CN103089290B - 自增压式液态二氧化碳低温储罐灭火装备 - Google Patents

Abstract

本发明为一种自增压式液态二氧化碳低温储罐灭火装备，解决了现有二氧化碳灭火装备存在液态二氧化碳在管路输送中容易气化、冻结堵塞和排放缓慢的问题。该装备包括储液罐、增压器、主气相管路、主液相管路、分管路及相应控制阀，储液罐上的加压管路和第一出液管路与分管路连接，增压器的一端和第一出液管路连接、另一端和主气相管路连接，主气相管路和主液相管路分别和分管路连接，各管路上设有相应阀门。本发明设计合理、结构简单、操作方便、安全可靠、实用性强、灭火迅速且效果好，增压器的加入很好的解决了液态二氧化在管路输送中易气化、易堵塞和排放缓慢的技术难题，为获得最佳灭火效果提供了可靠的技术保障，值得推广使用。

Description

自增压式液态二氧化碳低温储罐灭火装备

技术领域

本发明涉及一种煤矿井下的灭火装备，具体是一种自增压式液态二氧化碳低温储罐灭火装备。

背景技术

目前用于煤矿井下的液态二氧化碳灭火装备较简陋，功能不完善，致使现有灭火装备在使用过程中遇到如下问题：1）灭火管路容易被冻结堵塞，致使灭火工作不能正常进行；2）部分液态二氧化碳在灭火管路的运输途中提前气化，失去降温能力，影响灭火效果；3）储液罐的液态二氧化碳排放处于自然释放状态，排放速度缓慢，影响灭火进度。上述问题严重影响着井下的灭火进度和灭火效果，不符合煤矿应急救援灭火装备的要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中遇到的问题，而提供了一种自增压式液态二氧化碳低温储罐灭火装备。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种自增压式液态二氧化碳低温储罐灭火装备，包括储液罐，储液罐配装有增压器、主气相管路、主液相管路、分管路和相应控制阀；储液罐的一侧封盖的顶部设有与储液罐内部空间连接相通的加压管路、底部设有分别与储液罐内部空间连接相通的第一出液管路和第二出液管路，加压管路上安装有第一加压气相阀、第一出液管路上安装有第一液相输出阀、第二出液管路上安装有第二液相输出阀；加压管路和第一出液管路的出口端分别与分管路连接相通、第二出液管路的出口端与增压器的增压器进口连接相通；分管路的一端端口与主气相管路的一段端口连接相通、主气相管路的另一端端口与增压器的增压器出口连接相通，分管路的另一端端口与主液相管路的一端端口连接相通、主液相管路的另一端端口用于与灭火管路连接相通；分管路上位于连接加压管路和第一出液管路之间的位置安装有第二加压气相阀；所述的增压器包括支撑架，支撑架上安装有若干排星型管，每排星型管包括一根在竖直平面内上下迂回弯制的蛇形管，蛇形芯管的外管壁上设有呈辐射状的导热翅片；所有蛇形芯管的同一端端口连接相通组成增压器进口、另一端端口连接相通组成增压器出口。

其中，加压管路、第二出液管路分别与储液罐连接相通，构成为储液罐内部自增压气相管路系统，加压管路、分管路、主气相管路、增压器、第二出液管路共同构成了储液罐外部自增压管路系统，于是，储液罐内的液态二氧化碳通过上述内、外自增压管路系统对储液罐不断地实施增压。分管路、主液相管路、灭火管路，构成为另一自增压外部管路系统，可对灭火管路预先实施增压。第一出液管路、分管路、主液相管路构成为输送液态二氧化碳的管路系统。第一出液管路与储液罐连接相通，构成为储液罐内部液相管路系统，于是，储液罐内的液态二氧化碳通过储液罐内、第一出液管路、分管路、主液相管路、灭火管路不断地向火区输送，并进行火区灭火，而且由于对储液罐实施增压的缘故，使灭火管路内输液速度得以提高，灭火进度会更快，灭火效果会更好。

自然界的二氧化碳可以以固态、液态或气态三种状态存在，反映三种状态的图称为三态图。在三态图上，压力为417KPa、温度为－56.6℃时，二氧化碳处于三种状态的公共边界汇合点，该点称为三态点；压力约为7.1MPa、温度为31.1℃所对应的点称为临界点，临界点的温度又称为临界温度。在临界温度以上无论其压力如何变化，只能以气态状态存在。

储液罐实际上就是具有低温、保压性能的封闭罐体，是保存液态二氧化碳的器具。当罐内液态二氧化碳流入灭火管路后，其环境状态发生了变化，压力突然降低，由2.2MPa降至常压；温度逐渐升高，由－40℃升至常温，势必向气态发展，于是液态二氧化碳在灭火管路的输送途中被气化。甚至，由于气化吸热会使灭火管路内壁不断地冷却降温，造成灭火管路堵塞现象。

防止液态二氧化碳在灭火管路中气化和管壁冻结堵塞的技术途径，一是对灭火管路采取保压的技术措施；二是要缩短液态二氧化碳在灭火管路中滞留时间。因此，本发明装备加设了增压器，所述的增压器实际上是一种气化装备，其增压原理是：蛇形管上的导热翅片将环境空气中的热量传递给蛇形管内的液态二氧化碳，促使其被加热而气化，进而使增压器内二氧化碳气体靠其膨胀产生压力，便达到增压的目的。增压器的功能具有以下两个方面：其一，对本发明装备中的管路及该装备与火区之间铺设的灭火管路预先实施增压，让它处于带压状态，以防液态二氧化碳在灭火管路的输送途中被气化，丧失其降温功能，与此同时，防止装备中的管路和灭火管路内壁冻结而堵塞；其二，对储液罐内液面上部施加压力，增强排放能力，提高灭火管路的流速，以使罐内液态二氧化碳在规定时间内全部排放完毕，争取在液态二氧化碳在灭火管路中尚未达到气化温度之前排入火区内，加快灭火进度，以取得最佳灭火效果。

使用时，本发明装备上的所有控制阀首先都处于关闭状态，然后令本发明灭火装备的主液相管路的左端口与灭火管路通过法兰连接相通。具体工作原理：第一步：打开储液罐的第一加压气相阀，使储液罐内液面上部的高压气体依次通过分管路、主气相管路逆向流入到增压器内，使增压器处于带压状态，然后关闭第一加压气相阀。第二步：打开储液罐的第二液相输出阀，使储液罐内的液态二氧化碳流入增压器内，并使其气化产生压力，然后关闭第二液相输出阀。第三步：在灭火管路末端阀关闭的状态下，打开灭火管路的始端输入阀、分管路上的第二加压气相阀，使增压器对主液相管路和灭火管路进行预先充压，让主液相管路和灭火管路处于带压状态。第四步：关闭分管路上的第二加压气相阀，打开储液罐上的第一液相输出阀及灭火管路的末端阀，使得储液罐内的液态二氧化碳依次通过主液相管路、灭火管路后顺利进入到火区进行灭火，与此同时，打开储液罐上的第一加压气相阀，使增压器内产生的二氧化碳高压气体依次通过主气相管路、分管路后进入到储液罐内液面上方，并对其施压，加速液态二氧化碳在灭火管路的流动，从而缩短灭火管路内的滞留时间，尚未来得及气化就进入火区内，让液态二氧化碳在火区内进行气化灭火。

进一步地，在储液罐上安装有压力表和液位计，在加压管路上安装有双保险安全阀，这样可确保储液罐的安全与监控；在分管路上位于连接加压管路和主气相管路之间的位置或者是主气相管路上安装有增压器安全阀和增压器压力调节阀，亦可确保增压器的安全与监控，并通过增压器压力调节阀的调节，能够实现增压器压力和流量的控制和调节；在分管路上位于连接加压管路和第一出液管路之间的位置安装有逆止阀，逆止阀可加强分管路的安全性，防止液态二氧化碳的倒流；在连接第二出液管路和增压器进口的管路上安装有增压器进口隔离控制阀，并且该管路上还分支出一根备用进液管路，备用进液管路上安装有备用隔离控制阀，亦可通过备用进液管路充罐，因地制宜，机动灵活。

在主液相管路上与灭火管路连接的一端端口上安装有液相管路隔离控制阀，更加方便控制主液相管路内的液态二氧化碳；在主液相管路上与分管路连接的一端延设有一截连接管路，连接管路上安装有液相管路隔离控制阀，该连接管路可实现多台本发明装备的串联，实现多台本发明装备的同时使用，提高灭火效率，具体连接时，第一台装备的连接管路通过法兰及金属高压软管连接第二台装备主液相管路的左端端口，并以此类推，最多可串联5台本发明装备一起使用。

所述的储液罐为双层罐体，在其夹层之间充填有保温材料并对其抽制真空。这样更有利于罐内液态二氧化碳的保存，防止其被气化，以提高储液罐的保温、保压性能。

所述增压器中的星型管是由铝合金的蛇形芯管和铝质的导热翅片组成，并且该增压器为卧式增压器。增压器结构合理，布局得当，星型管导热翅片将空气中所含热量传递给蛇形芯管内的液态二氧化碳，促使其被加热气化而产生压力。增压器为卧式增压器，使得本发明装备布置更加合理，节约空间。

所述的储液罐安装在平板矿车上，增压器置于储液罐下部，主气相管路和主液相管路分置于储液罐的两侧，这样使本发明装备的布置更加合理，节约空间。

本发明设计合理、结构简单、操作方便、安全可靠、实用性强、灭火迅速且效果好。本发明灭火装备中，储液罐是承装和保存液态二氧化碳的器具，而增压器则是保证将储液罐内的液态二氧化碳快速并顺利地送入火区的关键器件。本发明灭火装备解决了现有液态二氧化碳灭火装备在井下进行抢险救灾灭火时所存在的弊端，攻克了液态二氧化碳在灭火管路中容易气化、容易被冻结堵塞和排放缓慢的技术难题，为获得最佳灭火效果提供了可靠的技术保障，值得推广使用。

附图说明

图1为本发明的管路连接示意图。

图2为增压器的结构示意图。

图3为图2的俯视图。

图4为相邻两台本发明装备串联连接的管路连接示意图。

图5为五台本发明装备连接结构示意图。

图中：1-储液罐、2-增压器、2-1-增压器进口、2-2-增压器出口、2-3-支撑架、2-4-蛇形芯管、2-5-导热翅片、3-主气相管路、4-主液相管路、5-分管路、6-加压管路、7-第一出液管路、8-第二出液管路、9-第一加压气相阀、10-第一液相输出阀、11-第二液相输出阀、12-第二加压气相阀、13-压力表、14-液位计、15-双保险安全阀、16-增压器安全阀、17-增压器压力调节阀、18-逆止阀、19-增压器进口隔离控制阀、20-备用进液管路、21-备用隔离控制阀、22-液相管路隔离控制阀、23-连接管路、24-平板矿车、25-灭火管路、26-法兰、27-金属高压软管。

具体实施方案

以下结合附图对本发明作进一步地描述：

如图1至3所示，一种自增压式液态二氧化碳低温储罐灭火装备，包括储液罐1，储液罐1配装有增压器2、主气相管路3、主液相管路4、分管路5和相应控制阀；储液罐1的一侧封盖的顶部设有与储液罐1内部空间连接相通的加压管路6、底部设有分别与储液罐1内部空间连接相通的第一出液管路7和第二出液管路8，加压管路6上安装有第一加压气相阀9、第一出液管路7上安装有第一液相输出阀10、第二出液管路8上安装有第二液相输出阀11；加压管路6和第一出液管路7的出口端分别与分管路5连接相通、第二出液管路8的出口端与增压器2的增压器进口2-1连接相通；分管路5的一端端口与主气相管路3的一段端口连接相通、主气相管路3的另一端端口与增压器2的增压器出口2-2连接相通，分管路5的另一端端口与主液相管路4的一端端口连接相通、主液相管路4的另一端端口用于与灭火管路25连接相通；分管路5上位于连接加压管路6和第一出液管路7之间的位置安装有第二加压气相阀12；所述的增压器2包括支撑架2-3，支撑架2-3上安装有若干排星型管，每排星型管包括一根在竖直平面内上下迂回弯制的蛇形芯管2-4，蛇形芯管2-4的外管壁上设有呈辐射状的导热翅片2-5；所有蛇形芯管2-4的同一端端口连接相通组成增压器进口2-1、另一端端口连接相通组成增压器出口2-2。

具体实施时，在储液罐1上安装有压力表13和液位计14；在加压管路6上安装有双保险安全阀15；在分管路5上位于连接加压管路6和主气相管路3之间的位置或者是主气相管路3上安装有增压器安全阀16和增压器压力调节阀17；在分管路5上位于连接加压管路6和第一出液管路7之间的位置安装有逆止阀18；在连接第二出液管路8和增压器进口2-1的管路上安装有增压器进口隔离控制阀19，并且该管路上还分支出一根备用进液管路20，备用进液管路20上安装有备用隔离控制阀21。

在主液相管路4上与灭火管路连接的一端端口上安装有液相管路隔离控制阀22；在主液相管路4上与分管路5连接的一端延设有一截连接管路23，连接管路23上安装有液相管路隔离控制阀22。本发明装备在使用时，令本发明装备的主液相管路4的左端口与灭火管路25通过法兰26连接相通。此外，本发明装备既能单台独立使用，又能多台（最多5台，如图4、5所示）联合使用，并且保持同样的灭火功能。井下灭火用本发明装备的数量视井下灭火装备停放地点的空间体积而定，可机动灵活，尽可能满足井下现场环境条件。本实施例中，将5台本发明装备依次串联连接使用，具体串联方法为：第一台装备的主液相管路4右端的连接管路通过法兰26及金属高压软管27连接第二台装备的主液相管路4的左端端口，并以此类推，直至将五台本发明装备全部串联起来。在地面，对储液罐1可逐个依次充罐，亦可对所有储液罐1同时进行充罐，充罐十分方便，节省充罐时间。在井下，对各个储液罐1可逐个依次排放，亦可对所有的储液罐1同时进行排放，排放迅速，提高灭火速度。

进一步地，所述的储液罐1为双层罐体，在其夹层之间充填有保温材料并对其抽制真空。该储液罐1工作压力为2.2MPa，工作温度为－40℃。储液罐1内胆净容积约为2m³，可承装液态二氧化碳2t，其气化量可达1000 m³／台。增压器2中的星型管是由铝合金的蛇形芯管2-4和铝质的导热翅片2-5组成，并且该增压器2为卧式增压器，增压器2提供的压力范围为0～2MPa，气化量为0～150 m³／h，根据灭火管路所需压力和储液罐1内液态二氧化碳排放速度来调节其压力和气化量。

Claims (1)

1.一种自增压式液态二氧化碳低温储罐灭火装备，其特征在于：包括储液罐（1），储液罐（1）配装有增压器（2）、主气相管路（3）、主液相管路（4）、分管路（5）和相应控制阀；储液罐（1）的一侧封盖的顶部设有与储液罐（1）内部空间连接相通的加压管路（6）、底部设有分别与储液罐（1）内部空间连接相通的第一出液管路（7）和第二出液管路（8），加压管路（6）上安装有第一加压气相阀（9）、第一出液管路（7）上安装有第一液相输出阀（10）、第二出液管路（8）上安装有第二液相输出阀（11）；加压管路（6）和第一出液管路（7）的出口端分别与分管路（5）连接相通、第二出液管路（8）的出口端与增压器（2）的增压器进口（2-1）连接相通；分管路（5）的一端端口与主气相管路（3）的一段端口连接相通、主气相管路（3）的另一端端口与增压器（2）的增压器出口（2-2）连接相通，分管路（5）的另一端端口与主液相管路（4）的一端端口连接相通、主液相管路（4）的另一端端口用于与灭火管路（25）连接相通；分管路（5）上位于连接加压管路（6）和第一出液管路（7）之间的位置安装有第二加压气相阀（12）；所述的增压器（2）包括支撑架（2-3），支撑架（2-3）上安装有若干排星型管，每排星型管包括一根在竖直平面内上下迂回弯制的蛇形芯管（2-4），蛇形芯管（2-4）的外管壁上设有呈辐射状的导热翅片（2-5）；所有蛇形芯管（2-4）的同一端端口连接相通组成增压器进口（2-1）、另一端端口连接相通组成增压器出口（2-2）；

在储液罐（1）上安装有压力表（13）和液位计（14）；在加压管路（6）上安装有双保险安全阀（15）；在分管路（5）上位于连接加压管路（6）和主气相管路（3）之间的位置或者是主气相管路（3）上安装有增压器安全阀（16）和增压器压力调节阀（17）；在分管路（5）上位于连接加压管路（6）和第一出液管路（7）之间的位置安装有逆止阀（18）；在连接第二出液管路（8）和增压器进口（2-1）的管路上安装有增压器进口隔离控制阀（19），并且该管路上还分支出一根备用进液管路（20），备用进液管路（20）上安装有备用隔离控制阀（21）；

在主液相管路（4）上与灭火管路连接的一端端口上安装有液相管路隔离控制阀（22）；在主液相管路（4）上与分管路（5）连接的一端延设有一截连接管路（23），连接管路（23）上安装有液相管路隔离控制阀（22）；

所述的储液罐（1）为双层罐体，在其夹层之间充填有保温材料并对其抽制真空；

所述增压器（2）中的星型管是由铝合金的蛇形芯管（2-4）和铝质的导热翅片（2-5）组成，并且该增压器（2）为卧式增压器；

所述的储液罐（1）安装在平板矿车（24）上，增压器（2）置于储液罐（1）下部，主气相管路（3）和主液相管路（4）分置于储液罐（1）的两侧。