CN108825293A - 煤矿液态二氧化碳管道直接注入灭火装置 - Google Patents
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Abstract
煤矿液态二氧化碳管道直接注入灭火装置。本发明涉及一种把液态二氧化碳用管道送入煤矿的井下,直接喷入火区灭火的装置,是由液态二氧化碳槽车1、球形截止阀2、低温管道3、二氧化碳储罐4、截止阀5、压力平衡管6、压力平衡阀7、保温管道8和压力控制阀9组成。低温液体二氧化碳用槽车1运来,通过管道3和球形截止阀2,储存在二氧化碳储罐4中,当煤矿发生火灾时,首先打开二氧化碳储罐4上端气相压力平衡管6上面的压力平衡阀7,用气体二氧化碳为保温管道8充压,然后打开二氧化碳储罐4底部管道上的针形截止阀5,使液体二氧化碳直接流入保温管道8中,通过管道末端的压力控制阀9后,直接把液态二氧化碳喷入火区中,达到为矿井煤层降温灭火的目的。
Description
技术领域:本发明涉及一种把液态二氧化碳用管道送入煤矿的井下,直接喷入火区防火灭火的装置。
背景技术:目前在各大煤矿,井下煤层着火和瓦斯爆炸等明火燃烧过程,给煤矿造成的损失越来越大。煤矿所采用的防火灭火技术也越来越多,其中注入惰性气体灭火技术是大面积采用的方法。
液氮作为一种新型防灭火技术,前期已在国内多家煤矿实际灭火中应用,效果显著。专利200720103603,公开了一种煤矿井下移动式碳分子筛制氮设备,采用变压吸附法工艺过程,利用碳分子筛制氮原理,制取95%的氮气,直接用于火区灭火。这种方法有一定的灭火效果,但是受到井下移动空间的限制,应用不便,人工操作设备运行也带来生命危险;也有的单位把同样的设备放在地面上制取氮气,制作一种KYZD系列地面移动式氮气设备,卧式吸附塔体设计采用专利(ZL97102764.1)技术,把制取的95%的氮气送到井下灭火,但是降温效果较差,常需要配合其他辅助制氮灭火措施,灭火工序复杂、周期长,甚至实施效果也不理想,而且成本很高,应用直接受到限制。氮气灭火设备投入大,故障多,维修费用高,无法推广应用到一些小型矿井。
二氧化碳作为一种安全易得、能起到窒息和抑爆及冷却作用的灭火材料,正越来越多地在矿井灭火工作中发挥其作用。二氧化碳分子重,临界温度低、气化潜热大,性能独特,灭火设备操作简单,初期投入少,日常维护费用低,且无电能消耗,使用过程中无机械运转,极大地提高了设备的安全性和可靠性。实用新型专利201020590476.2 公开了一种矿用液态二氧化碳汽化灌注装置,液态二氧化碳用槽车提供,采用自然加温和强化加温两种方式,把液体二氧化碳在地面上先汽化,然后把气体二氧化碳通过控制阀门和管道直接送到火区灭火。这种方法操作简单,地面上操作没有危险。但是在地面上把低温液态二氧化碳加温气化,要消耗大量的热量,浪费了本来具有的低温和气化潜热大这一得天独厚的条件,使设备投资大,流程长,占地面积大,操作成本高,灭火效果差。专利201020590490.2 公开了一种矿用液态二氧化碳井下直注装置,采用平板车移动,把液态二氧化碳储罐整体放到井下,用井下移动的方式向火区直接喷射灭火。这种方法灭火速度快,效果好。但是液体二氧化碳储罐体积小,储存的二氧化碳量有限,不能起到连续灭火的作用。平板车连同储罐在井下移动特不方便,人工操作又特别危险,所以也不能大面积谁用。
专利内容:本发明设计一种把液态二氧化碳用管道送入煤矿的井下,直接喷入火区防火灭火的装置。是由液态二氧化碳槽车1、球形截止阀2、低温管道3、二氧化碳储罐4、截止阀5、压力平衡管6、压力平衡阀7、保温管道8和压力控制阀9组成,这些组件连接的关系是:二氧化碳液体槽车1通过管道3与球形截止阀2连接,然后通过管道3与二氧化碳储罐4的液体进口连接,二氧化碳储罐4的底部液体出口通过管道3与针形截止阀5连接,针形截止阀5的出口端通过保温管道8与井下管道末端的压力控制阀9连接,在二氧化碳储罐4的上端气相区有一个压力平衡接口,用压力平衡管6与压力平衡阀7连接,压力平衡阀7出口用平衡管与针形截止阀5下端的保温管道8相连接,构成煤矿液态二氧化碳管道式注入灭火装置。
直接用液态二氧化碳注入灭火技术,有如下优势:
1、由于二氧化碳的临界温度是31.4℃,高于这个温度的二氧化碳不液化,自然呈气体状态。火区的温度肯定都高于这一温度,所以液体二氧化碳注入火区后自然气化,不用在地面气化后再注入,大比例节约汽化热量,降低注气成本。
2、液态低温二氧化碳注入火区后迅速气化,液态变成气态的相变过程中,每公斤二氧化碳气化要吸收大约62000卡的热量,气体升温过程中还要吸收热量,所以可以使火区迅速降温,有效抑制火情的蔓延,加速火焰的熄灭。
3、地面上贮存液态二氧化碳,所用设备比储存气态体积要小得多,一吨液体二氧化碳体积只有0.91m3,气化后体积为506m3,液态二氧化碳注入火区后可以连续挥发成气体二氧化碳,中间过程不用向罐里补充二氧化碳,就能起到连续灭火的作用,达到有效灭火的目的。
4、液态二氧化碳自然有2.0MPa以上的压力,地面上不用设置加压注入系统,由阀门控制注入流量的速度,根据火情由阀门控制切换向不同的矿井注入,就能解决灭火问题,设备简单,投资少。
上述作用的优点是很明显的,但是也要解决一些问题:使用液态二氧化碳直接注入火区灭火,当2.2MPa的液态二氧化碳流出储罐后,马上遇到调节阀,泄压后通过管道在低压下送往火区,在此泄压过程中常常会生成干冰、堵塞管道,连续流通困难。
解决的办法是:储罐4出口管道上安装截止阀5,让高压液态二氧化碳通过保温管道8直接流到管道的下端点,在下端点处安装一个由弹簧控制的压力控制阀9,如果二氧化碳储罐储存压力为2.2MPa,则压力控制阀9的弹簧控制压力为2.0MPa左右。当管道8内的压力开始时不足2.0MPa时,压力控制阀9不打开。当压力达到2.0MPa以上时,阀9自动打开,液态二氧化碳直接喷向着火区。这时候会有部分干冰出现,但因为直接喷到了管道外面的火区,干冰会迅速升华呈气态,所以不会堵塞管道。还因为低温液态二氧化碳和干冰的迅速气化,使得火区急速降温,可以迅速湮灭着火点。这种阀门采用耐低温的不锈钢制作,可以反复使用。
液态二氧化碳通过管道8流向下端点的过程中,管道受周围温度影响会越来越热,尤其是接近火区时温度会更高,这时候二氧化碳因超过临界点31.4℃而气化(液体流速快时不会出现这种现象)。为了解决这一问题,输送管道8可以采用隔热套管,套管间隙是空隙,保护管道内壁不受周围高温影响,就会保证液态二氧化碳不会半路气化。如果套管制作成本高,用保温钢管也可以,当液态二氧化碳流速足够快时,也可以保证输送半路不会气化。
为了防止最初使用时,管道8内因压力低,阀门5因节流而出现干冰,设计在液态二氧化碳储罐4的顶端气相区,引一条细管6到注入管道8中,中间用压力平衡阀7控制。在开始使用时,先打开细管道6的压力平衡阀7,用储罐4顶部2.2MPa的气体先给管道8充压,压力表显示2.0MPa时,关闭压力平衡阀7,再打开罐底下部的大管道截止阀5,让液体二氧化碳在压力条件下直接流到管道下端喷放灭火。这样就不会在开始时因压差而出现干冰。
这样设计的液态二氧化碳用管道注入直接灭火系统,比地面气化装置投资少得多,流程简化,设备少、投资少、占地小。由于全部利用了液态二氧化碳的低温和相变条件,防火灭火效果比气化法好得多,成本低得多。
附图说明
附图1是一种把液态二氧化碳用管道送入煤矿的井下,直接喷入火区防火灭火的装置的流程图。是由液态二氧化碳槽车1、球形截止阀2、低温管道3、二氧化碳储罐4、截止阀5、压力平衡管6、压力平衡阀7、保温管道8和压力控制阀9组成,这些组件连接的关系是:二氧化碳液体槽车1通过管道3与球形截止阀2连接,然后通过管道3与二氧化碳储罐4的液体进口连接,二氧化碳储罐4的底部液体出口通过管道3与针形截止阀5连接,针形截止阀5的出口端通过保温管道8与井下管道末端的压力控制阀9连接,在二氧化碳储罐4的上端气相区有一个压力平衡接口,用压力平衡管6与压力平衡阀7连接,压力平衡阀7出口用平衡管与针形截止阀5下端的保温管道8相连接,构成煤矿液态二氧化碳管道式注入灭火装置。
附图2是压力控制阀9的结构图,安装在保温管道8的下端,管道的下端10牢固镶嵌一个与管道等径的、环状梯形的聚四氟乙烯或紫铜制作的密封口11,管道10的外侧均匀分布4~8个固定拉筋12,拉筋12的下部与一个金属底托15连接,底托15的上面固定一个金属弹簧14,弹簧14的上端固定一个金属阀芯13,这个阀芯13是一个梯形圆台,上下面的直径正好和环状梯形聚四氟乙烯制作的环状梯形密封口11的上下面直径一致,在弹簧14的作用下,阀芯13和密封口11吻合,可以封住管道内的液体二氧化碳在一定压力下不泄露。
专利实施例
2011年12月,为宁夏宁东煤矿设计一套液态二氧化碳用管道送入煤矿井下、直接喷入火区防火灭火的装置。液态二氧化碳槽车1罐体装载液体二氧化碳25吨、球形截止阀2孔径75mm、低温管道3内径75mm,管壁厚度8mm,二氧化碳储罐4体积1000m3,储存液体二氧化碳1000吨,截止阀5口径100mm,压力平衡管6直径15mm、压力平衡阀7口径15mm,保温管道8内径100mm,材质16MnR,壁厚8mm,用双层套管制成,外层套管直径130mm,壁厚4mm。
压力控制阀9的接管10内径100mm,壁厚8mm,梯形环状聚四氟乙烯密封环11厚度10mm,拉筋12共六根,由直径12mm的钢柱制成,阀芯13厚度25mm,圆台上下直径分别是100mm和120mm,下面有固定弹簧14的环形槽道,弹簧14用直径8mm的钢筋盘绕制成,经过塑化加热淬火处理,弹力20kg,底托15直径150mm,上面有固定弹簧14的环形槽道,周边用拉筋12与接管10下端外周焊死固定,除了密封口11由聚四氟乙烯制成外,构成压力控制阀9的组件的材质全部是316L不锈钢。就此构成了煤矿液态二氧化碳管道式注入灭火装置。经过使用证明灭火效果良好。
Claims (6)
1.本发明涉及一种把液态二氧化碳用管道送入煤矿的井下,直接喷入火区灭火的装置,是由液态二氧化碳槽车1、球形截止阀2、低温管道3、二氧化碳储罐4、截止阀5、压力平衡管6、压力平衡阀7、保温管道8和压力控制阀9组成,这些组件连接的关系是:二氧化碳液体槽车1通过管道3与球形截止阀2连接,然后通过管道3与二氧化碳储罐4的液体进口连接,二氧化碳储罐4的底部液体出口通过管道3与针形截止阀5连接,针形截止阀5的出口端通过保温管道8与井下管道末端的压力控制阀9连接,在二氧化碳储罐4的上端气相区有一个压力平衡接口,用压力平衡管6与压力平衡阀7连接,压力平衡阀7出口用平衡管与针形截止阀5下端的保温管道8相连接,构成煤矿液态二氧化碳管道式注入灭火装置。
2.根据权利要求书1所说的煤矿液体二氧化碳管道式注入灭火装置,其特征在于:液体二氧化碳储罐4是球形,由6~12个支撑柱支撑,罐体由16MnDR材质制作,外面用200~500mm厚的聚氨酯保温材料保温,最外层用金属板包装;罐内储存压力0.2~6.0MPa之间,温度为-80~31℃之间;罐体的上面或者下面分别安装有液体进口接管和阀门,液体出口接管和阀门,气体进口接管和阀门、气体出口接管和阀门、安全阀接口和安全阀、液位指示接口和阀门,压力指示接口和阀门,温度指示接口和阀门,二氧化碳储罐4可以是一个,也可以是多个并联使用。
3.根据权利要求书2所说的液体二氧化碳储罐4,其特征在于:液体二氧化碳储罐4是球形,也可以是双层立式圆筒形储罐,罐内储存压力0.2~6.0MPa之间,温度为-80~31℃之间;这个立式圆筒形储罐可以是单层,也可以是双层;如果是单层,材质由16MnDR钢材制作,外面用200~500mm厚的聚氨酯保温材料保温,最外层用金属板包装;立式储罐如果是双层,内胆材质由16MnDR钢材制作,外层用碳钢板制作,内外层之间有200~500mm的密封真空空间,用珠光砂保温材料填充;双层储罐外面不用聚氨酯保温;罐体的上面或者下面分别安装有液体进口接管和阀门,液体出口接管和阀门,气体进口接管和阀门、气体出口接管和阀门、安全阀接口和安全阀、液位指示接口和阀门,压力指示接口和阀门,温度指示接口和阀门,二氧化碳储罐4可以是一个,也可以是多个并联使用。
4.根据权利要求书1所说的煤矿液体二氧化碳管道式注入灭火装置,其特征在于:保温管道8由耐压无缝钢管制作,可以是内外层套筒管制作,内外层之间有气体隔离空间,防止管外的高温浸入管内、致使管内的液体二氧化碳气化;保温管道8也可以是单层耐压无缝钢管制作,外面喷涂保温材料,防止外面的高温浸入,也防止馆内的低温外溢。
5.根据权利要求书1所说的煤矿液体二氧化碳管道式注入灭火装置,其特征在于:压力控制阀9安装在保温管道8的下端,管道的下端10牢固镶嵌一个与管道等径的、环状梯形的聚四氟乙烯或紫铜制作的密封口11,管道10的外侧均匀分布4~8个固定拉筋12,拉筋12的下部与一个金属底托15连接,底托15的上面固定一个金属弹簧14,弹簧14的上端固定一个金属阀芯13,这个阀芯13是一个梯形圆台,上下面的直径正好和环状梯形聚四氟乙烯制作的环状梯形密封口11的上下面直径一致,在弹簧14的作用下,阀芯13和密封口11吻合,可以封住管道内的液体二氧化碳在一定压力下不泄露。
6.根据权利要求书5所说的压力控制阀9,其特征在于:下端管道10、固定拉筋12、金属底托15、弹簧14和阀芯13,都应该用耐低温的金属材质制作,可以耐受-100℃的低温而不变形,不变性,保证压力控制阀能反复利用;弹簧14的控制压力范围为0.2~6.0MPa之间,一般与二氧化碳储罐4的压力随同;储罐压力如果基本固定,则弹簧14的控制压力也随之固定,制作材质也随之固定。
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