专利名称：低水位浅液面高温温泉气取样装置及方法
技术领域：
本发明涉及天然气地球化学及流体地球化学领域中对研究对象进行收集与预处理的技术领域，特别是涉及一种用于野外地下采样、气液分离技术领域中的气液快速分离装置及方法。
背景技术：
目前国内一般采用排水集气法收集温泉气，基本原理如图5所示，若要取得良好效果，保证温泉气不被大气污染，必须满足以下条件首先，温泉液面501与储水桶液面502 之间的高差hi必须大于0，才能保证温泉气泡随温泉水顺利流动；其次，温泉内的液面与温泉底的高差h2必须大于集气罩503的高度，才能保证采集到的温泉气不被大气污染。在研究过程中，存在一些不能满足上述两个条件的温泉，即受场地地形条件限制， 无法实现hi大于0，或h2较小导致集气罩503残留空气，不能完全排出集气罩503中的空气。尽管目前的技术条件已经得到很大进步，可以更换采集气体用的玻璃瓶为钢瓶， 并对钢瓶进行提前抽真空处理，利用钢瓶的真空将温泉气吸入钢瓶内，但这样以来，增加了采样难度首先，受通行条件限制，可以携带的钢瓶数量有限；第二，利用提前抽真空的钢瓶将温泉气吸入钢瓶内，连接钢瓶与温泉液面之间的管线内的空气无法排空，若要将管线内充满水排除空气，势必将水一并吸入钢瓶内，影响到采样效果。而将小型发电机组与真空设备搬运至工作现场，将进一步增加采样工作的难度和开支。因此，必须研制便于携带、无需而外动力条件的快速取样方法，才能克服地形条件和温泉液面太低的问题，扩大样品范围，为增加氢同位素组成数据奠定样品采集方面的技术基石出。
发明内容
本发明为解决现有技术中低水位浅液面条件下温泉气液混合物质采样中遇到的问题，提供了一种实现温泉气与温泉水快速分离，且保证温泉气不被大气污染的便携式装置。本发明之一的低水位浅液面高温温泉气取样装置，包括气液捕获单元106、气体收集单元101，其特征在于所述的装置还包括气液分离单元104，所述的气液分离单元104分别与所述的气液捕获单元106、气体收集单元101相连接。所述的气液分离单元104为一个三通组合泵，包括一个筒状泵体304、活塞螺杆 305、活塞308、泵入口 322、泵出口 311，放空口 323 ；所述的泵入口 322、泵出口 311、放空口 323分别依次安装有控制其开关的泵入口阀门320、泵出口阀门318、放空口阀门319。
所述的气液分离单元104还包括分别封接固定在所述的泵体304下端和上端的泵体下端盖303和泵体上端盖321 ；在所述的泵体304内，所述的泵体下端盖303、泵体上端盖321和活塞螺杆305之间为吸入物料的泵体空间；所述的活塞螺杆305垂直穿过所述的泵体下端盖303的中心，一端连接位于所述的泵体下端盖303外的调节手轮301，另一端连接泵体空间内的活塞308。所述的泵入口 322、泵出口 311、放空口 323、泵入口阀门320、泵出口阀门318、放空口阀门319都在所述的泵体上端盖321内；所述的泵入口阀门320、泵出口阀门318、放空口阀门319分别连接在泵体空间与所述的泵入口 322、泵出口 311、放空口 323的通道上。所述的泵入口阀门320、泵出口阀门318、放空口阀门319都分别包括阀门压帽 316、阀杆317、阀门垫圈313、阀门密封垫314、阀门上压环315 ；所述的泵入口 322、泵出口 311为锥形接嘴；所述的活塞308、泵体上端盖321与泵体304内壁之间分别有1号0形圈309和2 号0形圈310 ；所述的活塞308通过沉头螺栓306与活塞螺杆305固接。所述的气液捕获单元106上还可以设有一个手持的连接杆107，所述的连接杆107 依次连接U形固定套支架203、撑杆固定套201、伸缩撑杆206 ；所述的撑杆固定套201与所述的固定套支架203的连接处通过调节固定销202固定；所述的撑杆206和固定套201以调节固定销202为轴旋转；所述的收集罩205顶部的取气接头204与所述的泵入口 322相连。所述的气液分离单元104通过1号软管103和2号软管105与所述的气体收集单元101和气液捕获单元106相连；所述的1号软管103的一端伸入到所述的气体收集单元 101的储气瓶102内，另一端与所述的泵出口 311相连；所述的2号软管105的分别与所述的泵入口 322和所述的收集罩205顶部的取气接头204相连。本发明之二的低水位浅液面温泉气取样装置的取样方法，是这样实现的所述的方法包括如下步骤(1)初始准备调节手轮301将活塞308紧贴泵体上端盖321，使泵体304内的体积为0，关闭泵入口阀门320、放空口阀门319和泵出口阀门318 ；(2)通水排气打开泵入口阀门320，调节手轮301将活塞308紧贴泵体下端盖303、使泵体304 的体积最大，将气液混合流体吸入泵体3 ；关闭泵入口阀门320，调节手轮301将活塞308推向泵体上端盖321，增加泵体304 内的压力；打开放空口阀门319，将气体排出3 ；关闭放空口阀门319，打开泵出口阀318，继续将活塞308推向泵体上端盖321、将泵体304内的液体排出；如此反复操作，完成通水排气；
(3)取气打开泵入口阀门320，调节手轮301将活塞308紧贴泵体下端盖303、使泵体304 的体积最大，将气液混合系统吸入泵体；关闭泵入口阀门320，调节手轮301将活塞308推向上端盖321，增加泵体304内的压力；打开泵出口阀门318，将分离出的气体排出泵体；关闭泵出口阀门318，调节手轮301将活塞308推向泵体上端盖321，增加泵体304 内的压力；打开泵体阀门旋钮319，将泵体304内剩余的液体排出；关闭放空口阀门319，即完成取气的一个单循环过程；多次循环取气操作过程，直至取得理想的气体样品。本发明为一种适用于低水位浅液面的高温温泉气取样技术，有效地解决了现有采样技术对地形依赖严重、不能有效保护操作者安全的缺点。利用该方法，可以对低水位浅液面温泉的温泉气采样，因而扩大了取样范围，能为研究深部流体研究及油气成因的有机-无机相互作用提供更加精确的测试分析结果。
图1为本发明的流程图；图2为本发明气液捕获单元的主视图结构图；图3为本发明气液分离单元的主视图结构图；图4为本发明实现高温温泉取气的操作步骤图；图5为现有技术的排水集气法流程具体实施例方式下面结合附图对本发明对进一步的描述。如图1、图2、图3所示，气液捕获单元106的取气接头204与气液分离单元104的泵入口 322之间通过内径为6mm的2号橡胶软管105相连，气液分离单元104的泵出口 311 与气体收集单元的储气瓶102之间通过内径为6mm的1号橡胶软管105相连。锥形的收集罩205倒扣在温泉池中，使收集罩205的底部被温泉水封闭，并且根据温泉池的地形，通过调节固定销202调整连接杆107的长度和角度，保证操作者与温泉之间保持足够的安全距离。此外，连接杆107可从气液捕获单元106上拆除并收缩，放在野外工作包中，便于携带。气液分离装置主要由螺旋取气三通组合泵104组成，通过控制调节手轮301改变泵体304内的体积实现吸收和排除气液，同时利用调节泵入口阀门320、泵出口阀门318、放空口阀门319控制泵入口 322、泵出口 311和放空口 322的开关状态，实现吸收气液、气液分离，并将分离出的温泉水经放空口 323排出泵体304，而分离得到的温泉气经1号软管103 进入气体收集装置。储水桶预先装满温泉水，储气瓶102在储水桶内装满水后倒扣在储水桶上方，并且，瓶口位于储水桶的液面之下，1号软管103深入到集气瓶102中间，温泉气泡经软管103 进入储气瓶102并排出里面的温泉水，实现气泡收集。在具体实施中，至少需要三位操作者通力配合，操作者1负责气液捕获单元106， 操作者2负责气液分离单元104，操作者3负责气体收集单元101。操作者1将2号软管105连接在螺旋取气三通组合泵的泵入口 322上，另一端连接在锥形集气罩205的取气接头204 上，操作者1根据温泉所处的地形，调节连接杆107的长度和角度，将锥形集气罩205紧扣在温泉108上，使收集罩205的底部被温泉水封闭。操作者3准备好储水桶和储气瓶102， 并将1号软管103连接在螺旋取气三通组合泵的泵出口 311上。完成部件连接准备工作。 气样采集主要依靠操作者2的操作完成。如图4所示，操作者2的操作如下进行其特征在于所述的方法包括如下步骤(1)初始准备调节手轮301将活塞308紧贴泵体上端盖321，使泵体304内的体积为0，关闭泵入口阀门320、放空口阀门319和泵出口阀门318 ；(2)通水排气打开泵入口阀门320，调节手轮301将活塞308紧贴泵体下端盖303、使泵体304 的体积最大，将气液混合流体吸入泵体3 ；关闭泵入口阀门320，调节手轮301将活塞308推向泵体上端盖321，增加泵体304 内的压力；打开放空口阀门319，将气体排出3 ；关闭放空口阀门319，打开泵出口阀318，继续将活塞308推向泵体上端盖321、将泵体304内的液体排出；如此反复操作，完成通水排气；(3)取气打开泵入口阀门320，调节手轮301将活塞308紧贴泵体下端盖303、使泵体304 的体积最大，将气液混合系统吸入泵体；关闭泵入口阀门320，调节手轮301将活塞308推向上端盖321，增加泵体304内的压力；打开泵出口阀门318，将分离出的气体排出泵体；关闭泵出口阀门318，调节手轮301将活塞308推向泵体上端盖321，增加泵体304 内的压力；打开泵体阀门旋钮319，将泵体304内剩余的液体排出；关闭放空口阀门319，即完成取气的一个单循环过程；多次循环取气操作过程，直至取得理想的气体样品。
权利要求
1.低水位浅液面高温温泉气取样装置，包括气液捕获单元(106)、气体收集单元 (101)，其特征在于:所述的装置还包括气液分离单元(104)，所述的气液分离单元(104)分别与所述的气液捕获单元(106)、气体收集单元(101)相连接。
2.根据权利要求1所述的温泉气取样装置，其特征在于所述的气液分离单元(104)为一个三通组合泵，包括一个筒状泵体(304)、活塞螺杆 (305)、活塞(308)、泵入口(322)、泵出口(311)，放空口 (323)；所述的泵入口(322)、泵出口(311)、放空口(323)分别依次安装有控制其开关的泵入口阀门(320)、泵出口阀门(318)、放空口阀门(319)。
3.根据权利要求2所述的温泉气取样装置，其特征在于所述的气液分离单元(104)还包括分别封接固定在所述的泵体(304)下端和上端的泵体下端盖(303)和泵体上端盖(321)；在所述的泵体(304)内，所述的泵体下端盖(303)、泵体上端盖(321)和活塞螺杆 (305)之间为吸入物料的泵体空间；所述的活塞螺杆(305)垂直穿过所述的泵体下端盖(303)的中心，一端连接位于所述的泵体下端盖(303)外的调节手轮(301)，另一端连接泵体空间内的活塞(308)。
4.根据权利要求3所述的温泉气取样装置，其特征在于所述的泵入口(322)、泵出口(311)、放空口(323)、泵入口阀门(320)、泵出口阀门 (318)、放空口阀门(319)都在所述的泵体上端盖(321)内；所述的泵入口阀门(320)、泵出口阀门(318)、放空口阀门(319)分别连接在泵体空间与所述的泵入口(322)、泵出口 (311)、放空口 (323)的通道上。
5.根据权利要求4所述的温泉气取样装置，其特征在于所述的泵入口阀门(320)、泵出口阀门(318)、放空口阀门(319)都分别包括阀门压帽 (316)、阀杆(317)、阀门垫圈(313)、阀门密封垫(314)、阀门上压环(315)；所述的泵入口 (322)、泵出口 (311)为锥形接嘴；所述的活塞(308)、泵体上端盖(321)与泵体(304)内壁之间分别有1号0形圈(309) 和2号0形圈(310)；所述的活塞(308)通过沉头螺栓(306)与活塞螺杆(305)固接。
6.根据权利要求1所述的温泉气取样装置，其特征在于所述的气液捕获单元(106)上还设有一个手持的连接杆(107)，所述的连接杆(107)依次连接U形固定套支架(203)、撑杆固定套(201)、伸缩撑杆(206)；所述的撑杆固定套(201)与所述的固定套支架(203)的连接处通过调节固定销(202) 固定；所述的撑杆(206)和固定套(201)以调节固定销(202)为轴旋转； 所述的收集罩(205)顶部的取气接头(204)与所述的泵入口(322)相连。
7.根据权利要求1所述的温泉气取样的装置，其特征在于所述的气液分离单元(104)通过1号软管(103)和2号软管(105)与所述的气体收集单元(101)和气液捕获单元(106)相连；所述的1号软管(103)的一端伸入到所述的气体收集单元(101)的储气瓶(102)内，另一端与所述的泵出口(311)相连；所述的2号软管(105)的分别与所述的泵入口(322)和所述的收集罩(205)顶部的取气接头(204)相连。
8.根据权利要求1 7之一所述的低水位浅液面温泉气取样装置的取样方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤(1)初始准备调节手轮301将活塞308紧贴泵体上端盖321，使泵体304内的体积为0，关闭泵入口阀门320、放空口阀门319和泵出口阀门318 ；(2)通水排气打开泵入口阀门320，调节手轮301将活塞308紧贴泵体下端盖303、使泵体304的体积最大，将气液混合流体吸入泵体3 ；关闭泵入口阀门320，调节手轮301将活塞308推向泵体上端盖321，增加泵体304内的压力；打开放空口阀门319，将气体排出3 ；关闭放空口阀门319，打开泵出口阀318，继续将活塞308推向泵体上端盖321、将泵体 304内的液体排出；如此反复操作，完成通水排气；(3)取气打开泵入口阀门320，调节手轮301将活塞308紧贴泵体下端盖303、使泵体304的体积最大，将气液混合系统吸入泵体；关闭泵入口阀门320，调节手轮301将活塞308推向上端盖321，增加泵体304内的压力；打开泵出口阀门318，将分离出的气体排出泵体；关闭泵出口阀门318，调节手轮301将活塞308推向泵体上端盖321，增加泵体304内的压力；打开泵体阀门旋钮319，将泵体304内剩余的液体排出；关闭放空口阀门319，即完成取气的一个单循环过程；多次循环取气操作过程，直至取得理想的气体样品。
全文摘要
本发明为低水位浅液面高温温泉气取样装置及方法。所述的装置由气液捕获、气液分离和气体收集三部分组成。气液捕获时利用很浅的温泉水密封集气罩保证样品的纯度；通过调节手轮实现真空，采集气液，利用阀门控制气、液流向，实现低水位浅液面温泉气的气液快速分离与取样；用排水取气法收集气体。连接各部件之间的橡胶软管长度可调整，并随地形铺设，适用范围广；无需额外动力条件，携带方便，且加工工艺简单，成本低廉，具有良好的推广前景。
文档编号G01N1/28GK102455257SQ20101052030
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者周雁, 孙冬胜, 孟庆强, 朱东亚, 金之钧, 陈伟钧, 陶国亮, 陶成, 马亮帮 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院