礦用二氧化碳防滅火裝置

概述：

  隨著我國煤礦礦井開采深度的增加，開采的煤層自燃性增強，地溫高，易自燃、高瓦斯礦井數(shù)量越來越多，自燃火災防治任務十分繁重，礦井采空區(qū)防滅火形勢十分嚴峻。因此防治礦井發(fā)火的問題已經(jīng)直接關(guān)系到煤炭的安全發(fā)展。

液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)作為新型的防滅火技術(shù)已經(jīng)逐漸為煤礦救援安全的有識之士關(guān)注并應用。

液態(tài)二氧化碳具有良好的降溫和惰化性能。但必須解決裝、運、灌注這三個環(huán)節(jié)的工藝安全技術(shù)問題。針對以上問題我公司成功研制出了代表國內(nèi)先進的安全可靠的技術(shù)及裝備，保證了液態(tài)二氧化碳井下灌注的順利進行。

《遼陽正陽機械設(shè)備制造有限公司》從2009年至今從事液態(tài)二氧化碳防滅火項目的研發(fā)及成熟應用已經(jīng)十一年了。公司現(xiàn)已研發(fā)出適合煤礦救援安全應用的液態(tài)二氧化碳降溫、防滅火九項zhuanli技術(shù)產(chǎn)品，并獲得國家第五屆安全生產(chǎn)科技成果二等獎。完善配套的技術(shù)和裝備適合煤礦各種現(xiàn)場條件下防滅火。現(xiàn)已采用液態(tài)二氧化碳防滅火裝備成功處理了多起煤礦火災事故，效果非常顯著。

      多年的實踐結(jié)果可以證明，液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)及裝備不僅用于滅火毋庸置疑，而且用于邊生產(chǎn)邊防治自然發(fā)火，更加行之有效。 完善的質(zhì)量保證體系及優(yōu)質(zhì)的服務，為煤礦安全提供了新的更加可靠的保障。

液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)的優(yōu)勢：

通過與國內(nèi)外常規(guī)防滅火技術(shù)和材料優(yōu)缺點的比較，以及將液態(tài)二氧化碳應用于煤礦礦井防滅火實踐的總結(jié)分析，足以證明液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)具備以下七大優(yōu)點。

①液態(tài)二氧化碳注入火區(qū)空間，會瞬間體積膨脹氣化，吸收大量的熱，使得火區(qū)溫度和氧氣濃度降低加快，降溫效果明顯。

②液態(tài)二氧化碳吸收熱量氣化后，可擴散充滿任何形狀的幾何空間，因而便于對礦井采空區(qū)深部、高冒窩等人們不便接近的地點進行滅火。

③ 符合國家節(jié)能減排的要求。液態(tài)二氧化碳主要是煤化工等化工廠產(chǎn)生的二氧化碳廢氣回收加工而成的副產(chǎn)品，不利用就會排放污染大氣。將其注入井下采空區(qū)，不僅可起到防滅火作用，同時利用煤體對其強吸附的特性，可使大多數(shù)二氧化碳留存于采空區(qū)。

④液態(tài)二氧化碳灌注火區(qū)后，能有效降低煤氧復合速度，迅速抑制燃燒，更有利于防止瓦斯、煤塵爆炸。

⑤負面損失少，不會損壞井下設(shè)備和井巷設(shè)施，因而滅火后的恢復工作，量少且容易。

⑥輸送便利。

⑦滅火用材成本低于其它滅火成本。

.液態(tài)二氧化碳防滅火核心技術(shù)：

用槽車直接灌注液態(tài)二氧化碳的安全隱患：1、管道灌注距離長液態(tài)二氧化碳壓力不足結(jié)成干冰堵塞管道導致管道爆裂；2、管道金相組織不確定一旦發(fā)生危險管道產(chǎn)生爆裂造成人員傷害；3、操作人員誤操作也會產(chǎn)生以上問題。

   二氧化碳是由碳原子和氧原子以1∶2組成的化合物，化學分子式為CO2。密度大約是空氣的1.53倍。二氧化碳的狀態(tài)可以以固體、液體或氣體狀態(tài)存在。在溫度為-56.6℃，壓力為0.417MPa時，在三態(tài)點之間。二氧化碳只有在溫度-56.6～31.1 ℃、壓力0.417～7.09MPa之間，才能以液體狀態(tài)存在。

    二氧化碳所處的相態(tài)不是絕對固定的，而是隨著壓力大小和溫度高低而變化。一旦壓力和溫度發(fā)生變化，其相態(tài)就會轉(zhuǎn)移，液態(tài)可能變?yōu)楣腆w干冰，亦可能氣化。為了有效地防止使液態(tài)二氧化碳在管路的流經(jīng)過程中被固化結(jié)冰，建立一套相對完善的工藝裝備系統(tǒng)，是解決防止固化的主要技術(shù)途徑。

礦用液態(tài)二氧化防滅火工藝裝備的安全應用：

【液態(tài)二氧化碳在防滅火過程中的灌注方式】

1.從井上打鉆孔下套管進行灌注

2.利用礦井現(xiàn)有管道進行灌注（如制氮機管道、壓風管道等）

3.通過小型轉(zhuǎn)儲罐將液態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)載至井下灌注點，直接在井下進行灌注

【液態(tài)二氧化碳防滅火裝備按照煤礦礦井灌注特點可分為兩種型式】

液態(tài)二氧化碳地面灌注防滅火裝備(滅火裝備)

裝備特點：流量大、速度快、輸送距離長。本裝備系統(tǒng)最大灌注量可達10000Nm3/h，標準灌注量3000Nm3/h，輸送距離6000米。

功能是：將液態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)換成氣體，然后經(jīng)管道輸送灌注于火區(qū)。（說明：將脈沖高壓轉(zhuǎn)換成適合穩(wěn)定壓力。減壓穩(wěn)壓）

裝備組成：依據(jù)煤礦的防滅火需求，本裝備由礦用大型液態(tài)二氧化碳儲罐、自熱式氣液轉(zhuǎn)換器、強熱式氣液轉(zhuǎn)換器、氣體壓力調(diào)控裝置、液態(tài)二氧化碳增壓裝置等部分組成，同時配有控制閥、安全閥、壓力表、溫度表、液位計等安全器件，并與井下防滅火管路連接，裝配成為礦用液態(tài)二氧化碳地面灌注防滅火裝備。

【基本系統(tǒng)各構(gòu)成設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征及功能】

①大型液態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)儲罐

功能和作用：將來自煤化工的液態(tài)二氧化碳儲存，并釋放液態(tài)二氧化碳至自熱式轉(zhuǎn)換器供其氣化之用。

   轉(zhuǎn)儲罐屬于壓力容器，須由具有資質(zhì)的單位設(shè)計和制作，產(chǎn)品質(zhì)量須達到相關(guān)的國家及行業(yè)標準要求。     

   依據(jù)煤礦的特殊條件，安全性，可靠性及功能要求，將本設(shè)備的內(nèi)部工藝管路進行了專項設(shè)計；使之更加適合煤礦井下灌注的要求。從而達到迅速滅火的目的。

【基本系統(tǒng)各構(gòu)成設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征及功能】

②自熱式氣液轉(zhuǎn)換器

功能：其主要作用為將轉(zhuǎn)儲罐所釋放的液體以自加熱方式轉(zhuǎn)化成為氣體并輸送至下一道工序。

二氧化碳屬于有害氣體，在釋放的過程中很容易由于工藝裝備的缺陷產(chǎn)生泄漏危及安全。由于煤礦特殊的環(huán)境要求，對其設(shè)計要求、制造環(huán)境、檢測手段要求極為嚴格、檢測設(shè)備要極為精良。我公司從德國引進先進的檢測設(shè)備，避免了設(shè)備在灌注當中發(fā)生泄漏，造成事故隱患。

【基本系統(tǒng)各構(gòu)成設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征及功能】

③強熱式輔助氣液轉(zhuǎn)換器

功能：以強制加熱方式將液態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)換成氣體，完成終極轉(zhuǎn)換。設(shè)備操作簡便實用。本設(shè)備的加熱系統(tǒng)和增壓系統(tǒng)已實現(xiàn)了控制智能化、自動化，不僅操作簡便，而且提高了裝備的安全性和可靠性。轉(zhuǎn)換器內(nèi)壓力、溫度和流量的智能化自動控制，達到了國內(nèi)一流水平。

④氣體壓力調(diào)控裝置

功能：將轉(zhuǎn)換器內(nèi)熱交換后的過高壓力的、脈沖狀態(tài)的氣體調(diào)節(jié)成為與井下管路系統(tǒng)匹配的合理壓力的、平穩(wěn)狀態(tài)的氣體，進行釋放和輸出，從而達到安全滅火的效果。

 氣體壓力調(diào)控裝置輸出壓力取決于井下防滅火管路的氣體流量和管路總阻力，按流量和阻力計算的管路所消耗的壓力與該裝置輸出壓力應當匹配，使之相等。其中，管路流量決定于用戶所需的液態(tài)二氧化碳氣量，而管路總阻力決定于管徑和管壁摩擦阻力及管路局部阻力。 

智 能 型 防 火 裝 備

液態(tài)二氧化碳經(jīng)轉(zhuǎn)儲、轉(zhuǎn)氣、調(diào)壓后，再通過地面鋪設(shè)至井下的合適管道將其注入井下火區(qū)或高溫點。達到抑制瓦斯、煤塵爆炸、防滅火的效果。灌注過程全部采用智能化自動控制型式并通過以太網(wǎng)傳輸?shù)接嬎銠C后臺系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測，并實現(xiàn)網(wǎng)絡發(fā)布。本zhuanli技術(shù)裝備代表著目前國內(nèi)液態(tài)二氧化碳防滅火先進的技術(shù)產(chǎn)品。

礦用直注式液態(tài)二氧化碳降溫防滅火裝置

裝備特點：本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，降溫效果好（輸送距離500米內(nèi)溫度可達到-25℃～-31℃）、輸送距離長（井下水平輸送距離可達1000米以上）、惰化效果好，操作簡單安全可靠。本裝備系統(tǒng)解決了為防止液態(tài)二氧化碳在釋放過程中，因為壓力降低形成固態(tài)堵塞管路的問題。

功能：將直注式液態(tài)二氧化碳儲罐的液體通過專用的輸送管道直接灌注于火區(qū)。使得液態(tài)二氧化碳在火區(qū)內(nèi)迅速膨脹降溫，達到既惰化又降溫的效果。

系統(tǒng)組成：液態(tài)二氧化碳直注轉(zhuǎn)儲罐、自增壓變送調(diào)控裝置、液態(tài)二氧化碳遠距離輸送裝置、適壓啟動裝置、耐高壓隔熱金屬軟管等。

②自增壓變送調(diào)裝置

作用1：在地面通過自增壓調(diào)控系統(tǒng)對直注式液態(tài)二氧化碳儲罐實施增壓，控制液態(tài)二氧化碳直注轉(zhuǎn)儲罐內(nèi)的釋放壓力，使得直注式液態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)儲罐內(nèi)的液體完全釋放干凈。本系統(tǒng)為自主研發(fā)zhuanli產(chǎn)品。

作用2：將大儲罐內(nèi)的液態(tài)二氧化碳快速轉(zhuǎn)送至直注式液態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)儲罐內(nèi)。實現(xiàn)裝備工藝流程完善。

③遠距離輸送裝置

針對壓力不足的直注式液態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)儲罐實施持續(xù)增壓，以保持液態(tài)二氧化碳直注轉(zhuǎn)儲罐內(nèi)的釋放壓力，延長液態(tài)二氧化碳流經(jīng)管道末端距離。本系統(tǒng)為自主研發(fā)zhuanli產(chǎn)品。

④無動力運輸工具(平板礦車)

無動力運輸工具(平板礦車)承載直注式轉(zhuǎn)儲罐，每一個儲液罐占一節(jié)礦車。

⑤耐高壓隔熱金屬軟管WGFDN40/PN3.0

彌補高壓膠管在低溫狀態(tài)下產(chǎn)生低溫脆裂，導致液態(tài)二氧化碳泄漏危及人身安全，給煤礦安全生產(chǎn)及救援帶來災害的隱患。

所以針對煤礦礦井防滅火特征獨家研發(fā)定制的金屬軟連接管路，以其獨特的加工手段，雙層內(nèi)襯結(jié)構(gòu)使得液態(tài)二氧化碳在灌注的過程中更加安全可靠。

液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)質(zhì)量管理安全應用：

二氧化碳屬于有害氣體，在釋放的過程中很容易由于工藝裝備、加工手段的缺欠及流經(jīng)管道的材質(zhì)、承受壓力和耐低溫能力的不足發(fā)生泄漏危及人身安全，給煤礦井下防滅火安全造成危害。   

液態(tài)二氧化碳用于煤礦防滅火中安全灌注技術(shù)的概述：

工藝裝備的安全保障尤為重要。液態(tài)二氧化碳屬于低溫液體，在液態(tài)釋放過程中，吸收大量的熱，發(fā)生設(shè)施凍裂。因此，在煤礦實施液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)，必須解決相應的裝備系統(tǒng)的有關(guān)安全技術(shù)問題。

液態(tài)二氧化碳工藝裝備產(chǎn)品質(zhì)量及安全的保障

1. 液態(tài)二氧化碳防滅火裝備的核心部件是鋼制壓力容器及承壓設(shè)備。遵照中華人民共和國國務院令第373號發(fā)布的《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》和國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督總局頒發(fā)的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》及相關(guān)技術(shù)法規(guī)的規(guī)定。保證產(chǎn)品質(zhì)量，確保設(shè)備在煤礦井下安全運行。

2.設(shè)計、工藝質(zhì)控系統(tǒng)的保障

3.材料質(zhì)控系統(tǒng)的保障

4.焊接質(zhì)控系統(tǒng)的保障

5.檢測質(zhì)控系統(tǒng)的保障

6.產(chǎn)品檢驗的保障

7.質(zhì)量保證體系與組織機構(gòu)的保障

通過對液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)的研究，我們克服了液態(tài)二氧化碳在裝、運、灌注這3個環(huán)節(jié)的技術(shù)難題，實現(xiàn)了液態(tài)二氧化碳在礦井的快速、安全運輸；壓力、溫度的持續(xù)性、灌注過程的高效穩(wěn)定；成功解決了灌注過程中管道結(jié)冰堵塞問題，保證了二氧化碳以液態(tài)或氣液結(jié)合形式注入火區(qū)。本技術(shù)的研制成功及順利實施，可有效的防治高地溫煤礦采空區(qū)煤自燃的發(fā)生和發(fā)展，有利保障了礦井的安全生產(chǎn)。

     本技術(shù)成果的成功實施，適應國家實施新一輪節(jié)能減排的號召，必將推動二氧化碳節(jié)能減排及防滅火技術(shù)應用的研究和發(fā)展，深入到一個嶄新的應用領(lǐng)域。這不僅可保障煤礦安全開采，而且對煤化工產(chǎn)生的二氧化碳廢氣的治理及豐富和完善易燃礦井防滅火技術(shù)保障體系具有較大的促進和示范作用。隨著煤化工產(chǎn)業(yè)在全國的蓬勃興起，二氧化碳減排凈化及防滅火應用在全國范圍將有廣闊的推廣應用前景。