej próbki hydratu piasku, wody, gazu i metanu

Ogólnym celem tej procedury jest określenie właściwości termicznych próbki składającej się z piasku, wody, metanu i hydratu metanu. Ta lekcja może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie technologii produkcji gazu, takie jak symulacja produkcji gazu, naturalne hydraty metanu. Aby rozpocząć, umieść naczynie wysokociśnieniowe na stole wibracyjnym.

Wlej 1,5 litra czystej wody do butelki z wodą i 4 000 gramów piasku kwarcowego do butelki z piaskiem. Dokładnie zważ masy piasku i wody w odpowiednich butelkach. Następnie wlej 1 litr czystej wody do naczynia wysokociśnieniowego o wewnętrznej objętości 2 110 centymetrów sześciennych z butelki z wodą, aż woda wypełni połowę naczynia wewnętrznego.

Włącz stół wibracyjny, aby wprawić w drgania całe naczynie. Ustaw częstotliwość wibracji na 50 Hz, a zasilacz na 220 watów. Usuń resztki powietrza z przewodu odpływowego i wyśrodkowanego metalowego filtra na dnie naczynia, wibrując naczynie.

Wsypać 3 300 gramów piasku kwarcowego z butelki z piaskiem do naczynia ze stałą prędkością około jednego grama na sekundę za pomocą lejka trzymanego blisko powierzchni wody, podczas gdy całe naczynie jest wibrowane, aby zapewnić równomierne upakowanie. Zatrzymaj wibracje, gdy woda dotrze do krawędzi naczynia. Umieść pierścień jako tymczasową ścianę na krawędzi naczynia, aby zapobiec rozlaniu się wody.

Ponownie wibruj naczynie jak poprzednio, a gdy piasek dotrze do krawędzi naczynia, wyłącz wibracje. Usuń nadmiar wlej wodę za pomocą przewodu odpływowego i wlej ją z powrotem do butelki z wodą. Usuń tymczasową ścianę.

Ubij piasek, wibrując naczynie raz lub dwa razy z częstotliwością 50 Hz i 300 watów na sekundę i w razie potrzeby dodaj więcej piasku. Zważ masę piasku i wody w odpowiednich butelkach. Następnie oblicz masy piasku i wody w naczyniu na podstawie różnic mas w butelkach z piaskiem i wodą.

W tym eksperymencie masa piasku w naczyniu wynosiła 3 385 gramów, a masa wody w naczyniu 823,6 gramów. Masa wody w naczyniu jest oznaczana jako w całkowite. Przykryj naczynie wysokociśnieniowe pokrywką ze stali nierdzewnej i dokręć kolejno przeciwległych par po przekątnej.

Przenieś naczynie wysokociśnieniowe ze stołu wibracyjnego na stół przeznaczony do eksperymentu. Przykryj naczynie wysokociśnieniowe izolatorem ciepła w celu kontrolowania temperatury. Następnie podłącz rurociągi wysokiego ciśnienia i przewody przepływowe wody chłodzącej do zbiornika wysokociśnieniowego.

Otwórz zawory gazociągów wejściowych i wyjściowych. Przewietrzyć 10 litrów metanu z szybkością 800 mililitrów na minutę, aż nadmiar wody nie przedostanie się do syfonu pod ciśnieniem atmosferycznym. Wydostawaniu się piasku zapobiega wyśrodkowany metalowy filtr zamocowany na dnie naczynia.

Resztki wody pozostają na powierzchni piasku, ponieważ hydrofilowy piasek kwarcowy pochłania cząsteczki wody. Zważyć masę wody w syfon w celu określenia objętości gazu w zbiorniku. Określić masę pozostałej wody, w resi.

W tym przypadku w resi wynosi 360,6 grama, a w pułapka 463 gramy. Po zamknięciu zaworu przewodu wyjściowego gazu należy wstrzyknąć metan w celu zwiększenia ciśnienia nalewania metanu w zbiorniku do około 12,1 megapaskali w temperaturze pokojowej. Następnie zamknij zawór przewodu gazu wejściowego.

Rozpocznij rejestrację ciśnienia i temperatury w naczyniu podczas eksperymentu za pomocą rejestratora danych. Włącz agregat chłodniczy w celu schłodzenia naczynia z temperatury pokojowej do 2.0 stopni Celsjusza poprzez cyrkulację chłodziwa. Pozwól płynowi chłodzącemu krążyć od chłodziarki do dna naczynia, stamtąd do pokrywy naczynia i na koniec z powrotem do chłodziarki.

Skonfiguruj parametry pomiaru za pomocą oprogramowania analizatora źródła płaszczyzny przejściowej (TPS) i oblicz stopień przechłodzenia określony w protokole tekstowym. Najważniejszym krokiem jest wykonanie stałego pomiaru sonaru poprzez utrzymanie wzrostu temperatury nad czynnikiem dochłodzącym czujnika TPS. Jednocześnie mierz przewodność cieplną, dyfuzyjność cieplną i objętościowe ciepło właściwe za pomocą analizatora TPS, gdy stopień przechłodzenia jest większy niż dwa stopnie Celsjusza.

Po każdym pomiarze ręcznie przełączaj między sondami TPS a analizatorem podczas eksperymentu. Zbieraj dane co trzy do pięciu minut. Powtarzaj pomiary, aż stopień przechłodzenia ponownie osiągnie dwa stopnie Celsjusza.

W tym eksperymencie stopień przechłodzenia początkowo wzrasta z czasem. Po osiągnięciu maksymalnej wartości stopień przechłodzenia stopniowo spada do zera stopni Celsjusza, ponieważ ciśnienie spada wraz z powstawaniem MH. Przedstawiono tutaj profil temperatury, na który nie ma wpływu topnienie hydratu metanu, oraz profil temperatury, na który ma wpływ topnienie. Należy zauważyć, że tego profilu nie można przeanalizować za pomocą techniki TPS, ponieważ równania analizy zakładają stabilne warunki próbki.

Pokazane jest ciśnienie, temperatura i stopień przechłodzenia w zbiorniku w funkcji czasu. MH nukleuje się po osiągnięciu przez układ równowagi ciśnienia i temperatury. Pokazano tutaj nasycenie osadu MH, wodą i metanem w funkcji czasu.

Stopień nasycenia oblicza się za pomocą równania stanu gazu. Przykład pomiarów stałych termicznych przedstawiono tutaj. Strzałki z dwoma grotami oznaczają zakres danych użytych w analizie.

Analiza 1 jest przykładem nieodpowiedniego zakresu, a Analiza 2 jest przykładem odpowiedniego zakresu. Wyniki analizy inwersji TPS dla każdego zakresu są pokazane tutaj. Pokazano odchylenie danych temperatury od krzywej dopasowania liniowego.

W przypadku wybrania odpowiedniego zakresu analizy różnica temperatur staje się mała i w przybliżeniu stała. Na koniec pokazano przewodność cieplną w funkcji czasu, ciepło właściwe w funkcji czasu i dyfuzyjność cieplną w funkcji czasu.