基于LiOH净化密封舱空气检测系统设计

密封的工作环境与大气隔绝,工作人员呼吸和机器运转时刻会产生CO₂等有害气体。目前处理CO₂的方式主要是通过其与LiOH反应进行吸收,但LiOH反应会伴随粉尘的产生、温度与湿度的升高,同样不利于人的生存。因此,针对完全密封的空间时刻产生的CO₂、LiOH吸收CO₂产生的粉尘以及空间温湿度等数据,设计了一套能够实时检测空气净化效果的系统。该系统以西门子200SMART作为控制核心,对密封舱数据进行处理;以威纶通触摸屏作为人机交互界面,为工作人员提供实时舱内数据,增强了检测系统的可靠性。     

基于光声光谱法的变压器油中溶解气体在线检测技术

油中溶解气体对变压器早期潜伏性故障的诊断具有重要作用。为了实时监测变压器油中多组分故障特征气体，研制了基于光声光谱法的单光声池多组分气体分析仪。通过对光源发生装置、免污染差分式光声池、高灵敏度声电转换器、滤光器和相敏检波电路设计，实现了单光路多组分气体的分时检测。实验结果表明，设备整体参数满足电力行业标准DL/T 1498.2-2016中变压器油中溶解气体在线监测装置对各种待测气体的最小检测限要求，能够准确可靠检测出变压器运行过程中因放电和过热产生的CO、CO₂、CH₄、C₂H₄、C₂H₆、C₂H₂等气体浓度，进而减少故障误判率。     

带喷射器的跨临界CO2热泵系统性能分析

为了提升跨临界CO₂热泵系统的性能,利用喷射器替代节流阀植入系统中,在保证喷射器效率的前提下,对系统中各参数之间的相互影响进行了分析,通过建立SEC系统的热力学模型,分析了气冷器CO₂出口温度、排气压力、蒸发温度等参数对系统制热系数COPh的影响。结果表明：气冷器CO₂出口温度是决定常规系统引入喷射器是否有益的关键,随着排气压力(7～10 MPa)变化,气冷器CO₂出口温度(30～55℃)存在一转换温度,只有当出口温度小于转换温度时才有助于提升COPh。同时为了保证系统的安全与运转正常,气冷器CO₂出口温度在低于安全值(57℃)的前提下,还应不超过其转换温度。本文进一步研究了增加回热器对提升SEC的热力性能的效果,结果表明,在气冷器CO₂出口温度大于31℃时在SEC系统中加入回热器可以有效提升热泵系统的制热性能。     

直热式空气源CO2热泵热水器系统运行特性试验研究

设计了一种直热式空气源CO₂热泵热水器系统,利用试验研究的方法研究了环境温度、气冷器冷却水入水温度及流量对系统性能的影响。试验结果表明:设计的空气源CO₂热泵热水器系统,其系统能效系数(COP_h)基本达到了国家标准;环境温度、气冷器冷却水入水温度以及流量对系统COP_h、系统制热量以及气冷器出水温度的影响显著。通过调节热泵热水器系统低温热源温度、气冷器冷却水入水温度及流量,可改善系统COP_h,提高系统制热量以及气冷器出水温度。     

封堵井水泥石在CO2湿相环境下的腐蚀规律研究

为探讨不同湿相环境对油井水泥石在CO₂埋存条件下腐蚀的影响机理和规律，采用了试样表观分析、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和物理分析等方法，测定了两种不同配比的水泥石在超临界CO₂气相和液相环境下的表观特征、腐蚀深度、抗压强度、渗透性、微观形貌等变化，并对比分析了气相CO₂和液相CO₂两种暴露条件下对水泥石腐蚀过程的影响。结果发现，水泥石在腐蚀过程中由外向内出现了淋滤脱钙层、碳化层、氢氧化钙溶解层和未腐蚀层等4个区域；两种水泥石在处于超临界CO₂的两相状态下，随着暴露时间的延长，其抗压强度显著下降，腐蚀深度、渗透率、孔隙结构都有不同程度的增加，且在液相CO₂环境下水泥石试样腐蚀更为严重；液相CO₂环境下高矿化度地层水的协同作用会增加CaCO₃的溶解度，增强浸出效果，加剧了CO₂对水泥的侵蚀。从而揭示了湿相环境对油井水泥石在二氧化碳埋存条件下耐久性能影响机理和规律，并为油井水泥腐蚀提供了参...     

超临界CO2注气压缩机的设计

CO₂注气压缩机是CO₂-EOR工艺的关键设备之一，超临界CO₂驱替工艺要求其将气体从低压气态压缩至高压超临界态，其运行安全可靠性至关重要。由于CO₂在近临界点物性的突变，超临界CO₂注气压缩机的设计与运行存在其特殊性。应用PR方程计算了混合气体在宽温度、压力范围内的压缩因子，分析了其在近临界点的分布规律，指出了气缸内压缩过程中不适宜存在的压力-温度工况范围，划定了超临界CO₂注气压缩机的“非设计区”工况，并提出了回避“非设计区”的手段与方法。     

空调送风速度对客舱环境影响的模拟及优化

客舱内的热舒适性和空气品质对乘客的健康和舒适有重要的影响,采用计算机流体力学(CFD)技术建立A320头等舱内环境的三维模型,对夏季工况下的客舱内流场进行仿真,分析桥载空调不同的送风速度对客舱CO₂浓度场、空气龄以及热舒适性的影响。以CO₂浓度和空气龄反映客舱内空气品质,PMV-PPD作为客舱内热舒适评价依据。通过构建最优函数,得到CO₂浓度、空气龄和PMV-PPD与送风速度的函数关系,得到最优的送风速度,为桥载空调的控制及调节提供参考。     

超临界CO2气冷器内火积耗散分析

为了分析火积耗散在气冷器内分布情况及影响，利用CFD数值模拟技术建立直管套管式气冷器模型，对超临界CO₂套管式气冷器内CO₂与冷却水之间的热量传递过程进行数值模拟研究。通过改变操作压力、温度、质量流量等参数进行计算，分析火积耗散沿管长分布情况，研究温度、质量流量、压力的变化对套管式气冷器火积耗散的影响。结果表明：随着CO₂进口温度升高，火积耗散增大，但冷却水温度的改变对火积耗散影响小，可忽略不计；随着冷却水质量流量的增大，火积耗散减小，火积耗散在CO₂入口相对于在套管气冷器其他位置处，数值最大。相较于冷却水质量流量0.03 kg/s，冷却水质量流量为0.04 kg/s时，火积耗散减小了2.6%，冷却水质量流量为0.05 kg/s时，火积耗散减小了3.2%；随着CO₂质量流量增大，火积耗散增大；且随着压力的增大，火积耗散减小。研究结果可以为改进CO₂气冷器的结构和提高换热性能提供新的思路和参考依据。     

20钢在油气田中CO2与H2S共存环境下的腐蚀行为及机理

利用高温高压动态反应釜模拟油气田CO₂和H₂S共存环境的实际工况,通过腐蚀试验分析了20钢在不同CO₂分压(0.01,0.05,0.21,0.50 MPa)和H₂S分压(0.000 3,0.003,0.01,0.05 MPa)下的腐蚀行为以及CO₂和H₂S分压对均匀腐蚀和点蚀的影响程度。结果表明：在H₂S分压为0.003 MPa条件下,当CO₂分压为0.01,0.05 MPa时,20钢主要发生均匀腐蚀,随着CO₂分压的继续增大,点蚀越来越严重;在CO₂分压为0.05 MPa条件下,当H₂S分压为0.000 3 MPa时,20钢表面腐蚀轻微,随着H₂S分压的增大,腐蚀加剧,但仍主要发生均匀腐蚀;H₂S和CO₂分压对20钢的均匀腐蚀速率和点蚀速率均具有十分显著的影响,H₂     

分析温室气体及CO2碳同位素比值的傅里叶变换红外光谱仪

改进了傅里叶变换红外分析仪（FTIR）的硬件设计以实现温室气体及CO₂碳同位素比值的多组分、高精度、连续自动测量。首先,对FTIR分析仪测量系统进行了设计和理论分析,引入了温度和压力监控系统以及全密封气路干燥系统。然后,讨论了光谱的定量分析过程。最后,设计了标准气体对比测量实验。实验结果表明：分析仪测量CH₄,CO,CO₂和δ¹³CO₂值的标准偏差分别为0.01×10^-6,0.011×10^-6,0.239×10^-6和0.572‰,与常规FTIR测量系统相比,其检测的标准不确定度分别提高了6.3,8.45,10.54和14.73倍,其系统误差分别提高了2.88,1.93,4.67和4.66倍;对比分析仪与同位素质谱仪对δ¹³CO₂值的测量结果,标准偏差分别为0.572‰和0.171‰,二者测量的标准不确定度相近。所设计的温室气体及CO₂碳同位素比值FTIR分析仪能够满足多组分、高精度、连续自动测量的需要。     

温度对S135钢和G105钢在CO2/H2S共存体系中腐蚀行为的影响

在气体分压分别为20,0.1 MPa的CO₂/H₂S共存模拟油田地层水中，利用高温高压釜在不同温度(室温、100℃、180℃)下对S135钢和G105钢进行腐蚀试验，研究了温度对2种钢腐蚀行为的影响。结果表明：100℃下S135钢和G105钢的腐蚀速率最大，分别为0.846 3 mm·a^-1和0.850 0 mm·a^-1,180℃下的腐蚀速率最小，分别为0.229 1 mm·a^-1和0.230 9 mm·a^-1;100℃下钢表面腐蚀产物主要为FeCO₃和FeS,此温度下CO₂为腐蚀主控因素，室温和180℃下的腐蚀产物主要为FeS,H₂S为腐蚀主控因素。     

基于专利分布的CO2活塞压缩机市场分析

为了明确国内外CO₂制冷技术在活塞压缩机中的应用及市场，使用SooPAT数据库检索了包括CO₂制冷剂在内的活塞压缩机世界专利申请，从专利申请及授权的趋势、专利申请区域分布、技术分布和主要申请人等方面全景分析，同时，罗列了CO₂活塞压缩机的主要竞争对手。研究结果表明，专利分布主要集中在企业，这种分布形式不仅表明高校及科研机构专利申请产业化率低，还将挤压国内压缩机技术的发展空间；在CO₂制冷技术上，国内与国外差距较大，德国在技术和市场上占据绝对优势，国内需要在“碳中和”阶段突破CO₂制冷难关，研发出更具性价比和可靠性的CO₂压缩机。     

变换单元洗氨塔腐蚀与防护探讨

为解决煤制氢装置变换单元变换气洗氨塔内壁及塔盘存在严重腐蚀的问题，在对部分生产企业腐蚀调研和文献调研的基础上，探讨腐蚀机理及其影响因素，确认变换气洗氨塔腐蚀属于CO₂与H₂S共同存在下的腐蚀，腐蚀的发生与H₂S浓度、CO₂分压、pH等因素相关。在变换气洗氨塔操作条件下，变换气中的氨被洗涤水吸附后，CO₂破坏了不锈钢钝化层，形成腐蚀产物保护膜，低H₂S含量可破坏腐蚀产物膜导致腐蚀加剧；随着H₂S含量增加，生成的FeS和FeS_1-x逐渐转化为FeS保护膜减缓腐蚀；当变换气中H₂S含量大于临界值，在不锈钢表面形成完整的硫化物钝化膜，从而保护金属。工业实际应用表明，变换气中硫化氢浓度为不低于5 335μg/g,相应体积浓度不低于0.35%时，变换气洗氨塔腐蚀轻微。在此基础上，对变换气洗氨塔提出了材质升级、H₂S浓度调整等方面的防腐改进措施。     

商超两级节流跨临界CO2制冷系统性能分析

针对跨临界CO₂制冷系统在炎热地区性能不佳的问题，构建了带有内部热交换器、使用并行压缩和机械过冷的3种改进的CO₂制冷系统热力学模型，对包括基本两级节流CO₂制冷系统在内的4种系统构型的运行特性进行了优化和分析，并基于中国典型城市气象参数，对系统的季节和全年性能进行评估，并进行碳排放相关计算。结果表明，带有内部热交换器的系统在环境温度为7.0～14.0℃时性能提升最显著；当环境温度大于14.0℃时，机械过冷系统的性能提升效果最明显。在气候炎热地区使用时全年性能系数偏低，采用改进的CO₂制冷系统可显著改善炎热地区使用时的系统性能，其中机械过冷系统的改善效果最明显，全年性能系数最高提升18.7%，全年能耗降低19.3%，在厦门地区使用机械过冷系统可减少碳排放19.3%。     

锌电解整流变压器循环冷却水软化净化方案的研究

将锌冶炼厂的锌电解车间的整流变压器的冷却方式改为“油-水”循环方式,可提高产能。在水循环换热的过程中,由于水中含有Ca²⁺和Mg²⁺等,加之敞开式的冷却塔形式,循环水存在蒸发和风吹等现象,使得Ca²⁺和Mg²⁺等离子浓度增大。当增大的离子浓度超过其溶解度时,容易析出形成水垢。文章对冷却水循环系统进行改造设计,在循环系统加入旁路软化系统,首先利用Ca(OH)₂与Ca²⁺和Mg²⁺等离子发生化学反应生成Ca CO₃和Mg(OH)₂,其次利用Na₂CO₃与永硬度和负硬度盐发生反应生成Ca CO₃和Mg CO₃等难溶于水的化合物,再次经过析出、沉淀和过滤去除Ca²⁺和Mg²⁺,最后用活性炭吸附进一步净化,滤除微小悬浮颗粒。旁路软化系统的加入,使循环水充分软化和洁净,减少...     

便携自吸式CO2浓度检测仪的硬件设计

文章阐述了便携自吸式CO₂检测仪的硬件实现方法与原理,设计了一种便携自吸式CO₂浓度的检测仪,其具备检测光照度、温度和湿度的功能。该检测仪便携、自带电源、低能耗、易使用、检测数据可上云平台,可实时保存所检测的数据,替代人工记录,可远程查询数据。该检测仪可应用于温室大棚、室内种植及养殖等场合,适用不同高度或者深度范围的检测,特别可应用于空间狭小不易安装CO₂传感器的场合。     

保护地CO2施肥技术及增产效果

根据试验监测,当前保护地空间的CO₂亏缺相当严重,成为制约保护地产量的主要因素。通过试验,介绍了CO₂气肥的制作、施用技术和增产效果,以及注意事项。     

采用汽油与甲醇燃料的C级车CO2排放对比分析

随着我国社会与经济的进步与发展及汽车保有量的不断增加,能源与环境等诸多问题日趋严峻。结合我国近几年CO₂排放量的变化趋势,本文简要分析了采用甲醇燃料和传统汽油燃料对碳排放的影响。结果显示:研究用某C级车消耗1L/100km甲醇燃料,产生尾气中CO₂为10.9g/km,消耗1L/100km汽油,产生尾气中CO₂为23g/km。相对于传统燃油汽车,合理优化车用能源结构对实现节能减排,降低大气中CO₂具有十分重要的意义。     

煤矿井下采空区有毒有害气体实时在线监测系统的研究与实现

由于开采技术有限，很多老旧煤矿采空区存在大量有毒有害气体。针对以上问题，对煤矿井下采空区内遗煤赋存的复杂情况实地调研后，分析采空区有毒有害气体对该煤层复采带来的安全隐患。以某老窑为研究对象，在矿井已有光环网络的基础上，设计基于CAN总线的有毒有害气体实时在线监测系统，通过气体传感器对煤矿采空区的有毒有害气体(CO、CH₄、C₂H₄、O₂等)进行实时采集，光纤温度传感器实时监测井下温度；基于MCGS组态的上位机远程监控井下状态，搭建工业网关上传数据到煤矿的光环网，实现系统能够在井上监控室即可实时监测井下状态，并对井下有毒有害气体和煤炭自燃预警的功能。系统采集数据与人工采集数据比对结果表明：二者采集数据变化规律一致，数据误差小于5%。井下为期半年的实际运行证明了该系统能够及时反馈井下有毒有害气体和温度异常，实现提前预警的功效，为井下遗煤复采提供有力保障。     

基于 MEMS 的量热式传感器气体流量测量的模型研究

气体流量测量广泛应用于呼吸监测、管道运输等领域。本研究细致分析了MEMS量热式传感器温度一维分布模型中的热边界层参数,进行了相应的经验修正。并且在温度一维分布模型的基础上,针对具有两对上下游测温电阻芯片结构的MEMS量热式传感器,提出了一种新的传感器输出电压关于气体流量的半修正理论模型。该理论模型能够适用于不同类型的单介质气体。同时,开展了N₂、CO₂流量测量实验,与理论模型进行对比,证明所提出的理论模型可以正确预测不同气体介质的流量,其中针对CO₂测量介质的均方根误差为0.15%。此外,结合理论分析,提出了一种高精度,拟合形式简单、针对确定气体适用性更好的测量模型,其中针对CO₂测量介质的均方根误差为0.05%。