礦用二氧化碳防滅火裝置

概述：

  隨著我國煤礦礦井開采深度的增加，開采的煤層自燃性增強，地溫高，易自燃、高瓦斯礦井?dāng)?shù)量越來越多，自燃火災(zāi)防治任務(wù)十分繁重，礦井采空區(qū)防滅火形勢十分嚴(yán)峻。因此防治礦井發(fā)火的問題已經(jīng)直接關(guān)系到煤炭的安全發(fā)展。

液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)作為新型的防滅火技術(shù)已經(jīng)逐漸為煤礦救援安全的有識之士關(guān)注并應(yīng)用。

液態(tài)二氧化碳具有良好的降溫和惰化性能。但必須解決裝、運、灌注這三個環(huán)節(jié)的工藝安全技術(shù)問題。針對以上問題我公司成功研制出了代表國內(nèi)先進(jìn)的安全可靠的技術(shù)及裝備，保證了液態(tài)二氧化碳井下灌注的順利進(jìn)行。

《遼陽正陽機(jī)械設(shè)備制造有限公司》從2009年至今從事液態(tài)二氧化碳防滅火項目的研發(fā)及成熟應(yīng)用已經(jīng)十一年了。公司現(xiàn)已研發(fā)出適合煤礦救援安全應(yīng)用的液態(tài)二氧化碳降溫、防滅火九項zhuanli技術(shù)產(chǎn)品，并獲得國家第五屆安全生產(chǎn)科技成果二等獎。完善配套的技術(shù)和裝備適合煤礦各種現(xiàn)場條件下防滅火。現(xiàn)已采用液態(tài)二氧化碳防滅火裝備成功處理了多起煤礦火災(zāi)事故，效果非常顯著。

      多年的實踐結(jié)果可以證明，液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)及裝備不僅用于滅火毋庸置疑，而且用于邊生產(chǎn)邊防治自然發(fā)火，更加行之有效。 完善的質(zhì)量保證體系及優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，為煤礦安全提供了新的更加可靠的保障。

液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)的優(yōu)勢：

通過與國內(nèi)外常規(guī)防滅火技術(shù)和材料優(yōu)缺點的比較，以及將液態(tài)二氧化碳應(yīng)用于煤礦礦井防滅火實踐的總結(jié)分析，足以證明液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)具備以下七大優(yōu)點。

①液態(tài)二氧化碳注入火區(qū)空間，會瞬間體積膨脹氣化，吸收大量的熱，使得火區(qū)溫度和氧氣濃度降低加快，降溫效果明顯。

②液態(tài)二氧化碳吸收熱量氣化后，可擴(kuò)散充滿任何形狀的幾何空間，因而便于對礦井采空區(qū)深部、高冒窩等人們不便接近的地點進(jìn)行滅火。

③ 符合國家節(jié)能減排的要求。液態(tài)二氧化碳主要是煤化工等化工廠產(chǎn)生的二氧化碳廢氣回收加工而成的副產(chǎn)品，不利用就會排放污染大氣。將其注入井下采空區(qū)，不僅可起到防滅火作用，同時利用煤體對其強吸附的特性，可使大多數(shù)二氧化碳留存于采空區(qū)。

④液態(tài)二氧化碳灌注火區(qū)后，能有效降低煤氧復(fù)合速度，迅速抑制燃燒，更有利于防止瓦斯、煤塵爆炸。

⑤負(fù)面損失少，不會損壞井下設(shè)備和井巷設(shè)施，因而滅火后的恢復(fù)工作，量少且容易。

⑥輸送便利。

⑦滅火用材成本低于其它滅火成本。

.液態(tài)二氧化碳防滅火核心技術(shù)：

用槽車直接灌注液態(tài)二氧化碳的安全隱患：1、管道灌注距離長液態(tài)二氧化碳壓力不足結(jié)成干冰堵塞管道導(dǎo)致管道爆裂；2、管道金相組織不確定一旦發(fā)生危險管道產(chǎn)生爆裂造成人員傷害；3、操作人員誤操作也會產(chǎn)生以上問題。

   二氧化碳是由碳原子和氧原子以1∶2組成的化合物，化學(xué)分子式為CO2。密度大約是空氣的1.53倍。二氧化碳的狀態(tài)可以以固體、液體或氣體狀態(tài)存在。在溫度為-56.6℃，壓力為0.417MPa時，在三態(tài)點之間。二氧化碳只有在溫度-56.6～31.1 ℃、壓力0.417～7.09MPa之間，才能以液體狀態(tài)存在。

    二氧化碳所處的相態(tài)不是絕對固定的，而是隨著壓力大小和溫度高低而變化。一旦壓力和溫度發(fā)生變化，其相態(tài)就會轉(zhuǎn)移，液態(tài)可能變?yōu)楣腆w干冰，亦可能氣化。為了有效地防止使液態(tài)二氧化碳在管路的流經(jīng)過程中被固化結(jié)冰，建立一套相對完善的工藝裝備系統(tǒng)，是解決防止固化的主要技術(shù)途徑。

礦用液態(tài)二氧化防滅火工藝裝備的安全應(yīng)用：

【液態(tài)二氧化碳在防滅火過程中的灌注方式】

1.從井上打鉆孔下套管進(jìn)行灌注

2.利用礦井現(xiàn)有管道進(jìn)行灌注（如制氮機(jī)管道、壓風(fēng)管道等）

3.通過小型轉(zhuǎn)儲罐將液態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)載至井下灌注點，直接在井下進(jìn)行灌注

【液態(tài)二氧化碳防滅火裝備按照煤礦礦井灌注特點可分為兩種型式】

液態(tài)二氧化碳地面灌注防滅火裝備(滅火裝備)

裝備特點：流量大、速度快、輸送距離長。本裝備系統(tǒng)最大灌注量可達(dá)10000Nm3/h，標(biāo)準(zhǔn)灌注量3000Nm3/h，輸送距離6000米。

功能是：將液態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)換成氣體，然后經(jīng)管道輸送灌注于火區(qū)。（說明：將脈沖高壓轉(zhuǎn)換成適合穩(wěn)定壓力。減壓穩(wěn)壓）

裝備組成：依據(jù)煤礦的防滅火需求，本裝備由礦用大型液態(tài)二氧化碳儲罐、自熱式氣液轉(zhuǎn)換器、強熱式氣液轉(zhuǎn)換器、氣體壓力調(diào)控裝置、液態(tài)二氧化碳增壓裝置等部分組成，同時配有控制閥、安全閥、壓力表、溫度表、液位計等安全器件，并與井下防滅火管路連接，裝配成為礦用液態(tài)二氧化碳地面灌注防滅火裝備。

【基本系統(tǒng)各構(gòu)成設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征及功能】

①大型液態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)儲罐

功能和作用：將來自煤化工的液態(tài)二氧化碳儲存，并釋放液態(tài)二氧化碳至自熱式轉(zhuǎn)換器供其氣化之用。

   轉(zhuǎn)儲罐屬于壓力容器，須由具有資質(zhì)的單位設(shè)計和制作，產(chǎn)品質(zhì)量須達(dá)到相關(guān)的國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。     

   依據(jù)煤礦的特殊條件，安全性，可靠性及功能要求，將本設(shè)備的內(nèi)部工藝管路進(jìn)行了專項設(shè)計；使之更加適合煤礦井下灌注的要求。從而達(dá)到迅速滅火的目的。

【基本系統(tǒng)各構(gòu)成設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征及功能】

②自熱式氣液轉(zhuǎn)換器

功能：其主要作用為將轉(zhuǎn)儲罐所釋放的液體以自加熱方式轉(zhuǎn)化成為氣體并輸送至下一道工序。

二氧化碳屬于有害氣體，在釋放的過程中很容易由于工藝裝備的缺陷產(chǎn)生泄漏危及安全。由于煤礦特殊的環(huán)境要求，對其設(shè)計要求、制造環(huán)境、檢測手段要求極為嚴(yán)格、檢測設(shè)備要極為精良。我公司從德國引進(jìn)先進(jìn)的檢測設(shè)備，避免了設(shè)備在灌注當(dāng)中發(fā)生泄漏，造成事故隱患。

【基本系統(tǒng)各構(gòu)成設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征及功能】

③強熱式輔助氣液轉(zhuǎn)換器

功能：以強制加熱方式將液態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)換成氣體，完成終極轉(zhuǎn)換。設(shè)備操作簡便實用。本設(shè)備的加熱系統(tǒng)和增壓系統(tǒng)已實現(xiàn)了控制智能化、自動化，不僅操作簡便，而且提高了裝備的安全性和可靠性。轉(zhuǎn)換器內(nèi)壓力、溫度和流量的智能化自動控制，達(dá)到了國內(nèi)一流水平。

④氣體壓力調(diào)控裝置

功能：將轉(zhuǎn)換器內(nèi)熱交換后的過高壓力的、脈沖狀態(tài)的氣體調(diào)節(jié)成為與井下管路系統(tǒng)匹配的合理壓力的、平穩(wěn)狀態(tài)的氣體，進(jìn)行釋放和輸出，從而達(dá)到安全滅火的效果。

 氣體壓力調(diào)控裝置輸出壓力取決于井下防滅火管路的氣體流量和管路總阻力，按流量和阻力計算的管路所消耗的壓力與該裝置輸出壓力應(yīng)當(dāng)匹配，使之相等。其中，管路流量決定于用戶所需的液態(tài)二氧化碳?xì)饬?，而管路總阻力決定于管徑和管壁摩擦阻力及管路局部阻力。 

智 能 型 防 火 裝 備

液態(tài)二氧化碳經(jīng)轉(zhuǎn)儲、轉(zhuǎn)氣、調(diào)壓后，再通過地面鋪設(shè)至井下的合適管道將其注入井下火區(qū)或高溫點。達(dá)到抑制瓦斯、煤塵爆炸、防滅火的效果。灌注過程全部采用智能化自動控制型式并通過以太網(wǎng)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)后臺系統(tǒng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)測，并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。本zhuanli技術(shù)裝備代表著目前國內(nèi)液態(tài)二氧化碳防滅火先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品。

礦用直注式液態(tài)二氧化碳降溫防滅火裝置

裝備特點：本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，降溫效果好（輸送距離500米內(nèi)溫度可達(dá)到-25℃～-31℃）、輸送距離長（井下水平輸送距離可達(dá)1000米以上）、惰化效果好，操作簡單安全可靠。本裝備系統(tǒng)解決了為防止液態(tài)二氧化碳在釋放過程中，因為壓力降低形成固態(tài)堵塞管路的問題。

功能：將直注式液態(tài)二氧化碳儲罐的液體通過專用的輸送管道直接灌注于火區(qū)。使得液態(tài)二氧化碳在火區(qū)內(nèi)迅速膨脹降溫，達(dá)到既惰化又降溫的效果。

系統(tǒng)組成：液態(tài)二氧化碳直注轉(zhuǎn)儲罐、自增壓變送調(diào)控裝置、液態(tài)二氧化碳遠(yuǎn)距離輸送裝置、適壓啟動裝置、耐高壓隔熱金屬軟管等。

②自增壓變送調(diào)裝置

作用1：在地面通過自增壓調(diào)控系統(tǒng)對直注式液態(tài)二氧化碳儲罐實施增壓，控制液態(tài)二氧化碳直注轉(zhuǎn)儲罐內(nèi)的釋放壓力，使得直注式液態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)儲罐內(nèi)的液體完全釋放干凈。本系統(tǒng)為自主研發(fā)zhuanli產(chǎn)品。

作用2：將大儲罐內(nèi)的液態(tài)二氧化碳快速轉(zhuǎn)送至直注式液態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)儲罐內(nèi)。實現(xiàn)裝備工藝流程完善。

③遠(yuǎn)距離輸送裝置

針對壓力不足的直注式液態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)儲罐實施持續(xù)增壓，以保持液態(tài)二氧化碳直注轉(zhuǎn)儲罐內(nèi)的釋放壓力，延長液態(tài)二氧化碳流經(jīng)管道末端距離。本系統(tǒng)為自主研發(fā)zhuanli產(chǎn)品。

④無動力運輸工具(平板礦車)

無動力運輸工具(平板礦車)承載直注式轉(zhuǎn)儲罐，每一個儲液罐占一節(jié)礦車。

⑤耐高壓隔熱金屬軟管WGFDN40/PN3.0

彌補高壓膠管在低溫狀態(tài)下產(chǎn)生低溫脆裂，導(dǎo)致液態(tài)二氧化碳泄漏危及人身安全，給煤礦安全生產(chǎn)及救援帶來災(zāi)害的隱患。

所以針對煤礦礦井防滅火特征獨家研發(fā)定制的金屬軟連接管路，以其獨特的加工手段，雙層內(nèi)襯結(jié)構(gòu)使得液態(tài)二氧化碳在灌注的過程中更加安全可靠。

液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)質(zhì)量管理安全應(yīng)用：

二氧化碳屬于有害氣體，在釋放的過程中很容易由于工藝裝備、加工手段的缺欠及流經(jīng)管道的材質(zhì)、承受壓力和耐低溫能力的不足發(fā)生泄漏危及人身安全，給煤礦井下防滅火安全造成危害。   

液態(tài)二氧化碳用于煤礦防滅火中安全灌注技術(shù)的概述：

工藝裝備的安全保障尤為重要。液態(tài)二氧化碳屬于低溫液體，在液態(tài)釋放過程中，吸收大量的熱，發(fā)生設(shè)施凍裂。因此，在煤礦實施液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)，必須解決相應(yīng)的裝備系統(tǒng)的有關(guān)安全技術(shù)問題。

液態(tài)二氧化碳工藝裝備產(chǎn)品質(zhì)量及安全的保障

1. 液態(tài)二氧化碳防滅火裝備的核心部件是鋼制壓力容器及承壓設(shè)備。遵照中華人民共和國國務(wù)院令第373號發(fā)布的《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》和國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督總局頒發(fā)的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》及相關(guān)技術(shù)法規(guī)的規(guī)定。保證產(chǎn)品質(zhì)量，確保設(shè)備在煤礦井下安全運行。

2.設(shè)計、工藝質(zhì)控系統(tǒng)的保障

3.材料質(zhì)控系統(tǒng)的保障

4.焊接質(zhì)控系統(tǒng)的保障

5.檢測質(zhì)控系統(tǒng)的保障

6.產(chǎn)品檢驗的保障

7.質(zhì)量保證體系與組織機(jī)構(gòu)的保障

通過對液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)的研究，我們克服了液態(tài)二氧化碳在裝、運、灌注這3個環(huán)節(jié)的技術(shù)難題，實現(xiàn)了液態(tài)二氧化碳在礦井的快速、安全運輸；壓力、溫度的持續(xù)性、灌注過程的高效穩(wěn)定；成功解決了灌注過程中管道結(jié)冰堵塞問題，保證了二氧化碳以液態(tài)或氣液結(jié)合形式注入火區(qū)。本技術(shù)的研制成功及順利實施，可有效的防治高地溫煤礦采空區(qū)煤自燃的發(fā)生和發(fā)展，有利保障了礦井的安全生產(chǎn)。

     本技術(shù)成果的成功實施，適應(yīng)國家實施新一輪節(jié)能減排的號召，必將推動二氧化碳節(jié)能減排及防滅火技術(shù)應(yīng)用的研究和發(fā)展，深入到一個嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域。這不僅可保障煤礦安全開采，而且對煤化工產(chǎn)生的二氧化碳廢氣的治理及豐富和完善易燃礦井防滅火技術(shù)保障體系具有較大的促進(jìn)和示范作用。隨著煤化工產(chǎn)業(yè)在全國的蓬勃興起，二氧化碳減排凈化及防滅火應(yīng)用在全國范圍將有廣闊的推廣應(yīng)用前景。