本發(fā)明涉及海底天然氣水合物開(kāi)采的技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種適用于管內(nèi)水合物顆粒的磨盤(pán)式破碎實(shí)驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

天然氣水合物又稱(chēng)為可燃冰，儲(chǔ)量巨大，超過(guò)已知碳化石燃料總和的2倍，主要存在于陸地永凍土以及大洋海底，其中大洋海底天然氣水合物的儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)陸地永凍土區(qū)域的儲(chǔ)量，是21世紀(jì)具有很大開(kāi)采潛力的新型非常規(guī)能源。我國(guó)海洋天然氣水合物資源前景十分廣闊，據(jù)國(guó)土資源部研究者估算，僅南海天然氣水合物的總資源量就達(dá)到650億噸油當(dāng)量，約相當(dāng)于我國(guó)陸上和近海石油天然氣總資源量的一半。

海洋天然氣水合物藏水深1000~1500m，目前，我國(guó)已在南海進(jìn)行了兩次天然氣水合物取樣，分析取樣結(jié)果發(fā)現(xiàn)我國(guó)天然氣水合物具有埋藏淺、膠結(jié)性差的特點(diǎn)，利用常規(guī)的熱激、降壓、注化學(xué)試劑等開(kāi)采方法進(jìn)行開(kāi)采極易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境安全問(wèn)題。有鑒于此，提出針對(duì)海底淺層天然氣水合物的固態(tài)流化綠色開(kāi)采方法。實(shí)現(xiàn)固態(tài)流化開(kāi)采思路，其本質(zhì)是將天然氣水合物作為一種海底礦產(chǎn)進(jìn)行固體采掘，海底采礦車(chē)對(duì)礦藏進(jìn)行破碎采掘，同時(shí)后部輸送管道形成負(fù)壓，周?chē)Ｋ谪?fù)壓作用下經(jīng)過(guò)破碎部位流入輸送管道，流動(dòng)時(shí)帶動(dòng)采礦車(chē)破碎的水合物及泥沙、碎石等一并進(jìn)入輸送管道。這是一種異于現(xiàn)有石油天然氣或海底采礦（水合物礦藏對(duì)象易分解氣化）方式的新的開(kāi)發(fā)思路。

采用固態(tài)流化開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，遇到的關(guān)鍵難題就是如何高效的切削破碎天然氣水合物。首先，初次采掘出來(lái)的天然氣水合物不可避免的包含了泥沙、碎石等雜質(zhì)，為了保證其純度，需對(duì)其進(jìn)行初次分離；其次，天然氣水合物呈不規(guī)則的塊狀固態(tài)，開(kāi)采出來(lái)后要通過(guò)管道運(yùn)輸?shù)胶Ｃ嬷С执M(jìn)行分解，為了保證水合物顆粒的流化輸送，需要將其破碎成均勻的、大小適中的固體小塊。對(duì)初次采掘得到的天然氣水合物大顆粒進(jìn)行二次破碎，是實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)目的不可缺少的步驟。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決固態(tài)流化開(kāi)采思路中的初次分離和流化管輸問(wèn)題，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、可直接在輸送管道中對(duì)天然氣水合物顆粒進(jìn)行二次破碎、高效碾磨大顆粒天然氣水合物、碾磨粒度可調(diào)整、碾磨粒度均勻、操作簡(jiǎn)單的適用于管內(nèi)水合物顆粒的磨盤(pán)式破碎實(shí)驗(yàn)裝置及方法。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種適用于管內(nèi)水合物顆粒的磨盤(pán)式破碎實(shí)驗(yàn)裝置，它包括物料預(yù)混合裝置、破碎管道段、破碎磨盤(pán)單元、動(dòng)力單元、接收裝置和監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)；

所述的破碎管道段由首尾相連的破碎管道和出口彎管組成，破碎管道的另一端與物料預(yù)混合裝置連接，出口彎管的另一端與接收裝置連接；

所述的動(dòng)力單元的輸出端順次連接有轉(zhuǎn)動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器和長(zhǎng)軸，長(zhǎng)軸沿破碎管道軸線貫穿出口彎管且旋轉(zhuǎn)安裝于破碎管道內(nèi)；

所述的破碎磨盤(pán)單元由從左往右順次設(shè)置于破碎管道內(nèi)的第一級(jí)磨盤(pán)、第二級(jí)磨盤(pán)、第三級(jí)磨盤(pán)和第四級(jí)磨盤(pán)組成，第一級(jí)磨盤(pán)和第三級(jí)磨盤(pán)均固定安裝于長(zhǎng)軸上，第二級(jí)磨盤(pán)和第四級(jí)磨盤(pán)均經(jīng)軸承A旋轉(zhuǎn)安裝于長(zhǎng)軸上，相鄰兩級(jí)磨盤(pán)之間間隙由左往右逐級(jí)遞減，相鄰兩級(jí)磨盤(pán)的相對(duì)立面上均布置有方向互逆的磨紋，磨盤(pán)上磨紋的溝槽深度由磨盤(pán)外邊緣到中心方向由深逐漸變淺，磨盤(pán)上的磨紋由至少六個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)上均開(kāi)設(shè)有相互連通的進(jìn)料口和出料口，進(jìn)料口和出料口之間形成有引流槽口，每個(gè)磨盤(pán)上的進(jìn)料口和出料口的過(guò)流面積均對(duì)應(yīng)相等；

所述的破碎管道段的入口端和出口端均設(shè)置有數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元由流速傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器和粒度儀組成，所述的流速傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、粒度儀以及轉(zhuǎn)動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器均與監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)連接。

所述的破碎管道內(nèi)設(shè)置有支撐固定組件A和支撐固定組件B，支撐固定組件A位于第一級(jí)磨盤(pán)的左側(cè)，支撐固定組件B位于第四級(jí)磨盤(pán)的右側(cè)，支撐固定組件A和支撐固定組件B內(nèi)均安裝有軸承B。

所述的長(zhǎng)軸旋轉(zhuǎn)安裝于軸承B內(nèi)。

所述的長(zhǎng)軸與出口彎管的接觸處安裝有動(dòng)密封件。

所述的相鄰兩級(jí)磨盤(pán)均經(jīng)套裝于長(zhǎng)軸上的定位套筒隔開(kāi)。

所述的破碎管道與出口彎管經(jīng)法蘭連接。

所述的第二、四級(jí)磨盤(pán)上的進(jìn)料口圍成環(huán)形狀。

所述的第一、三級(jí)磨盤(pán)均經(jīng)平鍵安裝于長(zhǎng)軸上。

所述的物料預(yù)混合裝置為螺桿砂漿泵。

所述的一種實(shí)驗(yàn)裝置磨盤(pán)式破碎適用于管內(nèi)水合物顆粒的方法，它包括以下步驟：

S1、啟動(dòng)動(dòng)力單元，動(dòng)力單元帶動(dòng)長(zhǎng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，長(zhǎng)軸帶動(dòng)第一級(jí)磨盤(pán)和第三級(jí)磨盤(pán)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

S2、將大顆粒水合物和水預(yù)先混合于儲(chǔ)料罐內(nèi)，啟動(dòng)螺桿砂漿泵，螺桿砂漿泵將儲(chǔ)料罐內(nèi)大顆粒水合物和水泵入破碎管道內(nèi)；

S3、大顆粒水合物順次經(jīng)第一級(jí)磨盤(pán)上的進(jìn)料口、引流槽口以及出料口進(jìn)入第一級(jí)磨盤(pán)和第二級(jí)磨盤(pán)形成的第一個(gè)碾磨區(qū)，在兩個(gè)磨盤(pán)間互逆磨紋的共同作用下將大顆粒水合物碾磨成較小顆粒；

S4、由于磨紋的導(dǎo)流作用，步驟S3中的小顆粒水合物順次經(jīng)第二級(jí)磨盤(pán)邊緣處的進(jìn)料口、引流槽口以及出料口進(jìn)入第二級(jí)磨盤(pán)和第三級(jí)磨盤(pán)形成的第二個(gè)碾磨區(qū)進(jìn)行碾磨，碾磨后進(jìn)入第三級(jí)磨盤(pán)和第四級(jí)磨盤(pán)形成的第三個(gè)碾磨區(qū)進(jìn)行碾磨，最后碾磨成極小顆粒水合物與水，極小顆粒水合物與水一起流出并經(jīng)出口彎管進(jìn)入接收裝置內(nèi)收集。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、可直接在輸送管道中對(duì)天然氣水合物顆粒進(jìn)行二次破碎、高效碾磨大顆粒天然氣水合物、碾磨粒度可調(diào)整、碾磨粒度均勻、操作簡(jiǎn)單，解決了固態(tài)流化開(kāi)采思路中的初次分離和流化管輸問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1 為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2 為破碎磨盤(pán)單元與長(zhǎng)軸、破碎管道的安裝示意圖；

圖3 為第一級(jí)磨盤(pán)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4 為第二級(jí)磨盤(pán)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1-物料預(yù)混合裝置，2-動(dòng)力單元，3-接收裝置，4-監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，5-破碎管道，6-出口彎管，7-轉(zhuǎn)動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器，8-長(zhǎng)軸，9-第一級(jí)磨盤(pán)，10-第二級(jí)磨盤(pán)，11-第三級(jí)磨盤(pán)，12-第四級(jí)磨盤(pán)，13-軸承A，14-磨紋，15-進(jìn)料口，16-出料口，17-引流槽口，18-流速傳感器，19-溫度傳感器，20-壓力傳感器，21-粒度儀，22-支撐固定組件A，23-支撐固定組件B，24-軸承B，25-動(dòng)密封件，26-定位套筒，27-法蘭，28-平鍵。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述：

如圖1~4所示，一種適用于管內(nèi)水合物顆粒的磨盤(pán)式破碎實(shí)驗(yàn)裝置，它包括物料預(yù)混合裝置1、破碎管道段、破碎磨盤(pán)單元、動(dòng)力單元2、接收裝置3和監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)4。

所述的破碎管道段由首尾相連的破碎管道5和出口彎管6組成，破碎管道5與出口彎管6經(jīng)法蘭27連接，破碎管道5的另一端與物料預(yù)混合裝置1連接，物料預(yù)混合裝置1為螺桿砂漿泵，出口彎管6的另一端與接收裝置3連接，接收裝置3用于收集破碎后的極小顆粒水合物。

所述的動(dòng)力單元的輸出端順次連接有轉(zhuǎn)動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器7和長(zhǎng)軸8，長(zhǎng)軸8沿破碎管道5軸線貫穿出口彎管6且旋轉(zhuǎn)安裝于破碎管道5內(nèi)，長(zhǎng)軸8與出口彎管6的接觸處安裝有動(dòng)密封件25。

所述的破碎磨盤(pán)單元由從左往右順次設(shè)置于破碎管道5內(nèi)的第一級(jí)磨盤(pán)9、第二級(jí)磨盤(pán)10、第三級(jí)磨盤(pán)11和第四級(jí)磨盤(pán)12組成，第一級(jí)磨盤(pán)9和第三級(jí)磨盤(pán)11結(jié)構(gòu)相同，第二級(jí)磨盤(pán)10和第四級(jí)磨盤(pán)12結(jié)構(gòu)相同，所述的第一級(jí)磨盤(pán)9和第三級(jí)磨盤(pán)11均固定安裝于長(zhǎng)軸8上，所述的第二級(jí)磨盤(pán)10和第四級(jí)磨盤(pán)12均經(jīng)軸承A13旋轉(zhuǎn)安裝于長(zhǎng)軸8上，相鄰兩級(jí)磨盤(pán)之間間隙由左往右逐級(jí)遞減且間隙可根據(jù)水合物顆粒粒徑要求進(jìn)行調(diào)整，相鄰兩級(jí)磨盤(pán)均經(jīng)套裝于長(zhǎng)軸8上的定位套筒26隔開(kāi)，相鄰兩級(jí)磨盤(pán)的相對(duì)立面上均布置有方向互逆的磨紋14，磨盤(pán)上磨紋14的溝槽深度由磨盤(pán)外邊緣到中心方向由深逐漸變淺，磨盤(pán)上的磨紋14由至少六個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)上均開(kāi)設(shè)有相互連通的進(jìn)料口15和出料口16，進(jìn)料口15和出料口16之間形成有引流槽口17，引流槽口17以利于水合物顆粒順利進(jìn)入到碾磨區(qū)。每個(gè)磨盤(pán)上的進(jìn)料口15和出料口16的過(guò)流面積均對(duì)應(yīng)相等。

所述的破碎管道段的入口端和出口端均設(shè)置有數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元由流速傳感器18、溫度傳感器19、壓力傳感器20和粒度儀21組成，所述的流速傳感器18、溫度傳感器19、壓力傳感器20、粒度儀21以及轉(zhuǎn)動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器7均與監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)4連接。所述的流速傳感器18用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流體的流速，并將數(shù)據(jù)反饋給監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)4；所述的溫度傳感器19和壓力傳感器20分別用于實(shí)時(shí)檢測(cè)流體的溫度和壓力并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳遞給監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)4；所述的粒度儀21用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流體中水合物顆粒粒度，并將數(shù)據(jù)反饋給監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)4；所述的轉(zhuǎn)動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器7用于實(shí)時(shí)檢測(cè)長(zhǎng)軸8的轉(zhuǎn)速并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳遞給監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)4，從而更直觀的觀察管道內(nèi)水合物顆粒的破碎情況。

所述的破碎管道5內(nèi)設(shè)置有支撐固定組件A22和支撐固定組件B23，支撐固定組件A22位于第一級(jí)磨盤(pán)9的左側(cè)，支撐固定組件B23位于第四級(jí)磨盤(pán)12的右側(cè)，支撐固定組件A22和支撐固定組件B23內(nèi)均安裝有軸承B24；所述的長(zhǎng)軸8旋轉(zhuǎn)安裝于軸承B24內(nèi)。

所述的第二、四級(jí)磨盤(pán)上的進(jìn)料口15圍成環(huán)形狀；所述的第一、三級(jí)磨盤(pán)均經(jīng)平鍵28安裝于長(zhǎng)軸8上。

所述的一種實(shí)驗(yàn)裝置磨盤(pán)式破碎適用于管內(nèi)水合物顆粒的方法，它包括以下步驟：

S1、啟動(dòng)動(dòng)力單元2，動(dòng)力單元2帶動(dòng)長(zhǎng)軸8轉(zhuǎn)動(dòng)，長(zhǎng)軸8帶動(dòng)第一級(jí)磨盤(pán)9和第三級(jí)磨盤(pán)11做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

S2、將大顆粒水合物和水預(yù)先混合于儲(chǔ)料罐內(nèi)，啟動(dòng)螺桿砂漿泵，螺桿砂漿泵將儲(chǔ)料罐內(nèi)大顆粒水合物和水泵入破碎管道5內(nèi)；

S3、大顆粒水合物順次經(jīng)第一級(jí)磨盤(pán)9上的進(jìn)料口15、引流槽口17以及出料口16進(jìn)入第一級(jí)磨盤(pán)9和第二級(jí)磨盤(pán)10形成的第一個(gè)碾磨區(qū)，在兩個(gè)磨盤(pán)間互逆磨紋14的共同作用下將大顆粒水合物碾磨成較小顆粒；

S4、由于磨紋14的導(dǎo)流作用，步驟S3中的小顆粒水合物順次經(jīng)第二級(jí)磨盤(pán)10邊緣處的進(jìn)料口15、引流槽口17以及出料口16進(jìn)入第二級(jí)磨盤(pán)10和第三級(jí)磨盤(pán)11形成的第二個(gè)碾磨區(qū)進(jìn)行碾磨，如附圖2中箭頭所示，碾磨后進(jìn)入第三級(jí)磨盤(pán)11和第四級(jí)磨盤(pán)12形成的第三個(gè)碾磨區(qū)進(jìn)行碾磨，最后碾磨成極小顆粒水合物與水，破碎后極小顆粒水合物粒度均勻，極小顆粒水合物與水一起流出并經(jīng)出口彎管6進(jìn)入接收裝置3內(nèi)收集。因此本實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)了高效破碎大顆粒天然氣水合物顆粒，而且可直接在輸送管道中對(duì)天然氣水合物顆粒進(jìn)行二次破碎，達(dá)到了綠色二次破碎目的，解決了固態(tài)流化開(kāi)采思路中的初次分離和流化管輸問(wèn)題。