CN216143571U - 一种新型液氮、液态二氧化碳防灭火系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型液氮、液态二氧化碳防灭火系统，属于防灭火技术领域。技术方案是：液氮低温储罐（1）底部与液氮储罐出液管口（2）连通后分为两路，一路通过储罐自增压装置连接与液氮低温储罐（1）顶部的气相空间连接，使液氮低温储罐（1）压力升高，另一路通过低压液氮管路（4）连接到增压装置（5），增压装置（5）与气化装置（8）连接，气化装置（8）与电加热辅热装置（12）连接，电加热辅热装置（12）与稳压稳流装置（15）连接，稳压稳流装置（15）与用户总管（21）连接。本实用新型的积极效果：可满足用户和环境等多个因素影响下的气体流量和压力需求，且能保证气量的稳定供应。

Description

一种新型液氮、液态二氧化碳防灭火系统

技术领域

本实用新型涉及一种新型液氮、液态二氧化碳防灭火系统，属于防灭火技术领域。

背景技术

矿井火灾给煤矿安全生产造成很大威胁，常规防灭火技术如泥砂灌浆、凝胶、阻化剂、泡沫等具有消耗大量泥沙或水、渗透性和扩散性差、覆盖面积有限、恶化井下工作环境、影响煤质、腐蚀井下设备等缺陷。目前，使用液氮气化进行防灭火已经逐渐应用到各大煤矿，氮气灭火既能迅速扑灭几万米的大型火区，又能抑制火区内的可燃气体爆炸；液氮在气化过程中，会吸收大量的热量，可快速冷却采空区环境温度，大大缩短采空区浮煤氧化的时间，提高灭火过程中的安全性。但是，现有煤矿用液氮防灭火系统技术普遍存在气源压力和流量不足，压力和流量稳定性差，系统稳定性较差，输送过程中压降过大，气化时所需热量不足，适用介质单一，导致灭火时间增加，降温和灭火效果明显降低等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种新型液氮、液态二氧化碳防灭火系统，灭火压力和流量持续稳定，系统无压降，气化量稳定，更适用于大型煤矿采空区灭火现场使用，既能适用于液氮，又能适用于液态二氧化碳等介质，解决背景技术存在的上述问题。

本实用新型的技术方案是：

一种新型液氮、液态二氧化碳防灭火系统，至少包含：液氮低温储罐、液态二氧化碳储罐、增压装置、储罐自增压装置、对空放散加热装置、气化装置、稳压稳流装置、电加热辅热装置和计量装置；所述液氮低温储罐底部与液氮储罐出液管口连通后分为两路，一路通过储罐自增压装置连接与液氮低温储罐顶部的气相空间连接，使液氮低温储罐压力升高，另一路通过低压液氮管路连接到增压装置，增压装置通过回气管路与液氮低温储罐顶部的回气口连接，液氮低温储罐顶部设有对空放散加热装置，液态二氧化碳储罐通过二氧化碳出液管路与增压装置连接，增压装置通过高压管路与气化装置连接，气化装置通过气化装置出气管路与电加热辅热装置连接，电加热辅热装置通过辅热装置出气管路与稳压稳流装置连接，稳压稳流装置通过稳压稳流装置出气管路与用户总管连接，稳压稳流装置出气管路上设有计量装置。

所述储罐自增压装置包含自增压开启阀门、自增压气化器、调压器和自增压气管路，所述液氮储罐出液管口的一路与自增压气管路连接，自增压气管路上依次设有自增压开启阀门、自增压气化器和调压器。

所述对空放散加热装置包含气体排放管口、气体排放阀、放散进气管路、放散加热装置、放散出气管路、测温计和放散出气口，气体排放管口设置在液氮低温储罐顶部，气体排放管口通过气体排放阀与放散进气管路连接，放散进气管路的放散出气口与外界连通，放散进气管路上依次设有放散加热装置、放散出气管路和测温计。

所述气化装置出气管路通过辅热装置多路阀门分为两路，一路通过电加热辅热装置旁通管路与稳压稳流装置连接，另一路通过辅热装置进气管路与电加热辅热装置连接后再与稳压稳流装置连接。

所述稳压稳流装置出气管路通过计量装置多路阀门分为两路，一路通过计量装置旁通管路与用户总管连接，另一路依次通过切断阀一、计量装置和切断阀二与用户总管连接。

所述增压装置为液氮泵。

所述稳压稳流装置为稳压罐。

所述液氮储罐出液管口上设有液氮出液管口阀门；所述二氧化碳出液管路上设有二氧化碳出液口阀门；气化装置上设有氮气吹扫装置。

本实用新型的积极效果：1、在液氮低温储罐、液态二氧化碳储罐和气化装置之间增加流量和压力均可调节的增压装置，可满足用户和环境等多个因素影响下的气体流量和压力需求，且能保证气量的稳定供应。2、采用储罐自增压装置将气化后的氮气输送至液氮低温储罐的气相空间，保证储罐内液氮的压力稳定，且能根据储罐内的压力变化自动稳压。3、增加带加热功能的对空放散加热装置，可根据液氮低温储罐内的压力变化自动开闭，且对排出的低温氮气自动加热，防止低温结冰而造成人员冻伤。4、系统设有稳压稳流装置，保证用户气体供应的稳定性。5、为保证寒冷地区使用要求，增加了电加热辅热装置，用于加热气化后的气体，保证气体使用的安全性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型系统示意图；

图中： 1-液氮低温储罐，2-液氮储罐出液管口，3-液氮出液管口阀门，4-低压液氮管路，5-增压装置，6-回气管路，7-高压管路，8-气化装置，9-气化装置出气管路，10-辅热装置多路阀门，11-辅热装置进气管路，12-电加热辅热装置，13-电加热辅热装置旁通管路，14-辅热装置出气管路，15-稳压稳流装置，16-稳压稳流装置出气管路，17-计量装置多路阀门，18A-切断阀一，18B-切断阀二、19-计量装置，20-计量装置旁通管路，21-用户总管，22-液态二氧化碳储罐，23-二氧化碳出液管路，24-二氧化碳出液口阀门，25-自增压开启阀门，26-自增压气化器，27-调压器，28-自增压气管路，29-气体排放阀，30-放散进气管路，31-放散加热装置，32-放散出气管路，33-测温计，34-放散出气口，35-气体排放管口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明：

一种新型液氮、液态二氧化碳防灭火系统，至少包含：液氮低温储罐1、液态二氧化碳储罐22、增压装置5、储罐自增压装置、对空放散加热装置、气化装置8、稳压稳流装置15、电加热辅热装置12和计量装置19；所述液氮低温储罐1底部与液氮储罐出液管口2连通后分为两路，一路通过储罐自增压装置连接与液氮低温储罐1顶部的气相空间连接，使液氮低温储罐1压力升高，另一路通过低压液氮管路4连接到增压装置5，增压装置5通过回气管路6与液氮低温储罐1顶部的回气口连接，液氮低温储罐1顶部设有对空放散加热装置，液态二氧化碳储罐22通过二氧化碳出液管路23与增压装置5连接，增压装置5通过高压管路7与气化装置8连接，气化装置8通过气化装置出气管路9与电加热辅热装置12连接，电加热辅热装置12通过辅热装置出气管路14与稳压稳流装置15连接，稳压稳流装置15通过稳压稳流装置出气管路16与用户总管21连接，稳压稳流装置出气管路16上设有计量装置19。

所述储罐自增压装置包含自增压开启阀门25、自增压气化器26、调压器27和自增压气管路28，所述液氮储罐出液管口2的一路与自增压气管路28连接，自增压气管路28上依次设有自增压开启阀门25、自增压气化器26和调压器27。

所述对空放散加热装置包含气体排放管口35、气体排放阀29、放散进气管路30、放散加热装置31、放散出气管路32、测温计33和放散出气口34，气体排放管口35设置在液氮低温储罐1顶部，气体排放管口35通过气体排放阀29与放散进气管路30连接，放散进气管路30的放散出气口34与外界连通，放散进气管路30上依次设有放散加热装置31、放散出气管路32和测温计33。

所述气化装置出气管路9通过辅热装置多路阀门分为两路，一路通过电加热辅热装置旁通管路13与稳压稳流装置15连接，另一路通过辅热装置进气管路11与电加热辅热装置12连接后再与稳压稳流装置15连接。

所述稳压稳流装置出气管路16通过计量装置多路阀门17分为两路，一路通过计量装置旁通管路与用户总管21连接，另一路依次通过切断阀一18A、计量装置19和切断阀二18B与用户总管21连接。

所述增压装置5为液氮泵。

所述稳压稳流装置15为稳压罐。

所述液氮储罐出液管口2上设有液氮出液管口阀门；所述二氧化碳出液管路23上设有二氧化碳出液口阀门24；气化装置8上设有氮气吹扫装置。

本实用新型的防灭火方法，步骤如下：

①当需要使用液氮防灭火时，液氮低温储罐1内的液氮通过液氮储罐出液管口2分流成两路，一路液氮通过储罐自增压装置气化稳定后进入到液氮低温储罐1顶部的气相空间内，增加液氮低温储罐1内压力，确保液氮正常输配；另一路液氮通过低压液氮管路4流至增压装置5，增压装置5对液氮进行加压，液氮加压至设定压力后通过高压管路7进入气化装置8进行气化形成氮气，增压装置5的压力和流量均可调节，增压装置5在运行过程中会产生少量的低温气体，为了确保在运行液氮低温储罐1内的压力平衡与减小波动，增压装置5产生的低温气体再通过回气管路6回流到液氮低温储罐1顶部的回气口；当氮气不需要加热时，氮气进入到电加热辅热装置旁通管路13，通过稳压稳流装置15稳压后通过稳压稳流装置出气管路16后与用户总管21连接；当氮气需要加热时，氮气进入到辅热装置进气管路11进行加热，加热后的氮气通过稳压稳流装置15稳压后通过稳压稳流装置出气管路16后与用户总管21连接；当需要计量氮气时，打开切断阀一18A和切断阀二18B，氮气进入到计量装置内进行计量，计量后的氮气进入到用户总管21内；当不需要计量氮气时，管闭切断阀一18A和切断阀二18B，氮气经计量装置旁通管路20进入到用户总管21内；

②当需要使用液态二氧化碳防灭火时，通过氮气吹扫装置对气化装置8进行低压氮气吹扫，吹扫后，开启二氧化碳出液口阀门24，液态二氧化碳储罐22内的液态二氧化通过二氧化碳出液管路23进入增压装置5，增压装置5对液态二氧化碳进行加压，液态二氧化碳加压至设定压力后通过高压管路7进入气化装置8进行气化形成二氧化碳气源，增压装置5的压力和流量均可调节，二氧化碳气源经气化装置出气管路9进入到电加热辅热装置旁通管路13，通过稳压稳流装置15稳压后通过稳压稳流装置出气管路16后与用户总管21连接；当需要计量二氧化碳气源时，打开切断阀一18A和切断阀二18B，二氧化碳气源进入到计量装置内进行计量，计量后的二氧化碳气源进入到用户总管21内；当不需要计量二氧化碳气源时，管闭切断阀一18A和切断阀二18B，二氧化碳气源经计量装置旁通管路20进入到用户总管21内。

液氮低温储罐1在使用过程中，液氮低温储罐1内压力会有所降低，为确保液氮正常输配，采用储罐自增压装置对液氮低温储罐1进行增压；储罐自增压装置至少包括：自增压气化器26、自增压开启阀门25、调压器27和增压气管路28，液氮低温储罐1内的液氮由液氮储罐出液管口2引出，然后至自增压气化器26将液氮化变成氮气，氮气经调压器27调压使其压力稳定在与液氮低温储罐1内部相同的压力，再通过自增压气管路28将氮气送回液氮低温储罐1顶部的气相空间内，使液氮低温储罐1压力升高；

对空放散加热装置至少包括气体排放管口35、气体排放阀29、放散进气管路30、放散加热装置31、放散出气管路32、测温计33和放散出气口34，当非运行工况下的液氮低温储罐1内的压力高于设定压力时，自动开启液氮低温储罐1顶部气体排放管口35上的气体排放阀29，把罐体内低温气体排放至放散加热装置31进行加热，然后排入大气系统；当液氮低温储罐1内的压力低于设定压力时，储罐上的气体排放阀29自动关闭；当放散加热装置31出口处的测温计33显示温度低于环境温度5℃时，气体排放阀29的开度适当减小。

本实用新型例，结合附图，本实用新型包含液氮低温储罐1、液态二氧化碳储罐22、增压装置5、储罐自增压装置（包含自增压气化器26、自增压开启阀门25、调压器27、自增压气管路28等）、对空放散加热装置（包含气体排放管口35、气体排放阀29、放散进气管路30、放散加热装置31、放散出气管路32、测温计33和放散出气口34等）、气化装置8、稳压稳流装置（稳压罐）15、电加热辅热装置12、计量装置19、液氮系统配电设备和液氮系统控制设备等，以及系统必要的管路、仪表、控制阀、液位计、调压装置等附属部件。

所述液氮储罐出液管口2通过低压液氮管路4连接到增压装置5，即液氮增压泵，为保证用户对氮气源的压力要求，需通过液氮增压泵5对液氮进行加压，液氮加压至设定压力后通过高压管路7进入气化装置8进行气化。增压装置5的压力和流量均可调节。增压装置5在运行过程中会产生少量的低温气体，为了确保在运行液氮低温储罐1内的压力平衡与减小波动，增压装置5产生的低温气体再通过回气管路6回流到液氮低温储罐1顶部的回气口。

所述液氮低温储罐1在使用过程中，罐内压力会有所降低，为确保液氮正常输配，采用储罐自增压装置对液氮低温储罐1进行增压。储罐自增压装置至少包括：自增压气化器26、自增压开启阀门25、调压器27和增压气管路28等，液氮由液氮储罐出液管口2引出，然后至自增压气化器26将液氮气化变成气态，后经调压器27调压使出口压力稳定在与液氮低温储罐1内部相同的压力，再通过自增压气管路28将氮气送回液氮低温储罐1顶部的气相空间内，使液氮低温储罐1压力升高。所述液氮低温储罐1运行时，当储罐内压力低于额定压力的50%时就开启储罐自增压系统。

所述液氮低温储罐1及管道中液氮在排放时易造成人员冻伤或在排放口结冰，所以需要对放散的低温液氮进行加热后再排入大气，为此本系统设计1套对空放散加热装置。

所述对空放散加热装置至少包括：气体排放管口35、气体排放阀29、放散进气管路30、放散加热装置31、放散出气管路32、测温计33和放散出气口34等，自液氮低温储罐1的气体排放管口35至对空放散加热装置排空。当非运行工况下的液氮低温储罐1内的压力高于设定压力时，自动开启液氮低温储罐1的气体排放阀29，把罐体内低温气体排放至放散加热装置31进行加热，然后排入大气系统；当液氮低温储罐1内的压力低于设定压力时，储罐上的气体排放阀29自动关闭。当放散加热装置31出口的测温计33显示温度低于环境温度5℃时，该装置气体排放阀29的开度适当减小。

为保证用户所需氮气和二氧化碳的流量，必须对液氮和液态二氧化碳进行气化。液氮、液态二氧化碳流经气化装置8，通过空气对流进行热交换将-196℃液氮、-17℃液态二氧化碳加热气化。在气化装置8内介质为气液两相状态，液氮、液态二氧化碳在该装置充分气化后流经气化装置出气管路9。

为满足用户氮气、二氧化碳源的稳定和安全，确保用气流量在动态变化时，也能使输气压力稳定在设计压力，为此本系统还设计稳压稳流装置15一套。

考虑到寒冷地区使用要求，为确保液氮气化效果及确保气化后所采用管道的安全可靠，必须将经气化装置8气化后的氮气进行辅助加热，为此本系统设计电加热辅热装置12。

气化装置8出口处氮气温度通常比环境温度低10℃左右，当环境温度低于-10℃时，气化装置8至电加热辅热装置12管道易于结霜，此时电加热辅热装置12应开启给氮气继续加热；如果气化装置8至电加热辅热装置12管道无结霜现象，或者温度高于-10℃时，则不用开启电加热辅热装置12，直接将氮气经电加热辅热装置旁路管道13输送至稳压稳流装置15,整个过程可实现自动联锁运行。

为核算生产成本，在稳压稳流装置出气管路16上设置计量装置（流量计）19一套。计量装置19安装在稳压稳流装置出气管路16上，另外设计量装置旁通管路20，进、出计量装置管道上分别设置切断阀一18A和切断阀二18B，计量装置19读数可远传到中控室内。

所述液态二氧化碳储罐22通过二氧化碳出液管路23进入增压装置5，通过增压可以保证用户对气源的压力和流量要求，增压后再通过高压管路7进入气化装置8进行气化。当二氧化碳气化系统使用完需要切到液氮气化系统时，需要对气化装置8用低压氮气进行吹扫，此时需要开启储罐自增压系统，并打开吹扫管线上的阀门。

本实用新型所涉及防灭火系统的工艺流程，简易描述如下：

液氮低温储罐→液氮增压→气化系统→用户

液氮低温储罐出液口→储罐增压装置→液氮低温储罐

安全阀及排空阀排液→对空放散加热装置→排入大气

液态二氧化碳储罐→增压→气化系统→用户

上述具体实施方式仅是本实用新型的具体个案，本实用新型的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本实用新型权利要求书的一种新型液氮、液态二氧化碳防灭火系统及方法且任何所属技术领域的技术人员对其所做的任何变化或修饰，皆应落入本实用新型的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种新型液氮、液态二氧化碳防灭火系统，其特征在于：至少包含：液氮低温储罐（1）、液态二氧化碳储罐（22）、增压装置（5）、储罐自增压装置、对空放散加热装置、气化装置（8）、稳压稳流装置（15）、电加热辅热装置（12）和计量装置（19）；所述液氮低温储罐（1）底部与液氮储罐出液管口（2）连通后分为两路，一路通过储罐自增压装置连接与液氮低温储罐（1）顶部的气相空间连接，使液氮低温储罐（1）压力升高，另一路通过低压液氮管路（4）连接到增压装置（5），增压装置（5）通过回气管路（6）与液氮低温储罐（1）顶部的回气口连接，液氮低温储罐（1）顶部设有对空放散加热装置，液态二氧化碳储罐（22）通过二氧化碳出液管路（23）与增压装置（5）连接，增压装置（5）通过高压管路（7）与气化装置（8）连接，气化装置（8）通过气化装置出气管路（9）与电加热辅热装置（12）连接，电加热辅热装置（12）通过辅热装置出气管路（14）与稳压稳流装置（15）连接，稳压稳流装置（15）通过稳压稳流装置出气管路（16）与用户总管（21）连接，稳压稳流装置出气管路（16）上设有计量装置（19）。

2.根据权利要求1所述的一种新型液氮、液态二氧化碳防灭火系统，其特征在于：所述储罐自增压装置至少包含自增压开启阀门（25）、自增压气化器（26）、调压器（27）和自增压气管路（28），所述液氮储罐出液管口（2）的一路与自增压气管路（28）连接，自增压气管路（28）上依次设有自增压开启阀门（25）、自增压气化器（26）和调压器（27）。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型液氮、液态二氧化碳防灭火系统，其特征在于：所述对空放散加热装置至少包含气体排放管口（35）、气体排放阀（29）、放散进气管路（30）、放散加热装置（31）、放散出气管路（32）、测温计（33）和放散出气口（34），气体排放管口（35）设置在液氮低温储罐（1）顶部，气体排放管口（35）通过气体排放阀（29）与放散进气管路（30）连接，放散进气管路（30）的放散出气口（34）与外界连通，放散进气管路（30）上依次设有放散加热装置（31）、放散出气管路（32）和测温计（33）。

4.根据权利要求1或2所述的一种新型液氮、液态二氧化碳防灭火系统，其特征在于：所述气化装置出气管路（9）通过辅热装置多路阀门分为两路，一路通过电加热辅热装置旁通管路（13）与稳压稳流装置（15）连接，另一路通过辅热装置进气管路（11）与电加热辅热装置（12）连接后再与稳压稳流装置（15）连接。

5.根据权利要求1或2所述的一种新型液氮、液态二氧化碳防灭火系统，其特征在于：所述稳压稳流装置出气管路（16）通过计量装置多路阀门（17）分为两路，一路通过计量装置旁通管路与用户总管（21）连接，另一路依次通过切断阀一（18A）、计量装置（19）和切断阀二（18B）与用户总管（21）连接。

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