一種高溫高壓液體粘度測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明是關于一種高溫高壓液體粘度測量裝置及測量方法，所述的測量裝置包括高溫高壓系統(tǒng)以及測量系統(tǒng)，所述的測量系統(tǒng)，包括驅(qū)動電機、扭矩傳感器、驅(qū)動磁筒、感應磁筒、轉(zhuǎn)軸及攪拌槳；所述扭矩傳感器，一端與所述驅(qū)動電機連接，另一端與所述驅(qū)動磁筒連接；所述驅(qū)動磁筒，隨所述扭矩傳感器轉(zhuǎn)動；所述感應磁筒，位于所述驅(qū)動磁筒內(nèi)部，在磁力作用下隨所述驅(qū)動磁筒轉(zhuǎn)動；所述轉(zhuǎn)軸，一端與所述感應磁筒遠離所述扭矩傳感器的一端連接，另一端與所述攪拌槳連接，所述轉(zhuǎn)軸部分位于所述高溫高壓系統(tǒng)內(nèi)；所述攪拌槳，位于所述高溫高壓系統(tǒng)內(nèi)，所述攪拌槳包括多片環(huán)繞所述轉(zhuǎn)軸對稱設置的槳葉。本發(fā)明的測量裝置實現(xiàn)了對高溫高壓條件下液體粘度的精確測量。
【專利說明】一種高溫高壓液體粘度測量裝置及測量方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高溫高壓液體粘度測量裝置及測量方法，屬于高溫高壓液體流動性測定領域，特別是涉及一種適用于不穩(wěn)態(tài)的非牛頓流體尤其是油煤漿的粘度測量裝置及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中國是一個富煤貧油的國家，近年來，由于世界油價急劇上升以及國內(nèi)油資源的不斷消耗，中國每年有一半以上的石油需要進口，對外的依存度較高，無論從經(jīng)濟還是戰(zhàn)略角度來看，都需要尋找一種能夠部分取代石油燃料的替代品。
[0003]褐煤或年輕的煙煤在高溫高壓下，在催化劑和供氫溶劑油的輔助下，在反應器中進行裂解加氫可以轉(zhuǎn)變成液體燃料和其他化學品，此種技術(shù)被稱為煤炭直接液化技術(shù)。褐煤或年輕的煙煤煤粉及供氫溶劑共同形成的油煤漿，在煤炭直接液化工藝中，油煤漿的流變性能是十分重要的工藝性問題。在煤炭直接液化工藝過程中，高濃度的油煤漿經(jīng)過預熱器后，其溫度會升高至400°C左右，此時，煤結(jié)構(gòu)單元之間的一些橋鍵已經(jīng)發(fā)生斷裂，從而產(chǎn)生自由基，自由基很不穩(wěn)定，如果沒有高壓氫氣環(huán)境以及溶劑分子的分隔，自由基會重新縮合成大分子，從而導致油煤漿的流變特性發(fā)生明顯改變，嚴重時會產(chǎn)生突變結(jié)焦從而堵塞輸送管線，使整個系統(tǒng)阻力增加，傳熱和傳質(zhì)工況惡化，進而影響整個煤液化工藝系統(tǒng)的正常運行。因此，了解油煤漿的流變性能對煤直接液化工藝的開發(fā)與設計是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]一方面，本發(fā)明提供了一種高溫高壓液體粘度測量裝置，其包括高溫高壓系統(tǒng)以及測量系統(tǒng)，所述高溫高壓系統(tǒng)，用于為液體提供高溫高壓環(huán)境，所述的測量系統(tǒng)，包括驅(qū)動電機、扭矩傳感器、驅(qū)動磁筒、感應磁筒、轉(zhuǎn)軸及攪拌槳；所述驅(qū)動電機，用于為所述扭矩傳感器提供驅(qū)動力；所述扭矩傳感器，一端與所述驅(qū)動電機連接，另一端與所述驅(qū)動磁筒連接；所述驅(qū)動磁筒，隨所述扭矩傳感器轉(zhuǎn)動；所述感應磁筒，位于所述驅(qū)動磁筒內(nèi)部，在磁力作用下隨所述驅(qū)動磁筒轉(zhuǎn)動；所述轉(zhuǎn)軸，一端與所述感應磁筒遠離所述扭矩傳感器的一端連接，另一端與所述攪拌槳連接，所述轉(zhuǎn)軸部分位于所述高溫高壓系統(tǒng)內(nèi)；所述攪拌槳，位于所述高溫高壓系統(tǒng)內(nèi)，所述攪拌槳包括多片環(huán)繞所述轉(zhuǎn)軸對稱設置的槳葉。
[0005]較佳的，所述測量系統(tǒng)，還包括:支架，用于固定所述驅(qū)動電機及所述扭矩傳感器。
[0006]較佳的，所述的高溫高壓系統(tǒng)包括密封的反應釜及加熱裝置；所述的反應釜，包括:釜體，其一端為開口端，所述開口端一側(cè)設有進氣管，與所述進氣管相背的一側(cè)設有出氣管；以及釜蓋，與所述開口端密閉連接，所述釜蓋上設有安裝孔，用于與所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接；所述加熱裝置，用于為所述釜體加熱。
[0007]較佳的，所述的高溫高壓系統(tǒng)還包括:數(shù)顯壓力傳感器，用于測定所述釜體內(nèi)的壓力；熱電偶，位于所述釜體內(nèi)，所述熱電偶遠離觸點的一端與所述釜蓋連接，觸點所在端位于所述攪拌槳上方且距所述攪拌槳2-5mm。[0008]較佳的，所述測量系統(tǒng)還包括:冷卻裝置，套設在所述轉(zhuǎn)軸外部與所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接，并且所述冷卻裝置一端與所述驅(qū)動磁筒轉(zhuǎn)動連接，另一端與所述安裝孔固定連接。
[0009]較佳的，所述攪拌槳還包括兩個固定圓盤，所述的兩個固定圓盤上、下相對設置，所述轉(zhuǎn)軸依次穿過所述兩個固定圓盤的圓心并與所述的兩個固定圓盤固定連接；所述的槳葉，其上部通過一所述固定圓盤固定，其下部通過另一所述固定圓盤固定，所述槳葉上部遠離所述轉(zhuǎn)軸的一端為30-50°倒角，所述槳葉下部從遠離所述轉(zhuǎn)軸的一端至靠近所述轉(zhuǎn)軸的一端逐漸向下擴張，形成、弧線形結(jié)構(gòu)。
[0010]較佳的，所述的高溫高壓液體粘度測量裝置，還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括第一數(shù)據(jù)采集模塊、第一控制模塊、第二數(shù)據(jù)采集模塊、第二控制模塊及第三控制模塊:所述第一控制模塊，用于控制所述加熱裝置為所述反應釜加熱，同時控制所述測量系統(tǒng)開始工作；所述第一數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集所述高溫高壓系統(tǒng)的溫度值并將其傳給所述第二控制模塊；所述第二控制模塊，用于將所述溫度值與預設值進行比較，當所述溫度值達到所述預設值時，控制所述第二數(shù)據(jù)采集模塊開啟；所述第二數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集所述扭矩傳感器的扭矩值并將其發(fā)送給所述第三控制模塊；所述第三控制模塊，用于根據(jù)預設的所述高溫高壓液體粘度測量裝置的功率曲線將所述扭矩值換算成相應的粘度值。 [0011]另一方面，本發(fā)明提供了一種高溫高壓液體粘度測量方法，使用上述高溫高壓液體粘度測量裝置進行測量，所述測量方法包括:
[0012]首先，將液體加入到所述高溫高壓系統(tǒng)中，使其沒過所述攪拌槳；
[0013]然后，將所述高溫高壓系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)至預設壓力值；
[0014]之后，給所述高溫高壓系統(tǒng)的升溫，升溫的同時開啟所述測量系統(tǒng)，使所述攪拌槳的轉(zhuǎn)速為 300-1000rpm/min ；
[0015]最后，當溫度升至預設溫度值時，采集所述扭矩傳感器的扭矩值，根據(jù)所述高溫高壓液體粘度測量裝置的功率曲線，將所述扭矩值轉(zhuǎn)換成高溫高壓液體的粘度值。
[0016]較佳的，所述液體為粘度為0_3000mPa.s的油煤漿。
[0017]較佳的，所述功率曲線通過以下方法獲得:
[0018]選取幾種已知密度及粘度的液體，按照下列公式繪制功率曲線:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種高溫高壓液體粘度測量裝置，其包括高溫高壓系統(tǒng)以及測量系統(tǒng)，所述高溫高壓系統(tǒng)，用于為液體提供高溫高壓環(huán)境，其特征在于: 所述的測量系統(tǒng)，包括驅(qū)動電機、扭矩傳感器、驅(qū)動磁筒、感應磁筒、轉(zhuǎn)軸及攪拌槳； 所述驅(qū)動電機，用于為所述扭矩傳感器提供驅(qū)動力； 所述扭矩傳感器，一端與所述驅(qū)動電機連接，另一端與所述驅(qū)動磁筒連接； 所述驅(qū)動磁筒，隨所述扭矩傳感器轉(zhuǎn)動； 所述感應磁筒，位于所述驅(qū)動磁筒內(nèi)部，在磁力作用下隨所述驅(qū)動磁筒轉(zhuǎn)動； 所述轉(zhuǎn)軸，一端與所述感應磁筒遠離所述扭矩傳感器的一端連接，另一端與所述攪拌槳連接，所述轉(zhuǎn)軸部分位于所述高溫高壓系統(tǒng)內(nèi)； 所述攪拌槳，位于所述高溫高壓系統(tǒng)內(nèi)，所述攪拌槳包括多片環(huán)繞所述轉(zhuǎn)軸對稱設置的槳葉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫高壓液體粘度測量裝置，其特征在于，所述測量系統(tǒng)，還包括: 支架，用于固定所述驅(qū)動電機及所述扭矩傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫高壓液體粘度測量裝置，其特征在于: 所述的高溫高壓系統(tǒng)包括密封 的反應釜及加熱裝置； 所述的反應爸，包括: 釜體，其一端為開口端，所述開口端一側(cè)設有進氣管，與所述進氣管相背的一側(cè)設有出氣管；以及 釜蓋，與所述開口端密閉連接，所述釜蓋上設有安裝孔，用于與所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接； 所述加熱裝置，用于為所述釜體加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫高壓液體粘度測量裝置，其特征在于，所述的高溫高壓系統(tǒng)還包括: 數(shù)顯壓力傳感器，用于測定所述釜體內(nèi)的壓力； 熱電偶，位于所述釜體內(nèi)，所述熱電偶遠離觸點的一端與所述釜蓋連接，觸點所在端位于所述攪拌槳上方且距所述攪拌槳2-5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫高壓液體粘度測量裝置，其特征在于，所述測量系統(tǒng)還包括: 冷卻裝置，套設在所述轉(zhuǎn)軸外部與所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接，并且所述冷卻裝置一端與所述驅(qū)動磁筒轉(zhuǎn)動連接，另一端與所述安裝孔固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫高壓液體粘度測量裝置，其特征在于: 所述攪拌槳還包括兩個固定圓盤，所述的兩個固定圓盤上、下相對設置，所述轉(zhuǎn)軸依次穿過所述兩個固定圓盤的圓心并與所述的兩個固定圓盤固定連接； 所述的槳葉，其上部通過一所述固定圓盤固定，其下部通過另一所述固定圓盤固定，所述槳葉上部遠離所述轉(zhuǎn)軸的一端為30-50°倒角，所述槳葉下部從遠離所述轉(zhuǎn)軸的一端至靠近所述轉(zhuǎn)軸的一端逐漸向下擴張，形成、弧線形結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫高壓液體粘度測量裝置，其特征在于，還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括第一數(shù)據(jù)采集模塊、第一控制模塊、第二數(shù)據(jù)采集模塊、第二控制模塊及第三控制模塊:所述第一控制模塊，用于控制所述加熱裝置為所述反應釜加熱，同時控制所述測量系統(tǒng)開始工作； 所述第一數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集所述高溫高壓系統(tǒng)的溫度值并將其傳給所述第二控制模塊； 所述第二控制模塊，用于將所述溫度值與預設值進行比較，當所述溫度值達到所述預設值時，控制所述第二數(shù)據(jù)采集模塊開啟； 所述第二數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集所述扭矩傳感器的扭矩值并將其發(fā)送給所述第三控制模塊； 所述第三控制模塊，用于根據(jù)預設的所述高溫高壓液體粘度測量裝置的功率曲線將所述扭矩值換算成相應的粘度值。
8.—種高溫高壓液體粘度測量方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1-7任一項提供的高溫高壓液體粘度測量裝置進行測量，所述測量方法包括: 首先，將液體加入到所述高溫高壓系統(tǒng)中，使其沒過所述攪拌槳； 然后，將所述高溫高壓系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)至預設壓力值； 之后，給所述高溫高壓系統(tǒng)的升溫，升溫的同時開啟所述測量系統(tǒng)，使所述攪拌槳的轉(zhuǎn)速為 300-1000rpm/min ； 最后，當溫度升至預設溫度值時，采集所述扭矩傳感器的扭矩值，根據(jù)所述高溫高壓液體粘度測量裝置的功率曲線，將所述扭矩值轉(zhuǎn)換成高溫高壓液體的粘度值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高溫高壓液體粘度測量方法，其特征在于:所述液體為粘度為0-3000mPa.s的油煤漿。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高溫高壓液體粘度測量方法，其特征在于，所述功率曲線通過以下方法獲得: 選取幾種已知密度及粘度的液體，按照下列公式繪制功率曲線:
【文檔編號】G01N11/14GK103760066SQ201410008655
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月8日
【發(fā)明者】顏丙峰, 吳艷, 李培霖, 張曉靜, 毛學鋒, 王雨, 王勇, 趙淵, 鐘金龍, 黃澎, 石智杰, 胡發(fā)亭, 張帆, 孫竟曄, 李偉林, 趙鵬 申請人:煤炭科學研究總院