CN102937033A - 矿用高效注氮防灭火系统 - Google Patents

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本发明公开了一种矿用高效注氮防灭火系统，该系统包括制冷机，制冷机的入口、液体入口和三通阀门的下端相连通，制冷机的出口通过阻化液管与雾化喷嘴的液体入口相连，三通阀门的入口与气体入口相连通，三通阀门的出口通过氮气管与雾化喷嘴的气体入口相连通，氮气管上连接有气体调压阀、气体流量计和气体压力表；雾化喷嘴与注氮管后端相连可以直接利用矿井现有的氮气管路、输水管路。占据空间小，可灵活移动，操作简单。能连续工作，并具有降温、惰化、阻化、雾化多重作用。能够将低温雾化氮气高效输送至防灭火区域深部，突破了常温氮气易随风逸散、降温效果有限、灭火周期长的技术瓶颈，具有广泛实用性。适用于煤矿井下防灭火。

Description

矿用高效注氮防灭火系统
技术领域
本发明涉及一种适用于煤矿井下的注氮防灭火装置。
背景技术
矿井火灾给煤矿安全生产造成很大威胁，为防治矿井火灾，从20世纪70年代开始，国内外广泛采用氮气防灭火技术。将氮气注入拟处理区，在氮气自身扩散及漏风压力的共同作用下，氮气分子弥散在破碎煤体周围，减少煤体周围氧气含量，延长煤体氧化周期，从而起到稀释氧气，惰化煤体，抑制燃烧的作用。氮气防灭火技术的应用日益普遍，然而氮气容易随风逸散，不能起到长期防灭火的作用，常温氮气虽能抑制火灾，但降温效果有限，灭火周期长。80年代开始，细水雾作为一种矿井防灭火技术受到国内外的广泛关注，细水雾具有环保、高效、耗水量小、防灭火效率高等优点，既可用于防火防爆，又可用于降温。但是总体上来看，细水雾在矿井防灭火方面的应用主要限制在巷道外因火灾或内因火灾的浅层，不能深入火区内部充分发挥细水雾的降温吸热作用。有人研究了一种氮气细水雾发生装置，利用氮气的惰化功能和细水雾的吸热降温功能进行矿井防灭火工作，然而，这种装置并不能将氮气细水雾长距离输送至拟处理区深处，细水雾随漏风流快速蒸发散失其降温效果依然有限。
徐俊，陆伟，王正辉：细水雾抑制煤矿巷道火灾的试验和模拟[J]， 煤炭科学技术，2008，36(12): 37-39。
王德明，任万兴，韩方伟：一种矿用氮气细水雾发生装置[P]，申请号：201010243627.1。
发明内容
为了克服已有的氮气防灭火装置或细水雾装置不能深入火区内部充分发挥细水雾的降温吸热作用的不足，本发明提供一种矿用高效注氮防灭火系统，该系统注氮防灭火效率高，具有降温、惰化、阻化、雾化多重作用，能够将雾化氮气送入火区深部。
本发明的技术方案是：该矿用高效注氮防灭火系统包括制冷机、阻化液管和氮气管，制冷机的入口、液体入口和三通阀门的下端相连通，制冷机的出口通过阻化液管与雾化喷嘴的液体入口相连，阻化液管上连接有液体调压阀、液体流量计和液体压力表；三通阀门的入口与气体入口相连通，三通阀门的出口通过氮气管与雾化喷嘴的气体入口相连通，氮气管上连接有气体调压阀、气体流量计和气体压力表；雾化喷嘴与注氮管后端相连。
以所述的雾化喷嘴轴心为圆心，以雾化喷嘴半径的1/2~7/8为半径，在雾化喷嘴体上均匀布置有不少于6个的导气孔，导气孔连通雾化喷嘴内气体通道和外界，导气孔半径由中间向内外逐渐变大，导气孔内表面呈双曲面形，雾化喷嘴边缘有螺纹与注氮管相吻合。
所述的阻化液管内阻化液为质量浓度10~30%的MgCl2、CaCl2、NaCl无机盐类的阻化剂水溶液。
本发明的优点：可以直接利用矿井现有的氮气管路、输水管路。占据空间小，可灵活移动，操作简单。能连续工作，并具有降温、惰化、阻化、雾化多重作用。能够将低温雾化氮气高效输送至防灭火区域深部，突破了常温氮气易随风逸散、降温效果有限、灭火周期长的技术瓶颈，具有广泛实用性。其有益效果具体如下：
（1）阻化液经制冷机降温、液体调压阀控压后进入雾化喷嘴液体入口，同时氮气由气体调压阀控压后进入雾化喷嘴气体入口，经雾化喷嘴雾化后，低温阻化液被分隔成粒径10~103μm的液滴悬浮在低温氮气气流中，形成低温气雾阻化液；
（2）由导气孔进入注氮管内的氮气可消除喷雾口周围的涡漩区，减小低温雾化氮气的能量损失；同时，导气孔进入的氮气在注氮管内表面附近形成一层氮气屏障，减小细水雾的附壁凝结作用，有利于低温雾化氮气的长距离输送；
（3）雾化喷嘴边缘有螺纹，并可与注氮管相吻合，便于安装的同时可防止外界空气进入注氮管，保证送入防灭火区域的雾化氮气不含外界氧气；
（4）低温气雾阻化液被注入到防灭火区域，可以降低煤体的温度，起到吸热降温的作用，同时气雾阻化液可以增加漏风风流及煤体中的水分，减小煤体表面水分的蒸发速度；
（5）气雾阻化液以氮气为载体飘移到防灭火区域，阻化剂覆盖在煤体表面，形成隔氧液膜，减缓煤体的氧化，尤其针对比表面积大、最易氧化升温的细微煤粒，当阻化剂逐渐沉降吸附于煤粒表面，即可充分发挥阻化剂惰化煤体，长期延缓煤体氧化的作用；
（6）低温氮气则大面积逸散在防灭火区域，起到稀释氧气，降低煤温，惰化煤体，抑制燃烧的作用；
（7）高效注氮工作结束后，利用氮气管上的三通阀门改变氮气流向，可将注氮箱体及雾化喷嘴内残余的阻化液冲洗干净，防止无机盐类阻化液腐蚀设备。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的整体结构示意图。
图2是图1中的雾化喷嘴结构示意图。
图3是沿图2中的A-A’线的剖面图。
图中：1.注氮箱体，2.制冷机，3.阻化液管，4.氮气管，5.雾化喷嘴，5-1.雾化喷嘴的液体入口，5-2.雾化喷嘴的气体入口，5-3.液体通道，5-4.气体通道，5-5.喷液孔，5-6.喷气孔，5-7.导气孔，5-8.空气帽，5-9.喷雾口，5-10.螺纹，5-11.螺帽，6.注氮管，7.三通阀门，8-1.液体调压阀，8-2.气体调压阀，9-1.液体流量计，9-2.气体流量计，10-1.液体压力表，10-2.气体压力表，11-1.液体入口，11-2.气体入口，11-3.液体出口，11-4.气体出口。
具体实施方式
在图1中，制冷机2的入口、液体入口11-1和三通阀门7的下端相连通，制冷机2的出口通过阻化液管3与雾化喷嘴5的液体入口5-1相连，阻化液管3上连接有液体调压阀8-1、液体流量计9-1和液体压力表10-1。三通阀门7的入口与气体入口11-2相连通，三通阀门7的出口通过氮气管4与雾化喷嘴的气体入口5-2相连通，氮气管4上连接有气体调压阀8-2、气体流量计9-2和气体压力表10-2；雾化喷嘴5与注氮管6后端相连。
所述的阻化液管3内的阻化液为质量浓度10~30%的MgCl2、CaCl2、NaCl无机盐类的阻化剂水溶液。
阻化液管3从液体入口11-1进入注氮箱体1从液体出口11-3出去，氮气管4从气体入口11-2进入注氮箱体1从气体出口11-4出去。制冷机2、阻化液管3、氮气管4、三通阀门7、液体调压阀8-1、气体调压阀8-2、液体流量计9-1、气体流量计9-2、液体压力表10-1、气体压力表10-2均安设在注氮箱体1内。阻化液管3依次连接制冷机2、液体调压阀8-1、液体流量计9-1、液体压力表10-1和雾化喷嘴液体入口5-1，氮气管4依次连接三通阀门7、气体调压阀8-2、气体流量计9-2、气体压力表10-2和雾化喷嘴气体入口5-2，雾化喷嘴5连接注氮管6，注氮管6通往防灭火区域。
在图2和图3中，以雾化喷嘴5轴心为圆心，以雾化喷嘴5半径的1/2~7/8为半径，在所述的雾化喷嘴5体上均匀布置有不少于6个的导气孔5-7，导气孔5-7连通雾化喷嘴5内气体通道和外界，导气孔5-7半径由中间向内外逐渐变大，导气孔5-7内表面呈双曲面形。所述的雾化喷嘴5边缘有螺纹5-10与注氮管6相吻合。
雾化喷嘴液体入口5-1连通液体通道5-3，液体通道5-3连通喷液孔5-5，雾化喷嘴气体入口5-2连通气体通道5-4，气体通道5-4连通喷气孔5-6及导气孔5-7，空气帽5-8用螺帽5-11固定，空气帽5-8中心设置有喷雾口5-9，雾化喷嘴5通过边缘的螺纹5-10安装在注氮管6入口处，并密封注氮管6。
防灭火实施过程中，制冷机2选用防爆型制冷机，阻化液根据具体防灭火矿井煤的氧化特性选用质量浓度10~30%的MgCl2、CaCl2、NaCl等无机盐类一种或多种混合的阻化剂水溶液。阻化液通过阻化液管3进入注氮箱体1，经制冷机2降温至-10~0℃，液体调压阀8-1控压后进入雾化喷嘴液体入口5-1，同时氮气通过氮气管4，由气体调压阀8-2控压后进入雾化喷嘴气体入口5-2。低温阻化液由液体通道5-3进入喷液口5-5，液流静压转变成速压，速度达到或超过声速喷入空气帽5-8内，同时一部分的氮气从喷气孔5-6进入空气帽5-8，低温阻化液在空气帽5-8内与氮气混合，从喷雾口5-9喷射出迅速膨胀、破碎，形成成粒径10~103μm的液滴，并沿注氮管6通往防灭火区域。喷雾口5-9喷射出的高速雾化氮气会使得喷雾口5-9周围形成涡漩区，同时雾化氮气易与注氮管6内壁接触而引起细水雾的附壁凝结，涡漩和附壁凝结都会减弱雾化氮气的有效输送，此时，另一部分氮气进入连通雾化喷嘴5内气体通道5-4和注氮管6的导气孔5-7，由于导气孔5-7孔半径由中间向内外逐渐变大，内表面呈双曲面形，这部分氮气很容易进入导气孔5-7并以较大的喷射角度喷射出，冲击喷雾口5-9喷射低温雾化氮气时所形成的涡漩，并沿着注氮管6内壁前进形成一层氮气屏障，可减少低温雾化氮气与注氮管6内壁之间的接触。减小了涡漩区能量损失和沿程附壁凝结损失的低温雾化氮气可长距离输送至防灭火区域深部。雾化喷嘴5与注氮管6之间已通过螺纹5-10密封，可保证送入防灭火区域的雾化氮气不含外界氧气。
液体流量计9-1和气体流量计9-2用于观测实施过程中阻化液和氮气流量。
注氮箱体1上可安设有多对液体出口11-3和气体出口11-4供多路注氮管6同时实施高效注氮防灭火，本实施例中安装有2对。
因无机盐阻化液对管路有腐蚀作用，防灭火实施后，在井下用水不便的条件下，通过三通阀门7将氮气导向阻化液管3，可将注氮箱体1及雾化喷嘴5内残余的阻化液冲洗干净，防止腐蚀设备

Claims (3)

1.一种矿用高效注氮防灭火系统，该矿用高效注氮防灭火系统包括制冷机、阻化液管和氮气管，其特征在于：制冷机的入口、液体入口和三通阀门的下端相连通，制冷机的出口通过阻化液管与雾化喷嘴的液体入口相连，阻化液管上连接有液体调压阀、液体流量计和液体压力表；三通阀门的入口与气体入口相连通，三通阀门的出口通过氮气管与雾化喷嘴的气体入口相连通，氮气管上连接有气体调压阀、气体流量计和气体压力表；雾化喷嘴与注氮管后端相连。
2.根据权利要求1所述的矿用高效注氮防灭火系统，其特征在于：以雾化喷嘴轴心为圆心，以雾化喷嘴半径的1/2~7/8为半径，在雾化喷嘴体上均匀布置有不少于6个的导气孔，导气孔连通雾化喷嘴内气体通道和外界，导气孔半径由中间向内外逐渐变大，导气孔内表面呈双曲面形，雾化喷嘴边缘有螺纹与注氮管相吻合。
3.根据权利要求1所述的矿用高效注氮防灭火系统，其特征在于：阻化液管内阻化液为质量浓度10~30%的MgCl2、CaCl2、NaCl无机盐类的阻化剂水溶液。
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