气体影响（精选12篇）
气体影响 篇1
图1所示压缩机组是煤化工流程中的甲烷混合冷剂离心压缩机, 它是利用冷剂可调节不同温度差的特性从而达到焦炉气温度的降低, 属于LNG压缩机。该压缩机由1缸两段7级组成 (一段五级, 二段两级) 。从图上看气动方向为两段, 一顺方向排列, 压力逐渐递增。压缩机与原动机由膜盘联轴器联接, 压缩机、汽轮机安装在同一钢底座上;整个机组采用润滑联合油站供油, 压缩机的轴端密封采用干气密封元件进行密封, 机组由汽轮机作为原动机拖动。
该机组于2012年10月在用户现场安装并网, 运转1年后发现支、推力侧轴振动值在18~34.9μm之间波动、突跳。同时机组气体出口压力提不上去, 并伴有气体喘振的声音;机壳二段出气口侧温度逐渐升高, 壳温达到136℃左右, 壳内气体温度达到155℃左右。另外, 外推力轴承瓦温也在逐渐升高, 甚至温度达到115℃, 致使温度联锁停车。
一、机组停车原因分析
经对机组拆检后发现, 出口侧的机壳与内机壳之间的密封胶条出现局部硬化、变形、损坏的现象, 致使机组二段出气口配合密封处与平衡器腔贯通, 产生气体倒流, 影响了平衡器腔的压力平衡。同时使得轴向力增大, 外推力轴承瓦温增高。如图2所示。
拆检时发现外推力轴承面有些研痕道、局部推力瓦块上有研痕亮点, 其它各部件均无发现问题。造成这次停车的原因, 经分析认为是由于机组二段出口侧的机壳与内机壳之间的密封胶条损坏所致。
机组机壳与内机壳之间共有4道圆周密封, 只有二段出口侧机壳与内机壳之间的密封槽处径向配合间隙大, 其单边间隙达6.5mm。其它三道密封配合间隙为0.35~0.5mm之间。查阅相关资料得知, 设计间隙应在0.35~0.5mm之间。
二、胶圈损坏原因分析
1. 胶圈材质特性
密封胶条材质为氟橡胶 (FPM) , 由含氟单体共聚而得。其特征为耐高温 (可达300℃) 、耐腐蚀, 此外机械强度、电绝缘性、耐老化性能都很好, 适合于密封条件。
2. 气体介质特性分析
该机组的介质是以甲烷为主的气体, 无色、无臭, 溶于水, 密度为0.7174kg/m3, 燃点450℃, 爆炸极限为5%~15%。同时气体中还伴有有机硫化物和硫化氢 (H2S) , 其酸性成分长期与橡胶类物质接触, 易于发生腐蚀。
3. 配合间隙值对胶圈的影响
该机组在机壳与内机壳配合的密封处有4处密封胶条, 在这4处密封胶条中只有内机壳二段出口侧的密封槽配合外径尺寸φ1678mm与其它三个密封槽配合外径尺寸φ1690mm不相同, 直径差12mm, 单边差6mm。而在φ1690mm尺寸处配合的公差在0.35~0.5mm, 如图2所示。
此种密封结构决定了靠近机壳与内机壳密封配合间隙小的一侧不易发生胶圈损坏, 而靠近机壳与内机壳密封配合间隙大的一侧易发生胶圈损坏。主要是这一侧的胶圈直接与气流接触, 同时还受介质气体中含硫物质的腐蚀, 时间长了将使胶圈变型、老化、腐蚀。
4. 气体压力对胶圈的影响
气体压力和流速会对物体产生冲击作用, 在密封处气体与胶圈直接接触, 并在气体压力和气体流速的作用下, 不断地冲击密封胶圈, 使该处胶圈长时间的在气流摩擦力的作用下。该天然气气体长期与裸露的橡胶类物质表面接触, 易于发生腐蚀, 更易发生侵蚀、老化、变质。
三、密封处结构的改进
通过上述的分析可以得出结论, 该处密封胶圈的结构尺寸不合理。为此提出以下几个方案为该机组进行改造。
1. 方案1:更改密封胶条的宽度
在密封胶圈高度不变的情况下, 将宽度变窄, 在两侧增加金属护板, 以防气体介质直接接触密封胶圈, 同时将气体的压力和流速由原来直接作用在密封胶圈上改为作用在胶圈两侧金属护板上, 其径向配合间隙为0.35~0.5mm, 这样起到保护的作用。金属护板结构如图3所示。
因增加的该金属护板的内外直径较大, 加工难度大, 精度要求高 (采用数控线切割设备) , 为便于安装, 故其结构采用6等分, 它们之间采用螺钉销相连。
2. 方案2:更改该密封处的局部结构
在密封胶圈标准结构尺寸不变的情况下, 对内机壳与机壳二段出风口靠平衡盘侧密封处的密封槽进行局部的结构尺寸更改, 在该处设计一个镶嵌环形结构的密封槽, 然后用螺钉等分把合, 调整好配合尺寸间隙, 保证密封性和安装工艺性要求。其镶嵌密封槽结构如图4所示。
3. 方案3:对内机壳进行更换
对内机壳重新进行结构设计, 重新选择该处密封胶条规格, 以保证该处的密封性和安装的工艺性要求。
四、结论
经过上述对该机组所产生的原因分析及几套整改方案的准备, 经征求使用单位意见, 同时考虑生产的运行情况, 决定采用方案1对机组内机壳二段出风口靠近平衡盘侧密封处进行改造。经过改造的内机壳回装后, 机组于2013年11月开车, 经过近1年的使用, 机组运转正常。
摘要：通过对密封胶圈结构的分析和改进, 排除了压缩机的停车故障, 效果良好。
关键词：离心式结构,BCL型压缩机,密封胶圈,气体流速,压力
参考文献
[1]机械设计手册[M].北京:机械工出版社.
[2]肖祥正, 刘玉魁等.真空泵设计手册[M].北京:国防工业出版社.
[3]景思睿, 张明远.流体力学[M].西安:西安交通大学出版社.
气体影响 篇2
气体成分对介质阻挡放电脱除NO影响试验研究
摘要：为实现电厂排放达标,通过研究用柱筒型介质阻挡反应器对烟气成分对NO脱除率的影响,主要分析了烟气温度、氧气,二氧化硫和水蒸气含量对脱除率的影响.结果表明:烟气温度对脱除率影响不大.O2的.加入使得脱除率降低,氧量越多,脱除率越低.同时NO2的生成量随着含氧量增加而增大.SO2抑制NO的脱除,SO2体积分数越大,脱除率越低.加入水蒸气后,脱除率有明显下降,且水量越高,脱除率越低.水蒸气也会促进NO2的生成.作 者：周志培 孙保民 尹水娥 高旭东 ZHOU Zhi-pei SUN Bao-min YIN Shui-e GAO Xu-dong 作者单位：华北电力大学动力工程系,北京,102206期 刊：电力学报 Journal：JOURNAL OF ELECTRIC POWER年，卷(期)：,25(1)分类号：X131.1关键词：介质阻挡放电 NO脱除率 气体成分
气体影响 篇3
【摘 要】介绍了金属中气体元素的概念，综述了气体元素对金属材料性能的影响以及金属中气体元素的测量方法。
【关键词】气体元素；金属；性能；检测方法
1.金属中气体元素的概念
金属中气体元素是指氢、氧、氮三种填隙式相元素，它们以溶液和剩余相夹杂物的形式处于固体的和熔融的金属系统中。我国自1953年就已经开展对金属材料中氧、氮、氢三种气体元素的研究[1]。随着检测技术的发展，碳、硫两种元素可以通过化学反应能生成二氧化碳和二氧化硫气体进行测定，所以也纳入气体分析的范围。因此说金属中的气体元素就是指的碳、硫、氧、氮、氢五种元素。在金属冶炼过程中及金属产品制造过程中，气体元素都或多或少的被引入进去，而这五种元素的存在会对金属材料的性能造成重要的影响。近年来，随着工业和科技的发展，一些尖端的产品及技术需要较高质量的金属材料，因此为了提高产品质量，有必要对各种材料中气体元素采取各种方法进行分析，掌握气体在材料中的含量，研究其对材料性能的影响，为有效地进行控制提供依据，生产出满足不同用途需要的产品。
2.气体元素对金属材料性能的影响
碳是金属及其合金材料中的主要构成元素。碳在金属及其合金材料中的含量、存在形态及所形成碳化物的形态、分布等对材料的性能起到极其重要的作用。碳含量在一定范围内对保持金属的化学性能和力学性能非常重要，而随着碳量的增加，金属的硬度和强度会提高，韧性和塑性则会变差。
硫的存在会引起钢的热脆性，降低其力学性能，它对金属的耐磨性、塑性、可焊接性等亦有不利的影响。例如钢和生铁中的含硫量直接影响到其产品的等级和牌号，生产低硫、低磷钢是现代冶炼工艺追求的目标。碳、硫的含量是衡量金属质量优劣的重要指标。
氧含量对金属材料的化学性能和力学性能影响很大，一般在做检测时都要求金属材料中氧的含量尽可能低，防止材料的氧化和锈蚀也是金属的基本要求。如果氧含量增加，金属的抗冲击值大大降低、抗疲劳性能恶化，导致金属材料的使用寿命会大大降低。优质钢在生产中严格控制氧的含量，时速200km/h以上高速铁路用重轨要求氧含量在0.0020%以下，一些高纯金属、高温合金要求氧含量在0.001%以下，0号无氧钢要求氧含量在0.0005%以下。
当金属中氮含量超过一定限度并且在加热升温时会出现“蓝脆”现象，金属的塑性下降，脆性增加。同时含氮量较高时将使金属的宏观组织疏松，甚至产生气泡；在硅钢中含有氮化铝将导致矫顽力增大和导磁率降低；较大尺寸的氮化铝使帘线钢在拉拔过程中增加断丝率。但是，氮作为一种形成和稳定的奥氏体能力很强的元素，其能力约等于镍的20倍，在一定限度内可以代替部分镍。在不降低塑性的条件下，提高钢的硬度、强度和耐腐蚀性；氮与铬、钨、钼、钒、钛等元素形成弥散稳定的氮化物后，能大大提高钢的蠕变和持久强度；对钢件表面渗氮处理得到高弥散的氮化层，可以获得良好的综合力学性能，具有很好的耐磨和抗腐蚀性能。
一般情况下，进入金属中的氢是极为有害的。金属材料经常发生的氢损伤现象，就是与氢有关的断裂现象。主要表现为材料的力学性能发生恶化：氢通过软化或硬化机制改变材料的屈服强度，塑性明显降低，诱发裂纹萌生，最后导致断裂、滞后破坏、塑性-脆性转变和低温脆性断裂等等。另外，氢在高温下渗透性很强，锻件及焊接件在制造过程中很容易产生各种氢致缺陷，焊缝中扩散氢含量是直接影响焊接接头抗冷裂纹性能的主要因素之一。金属中氢的含量很低，钢铁及合金中含氢量一般小于0.0010%，如果超过0.003%，会出现“白点”或“氢脆”，易发生脆性断裂，裂纹在氢化物成核并扩展，严重影响钢材的质量。航空工业所用的铝和铝合金、钛和钛合金、镍合金等材料对氢含量都有严格的要求，核电燃料元件制造过程中，核材料中氢的含量也是重要控制指标之一。
3.金属中气体元素的测量方法
气体分析已成为分析化学的一个重要组成部分。气体分析的方法有很多，早期测定氢、氧、氮、碳、硫主要采用显微镜法、电子光谱法、质谱法、放射化学分析、内耗法、核磁共振法、电导法，试样转变成稳定的化合物的化学法等。不过由于早期技术水平的限制，大部分都是单一测量某一种气体元素。随着计算机技术的发展及其在气体元素测量中的应用，气体元素的分析有传统的化学方法向仪器分析方法发展，由单一的气体元素分析向多元素同时检测的方向发展[2，3]。
目前我国很多企业都已经推出各种品牌的气体分析仪器。如北京纳克、上海德凯、南京麒麟、无锡创想等仪器公司推出碳硫测定仪，北京纳克分析仪器公司和上海宝英光电科技有限公司已经推出氧氮测定仪。氢的分析方法，可分为氢的提取和测定两个部分，国内对氢元素的测量与国外还有一定的差距。美国力可公司已经推出氧氮氢联合测定仪，可实现对金属材料中氧氮氢三元素快速准确的分析。
市场上对气体元素分析的各种设备多达数十种，相应的分析方法也很多。目前功能最强、最方便的仪器就是红外碳硫测定仪和氧氮氢联合测定仪，因此这两种仪器在气体元素分析中的市场是最受欢迎。
红外气体分析技术发展迅速，它具备分析速度快、准确性好、范围广、稳定可靠等优点，特别在超低碳、硫含量的测定，非金属材料碳、硫的测定方面有明显优势，显示出红外气体分析仪的独特优点。自八十年代以来，我国引进了多种型号的红外碳硫分析仪 ，在生产和科研部门满足了对常规碳硫的快速、准确的要求同时，国产的红外碳硫仪不断涌现，目前这种方法更趋完善。
高频炉燃烧红外线吸收法测定碳和硫的应用日趋广泛，方法简便、快速、准确度高。在高频感应炉内试样通氧燃烧，此时样品熔融完全，生成的二氧化碳、二氧化硫和氧气混合气体经除尘、除水干燥，进入二氧化硫和二氧化碳红外检测器（红外吸收池），测定其对特定波长（CO24.26μm，SO27.40μm）的吸收，根据其对红外能吸收大小由朗伯-比耳定律分别计算碳和硫的质量分数。红外吸收法是一个相对测量方法，需用标准物质或基准物质在同条件下操作对分析仪器进行校准。
红外线吸收法测定碳、硫的灵敏度高，测量范围宽，可准确测定钢铁和合金中低至0.0005%的痕量碳和硫。红外线吸收法广泛用于金属及其合金、非金属材料、矿石等原辅材料中碳、硫量的测定。红外线吸收法通常采用高频感应炉加热，其炉温高，在短时间内将试样熔融燃烧，温度达1700～2000℃，有利于难溶试样和低含量碳、硫的测定。
氧氮氢联合测定仪采用惰性气体高温熔融法将金属材料中的氧氮氢三元素分解出，采用五个检测池分别检测氧氮氢三元素的含量。其中有三个独立红外检测池检测氧，同时检测CO和CO2，然后再转化为CO2集中检测，不仅可以保证中间量程的测量精度，在超低含量和高含量的检测范围内同样可以满足精度要求，插拔式集成一体化设计，无移动部件。无需操作人员调整检测器输出电压，软件实时调节检测器输出电压并保持最佳输出值。
热导检测池专门检测氮元素含量，原装的流量补偿控制系统，保证了流量系统的完善，可以精确控制整个气路中的流量，保持流量恒定，改善了材料中高含量氧分析的准确度，特别对高氧低氮的试样，只有配置这样的流量补偿装置才能保证测量精度。
专业的高灵敏度的固态红外吸收检测池或热导检测池用于检测氢元素，保证其检测精度的同时，真正实现了氧氮氢三元素的联测。
4.结语
目前气体元素的检测在金属材料中非常重要，随着科技的发展，非常多的检测方法和检测设备用于检测金属材料中气体元素的含量。我国气体元素检测设备也用长足的发展，尤其是碳硫检测仪已经达到了国际水平，而氧氮氢的联合检测设备与国外先进水平还有一定的差距。另外国外检测设备的价格比较昂贵，如何在保证检测准确度和稳定性的情况下降低设备的成本价格也是国内企业需要考虑的问题。
【参考文献】
[1]李婷，刘颂禹.金属中气体分析进展[J].冶金分析，1999，6：35-39.
[2]朱跃进，李素娟，邓羽.样品制备对金属中微量氧、氮、氢分析结果的影响[J].冶金分析，2008，8：40-43.
气体影响 篇4
煤田火灾现已成为全球持续的五大生态灾难之一,在世界上进行原煤开采的国家和地区普遍存在,每年造成的直接经济损失达到数百亿美元。煤田火灾形成的煤田火区时刻向大气排放大量的COx、CH4、SOx和NOx等有害气体。这些生成物初期对火灾局部区域环境造成污染,后期则会对大的区域乃至全球造成污染[1],其中CO2和CH4的排放量尤为显著。煤火产生的温室气体在地下高温作用下沿着裂隙通道外排,在地表温度降低,以随风扩散为主。目前针对湿地、农田、城市绿地等温室气体的排放通量通过箱法监测已做了深入的研究[2,3,4],但箱法在使用中隔绝了箱体内外气体的自由交换,而煤田火区温室气体的排放是通过延伸的,且温度较高,难以制作满足条件的箱体。因此刘生根等[5]根据空气动力学法开发了煤田火区CO2排放监测的环境数据实时采集系统,以此估算CO2排放通量,并在内蒙古典型煤火裂隙区现场进行了应用观测。此外,徐永亮[6]等对煤火燃烧气体产物与地表裂隙关系分析研究,得出气体浓度、温度与地下燃烧煤体之间必然存在一定的量化联系。
基于此,本研究选取神府煤田活鸡兔井田煤火区为研究对象,结合成本、测量环境、所需要的精度等,基于空气动力学法建立浓度梯度模型对火区进行野外原位监测,探讨了活鸡兔井田煤火区释放温室气体通量在时间和空间尺度上的变化规律; 并对影响温室气体通量的主要影响因素进行了测定,分析了火区风速、温度、气压等环境因子与排放通量的相关性分析,以期为评估煤田火区温室气体排放量及其环境因子影响提供依据。
1 研究区域与方法
1. 1 区域概况
观测区位于陕西省与内蒙古自治区交界处的陕西一侧的神木县中鸡乡境内,地处毛乌素沙漠边缘。煤田地理座标为东径110°7'50″ ~ 110°16'28″,北纬39°11'27″~ 39°16'49″。由于煤层的煤化度低,埋藏浅,易自燃,开采后井田北部和东部形成大片火区。地裂缝在活鸡兔火区分布较多,与地面塌陷伴生出现,多呈圆弧状、阶梯状等,裂缝深度不等,裂缝宽0. 01 ~ 0. 3 m,裂缝长1 ~300 m。煤层埋藏浅,地质构造简单。监测区属于典型的陆性干旱半干旱气候,干燥多风,冬寒夏炎,昼夜温差相对大,雨量集中且长年少雨干旱,有干旱、风沙、暴雨等灾害条件。由于受蒙古高压影响,区内春冬季盛行西北风。年均风速2. 6 m/s,最大风速25 m/s。风蚀大于17. 2 m / s的大风,以春季最多。
1. 2 煤田火区温室气体排放通量测算模型的建立
通过对目前气体排放通量的监测方法比较,常用的陆地气体通量观测方法有箱法和微气象法等,微气象法中应用较广的有能量平衡法、涡度相关法、松弛涡度积累法、空气动力学法等[7]。能量平衡法适用于较湿润的大气条件,在煤田火区中使用时,误差较大; 涡度相关法需要精确测量三维风场的脉动量和气体浓度的脉动量,要求设备的精度高且量程通常较小。而煤火裂隙区的气体浓度较高,动态变化大,要求设备的量程大且精度适中即可; 松弛涡度积累法需要结合实验室条件,且不适合长时间观测。而空气动力学法计算的是监测区内的平均值,在较大区域内被测气体的水平浓度梯度可忽略不计,适用于大面积均匀下垫面,观测期间大气条件定常。浓度梯度法根据气体浓度梯度、风速梯度、温度梯度和气压间接推算气体向上输送通量[8]。类似于分子扩散,在近地层内的空气动力学粗糙面上,被测气体的垂直传输通量与浓度垂直梯度关系为:
式中: Fg是待测气体的通量密度,mg/( m2·s) ; ρh是监测高度处空气密度,mg/m3; Cg是待测气体的浓度,mg / m3; Kg( H) 是测量高度H处气体的湍流扩散系数,由风速、高度、空气动力学粗糙度和大气稳定度决定。
由气体状态方程,可求得 ρh。
式中: P为监测高度处大气压,Pa; R为空气气体常数,R = 287. 06 J/( kg·K) ; T为监测高度处温室气体的绝对温度,K。
根据相似理论,在中性条件下,可认为动量通量、热量通量和物质通量的湍流扩散系数相等。则根据风轮廓线方程可得温室气体的湍流扩散系数为:
式中: K是卡曼常数,K = 0. 035; U*是摩擦风速。而中性层结时近地层的风轮廓线可用对数模式描述:
式中: Z0为地面粗糙度长,m。
由式( 4) 可知,只要测得两个不同高度上的风速,联立解方程,即可求得U*、Z0。
由于在实际监测中,大气一般处于稳定或不稳定的状态,此时煤火区温室气体的湍流扩散系数与动量、热量的扩散系数不相等,需选用大气稳定度函数对式( 1)进行修正,根据梯度Richardson数( Ri)[9,10]:
式中: g为重力加速度,9. 8 m/s2; θ 为与绝对温度、大气压、空气比热相关的函数,,Cp= 1 005 J / ( kg·K) 。若Ri > 0,大气稳定; 若Ri < 0,大气不稳定。
则根据DYER[11]提出的修正表达式,大气稳定度调整系数 Φg为:
大气稳定:
大气不稳定:
分析可得,煤田火区温室气体扩散通量表达式为:
综上,通过持续监测煤火区释放源不同层高度温室气体浓度以及温度、气压、风速等气象因素,就可估算出煤火区温室气体通量。
1. 3 现场布点与数据采集
根据所建立测算模型中所需要的参数,宏观了解活鸡兔煤火区的燃烧状况、地理概况、环境因素,设置7 个典型的释放点,具体点位位置见图1。裂隙区监测点采用GPS对裂隙位置进行定位,分别在距裂隙口和距裂隙1. 5 m高处采用气体监测仪监测裂隙排放的CO2、CH4浓度变化,同时利用气象检测仪同步监测风速、温度、气压等。根据有害气体检测法规和技术要求,选用的煤田火区的气体监测仪以及气象监测仪等在使用前均经过了校准,各监测点观测数据经数据采集器每30 s采集一次数据后输出10 min平均值,每次持续监测30 min。根据大气污染相关标准规范,野外实验性观测的时间为期2015 年8 月11 日到2015 年8 月20 日,每天取得3 次( 8、14、20 h) 监测值。监测期选正常情况下气候状况,无极端天气以及降雨出现。
2 计算结果及分析讨论
2. 1 CO2和CH4排放通量
将两组不同时间分辨率的数据比较可知,平均处理仅减少了计算结果的波动性,不改变梯度方向,且不影响计算结果的准确。观测时段温度、风向和风速均无剧烈变化,经平均后的环境因子原始观测数据见表1 所示。由监测结果可见,监测期间气压的变化幅度不大,温度的变化幅度次之,而风速的变化幅度最为明显,图2为经制图软件处理后的CO2和CH4排放浓度变化曲线,两个高度层CO2、CH4浓度的变化趋势相似,同一时刻高处的浓度始终小于低处的浓度,符合实际情况。此外,下层释放源口的气体浓度变化幅度较大,上层检测到的浓度值变化相对较稳定,CH4的变化幅度较大于CO2的变化幅度。
注: 下标1、2 分别表示观测高度为0 m、1. 5 m的观测数据。
根据建立的适用于煤火区温室气体排放通量的浓度梯度模型可计算出CO2和CH4的通量变化,最终计算结果见图3。
由图3 可见,活鸡兔井田煤火区的CO2和CH4通量的变化规律一致,CO2的变化幅度较小,而CH4的变化幅度较大。CO2通量最小值为3. 88 mg/( m2·s) ,最大值可达到30. 46 mg/( m2· s) ,平均通量为14. 21mg / ( m2·s) ; 而CH4排放通量的最小值0. 12mg / ( m2·s) ,最大可达到1. 36 mg/( m2·s) ,平均通量为0. 70 mg/( m2·s) 。总体而言,其排放通量受环境因素的影响变化波动较大。
2. 2 排放通量影响因素分析
采用SPSS软件对CO2和CH4的通量与影响因素监测数据( 表1) 分析数据之间的相关性,分析结果见表2。
1) 风速对CO2和CH4排放通量的影响
风速大小对CO2和CH4的扩散影响较为复杂,决定了两种气体输送距离的远近和大气扩散稀释作用的强弱[12],一方面在一定的较小风速时,风会加大CO2和CH4的扩散范围,当在风速大到一定程度时,风会加速CO2和CH4的稀释。同时,风的影响会加剧CO2、CH4和空气之间的传质和传热。由风速变化对CO2和CH4排放通量的影响关系可知,所得CO2、CH4与风速的Pearson相关系数均大于0,说明呈正相关,而相伴概率值sig. = 0. 000 < 0. 05,即说明CO2、CH4的排放通量是受风速显著性正影响的。可见,由于活鸡兔火区风速较高,风速成为影响CO2、CH4排放通量的主导因子。总体可知,风速的变化趋势与两种温室气体的变化趋势一致,风速增大时通量也增大,不过通量的变化有所滞后。
2) 温度对CO2和CH4排放通量的影响
温度的影响主要表现在火区环境温度的垂直梯度分布,温度的垂直分布决定了大气层结的垂直稳定度,直接影响气体湍流的强弱,进而支配气体的散布。对于火区释放的高温温室气体,其浮力作用大小受温度的影响,当其被冷却至大气温度后,它的上升作用便会丧失,此时大气本身的扩散稀释能力就会下降[13],火区CO2和CH4的浓度会随逆温层厚度和强度的增大而明显增加。同时,煤火燃烧的温度会影响裂隙上空的气温,温度越高,也证明了煤火燃烧旺盛,就会释放出更多的CO2,由温度变化对CO2和CH4排放通量的影响关系,所得CO2、CH4与温度的Pearson相关系数可知呈正相关,而相伴概率值均为sig. = 0. 000 < 0. 05,即说明CO2、CH4的排放通量是受风速显著性正影响的,但其相关系数明显低于风速对其的影响系数,分析结果同样指出不普遍适用。结合风速对其排放通量的影响,在风速较低时,排放通量与温度相关性较强,当在风速较高时,通量与温度的相关性降低。总体可知,温度对其有一定相关性,但其影响低于风速的影响。
3) 气压对CO2和CH4排放通量的影响
对于气体扩散而言,压力越大,则扩散相的浓度越大,越利于扩散相的扩散。当地面受低压控制时,四周的高压气团会向中心流动,进而形成上升气流,通常风力较大时利于气体向上扩散; 地面受高压控制时,中心出现下沉气流,阻止气体向上扩散,在稳定高压的控制下会使气体浓度变大[14]。由气压变化( 对CO2和CH4排放通量的影响) 关系可知,所得CO2和气压的Pearson相关系数为0. 404 > 0,相伴概率值sig. = 0. 004 < 0. 05;CH4和气压的Pearson相关系数为0. 290 > 0,相伴概率值sig. = 0. 046 < 0. 05,即说明CO2和CH4的排放通量是受气压正影响的,但相关系数明显低于风速和温度,且监测期间气压的变化范围为88 301 ~ 88 585 Pa,日变幅度< 1% ,远远低于风速、气温等因素的日变化幅度,因此,当其他影响温室气体通量的环境参数发生较明显变化时,气压对通量的影响几乎可以忽略不计,表明气压并不是影响CO2和CH4通量的关键因素。
4) 其他影响因素影响分析
煤田火区温室气体排放受煤质、土壤岩层性质、火区裂隙类型、排放口分布位置、排放方式以及排放时间规律等多种因素影响。当扩散至地面时主要受到温度、气压、风速等环境因素影响较大,气体扩散还受到湿度、降雨量、地形等很多环境因素的影响。由于火区内温度较高,湿度较小,几乎不变,对火区温室气体的排放影响较小。其次,在降雨的天气条件下,火区释放能溶于水有害气体会随雨沉降至地面而转为水污染,从而影响排放通量。由于CO2易溶于水,CH4不溶于水中,因此会对其释放产生影响。当然,火区源所在位置的地表状况、火区源的高度等地理环境因素也会影响温室气体的排放,它们既会改变火区温室气体扩散速度,又会改变扩散方向。由于研究设备的局限性,以及其他因素相互之间往往产生交互作用,很难将某一因素的影响作用定性或者定量化。
3 结论
1) 通过对活鸡兔火区释放CO2、CH4两种典型温室气体的原位监测,CO2、CH4平均排放通量分别为3. 88~ 30. 46 mg / ( m2·s) 和0. 12 ~ 1. 36 mg/( m2·s) ,总体而言,两种温室气体的排放通量大,CH4的通量变化幅度较大,而CO2的排放通量则相对比较平稳。可见利用此方法综合考虑了煤田火区温室气体排放的特性以及环境因素对排放量的影响,可更加准确地测算出煤火区温室气体排放量。
2) 由影响因素对活鸡兔火区CO2、CH4排放影响相关性分析可知,风速与CO2、CH4的相关性为0. 770、0.705,温度与CO2、CH4的相关性为0. 609、0. 557,气压与CO2、CH4的相关性为0. 404、0. 290,可知,风速对CO2、CH4排放影响较高,温度次之,气压对其影响较为微弱,论证了所建立的浓度梯度模型对煤田火区温室气体排放通量的适用性,进而可从环境因素影响强弱的角度更为有效的防治煤田火区有害气体污染。
摘要：煤田火区温室气体的排放速率在时间和空间上由于影响因素而存在差异,本研究在对目前气体排放通量研究基础上,采用空气动力学法对神府矿区活鸡兔火区排放CO2、CH4气体和风速、温度以及气压等环境参数进行原位监测,测试结果表明,CO2和CH4通量的变化规律一致,火区内CO2、CH4排放通量变化范围为3.88~30.46 mg/(m2·s)和0.12~1.36 mg/(m2·s);通过相关性分析,环境因素对两种温室气体的排放影响很大,火区CO2、CH4的排放与风速、温度以及气压均呈显著正相关,相关性大小依次为风速>温度>气压,论证了所建的浓度梯度模型对煤田火区温室气体排放通量的适用性,进而为煤田火区有害气体污染治理提供了思路。
气体影响 篇5
外加气体对等离子体降解水相中有机污染物的影响研究
研究了等离子体在内电极通氧气、氮气、空气和氦气条件下降解甲基紫的机理.研究表明,在该等离子体发生器结构下,等离子体能降解甲基紫,且在不同气体气氛下的降解产物不同,在氧气氛围下为含-CO和-OH物质及直链烯烃,而氮气氛围下是含-N、-NH和-OH的芳香类物质及小分子烃类物质.研究同时表明,等离子体降解水相中有机物时应在氧气介质中进行,如用空气则有可能会造成水体中NO3-过高.
作 者：朱承驻 张仁熙 徐莺 房豪杰 侯惠奇 Zhu Chengzhu Zhang Renxi Xu Ying Fang Haojie Hou Huiqi 作者单位：复旦大学环境科学研究所,上海,200433 刊 名：环境污染治理技术与设备 ISTIC PKU英文刊名：TECHNIQUES AND EQUIPMENT FOR ENVIRONMENTAL POLLUTION CONTROL 年，卷(期)：2005 6(3) 分类号： 关键词：等离子体 外加气体 甲基紫水溶液 降解气体影响 篇6
关键词： 混合气体；熔化极气体保护焊；配比
熔化极气体保护焊是一种熔敷速度极快，生产效率较高同时比较容易形成自动化模式的焊接方式，所以这种方式在日常的焊接生产过程中得到了广泛的应用。近些年来，熔化极气体保护焊的工艺不断地进行改革，从最初的单一气体保护焊开始向混合气体保护焊的方向迈进。和单一气体保护相比，混合气体具有较大的优势。将不同的气体按照一定的配比混合在一起能够更好地满足不同材料对于焊接工艺的要求，并且保护效果以及电弧特性都要远远的超过单一气体，所以单一气体保护的方法开始逐渐的被人们抛弃。但是应用混合气体进行熔化极气体保护焊时，不同种类的气体以及不同的配比对于焊接的效果也有着很大的影响。
1.混合气体种类及特性
现阶段熔化极气体保护焊中所应用的混合气体主要可以分为三种：二元混合气体、三元混合气体以及四元混合气体。一般情况下混合气体都是由Ar作为基本组成元素，然后添加入惰性气体、氧化性气体或者是还原性气体。常见的混合气体的类型有：二元混合气体Ar+H2，Ar+He，Ar+CO2以及Ar和O2还有Ar+N2。常见的三元混合气体的类型有Ar+O2+CO2，Ar+CO2+He。此外，四元混合气体有Ar+CO2+O2+He。将不同种类的气体加入到Ar中对于混合气体的性质有不同的影响，对于熔化极保护焊的效果以及质量也有着不同的要求，其中在Ar中加入惰性气体以及氧化气体所形成的混合气体电弧稳定性以及金属的过渡性能比较好，在熔化极气体保护焊中的效果也比较的明显，所以应用也比较广泛。
2.熔化极保护焊中混合气体的配比对于焊接效果的影响
根据实验数据证明同类的气体进行混合，不同的配比对于焊接的效果影响也有着一定的差异，以二元混合气体以及三元混合气体为例进行阐述。
2.1 二元混合气体的不同配比对于熔化极保护焊效果的影响
以Ar和He形成混合气體的试验数据为例
A r+H e
不同配比的Ar，He阴极斑点的位置也会有所不同，可以通过这两种气体的混合来增大电弧电压的强度以及热量，维持Ar的优势性能，但是当He的含量低于10%的情况下就会在一定程度上影响电弧焊缝的性能，所以在Ar与He形成的混合气体之中，He的含量至少为20%才能保证产生稳定的喷射电弧效果。同时，He的含量还应该依照焊接板材的具体材料进行相应的调整。
A r+25 %H e。这是一种应用比较少的配比方式，但是对于熔深较大以及焊缝成型要求较高的场合比如铝焊的过程中应用比较的广泛。
Ar+75 %He。这种配比方式主要针对于焊板厚度高于25mm的铝焊平位置自动焊接，这种方式还能够增加6到12mm铜焊的热输入，并且有效地减少焊缝的气孔情况。
Ar +90%He。此种配比方式主要用于对厚度超过12mm的铜板以及厚度超过76mm的铝板进行焊接。能够在一定程度上提高热输入，改善焊缝成型同时这种配比也可以应用于高Ni填充金属的短路过渡焊接过程之中。
一般情况下在进行铝及其合金的焊接过程中为了获得无气孔、无氧化膜夹杂的优质焊接接头，采用特种喷嘴，并向其熔池补吹35%到45%的He，Ar混合气体，这样可以保护焊缝和进缝区[2]。这种混合气体的配比方式可以一定程度规避在焊缝成型的过程中产生氧化膜和裂纹。
3.三元混合气体
3.1 Ar+O2+CO2
由这三种气体所组成的混合气体在短路过渡以及粗滴过渡还有脉冲等过程中都具有很好的效果，所以被广泛的应用于实际的焊接过程之中。
Ar5%+CO2+（1%-3%）+ O2。这种混合气体的优势主要的在于能够焊接各种不同的厚度的碳钢材料，合金钢以及不锈钢材料具有很好的适应性能。
Ar +C02 （10%-20%）+O2。此种配比的混合气体可以产生热短路过渡的情况并且熔池的流动性较好。所以可以在采用三重脱氧焊丝的时候，可以使熔池呈惰性。
3.2 Ar+C02 +H2
不锈钢脉冲M IG焊时加少量HZ （ 1%一2%），焊缝润湿性改善且电弧稳定。CO2量要少（1%-3%），使渗碳最少，并保持良好的电弧稳定性。此气体使焊缝金属含氢量过高，焊缝力学性能不好且会出现裂缝，因此不适用于低合金钢。
3.3 A r+CO2+He
Ar中加He及CO2可增加焊接热输入并改善电弧稳定性，焊道润湿性和成型更好。
Ar（10%一30%）+H e（5%一15% ）+CO2。这种混合气体的配比形式主要的用于对于碳钢合金以及低合金钢脉冲喷射电弧焊的过程之中。当CO2含量较低时能改善电弧稳定性，低电流脉冲喷射电弧焊也可以用。
（60%一70% ）He+（20%一350）Ar+40%CO2用于高强钢，尤其适用全位置短路过量要低，以保持良好的焊缝金属的韧性。He可提供熔池流动性所需的热量，He含量不需要太高，因为熔池变得稀些容易控制[3]。（90%-75%）Ar+5%CO2用于不锈钢全位置短路电弧焊，CO2含量要低，使渗碳最少，以保证良好的耐腐蚀性，尤其是多道焊。添加CO2+A r可使电弧稳定性和熔透性好。
4.结语
随着焊接技术的发展，混合气体在熔化极气体保护焊中的应用日益的广泛，但是不同种类的混合气体以及不同配比的混合气体对于熔化极气体保护焊的效果和质量都有着很大的不同，在进行实际的操作时要对这些气体的配比以及种类进行不断的探索，从而形成一定的规律，更好的实现焊接效果的优化。
参考文献：
[1]张建春，王国荣，石永华，钟继光.混合气体在熔化极气体保护焊中的应用[J].焊管，2013，11（2）.
[2]高兆宽.混合气体熔化极气体保护焊工艺研究及应用[J].东方电气评论，2011，9（22）
气体影响 篇7
1 试验材料与方法
实验使用工作频率为2.6 MHz的电感耦合高频等离子体发生器,所用保护气体为净化后的干燥空气。在正常大气压下点燃等离子体后,将输入功率保持在80 k W,将等离子体保护气体流量控制在8 m3/h。在电离气体总流量保持在4 m3/h的条件下,改变电离气中O2、Ar与N2气体的含量,以实验不同电离气体组分对等离子体的影响。同时分别实验有无Si Cl4原料加入时的影响。Si Cl4流量控制在5 g/min,并使用流量为0.05 m3/h的高纯O2气作为载料气体通入等离子体。使用光纤光谱仪测量距出口9 cm处等离子体的发射光谱,光谱仪积分时间为50 ms。所用光纤光谱仪为Avantes公司生产的Ava Spec-ULS-3648型7通道高分辨光纤光谱仪,测量光谱范围为200~1 077 nm,最小分辨率0.05nm,并使用Ava Light-DH-CAL辐射校准光源进行了校准。
2 试验结果及讨论
2.1 电子温度的诊断
对常压高频等离子体温度的诊断,常用的方法为发射光谱玻尔兹曼图解法[8]。常压高频等离子体满足局部热力学平衡条件(LTE),电子能量分布近似满足玻尔兹曼分布,其发射谱线强度满足式(1)。
式(1)中,Iul为某粒子从上能级u跃迁到下能级l发射的光强度,v为该跃迁发射光子的频率,A为相应的跃迁几率,g为相应的统计权重,Eu为激发态能级,Te为电子温度,k为玻尔兹曼常数,K为与谱线无关的常数。
取相同粒子(原子或离子)发射的若干条谱线,根据测得的发射强度,以及已知的v、A、g、k等参数,以Eu为横坐标,以ln(Iul/Avg)为纵坐标作图(图1),然后进行线性拟合得出直线的斜率即-1/k Te,进而计算出所测等离子体的电子温度Te。一般而言,使用谱线数量越多,计算结果越准确。本文选取了738~940 nm光谱范围内的19条N I谱线,其基本参数见表1[9]。
测量电离气体为空气时的等离子体光谱,把测得谱线强度代入公式(1),根据表1中的参数,得到各谱线对应的ln(Iul/Avg)值,从而可作玻尔兹曼曲线,如图2所示。根据图2拟合直线的斜率为-1.777,计算得该条件下的电子温度为6 531 K。
2.2 O2含量对等离子体温度的影响
由于空气较容易廉价地获得,在工业应用中更多采用洁净空气作为高频等离子体的电离气体。空气的成分主要为N2与O2气体,此两种气体的含量不同可能影响等离子体的使用性能。因此,为了研究O2的作用,本文实验了电离气体为O2与N2气体的不同配比对高频等离子体的影响。
图2为O2占电离气体比例从10%~90%时等离子体在540~665 nm波段的发射光谱,其中21%工况使用了净化空气作为电离气体,其他条件分别使用相应流量的高纯O2与N2气体。图3为加入Si Cl4原料之后的等离子体发射光谱。根据发射光谱计算各条件下等离子体电子温度,结果示于图4。
由图2可见,随着电离气体中O2含量的增加,O I在615.82 nm与645.60 nm处的发射谱线强度显著增加,而648.48 nm处N I的发射谱线强度逐渐降低,这显然是由于O原子数量增加同时N原子数量减少所致。根据图4中电子温度计算结果可知,在加料前O2含量从10%增加到90%时,等离子体电子温度从6 282 K大幅增加到了7 047 K。究其原因,一方面,O2与N2的第一电离能分别为12.07 e V与15.05 e V,O2更容易被电离并释放电子;另一方面,O与N的相对原子量分别为16与14,原子半径分别为0.066 nm与0.008 nm,相对与N原子,O原子的质量虽然增加了14%,但碰撞截面减小了32%,因此O原子对电子运动的阻力更小。因此,O2含量越高,等离子体电子温度越高。
往等离子体中加入Si Cl4原料后,相同组分时等离子体电子温度有所降低(见图4),这是由于Si Cl4吸收了电子的部分能量。而电子温度同样随O2含量增大而升高,与未加料时的结果一致。由图3所示的等离子体发射光谱可见,在加入Si Cl4原料条件下,随着电离气体中O2含量增加,O I与N I谱线强度变化与未加料时一致。而Si谱线强度却出现了不寻常的变化,其随着O2含量增加而显著降低,当O2比例增加到70%以上时,几乎无法观察到Si谱线。这是由于Si粒子(原子或离子)极易与O粒子结合成Si O2颗粒,O2含量越高,Si结合成Si O2颗粒的几率越大,游离的Si就越少。可见,提高O2含量可促进Si O2的形成。
因此,在高频等离子体的具体应用中,可通过增加电离气体中O2的含量来提高等离子体温度;同时,在以获得Si O2为目的的场合中,提高O2含量可促进Si结合成Si O2,进而大幅提高原料利用效率。
2.3 Ar掺入比例对等离子体温度的影响
本文同时实验了惰性气体Ar的掺入对高频等离子体的影响。在电离气体总流量不变的情况下,往空气中掺入了0~80%的Ar气。图5为没有Si Cl4原料加入时不同Ar含量的等离子体在738~940 nm波段的发射光谱,图6为在加入Si Cl4原料条件下等离子体在540~665 nm波段的发射光谱,需要说明的是,由于Ar在540~665 nm波段没有显著的发射谱线,为了便于讨论,未加料时的图5选择了Ar谱线较多的738~940 nm波段。同时,根据2.1节的玻尔兹曼图解法计算了等离子体电子温度,结果示于图7。
由图7可见,无论是否加入Si Cl4原料,等离子体电子温度均随Ar气含量增加而轻微提高,这是由于电离状态下Ar的热容较低,对电子动能的损耗较少所致[1]。由图5可知,随着Ar含量的增加,Ar I的谱线强度逐渐增加,而O I与N I谱线强度未发生明显变化,可见Ar的掺入没有影响O、N粒子的电离状态,图6同样说明了这一点。根据图6可知,在加入Si Cl4原料时,Si的发射谱线强度随着Ar含量增加而轻微降低。例如随着Ar含量从0%逐步增加到80%,Si I在570.84 nm的谱线相对强度从7 681逐步降低到了4 918,说明游离Si原子数量逐渐减少。可见Ar在一定程度上促进了Si与O粒子结合成Si O2,这可能是由等离子体电子温度的升高促进了Si的电离,因而增加了其活性。通过与2.2节结果对比可知,Ar掺入对电子温度及Si的影响不如O2显著。因此,掺入Ar气一定程度上有利于提高等离子体温度与Si O2形成效率,但在实际使用过程中应注意惰性气体Ar对氧化气氛的影响。
3 结论
(1)随着电离气体中O2含量的增加,高频等离子体电子温度显著增加。同时,O2含量的增加可促进Si与O粒子结合成Si O2,提高原料利用率。
(2)往电离气体空气中掺入Ar同样可以提高等离子体电子温度并促进Si O2的形成,但其作用弱于O2的影响。
摘要：电感耦合高频等离子体在高纯材料合成等领域具有重要应用。电离气体组分影响等离子温度,并影响其使用性能。通过改变电离气体中氧气与氮气的配比,以及往空气中掺入不同比例的氩气,研究了电离气体组分对高频等离子体温度的影响。结果表明,电离气体中氧气相对氮气气体比例的增加可显著提高等离子体温度,同时可促进Si与O粒子的结合。在加料前氧气含量从10%增加到90%时,等离子体电子温度从6 282 K增加到了7 047 K;加料后电子温度同样随氧气含量增加而升高;并且游离Si粒子数量随之显著降低;往空气中掺入氩气同样可以提高等离子体电子温度并促进二氧化硅的形成,但其作用弱于氧气。
关键词：高频等离子体,电离气体,电子温度
参考文献
[1] Reed T B.Induction-coupled plasma torch.Journal of Applied Physics,1961;32(5):821—824
[2] Song X F,Sun Y C,Zhong H,et al.Synthesis of silica glass by plasma chemical vapor deposition method.Journal of the Chinese Ceramic Society,2008;36(4):531—534
[3] Shon I J,Lee G W,Doh J M,et al.Effect of milling on properties and consolidation of Ti O2by high-frequency induction heated sintering.Electronic Materials Letters,2013;9(2):219—225
[4] Zhang H,Bai L,Hu P,et al.Single-step pathway for the synthesis of tungsten nanosized powders by RF induction thermal plasma.International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,2012;31:33—38
[5] Fathalizadeh A,Pham T,Mickelson W,et al.Scaled synthesis of boron nitride nanotubes,nanoribbons,and nanococoons using direct feedstock injection into an extended-pressure,inductively-coupled thermal plasma.Nano Letters,2014;14(8):4881—4886
[6] Mabrouk M,Marchand M,Russello A,et al.Antimicrobial treatment of heat sensitive materials by means of atmospheric pressure Rfdriven plasma jet.Contrib Plasma Phys,2015;35(1):45—60
[7] Zhang H,Bai L,Hu P,et al.Single-step pathway for the synthesis of tungsten nanosized powders by RF induction thermal plasma.International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,2012;31:33—38
[8] Hutchinson I H.Principles of plasma diagnostics.Cambridge&New York Cambridge University Press P,1987;44(12):458
气体影响 篇8
关键词：林业,土地利用,改变,管理,温室气体,影响
随着温室效应对社会发展和生态环境造成的恶劣影响越来越严重, 人们越来越注重固碳减排工作的开展。森林作为自然生态的碳库, 在固碳工作中发挥着不可替代的重要作用。目前全球各国都在积极的开展林业建设, 完善森林生态系统, 以增大森林的固碳能力, 减少温室气体在大气中所占比重。而在林业建设过程中, 土地是必不可少的重要资源, 合理的利用土地, 科学的对其进行改变和管理是提高林业建设水平的关键因素之一, 并且也会对温室气体的控制产生较大影响。以下本文就针对这一影响进行简单研究。
1 林业土地在全球碳库中的作用
森林是陆地的主要自然生态系统, 在森林中, 无论是其植物, 或是其土壤中都富含大量的碳。据联合国政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 统计, 全球生物量所含有的碳中, 有一半都贮存在森林植物中。而事实上, 森林中所贮存的碳远远不止这些, 因为在森林的土壤中还富含大量的碳, 土壤中的碳含量要比植物中碳含量多3-4倍。可以说, 森林是全球自然生态环境系统中最大的碳库, 而林业土地则在森林生态系统中起到了极大的固碳作用。因此无论森林土地利用发生怎样的改变, 都将会对固碳效果产生一定的影响, 也就是说会对温室气体在大气中的含量产生影响。
2 林业土地利用的改变与管理
对于林业土地利用的改变, 目前多分为两大方面, 即自然改变和人为改变。其中自然改变是指由自然因素引起的森林变化, 如雷击引起天火而烧毁一片林地, 使得森林土地覆盖发生变化。而人为改变是指在人为的作用下导致森林土地覆盖发生变化, 如毁林、林地转农田等。相对来讲, 目前林业土地利用改变方式多是人为改变, 这在很大程度上影响了森林的生态调节能力。即人类对森林的滥砍滥发和对林业土地的大量占用都使得森林的固碳能力大大降低, 甚至会造成大量的碳释放, 加剧温室效应。
也正是因为如此, 才需要我们对林业土地利用进行有效科学的管理。目前林业部门在开展林业活动和减排增汇的管理工作中, 要重点开展三项活动:首先要通过减少毁林和森林退化以及植树造林, 保持或增加森林面积;其次要通过降低森林退化以及植树、树木遗传改良、施肥、异龄林或其他合理的营林技术, 保持或提高林分水平碳密度 (单位面积碳储量) ;第三要通过森林保护、延长轮伐期、林火管理和森林病虫害控制, 提高或保持景观水平碳密度。
3 林业土地利用改变与管理对温室气体的影响
为了更好的认识林业土地利用改变和管理对碳排放的影响, 本文在此以林地、草地、田地之间的相互转化为例, 来分析林业土地利用或覆盖发生变化时温室气体在大气中含量的变化。
3.1 林地转化为田地
林地本身贮存有大量的碳, 但是在林地覆盖面积发生变化时, 其所贮存的碳含量就会随之发生变化。在林地转化为田地后, 土地的利用与管理发生变化, 其有机碳会逐渐损失减少。据相关研究显示, 林地在转变为田地之后的30年间土壤会逐渐损失20%-50%的有机碳, 且前几年中损失速率最高, 随着时间的延长损失速率逐渐变缓。而这些损失的有机碳最终都会以气体的形式释放到大气中, 增大大气中温室气体的含量。
3.2 林地转化为草地
与林地转化为田地相似, 多数研究表明当森林转化为草地时, 大部分的地上生物量碳将以CO2的形式释放到大气中, 同时, 树木根系的分解也会释放大量CO2。另外也有研究表明, 草地有能力吸存比森林生态系统更多的土壤有机碳, 而且由于土地利用或覆盖变化引起的土壤有机碳库的变化依赖于土壤类型、排水、管理实践和当前土地利用的持续时间。如果对管理方式的进行改进 (施肥和适度放牧) .可能长期保持土壤有机碳的高水平。但在未加管理和过度放牧的牧场, 其生产力很可能下降, 侵蚀和土壤退化也可能发生, 从而导致土壤有机碳的减少。
3.3 田地转化为林地或草地
在田地、林地和草地中, 田地的固碳能力是最差的, 其次是草地和林地, 因此若能够将田地转化为林地或草地, 则将会对碳汇起到很大的促进作用。有研究结果表明, 由农田转变成草原土壤的碳含量增加19%, 由农田转变成人工林和次生林土壤碳分别增加18%和53%。
4 加强森林生态系统碳汇管理, 降低大气中温室气体含量
4.1 合理管理森林生态系统
在增加森林土地利用的碳汇措施选择中, 保护森林生态系统是首要的选择。由于人类对森林资源的需求量不断增加, 许多原始林都因被砍伐而变成次生林。人类的这种干扰打破了原始林相对封闭的养分循环, 从而使原始林的生长面临着各种养分的限制。因此, 采取合理的森林管理措施将可能大大提高森林生态系统的固碳能力。在森林生态系统的经营中, 不合理的土地利用过程往往可能增加碳源而弱化汇功能, 尤其是过分扰动土壤及收获生物量, 因此进行人工林的合理经营采伐, 造林或采伐活动中归还所有残体, 减少对土壤扰动、增加对残体的遗留是减少生态系统碳的源而增加碳输入的重要措施。另外其它合理的森林管理措施, 如灌溉、森林疏伐、森林杂草管理、砍伐措施以及树木栽种前的土地处理等都被认为能够提高森林生物量或土壤固碳量。
4.2 合理区划和选择森林土地利用方式
积极推动植树造林和森林恢复, 控制水土流失, 把低产农田变成草地或森林, 集约管理农田, 实行农林复合、林草复合经营方式。因此, 利用植树造林和森林柏被恢复, 实行轮作种植, 把低产农田变成草地或森林, 集约管理农田, 实行农林复合、林草复合经营方式, 能够提高草地有机碳输人、增加土壤有机碳的贮量, 通过森林土地利用方式或覆盖变化的变化, 提高土壤有机碳贮量和稳定性, 进而实现增加森林土壤有机碳和森林生态系统碳汇功能目标。
结束语
综上所述, 森林是全球最大的碳库, 森林在固碳碳汇方面所发挥的巨大作用是有目共睹的。而林业土地利用的改变与管理都会在很大程度上影响到森林的固碳能力, 从而对温室气体造成较大影响。为此我们必须要正确认识森林在生态系统中所起到的重要作用, 并科学合理的开展林业土地利用改变或管理工作, 做好森林生态系统碳汇管理工作, 以此来减少碳排放和温室效应。
参考文献
[1]王萍.森林碳循环模型概述[J].应用生态学报, 2009 (6) .
气体影响 篇9
在铷金属蒸汽激光器发展过程中,人们已经认识到充入一定量的缓冲气体可以加宽铷原子的吸收效率[3,4],通过谱线的碰撞加宽,增加了铷原子吸收的有效泵浦谱宽,同时又提高了有效抽运率,即泵浦吸收效率。然而太高的缓冲气体压力会引起有效泵浦谱宽范围内谱线吸收系数的降低,对整个系统的物理设计也存在各种难度。
通过Ti:Sapphire激光器端面入射蒸汽管,模拟在不同缓冲气体(He)压力条件下,铷原子对泵浦光的有效泵浦谱宽和入射泵浦强度。
1 铷蒸汽激光器物理模型
铷蒸汽激光器物理模型如图1所示,不锈钢蒸汽管长13 cm,内直径2.5 cm,通过抽气过程获得真空度10-4Pa环境,之后往系统中充入铷(Rb85)的饱和蒸汽,实验中铷的工作温度在400 K左右,按需要充入几个atms压力的He,蒸汽室采用缠绕烘烤带的方式加热,由电热偶测温。
其中蒸汽管设计主要考虑:(1)抗腐蚀:铷原子化学性质很活泼,在高温条件下可与很多物质反应,蒸汽管适合采用不锈钢或者镍材料制造,在200℃内也可用碱金属含量低的玻璃材料,法兰之间的连接宜用金属垫密封;(2)耐高压:包括管壁厚度设计,法兰与蓝宝石窗口封接,管道应该保持一定的柔韧性等。
传输微分方程为
其中抽运光吸收横截面积σ31(ν)为
式中,F、F′分别是5P3/2和5S3/2超精细结构的总角动量量子数,g(F′)=2F′+1为5S3/2(F′)能级的统计权重[8,9,10]。在气体工作物质中,均匀加宽来源于自然加宽和碰撞加宽。由于实验过程充入的缓冲气体量比较大,碰撞加宽要远远大于自然加宽,所以均匀加宽主要由碰撞加宽引起,均匀加宽线型函数g(ν,ν0)
其中,Δv为碰撞线宽。
2 铷原子吸收线宽计算与缓冲气体选择
2.1 铷原子吸收线宽计算
由于铷蒸汽原子热运动发出的辐射多普勒频移引起的多普勒加宽(Doppler),加宽由下式决定
式中,M为铷原子量;λ0为铷原子吸收谱线中心波长;T为操作温度;单位为K。设定操作温度在160℃条件下,得多普勒加宽ΔvD=0.54 GHz。
上述计算看出,与商用半导体输出谱线宽(250GHz或更高)相比,铷原子吸收线宽很窄。通过谱线碰撞加宽可以解决此问题,理论计算如要满足线宽匹配,需要充入12 atms的氦气,计算公式由下式给出
γ=2.7×10-4GHz/Pa为铷原子与氦原子之间的碰撞加宽系数,P为充入氦气的压力。
2.2 缓冲气体选择
铷(Rb)最外层只有一个电子,化学性质极为活泼。可以与所有的非金属(氮气和惰性气体除外)元素起反应。在实验操作温度下,铷显熔化状,与氧气自燃,也可形成臭氧化物。与氢可生成氢化物,是碱金属氢化物中最不稳定的一个。与一氧化碳反应即得金属羰基化物(RbCO)。所以缓冲气体只从少数活动性很小的元素中选取。
氮气作为缓冲气体,Rb原子受激发射的光子能量绝大部分转换成氮气动能,造成大的激光损耗,所以一般选用惰性元素作缓冲气体,最初选用He气体,He气体与Rb蒸汽碰撞,3He元素与同位素4He相比有更大的优越性,前者2P能级的混合速率是后者的1.5倍;烷类(甲烷等)能加快5P3/2→5S1/2能级间的无辐射速率,一般情况下不加缓冲气体,Rb原子5P3/2→5S1/2能级间自发辐射严重,1、2能级不能产生有效粒子数反转。但是在激光器操作温度下,烷类气体易与铷原子发生反应,生成碱金属水合物和石墨。这两种物质会吸附室壁上,特别是蓝宝石窗口处,吸收和散射抽运光,造成大的增益损耗。表1所示为铷原子的一些基本特性参数。
3 模拟结果与讨论
计算模拟在近衍射极限条件下的介质对泵浦光吸收,泵浦光光谱线看成矩形线型函数。入射泵浦功率密度随入射光束口径的改变而改变。分别模拟在不同缓冲气体压力条件下的介质对入射泵浦光的吸收效率。
为了满足泵浦中心频率处铷原子对泵浦光有大的吸收效率,对应的泵浦光吸收系数g31(cm-1)大致小于数值-0.2(如图2所示),铷原子吸收线宽越小,对应的泵浦光吸收系数越小,为了尽可能地保证激光基模与泵浦模模式匹配,铷原子吸收线宽不能太小,选择泵浦吸收系数接近-0.2比较合适。不同泵浦光吸收系数条件下,铷原子吸收线宽与入射泵浦光强度之间有着最佳的对应关系如图3,假设入射泵浦光强度为Ipin=50 kW/cm2时,对应的最佳原子吸收线宽分别为Δv1=118 GHz(g31=-0.2),v1=45.3 GHz(g31=-0.3),v1=8.9 GHz(g31=-0.4)。
在上述满足条件下(Δv1=118 GHz,Ipin=50 kW/cm2),泵浦谱宽(Δv)的增加,会导致泵浦谱宽范围内原子总吸收效率(η′)的降低,但是铷原子对泵浦光的吸收强度在不断增加,在泵浦谱宽Δv=500 GHz之后泵浦光吸收强度的变化比较缓慢,如图3。主要原因是铷原子在泵浦谱线远翼的受激吸收横截面积很小造成的。在泵浦谱宽Δv=500 GHz时,铷原子对泵浦光吸收效率大致为55%。同理,铷原子吸收线宽降低到8.9 GHz,入射泵浦光强度不变,在泵浦谱宽Δv=130 GHz时,铷原子对泵浦光吸收效率大致为60%。上述两者比较,随铷原子吸收线宽的变化,铷原子对有效泵浦谱宽的吸收范围变化比较明显,而泵浦光总的吸收效率变化并不是太明显。
考虑到高功率泵浦源线宽很宽,需要对铷原子线宽进行加宽,使泵浦源的泵浦谱宽尽量处在有效泵浦谱宽范围内,以保持铷原子对泵浦光高的吸收率。在泵浦谱宽Δv=500 GHz时,只要铷原子的吸收线宽达到Δv1=118 GHz,就会产生较高的泵浦吸收率。
4 结论
对高效率铷蒸汽激光器的泵浦谱宽进行了一定的模拟计算,模拟结果表明:在蒸汽温度400 K,蒸汽管长度13 cm条件下,铷原子吸收线宽对应着最优的泵浦有效吸收谱宽,在泵浦谱宽范围内,铷原子吸收线宽的增加可以有效提高铷原子的总泵浦吸收能量,但对铷原子总泵浦吸收效率影响并不明显。
参考文献
[1]Beach R J,Krupke W F.End-pumped continuous-wave al kali vapor lasers:experiment,model,and power scaling[J].Journal of the Optical Society of America,2004,21(12):2151-2163.
[2]Zweiback J,Komashko A,Krupke W F.Alkali vapor lasers[C]//Proc of SPIE,2010:68740G.
[3]Page R H,Beach R J,Kanz V K,et al.Multimode-di ode-pumped gas(alkali-vapor)laser[J].Op.tLett,2006,31(3):353-355.
[4]Gordon D H,Glen P P.Extended saturation analysis and an alytical model of dio-de pumped alkali lasers[C]//Proc ofSPIE,2010:75810J.
[5]余建华,祝强,谢武,等.高功率半导体激光抽运碱金属蒸气激光器[J].激光与光电子学进展,2006,43(7):46-51.
[6]Zhdanov B V,Knize R J.Diode-pumped 10 W continuouswave Cesium laser[J].Opt.Lett,,2007,32(15):2167-2169.
[7]周炳琨,高以智,陈倜嵘,等.激光原理[M].北京:国防工业出版社,2005.
[8]Koechner W.Solid-State Laser Engineering[M].Fifth ed.2005.
[9]杨子宁,王红岩,陆启生,等.光谱特性对半导体泵浦碱蒸气激光器性能的影响[J].强激光与粒子束,2010,22(10):2257-2260.
[10]Tam A,Moe G,Happer W.Particle formation by resonantlaser light in alkali-metal vapor[J].Phys.Rev.Lett,1975,35:1630-1633.
[11]Zhdanov B V,Ehenreich T,Knize R J.Narrowed externalcavity laser diode array[J].Electronics Letters,2007,43(4):221-222.
气体影响 篇10
王南区开发主力区块塞160位于志丹-王窑鼻隆带西南端, 原始驱动类型为弹性溶解气驱。最早开发时间为1998年, 2002年开始大面积开发, 为提高侧向油井采收率2010年开始进行大面积加密调整, 随着产能建设规模逐步加大, 伴随井筒受气体影响油井井数逐年增多。截止2013年底, 全区共有油井开井数为1000口, 受气体影响油井总数为114口, 其中塞160区块油井开井数743口, 受气体影响井数为96口, 高34区块油井开井井数为152口, 受气体影响井数为18口。目前气体影响已经成为制约我区油井高效开发的主要因素之一。本文主要通过对王南区目前实施的几种气体影响治理工艺技术进行效果分析, 找出适合我区的治理气体影响工艺技术和方法, 减少气体影响, 提高抽油泵效和单井产能, 最终实现区块的高效开发。
一、气体影响因素分析
引起油井气体影响的主要原因是:油气比高, 原油脱气量大。油层能量低, 在泵入口处的压力低于饱和压力, 进入泵内的将是油气混合物。一方面由于气体在泵筒中占据部分体积, 降低了原油的充满程度。另一方面由于气体的可压缩性, 在活塞上下冲程中导致固定阀和游动阀打开或关闭迟缓, 造成泵效过低。抽油泵在抽汲过程中, 泵腔内存在游离气、溶解气和凝析气。泵上冲程时, 若泵腔内的压力低于气体溶于液体的饱和压力, 溶于液体中的气体就会从液体中分离出来。这些气体占据泵腔的部分体积, 也会降低泵的充满度, 从而降低了泵效。泵下冲程时, 泵腔内气液两相流体被压缩, 直到泵腔内压力大于游动阀上部的压力时, 游动阀才打开, 将泵腔内的原油排出。含气油井中的抽油泵阀球一般都会开启滞后, 当在泵腔内的气体所占据的体积足够大时, 不但下冲程时游动阀打不开, 甚至上冲程时固定阀也有可能打不开, 整个上、下冲程中只是腔内气体在膨胀和压缩, 而没有液体举升, 此时抽油泵出现“气锁”现象, 无法正常工作。现场表现为油井憋压慢, 光杆发热, 油管、套管气大, 间歇出液。
二、气体影响治理工艺技术应用效果分析
王南区目前主要采取配套下入井下油气分离器 (防砂气锚、高效油气分离器、多沉降体旋流气锚、多级气锚、井下三相分离器) , 防气泵, 油气混抽器, 以及采取加强注水、调小防冲距、加深泵挂和定期放油套管气等措施来进行气体影响井治理。
1. 防气泵使用效果分析
我区共使用图1强启闭防气泵和图2长柱塞防气泵两种。目前在用为强启闭防气泵。
强启闭防气泵工作原理:拉阀代替普通抽油泵的游动凡尔, 依靠机械力的作用迫使球阀启闭, 避免因气体影响导致游动凡尔关闭不严或开启迟缓。
长柱塞防气泵工作原理:该泵通过在泵筒上开孔如图2, 上冲程过程中使套管内油液二次进入泵腔, 同时气体通过开孔处进入油套环空, 提高泵腔充满系数, 从而达到防气的作用。
2012年针对气体影响油井应用两台长柱塞防气泵, 如表2使用效果较好, 平均泵效由29.5%上升到34.3%。但是该泵对防冲距要求较高, 防冲距不宜调的过小, 要保证上冲程活塞下凡尔超过气孔位置, 才能起到防气的作用。防冲距也不宜调的过大, 过大容易脱离泵筒或不出液。
2013年共下入强启闭防气泵油井9口, 防气效果较好的油井5口。平均抽油泵效由37.6%上升到39.0%, 平均日产油由2.19t上升到2.75t。其中王33-0211下入后功图面积明显变大, 功图正常。效果不明显的4口油井, 笔者认为由于强启闭防气泵未对固定凡尔做出改进, 加之这4口油井汽油比相对较高, 对固定凡尔的开启和关闭造成一定影响。
2. 井下油气分离器使用效果分析
井下油气分离器俗称“气锚”。图3是井下油气分离器的物理模型。气液两相流体由外筒上的孔道流进分离器环形空间, 受油气密度的差异, 一部分气泡在进入分离器之前就被分离出来, 另一部分先随油流进入分离器, 然后, 在重力和离心力的作用下其中一部分小气泡向上运动聚积成大气泡和气流, 在分离器顶部形成“气帽”, 经外筒上部排气孔排出;与此同时, 原油向下运动, 经吸入管下部孔道排出进泵。我区所使用几种油气分离器原理基本大同小异。
2006年至2012年实施的产建新井井下配套防气工具为油气分离器。新井共配套油气分离器663台。针对气体影响较为严重的老井, 我区共配套下入油气分离器55台。使用效果较好。平均抽油泵效由下入前的39.2%提高到下入后的42.6%, 单井平均日产油提高0.15t, 平均液面下降133米。
3. 油气混抽器使用效果分析
油气混抽器的原理和使用方法是用油气混抽器替代整筒泵固定凡尔总成的固定凡尔罩。来减少固定凡尔球的关闭时间, 从而达到减少气体影响的效果。
2013年我区针对气体影响井共下入油气混抽器10台。选择其中6口油井进行分析。下入前现场憋压平均30分钟以上到2.0mpa, 下入后憋压时间没有缩短。现场光杆发热, 取样前期先出气, 气放完后出油。从王41-0312下入前、下入后、目前三个不同时间点的功图对比来看, 下入前后均为气体影响, 目前功图正常, 分析认为气体影响井现场表现为间歇出液, 在出液时间段内功图表现为正常, 下步对该井继续观察。从6口井下入后的生产动态来看, 平均日产液提高0.12m3, 平均液面下降5m, 平均泵效提高0.1%, 分析认为受检泵影响。因此整体效果不明显。
防气效果不明显原因分析:1、油气混抽器适用于日产液水平较高, 泵径在44mm以上的油井。2、油气混抽器只是代替固定凡尔罩, 从而减少溢出气和游离气对固定凡尔球的影响, 而当流体进入泵腔后溢出气和游离气对双游动凡尔的影响却未改变。
三、其它辅助小措施
1. 加强注水, 保持地层压力稳定
从地质分析造成气体影响的一个主要原因是:油层能量低、供液不足及气油比高。油田开采过程中, 由于原始地层遭到破坏, 原始地层能量不断释放, 油层压力降低, 当低于气体饱和压力时, 溶解气大量析出;油田由弹性采油阶段过渡到溶解气驱的采油阶段, 气油比不断上升, 地层原油脱气现象越来越严重。在现场表现为油管气和套管气大, 间歇出液, 推测油管中油气混合物长期处于雾流状态。因此, 我们要从根本上大面积解决油井气体影响, 减少井筒中的气体, 必须加强油田注水, 提高注水效果, 稳定地层压力, 减少原油脱气量, 提高供液能力。
2. 日常技术管理
泵效是油机井的实际产液量与泵的理论排量的比值。泵效的高低反映了泵性能的好坏及抽油参数的选择是否合适。由于一部分气体占据泵工作筒的一部分体积, 因此气体影响是影响泵效的一个主要因素。
在油井日常生产、维护、管理中, 对于经常发生气体影响的油井, 可以采取加深泵挂、长冲程慢冲次、最小防冲距、控制油套气等措施。实践证明, 这些措施都能不同程度的减少气体影响, 提高泵效和单井产能。
(1) 加深泵挂
常规泵的排出压力由下泵深度决定, 只要提高泵的吸入压力, 即增加泵的沉没度, 就会提高泵效, 增加单井日产液量。2010年对泵挂较小、气油比高的井加深泵挂深度, 保持油井足够的沉没度, 提高深井泵吸入口的压力, 减少气体影响。共实施3口井, 平均泵效由原来的12.3%提高到30.1%, 截止2010年年底共累计增油320t。2.2.2大冲程、小冲次的工作制度加大冲程s, 可以提高抽油泵的压缩比。降低冲次n, 随着冲次的降低, 泵腔内的压力变化速度就会减慢, 腔内从原油中分离出的溶解气和凝析气就会减少, 从而溶解气和凝析气所占泵腔体积就会减少, 即冲程损失大大减小。2011年4月百宝作业区所调参油井中的7口, 采取长冲程、小冲次的工作制度后, 液量和泵效都不同程度的得到提高。平均泵效提高12.4%, 单井日产油量提高0.5t/d。
(2) 减少余隙体积、最小防冲距生产
减小余隙体积。坐泵后, 要使游动阀与固定阀在冲程的下死点位置时尽可能接近而又不发生碰撞, 坐泵后上提防冲距要尽可能小, 从而提高抽油泵的压缩比。余隙比K越小, 泵充满系数n就越大。而K=VS/VP, 要使K越小, 可使VS尽可能小, 尽量增大柱塞冲程以提高VP。因此, 在柱塞不撞击固定阀的前提条件下, 尽量调小防冲距, 以减小余隙体积。
(3) 控制套气和油管气
对于套压高、受气体影响严重的油井或井组, 定期排放套管气或实施敞放套气措施, 这有利于油套环形空间井液中溶解气的分离, 降低进入泵腔前井液中的溶解气, 即降低了井液的油气比m。降低了井液的油气比m, 就可以提高泵效。在现场发现, 低液面、气体多的油井经常光杆发烫, 出现暂时性不出液, 有时发生气锁。我们重视放油管气的措施, 在平时的技术管理中, 要求工人发现光杆烫, 就及时排放油管气, 把油管气影响产量的因素降低到最小。
结论
经过研究和王南区生产实践, 可得出以下结论:
1.气体是影响抽油泵泵效的一大主要因素, 引起油井气体影响的主要原因是:气油比高, 油层脱气量大。
2.减少井筒气体的根本措施是加强注水, 补充地层能量, 减少脱气量;
3. 在日常生产中, 对于气特别大, 容易发生气锁的油井, 随检泵配套下入井下油气分离器、防气泵等防气工具;日常辅助采取放油管气、套管气、长冲程、小冲次、调小防冲距等综合防气措施。
4. 从防气原理、防气效果、经济效益以及能够长期有效使用, 减少受检泵更换泵的影响, 建议优先考虑下入井下油气分离器。
气体“刻刀”不温柔 篇11
谁是三氧化氮
大多数人也许对三氟化氮并不熟悉，但一定知道半导体和液晶电视。目前，三氟化氮主要用于电子行业的清洗和蚀刻。其中，浓度为15％～20％的三氟化氮被用于清洗液晶显示器：浓度为65％～70％的三氟化氮用于半导体的清洗和蚀刻。
1960年，三氟化氮作为一种实验火箭燃料首次得到应用。随后，它被用于美国星球大战导弹防御系统的化学激光。目前，三氟化氮在平板电视机和笔记本电脑的液晶显示器、半导体和人造钻石的生产过程中被大量使用。
在常温常压下，三氟化氮为无色、无臭、性质稳定的液化气体；沸点为129℃，熔点为206.8度。高纯三氟化氮几乎没有气味，它是一种热力学稳定的氧化剂，大约在350℃左右可分解成为二氟化氮和氟气，故其反应性质类似于氟。
三氟化氮也是一种有毒气体，人吸入该气体后会出现呼吸困难或呼吸停止。
作为一种强氧化剂，该气体受热或与火焰、电火花、有机物等接触能燃烧，甚至爆炸。它与易燃物(如苯)和可燃物(如糖、纤维素等)接触会发生剧烈反应，甚至引起燃烧。三氟化氮与还原剂能发生强烈的反应，引起燃烧爆炸。因此。生产、储存、运输、使用三氟化氮，必须格外小心。
三氟化氮是这样产生的
前面已经提过，高纯度三氟化氮是一种微电子工业中使用的特种气体，被称为高纯电子气体，这个家族还有六氟化硫、四氟化碳、三氟化氮、硅烷等。
作为微电子工业中一种优良的等离子蚀刻气体，三氟化氮可以在集成电路板上“蚀刻”出只有几十纳米的线槽，使电子产品的核心部件越做越小。这意味着，手机、电脑、MP3等各种数码产品将可能变得更加小巧玲珑。
不仅如此，对硅和氮化硅蚀刻，采用三氟化氮比四氟化碳和四氟化碳与氧气的混合气体有更高的蚀刻速率和选择性，而且对电路板表面无污染。
同时，三氟化氮还可以作为清洗剂。在生产液晶显示器的时候，由于周围环境中会有一些杂质，这些杂质用常规的办法很难清理干净，这时候三氟化氮就可以大显身手了，它能为液晶显示器的生产创造出近乎零污染的环境。
国外对三氟化氮的研究和生产应用比较早，伴随着20世纪电子工业的发展，三氟化氮本来已经度过了它的黄金时期。
但进入新世纪，随着全球半导体工业的迅猛发展，人们对三氟化氮的需求量急剧上升，世界主要生产商，如美国的空气产品和化学品公司、日本三井化学公司等又纷纷扩大了产能。
我国对三氟化氮的研究生产是从20世纪80年代开始的，最早仅仅应用于国防工业，产量很小，主要是自用。20世纪末，随着经济的发展，三氟化氮产业化的研究迅猛发展，以及电子工业用三氟化氮问世，生产线相继投产。其制造水平已与国外发达国家相当。
目前，三氟化氨这种人造化学物质在工业化生产中主要依靠两种办法产生：一是合成法，即将氟化氢铵在镍制反应器中加热，氟气、氮气和氨通过分布器进入反应器直接发生氟化反应生成三氟化氮：二是电解法，即在一定温度下，电解熔融氟化氢铵，在阳极产生三氟化氮。阴极产生氢气。
可怕的温室气体
虽然三氟化氮在当今的电子工业中不可或缺；但美国加利福尼亚大学环境学院主任迈克尔·普拉瑟发现，三氟化氮是一种相当可怕的温室气体。该气体在现阶段的年排放量虽然仅为4000吨，它对大气造成的污染却相当于6700万吨二氧化碳。
美国加州大学斯克里普斯海洋研究所的地球化学教授瑞尔·韦斯领导的研究团队发现，三氟化氮的温室效应是二氧化碳的1.7万倍。最近30年，三氟化氮在大气中的浓度增加了20倍。虽然在人类活动所产生的温室气体中，三氟化氮只占0.04％：但这种气体所占比例以每年11％的速度递增，至2010年，三氟化氮的排放量可能会达到8000吨，主要在生产液晶电视时排放。预计，随着平板电视机和液晶笔记本电脑需求量的增加，厂商会使用更多的三氟化氮。统计显示，仅我国台湾地区2006年对三氟化氮的需求量就达到1300吨左右。美国商业情报机构(GIA)的分析数据表明，到2012年，三氟化氮在亚太地区的需求量将达到1.95万吨，其中大部分用于半导体制造和液晶显示器行业。
最近几年。液晶电视机由于耗电量少于等离子和背投电视机，一直被宣传成最环保的产品，深受消费者欢迎，需求量一路攀升。与此同时，人们对三氟化氨等在液晶产品生产过程中的污染物监测工作却远远不够。
虽然使用、运输和配制三氟化氮过程中，只有大约2％的三氟化氮会排入大气：但问题的可怕性在于，三氟化氮拥有导致全球变暖的强大潜力。更糟糕的是，三氟化氮能够在大气中稳定存在580～740年，基本不能依靠生态循环来消除，因此它在大气中的总量会不断积累，由此造成的危害也会相应累积。这意味着，三氟化氮排放在不远的将来极有可能会变成非常严重的环境威胁。
在目前，人们还找不到成本低廉、对环境友好的化学物质来替代三氟化氮。东芝松下显示器、三星和LG选择使用氟来代替三氟化氮，理由是氟不会成为温室气体，而且，在大气中也无法存在。然而，氟的成本比较高，而且毒性很大。太阳能电池生产商则试图使用硅来代替三氟化氮，但是硅的成本也很高。
鉴于三氟化氮潜在的温室效应，2008年，《联合国气候变化框架公约》(UNFCC)将其添加到了需要进行监管的气体之列。但目前，《京都议定书》还没有对三氟化氮进行限制，部分原因是因为制定该条约时，三氟化氮在大气中的排放量非常有限。其不利影响还没有为人们充分认识。
以往，人们只把二氧化碳(CO2)当作温室效应的元凶，其实，除二氧化碳外，人们经常提到的温室气体还包括水汽(H2O)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化物(HFO、全氟化碳(PFC)、六氟化硫(SF6)等。对这几种气体的排放，《京都议定书》中都做了严格规定。
如今，温室气体家族恐怕要不得不加入三氟化氮了。
气体影响 篇12
关键词：气体钻井,钻井参数,钻压,井深
1绪论
由于钻压、扭矩及转速的变化会引起钻柱预应力的变化, 从而会对其振动特性产生一定的影响。根据常规气体钻井钻具组合钻井分析, 钻压和扭矩及转速对钻柱纵向和扭转振动固有频率没有影响, 只对钻柱的横向振动频率有一定的影响, 主要是钻压的影响[1]。
全井中钻柱的横向振动频率较低, 主要是因为中和点以上很少有引起剧烈振动的扰动因素, 在振动过程中, 存在能量的转化和损失, 底部钻具组合的剧烈振动在从数千米的井下向上传播过程中被抑制了。但是, 底部钻具组合的疲劳失效和钻柱的剧烈横振有着密切的关系[2,3,4], 横向振动会导致接头连接的螺纹加速疲劳而扭断, 钻头旋转引起早期钻头失效。因此, 必须进一步了解底部受压钻柱的横向振动规律, 采取必要的措施控制横向振动。
2计算模型
弹性杆在受压和受拉时的横向振动特性有所不同, 因此有必要研究钻柱中和点以下受压段钻柱的振动特性。中和点将钻柱分成两段, 上面一段在钻井液中的重量等于吊卡或大钩所悬吊的重量, 下面一段在钻井液中的重量等于钻压。中和点的位置可由下式计算[5]:
式中, Ln为中和点距井底的高度, m;W为钻压, N;qa为每米钻铤在气体中的重量, kg/m;kbo浮力系数。
实际上, 中和点的受力并不为零, 而承受着压力, 其大小可按下式计算:
式中, Fn为中和点上所承受的压力, N;Aτ为钻铤横截面积, m2;h为钻铤长度, m;rm为钻井液的相对密度, kg/m3;Ai为各段钻柱的横截面积, m2;hi为各段钻柱的长度, m。
3算例分析
3.1钻压的影响。计算钻压在40k N~180k N范围内中和点以下受压段钻柱的横向振动频率, 变化趋势见图1。
从图1中可以看出, 中和点以下受压段的钻柱横振频率随着钻压的增大而减小。从弦振的角度来看, 轴向拉力增大时, 横向振动频率增大, 振动传播速度快。但是当受压时, 由于轴向压力要消耗钻柱的动能, 减弱钻柱的振动的强度, 对钻柱振动有抑制作用。在气体钻井中由于采用的钻压相对较小, 这样必然导致下部受压段的压力较小, 同时上部受拉段的轴向拉力较大, 因此钻柱的上部受拉段和下部受压段的横向振动频率都较常规钻井液中大, 但是由于钻压较小, 钻柱不易失稳, 因此弯曲应力较小, 钻柱也不易疲劳破坏。但是, 如果钻具本身有初始缺陷或者由于其它因素 (如腐蚀、环空岩屑的喷沙切割、热应力等) 导致钻具产生初始裂纹, 则由于其振动频率很高, 很快就会产生疲劳断裂, 现场上经常发生气体钻井中钻柱突然发生疲劳断裂的现象。从图1还可以看到, 钻压超过160k N以后, 钻柱振动的各阶频率相对集中, 引起共振的可能性会增大, 所以在钻井过程中必须选择合适的钻压。
3.2井深的影响。为研究不同井深 (不同钻柱长度) 条件下, 钻柱振动的情况, 这里取纵向振动为例, 计算常规气体钻井钻具组合在不同井深条件下钻柱振动的频率及变化趋势, 分布趋势见图2。
从图2中可以明显看出, 各阶固有频率随井深的增加而显著减小, 说明了在浅井钻进中, 钻杆柱纵向振动的各阶固有频率的间隔较大, 因此各阶临界转速 (临界转速ncr=2πfcr, fcr为共振时的频率) 值也相差较大, 一定范围的转速变化不易引起共振;但是在深井钻进中 (>2000米) , 气体钻井常规钻具组合的各阶固有频率的间隔较小, 各阶临界转速值相对集中, 一定范围内的转速变化容易引起钻柱共振。这与实际深井钻进时转速的变化更易引起共振的现象比较吻合。
4结论
4.1基于上面的分析, 建议在气体钻井中如果钻遇坚硬地层, 可以采取适当加大钻压、降低转速的措施来降低钻柱的横振, 同时必须对入井钻具, 特别是底部钻铤严格探伤检查, 这样可以有效地避免钻具疲劳断裂失效。
4.2研究不同井深条件下钻柱振动的各阶固有频率值具有多方面的应用价值, 如在实际钻井过程中, 可以根据不同的井深合理选择转速的档位, 以避开与固有频率相对应的临界转速, 也可以通过改变钻具组合方式改变系统的振动频率分布, 如在合适的位置加减振器装置。
参考文献
[1]刘清友, 黄本生.牙轮钻头横向振动模型的建立及求解[J].钻井工程, 2001, 21 (4) :55-56.
[2]章杨烈, 肖载阳.钻柱的剧烈振动与控制[J].石油矿场机械, 1999, 28 (3) :6-10.
[3]高宝奎, 高德利.深井钻柱的横向振动浅论[J].石油钻采工艺, 1996, 18 (4) :8-13.
[4]韩春杰, 阎铁, 毕雪亮等.钻柱横向振动规律及应用[J].大庆石油学院学报, 2004, 28 (1) :14-16.