煤层气或页岩气自动真空脱气仪及相应真空脱气方法

摘要

一种煤层气或页岩气自动真空脱气仪及相应真空脱气方法，该脱气仪具体包括：煤层气或页岩气样品放置设备、气体收集室、气体混合室、水泵处理设备、气体收集系统、真空处理设备以及与该气体收集室内部连通的压力传感器、第一电极设备和温度传感器，与该气体混合室内部连通的第二电极设备；分别与上述煤层气或页岩气样品放置设备、气体收集室、气体混合室、水泵处理设备、气体收集系统、真空处理设备相连的第一控制阀至第九控制阀，以及控制设备，可实现对煤层气或页岩气的自动真空脱气及气体的自动收集、对煤层气或页岩气样品气体解析是否完全的准确判断，结构简单、操作简便，提升了脱气仪的气密性和解析气体体积、气体组成成分检测数据的准确性。

说明书

技术领域

本发明涉及煤层气或页岩气处理技术领域，更具体的说，本发明涉及一种煤层气或页岩气自动真空脱气仪及相应真空脱气方法。

背景技术

在煤层气/页岩气以及瓦斯的真空脱气过程中需要广泛运用样本气体来进行实验分析，目前，公知的国家标准GB/T23249-2009《地勘时期煤层瓦斯含量测定方法》、行业标准AQ1046-2007《地勘时期煤层瓦斯含量测定方法》推荐了一种真空脱气仪，该真空脱气仪为玻璃器皿和乳胶管连接的装置，但存在如下的缺点：

首先，该真空脱气仪整个气体收集过程需要：常温脱气、加热脱气到有限定液的容器中，再转移到有限定液的带刻度的量管中将气体混合均匀，并通过量管刻度读取气体体积；此过程需要随时注意限定液的位置，防止限定液排完后气体跑出，因此需要经常切换阀门，将收集到的气体转移到后面的量管内混合；操作过程繁琐、气体混合不均匀、气体解析是否完全受人为影响较大。

其次，该装置时常发生漏气现象，导致收集到的气体量并不准确。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种煤层气或页岩气自动真空脱气仪及相应真空脱气方法，可以自动控制实现真空脱气，且气密性好。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种煤层气或页岩气自动真空脱气仪，其包括：

煤层气或页岩气样品放置设备、气体收集室、气体混合室、水泵处理设备、气体收集系统、真空处理设备以及与该气体收集室内部连通的压力传感器、第一电极设备和温度传感器，与该气体混合室内部连通的第二电极设备；

该真空处理设备设置有第一控制阀，该气体收集系统设置有第二控制阀，该气体混合室进出气口设置有第三控制阀，该气体收集室出气口设置有第四控制阀、进气口设置有第五控制阀，该气体收集室进水口设置有第六控制阀、该气体混合室进出水口分别设置有第七控制阀和第八控制阀，该第一控制阀至该第四控制阀同时与一个第九控制阀相连，该第九控制阀与大气相通，该第五控制阀同时与该煤层气或页岩气样品放置设备中的样品罐相连，该第六控制阀同时与该水泵处理设备相连，该第七控制阀和第八控制阀同时也与该水泵处理设备相连；

另外，还包括控制设备，与该水泵处理设备、该真空处理设备相连，并分别与上述第一控制阀至第九控制阀以及与压力传感器、第一电极设备、第二电极设备和温度传感器设备相连，该控制设备具有检测分析装置和控制处理装置，该检测分析装置根据压力传感器、第一电极设备和温度传感器设备的检测结果进行分析确定该气体收集室的压力、液位高度和气体温度变化以及根据第二电极设备的检测结果确定气体混合室的液位高度变化，该控制处理装置根据检测分析装置的分析结果，控制所述第一控制阀至第九控制阀中相应的控制阀以及真空处理设备和水泵处理设备开启或关闭以进行气体收集室抽真空、气体混合室注满水以及气体收集室收集气体、气体收集室收集的标准气体转移到气体收集系统或将气体收集室收集的部分气体转移至气体混合室以及将气体混合室收集的标准气体转移到气体收集系统。

其中，所述煤层气或页岩气样品放置设备中样品罐与第五控制阀之间还具有气体过滤器。

其中，所述第一控制阀至第九控制阀为电控阀或气动阀。

其中，煤层气或页岩气样品放置设备为加热器。

其中，真空处理设备包括：与第一控制阀相连的干燥塔，和与所述干燥塔相连的真空泵。

其中，水泵处理设备包括：与第六控制阀和第七控制阀相连的水泵设备以及与所述水泵设备相连的饱和盐水。

相应地，本发明一种实现煤层气或页岩气自动真空脱气的方法，其包括：

a1、控制设备通过第一电极设备检测气体收集室内是否有水，并在检测结果为气体收集室有水时控制将气体收集室内的水放空。

a2、控制设备控制开启水泵、第七控制阀、第三控制阀、第九控制阀将气体混合室内注满水后关闭；

a3、控制设备控制开启第一控制阀、第四控制阀、真空泵，将气体收集室内真空度抽到设定值后，关闭第一控制阀、第四控制阀及真空泵；

a4、控制设备控制开启第五控制阀进行气体收集；

a5、控制设备通过压力传感器指定时间内的变化值判定气体解析是否完成；

a6、当气体收集完成后，控制设备根据压力传感器检测的压力进行判断，当压力读数低于设定压力时，判定为该次气体收集达到要求，记录收集到的气体体积，控制关闭第五控制阀，开启水泵、第六控制阀、第四控制阀、第二控制阀进行气体收集，水泵将饱和盐水通过第六控制阀抽取到气体收集室中，气体收集室中收集到的气体通过第四控制阀和第二控制阀转移到气体收集系统，在转移完成后关闭所有控制阀门。

其中，步骤a6后还可包括：

a7、开启第九控制阀与大气相通，开启第四控制阀和第六控制阀将气体收集室内的饱和盐水全部排出后关闭所有控制阀门。

其中，步骤a6中根据压力传感器检测的压力，当控制设备判定压力读数高于设定压力且收集未完成时，控制关闭第五控制阀，记录气体体积，然后开启第八控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第六控制阀和水泵，水泵将饱和盐水抽到气体收集室内，气体收集室内收集到的气体经过第四控制阀和第三控制阀转移到气体混合室，气体混合室的水通过第八控制阀相应排出，最终将气体收集室中收集到的气体转移到气体混合室中；

然后控制设备控制开启第一控制阀、第四控制阀、真空泵，重新将气体收集室内真空度抽到设定值后，关闭第一控制阀、第四控制阀及真空泵；

控制设备控制开启第五控制阀继续进行气体收集，在收集完成后，记录气体体积，开启第八控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第六控制阀和水泵，将气体收集室内的气体全部转移到气体混合室，然后关闭所有控制阀门和水泵；

控制设备控制开启水泵、第七控制阀、第三控制阀、第二控制阀，将气体混合室的气体经过第三控制阀、第二控制阀转移到气体收集系统。

其中，步骤a4之前还包括对设备进行检漏，等待一定时间后若设备不漏气，才将气体收集室进气口经气体过滤器与样品罐连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的煤层气或页岩气自动真空脱气仪及相应的真空脱气方法，该真空脱气仪包括：煤层气或页岩气样品放置设备、气体收集室、气体混合室、水泵处理设备、气体收集系统、真空处理设备以及与该气体收集室内部连通的压力传感器、第一电极设备和温度传感器，与该气体混合室内部连通的第二电极设备；分别与上述煤层气或页岩气样品放置设备、气体收集室、气体混合室、水泵处理设备、气体收集系统、真空处理设备相连的第一控制阀至第九控制阀，以及控制设备，控制所述第一控制阀至第九控制阀中相应的控制阀以及真空处理设备和水泵处理设备开启或关闭以进行气体收集室抽真空、气体混合室注满水以及气体收集室收集气体、气体收集室收集的标准气体转移到气体收集系统或将气体收集室收集的部分气体转移至气体混合室以及将气体混合室收集的标准气体转移到气体收集系统，从而可实现对煤层气或页岩气的自动真空脱气及气体的自动收集、对煤层气或页岩气样品气体解析是否完全的准确判断，结构简单、操作简便、提升了脱气仪的气密性和解析气体体积、气体组成成分检测数据的准确性。

同时，通过压力传感器检测气体收集室内的气压进而实现了自动判定气体是否收集完成和收集体积的自动计算，替代目前的人为判断和靠玻璃量管读取体积，而且本发明的真空脱气仪中各个部分连接时可采用金属管道焊接和锥度密封替代现有装置的玻璃管和乳胶管连接的方式，可有效提高密封性。

附图说明

图1为本发明煤层气或页岩气自动真空脱气仪的一种具体实施例结构示意图；

图2为本发明煤层气或页岩气自动真空脱气仪中控制设备的一种实施例结构示意图。

具体实施方式

参考图1，本实施例的煤层气或页岩气自动真空脱气仪，主要包括：

煤层气或页岩气样品放置设备，本实施例中所述煤层气或页岩气样品放置设备为加热器10，所述加热器例如可以是水浴锅，在水浴锅中放置保存煤层气或页岩气样品的样品罐11，另外，本实施例还包括气体收集室13、气体混合室14、水泵处理设备15、气体收集系统16、真空处理设备17以及与该气体收集室13内部连通的压力传感器19、第一电极设备20（本实施例中为分布于气体收集室13顶部和底部的电极）和温度传感器21，与该气体混合室14内部连通的第二电极设备22（本实施例中为分布于气体混合室13顶部和底部的电极）；

该真空处理设备17设置有第一控制阀1，该气体收集系统16设置有第二控制阀2，该气体混合室14进出气口设置有第三控制阀3，该气体收集室13出气口设置有第四控制阀4、进气口设置有第五控制阀5，该气体收集室13进水口设置有第六控制阀6、该气体混合室14进出水口设置有第七控制阀7和第八控制阀8，该第一控制阀1至该第四控制阀4同时与一个第九控制阀9相连，该第九控制阀9与大气相通，该第五控制阀5同时与该煤层气或页岩气样品放置设备10中的样品罐11相连，该第六控制阀6同时与该水泵处理设备15相连，该第七控制阀7和第八控制阀8同时也与该水泵处理设备15相连；具体实现时，第一控制阀1-第九控制阀9只需能够实现自动控制即可，因此可以采用多种形式的控制阀，例如，作为具体的实施例，所述第一控制阀1至第九控制阀9可以为电控阀或气动阀，这里不再赘述。

另外，为实现自动控制，本实施实现自动真空脱气的设备还包括有控制设备18，该控制设备18与该水泵处理设备15、该真空处理设备17相连，另外还分别与上述第一控制阀1至第九控制阀9以及与压力传感器19、第一电极设备20、第二电极设备22和温度传感器设备21相连，参考图2，作为一个具体实施例，该控制设备18具有检测分析装置181和控制处理装置182，该检测分析装置181根据压力传感器19、第一电极设备20和温度传感器设备21的检测结果进行分析确定该气体收集室13的压力、液位高度和气体温度变化以及根据第二电极设备22的检测结果确定气体混合室14的液位高度变化，该控制处理装置182根据检测分析装置181的分析结果，控制所述第一控制阀1至第九控制阀9中相应的控制阀以及真空处理设备17和水泵处理设备15开启或关闭以进行气体收集室13抽真空、气体混合室14注满水以及气体收集室13收集气体、气体收集室13收集的标准气体转移到气体收集系统16或将气体收集室13收集的部分气体转移至气体混合室14以及将气体混合室14收集的标准气体转移到气体收集系统16等。

另外，从样品罐11出来的气体可能混有杂质，需要对气体进行过滤将无用的杂质滤掉，为此，本实施例中在样品罐11与第五控制阀5之间还可设置气体过滤器12以对从样品罐10出来的气体进行过滤，这里不再赘述。

需要说明的，水泵处理设备15的作用主要是实现将水抽到气体收集室13或气体混合室14中，作为一个具体实施例，本发明的水泵处理设备15可包括：与第六控制阀6和第七控制阀7相连的水泵设备151以及与所述水泵设备151相连的饱和盐水152，具体实现时，饱和盐水152通过容器放置，本实施例中采用饱和盐水在于饱和盐水不会与收集的气体样品溶解，便于气体的收集操作，这里不再赘述。

另外，对于真空处理设备17，主要是对气体收集室13进行抽真空，由于气体中可能含有水分，因此，本实施例中对于真空处理设备17还可以设置气体干燥设备，作为一个具体实施例，真空处理设备17主要包括与第一控制阀1相连的干燥塔171和与所述干燥塔171相连的真空泵172，干燥塔以及真空泵的原理和结构均可利用现有的设备，这里不再赘述。

下面以一个具体实施例说明本发明实现真空脱气的方法。

首先，在步骤S1，第一电极设备20的电极可以检测气体收集室13的液位高度，因此，进一步可通过第一电极设备20检测气体收集室13内是否有水，检测结果传给控制设备18，经过分析后控制设备18可控制进行下一步操作，例如，如根据检测数据的分析结果为气体收集室13有水则可控制将气体收集室13内的水放空。

步骤S2，控制设备18控制开启水泵151、第七控制阀7、第三控制阀3、第九控制阀9将气体混合室14内注满水后关闭。

步骤S3，控制设备18控制开启第一控制阀1、第四控制阀4、真空泵172，将气体收集室13内真空度抽到设定值后，关闭第一控制阀1、第四控制阀4及真空泵172。

步骤S4，对设备进行检漏，等待一定时间后若设备不漏气，则将气体收集室13进气口经气体过滤器12与样品罐11连接。

步骤S5，控制设备18控制开启第五控制阀5进行气体收集，为了判定气体是否收集完成，，控制设备通过压力传感器指定时间内的变化值判定气体解析是否完成，例如本实施例中可设定当每30分钟泻出的瓦斯量小于10ml时判定为气体收集完成。

步骤S6，当气体收集完成后，控制设备18根据压力传感器19检测的压力进行判断，当压力读数低于设定压力时，判定为1次气体收集达到要求，记录收集到的气体体积，控制关闭第五控制阀5，开启水泵151、第六控制阀6、第四控制阀4、第二控制阀2进行气体收集，即水泵151将饱和盐水通过第六控制阀6抽取到气体收集室13中，气体收集室13中收集到的气体通过第四控制阀4和第二控制阀2转移到气体收集系统16，在气体收集完成后关闭所有控制阀门，然后在步骤S7，开启第九控制阀9与大气相通，开启第四控制阀4和第六控制阀6将气体收集室13内的水全部排出后关闭所有阀门。

另外，对于其他的状况，例如，在步骤S8，根据压力传感器19检测的压力，当控制设备18判定压力读数高于设定压力且收集未完成时，控制关闭第五控制阀5，记录气体体积，然后开启第八控制阀8、第三控制阀3、第四控制阀4、第六控制阀6和水泵151，将气体收集室13内的气体全部转移到气体混合室14，然后关闭所有阀门和水泵，即水泵151将饱和盐水抽到气体收集室13内，气体收集室13内收集到的气体通过第四控制阀4和第三控制阀3转移到气体混合室14，气体混合室14的水通过第八控制阀8排出，最终将气体收集室13中收集到的气体转移到气体混合室14中。

然后在步骤S9，控制设备18控制开启第一控制阀1、第四控制阀4、真空泵171，重新将气体收集室13内真空度抽到设定值后，关闭第一控制阀1、第四控制阀4及真空泵171。

步骤S10，控制设备18控制开启第五控制阀5继续进行气体收集，在收集完成后，记录气体体积，开启第八控制阀8、第三控制阀3、第四控制阀4、第六控制阀6和水泵151，将气体收集室13内的气体全部转移到气体混合室14，然后关闭所有控制阀门和水泵151。

步骤S11，控制设备18控制开启水泵151、第七控制阀7、第三控制阀3、第二控制阀2，进行气体收集，即水泵151将饱和盐水经过第七控制阀7抽到气体混合室14中，气体混合室14内收集到的气体通过第三控制阀3和第二控制阀2转移到气体收集系统16中，气体收集完成后，开启水泵151及所有控制阀门。

步骤S12，开启第九控制阀9、第四控制阀4、第三控制阀3、第六控制阀6、第七控制阀7、第八控制阀8，将气体收集室13和气体混合室14内的水全部排出后关闭所有控制阀门，其中对于气体混合室14是否有水可通过第二电极设备22进行检测，这里不再赘述。

需要说明的，上述实施例中各部分之间可采用金属管道焊接和锥度密封替代现有技术的玻璃管和乳胶管连接的方式，从而提升了装置的气密性；另外，采用压力传感器可实现判断气体是否收集完成和收集体积的自动计算，替代目前的人为判断和靠玻璃量管读取体积；而整个气体收集过程通过各个控制阀控制实现自动运行，替代目前靠人不停切换阀门实现了气体收集。

虽然本发明的较佳实施例已揭露如上，本发明并不受限于上述实施例，任何本技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的范围内，当可作些许的改动与调整。