CN201848034U - 矿用液态co2防灭火装置 - Google Patents

Abstract

一种矿用液态CO₂防灭火装置，主要由液态CO₂贮运罐2、汽化器10，以及自增压管路、进出液管路等组成。其中，自增压管路由自增压出液管路、自增压进气管路构成，与汽化器10组合构成自增压系统。本实用新型是将液态CO₂运送至井下火区及以液态灌注火区，利用液态CO₂的防灭火性能对火区进行窒息氧、冷却降温和惰化抑爆实现防灭火。自增压系统不需动力，可实现罐体内压力自我补偿，维持压力稳定。本实用新型解决了液态CO₂罐体和管道输送过程中气化结冰的技术难题，实现了安全转贮、运输和灌注，灭火速度快、效果好，设备投资和使用维护费用低，操作简单，运行稳定，经济效益显著。为矿井火灾的预防和治理开辟了新途径。

Description

矿用液态CO2防灭火装置 

技术领域

本实用新型涉及矿井防灭火装置，尤其是一种利用液态二氧化碳防治煤炭自燃的防灭火装置。 

背景技术

目前广泛使用灌浆、喷洒阻化剂、汽雾阻化、注凝胶、注惰气、喷浆堵漏、压注惰性泡沫等防灭火技术，用于防止采空区漏风。这些技术虽然对防止煤炭的自燃起到了一定作用，但是成本高、使用效果不够理想。中国专利号：200820024615.8公布了一种矿用二氧化碳防灭火装置，它主要是借助液态CO₂汽化后产生的压力通过管路将其注入井下火区，利用CO₂进行降温和惰化实现防灭火。由于以气态CO₂注入井下火区，其冷却降温作用不明显，且长距离管道输送，易发生管路泄露等问题，也会增加企业管道维护工作量。因此，该装置不适用于将液态CO₂以近距离直接注入井下火区。 

发明内容

为了解决已有技术装置的不足之处，以及煤矿井下注氮工艺防灭火设备价格高、使用效果不够理想，本实用新型提供一种能够将液态CO₂由地面安全运输至井下、避免灌注管道结冰堵塞及CO₂以液态直接灌注火区的矿用液态CO₂防灭火装置。 

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是： 

矿用液态CO₂防灭火装置由液态CO₂贮运罐、汽化器、自增压出液管路、自增压进气管路、进出液管路，以及进出液总阀、灌注阀等构成。其中，液态CO₂贮运罐体由支撑柱件、保温层、内壳体、外壳体、防晃板等构成，并在贮运罐上设有单元进出液阀、安全阀、自增压出液阀、自增压进气阀、压力表，液位表。 

汽化器、自增压出液管路、自增压进气管路可构成自增压系统。其中，自增压出液管路、自增压进气管路可组合成自增压管路，由自增压出液阀、自增压出液管、自增压出液总管、自增压进气管、自增压进气总管、自增压进气阀等构成。自增压出液管路由自增压出液阀、自增压出液管、自增压出液总管等组成，自增压进液管路的出口有自增压出液阀接自增压出液管，其后经自增压出液总管接汽化器入口。自增压进气管路由自增压进气阀、自增压进气管、自增压进气总管等组成，自增压进气管路的入口有自增压进气阀接自增压进气管，其后经自增压进气总管接汽化器出口。进出液管路由单元进出液阀、进出液管、进出液总管、进出液总阀等构成，即单元进出液阀接进出液管，其后经进出液总管接进出液总阀组合在一起而成。 

汽化器采用空浴式汽化器，来自液态CO₂贮运罐的低温液态CO₂在汽化器中与环境空气 进行热量交换，使液态CO₂气化为增压气体并回至液态CO₂贮运罐上部气相空间。 

本实用新型的有益效果是： 

(1)液态CO₂贮运罐设置的自增压系统可实现有效控制罐体内压力自我补偿，解决罐体和管道防止气化结冰问题，为直接向煤矿井下火区灌注液态CO₂提供了技术保障。 

(2)液态CO₂浓度高，温度低，可控制在-20℃以下，有利于发挥液态CO₂对火区的窒息氧作用、冷却降温作用和惰化抑爆作用。 

(3)直接灌注液态CO₂时，可使火源明显降温，加速熄灭火源。液态CO₂注入火区空间会瞬间气化，体积将膨胀640倍左右，需要吸收大量热量，温度急剧下降到-78.5℃。 

(4)液态CO₂直接灌注火区后，气化后CO₂比重大，能有效隔离煤体的氧化，使火源熄灭或阻止进一步氧化。 

(5)该装置具有降温速度快、操作简单、成本低、连续可调、运行稳定、重复使用等优点，符合现场的实际应用。 

附图说明

图1是本矿井液态CO₂直接灌注防灭火工艺及装置示意图。 

图1中，1-液态CO₂槽车、2-液态CO₂贮运罐、3-进出液总管、4-进出液管、5-支撑柱件、6-保温层、7-内壳体、8-外壳体、9-防晃板、10-汽化器、11-自增压出液管、12-自增压出液总管、13-自增压进气管、14-自增压进气总管、F₁-单元进出液阀、F₂-进出液总阀、F₃-灌注阀、F_A安全阀、F_Z1-自增压出液阀、F_Z2-自增压进气阀、P-液压表、L-液位表。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明： 

在图1中示出本实用新型矿用液态CO₂防灭火装置由液态CO₂贮运罐2、汽化器10、自增压进液管路、自增压出气管路、进出液管路，以及进出液总阀F₂、灌注阀F₃等构成。 

①液态CO₂贮运罐2：为低温高压压力容器；液态CO₂贮运罐2设有单元进出液阀F₁、安全阀F_A、自增压出液阀F_Z1、自增压进气阀F_Z2、液压表P，液位表L。其中，单元进出液阀F₁接进出液管4，再与进出液总管3构成进出液管路；自增压出液阀F_Z1接自增压出液管11，再与自增压出液总管12构成自增压出液管路；自增压进气阀F_Z2接自增压进气管13，再连接自增压进气总管14构成自增压进气管路。 

液态CO₂贮运罐2罐体由支撑柱件5、保温层6、内壳体7、外壳体8、防晃板9等组成。 

②汽化器10：汽化器10采用空浴式汽化器。汽化器10与自增压出液阀F_Z1、自增压进气阀F_Z2、自增压出液管11、自增压出液总管12、自增压进气管13、自增压进气总管14等可组成自增压系统。 

工作原理： 

本装置是将液态CO₂运送至井下火区及以液态灌注火区，利用液态CO₂的防灭火性能对火区进行窒息氧、冷却降温和惰化抑爆，从而达到防灭火的目的。液态CO₂贮运罐由地面安全运输至井下、避免灌注时进出液总管结冰堵塞及CO₂以液态注入火区是技术关键。 

从运送液态CO₂槽车上压出的液态CO₂充装进入液态CO₂贮运罐，打开自增压系统使得充装压力保持稳定。各贮运罐充装完毕后，运送至井下，首尾连接后，用机车牵引至火区地点，直接将液态CO₂灌注火区进行防灭火。各液态CO₂贮运罐灌注完毕后，可运至地面进行重新充装，再运送至井下火区地点，进行直接灌注。 

操作方法： 

①充装前的准备：对液态CO₂贮运罐2的真空度进行检查，抽真空检漏，漏率为≤6×10^-7Pam³/s，封结真空度≤2Pa；单元进出液阀F₁、自增压出液阀F_Z1，自增压进气阀F_Z2、灌注阀F₃处于关闭状态；检查自增压系统各部分正常。 

②充装时：a.先把连接进出液总阀F₂的进液高压胶管接到液态CO₂槽车接口上，后顺序开启单元进出液阀F₁，再逐渐开启进出液总阀F₂，使液态CO₂逐渐充装到充满规定值(充满率达90％)；b.关闭进料出液总阀F₂、单元进出液阀F₁，分别从液压表P、液位表L观察液压与液位是否充装到规定值；c.打开自增压出液阀F_Z1、自增压进气阀F_Z2，使得贮运罐压力维持稳定。 

③运输：各液态CO₂贮运罐2按以上程序充装完毕后，按顺序挂车，首尾连接后，用机车牵引到火区地点。运输中保持液态CO₂贮运罐2的真空度，不能随意增加其压力及温度，关闭各阀门。 

④灌注前：检查各液态CO₂贮运罐2的真空度是否完好，液态CO₂是否按规定值装满；安全阀F_A是否完好，各阀门是否关严；可按灌注需要用量组装液态CO₂贮运罐的数量，形成液态CO₂贮运罐列车；可根据现场需要在液态CO₂贮运罐列车与火区之间设置防火墙隔离。 

⑤火区灌注：按先后次序，灌注各液态CO₂贮运罐2的液态CO₂液体，即先打开灌注阀F₃及首个液态CO₂贮运罐2的单元进出液阀F₁，将液态CO₂灌注到火区进行防灭火，待首个液态CO₂贮运罐2放完后关闭其单元进出液阀F₁，然后依次逐个液态CO₂贮运罐2向火区喷注，每当一个液态CO₂贮运罐2放完后则关闭其单元进出液阀F₁，直至将整个液态CO₂贮运罐车组灌注完毕为止，再逐个关闭其他各阀门，运送返回地面准备重新充装。 

在上述实施方案中，还可以根据现场情况加以调整： 

①对于斜井，可在地面直接由多个液态CO₂贮运罐组成液态CO₂贮运罐列车，充装液态CO₂后运送至井下，再通过机车牵引至火区；对于竖井，可先在地面分别对单个液态CO₂贮运罐进 行充装，此时可不安设自增压系统，待多个液态CO₂贮运罐运送至井下井底车场后再组装成液态CO₂贮运罐列车，并安设自增压系统，打开自增压出液阀F_Z1、自增压进气阀F_Z2，使得贮运罐压力保持2.2Mpa。 

②火区灌注时，可根据火区与液态CO₂贮运罐列车的相对位置，选择进出液总阀F₂或灌注阀F₃用于灌注，当其中一个用于灌注时，另一个需关闭。 

③进出液总管可加装压力表，用于监测火区灌注时管道内液态CO₂变化，通过调节自增压出液阀F_Z1、自增压进气阀F_Z2来保证自增压系统压力补偿。 

Claims (4)

1.一种矿用液态CO₂防灭火装置，其特征在于：包括液态CO₂贮运罐(2)、汽化器(10)、自增压管路及进出液管路；

液态CO₂贮运罐设有单元进出液阀(F₁)、安全阀(F_A)、自增压出液阀(F_Z1)、自增压进气阀(F_Z2)、压力表(P)，液位表(L)；

汽化器(10)为空浴式汽化器，来自液态CO₂贮运罐(2)的低温液态CO₂在汽化器(10)中与环境空气进行热量交换，使液态CO₂气化为增压气体并回至液态CO₂贮运罐(2)上部气相空间；

自增压管路由自增压出液阀(F_Z1)、自增压出液管(11)、自增压出液总管(12)、自增压进气管(13)、自增压进气总管(14)、自增压进气阀(F_Z2)等构成；

进出液管路由单元进出液阀(F₁)、进出液管(4)、进出液总管(3)、进出液总阀(F₂)等构成。

2.根据权利要求1所述的液态二氧化碳直接灌注防灭火装置，其特征在于：所说的液态CO₂贮运罐(2)包括支撑柱件(5)、保温层(6)、内壳体(7)、外壳体(8)、防晃板(9)；其上还有液压表(P)、液位表(L)、安全阀(F_A)。

3.根据权利要求1所述的液态二氧化碳直接灌注防灭火装置，其特征在于：所说的自增压管路包括自增压出液管路、自增压进气管路；

自增压进液管路的出口有自增压出液阀(F_Z1)接自增压出液管(11)，其后经自增压出液总管(12)接汽化器(10)入口；

自增压进气管路的入口有自增压进气阀(F_Z2)接自增压进气管(13)，其后经自增压进气总管(14)接汽化器(10)出口。

4.根据权利要求1所述的液态二氧化碳直接灌注防灭火装置，其特征在于：所说的进出液管路由单元进出液阀(F₁)接进出液管(4)，其后经进出液总管(3)接进出液总阀(F₂)组合在一起。

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