矿用二氧化碳防灭火装置

概述：

  随着我国煤矿矿井开采深度的增加，开采的煤层自燃性增强，地温高，易自燃、高瓦斯矿井数量越来越多，自燃火灾防治任务十分繁重，矿井采空区防灭火形势十分严峻。因此防治矿井发火的问题已经直接关系到煤炭的安全发展。

液态二氧化碳防灭火技术作为新型的防灭火技术已经逐渐为煤矿救援安全的有识之士关注并应用。

液态二氧化碳具有良好的降温和惰化性能。但必须解决装、运、灌注这三个环节的工艺安全技术问题。针对以上问题我公司成功研制出了代表的安全可靠的技术及装备，保证了液态二氧化碳井下灌注的顺利进行。

《辽阳正阳机械设备制造有限公司》从2009年至今从事液态二氧化碳防灭火项目的研发及成熟应用已经十一年了。公司现已研发出适合煤矿救援安全应用的液态二氧化碳降温、防灭火九项技术产品，并获得国家第五届安全生产科技成果二等奖。完善配套的技术和装备适合煤矿各种现场条件下防灭火。现已采用液态二氧化碳防灭火装备成功处理了多起煤矿火灾事故，效果非常显著。

      多年的实践结果可以证明，液态二氧化碳防灭火技术及装备不仅用于灭火毋庸置疑，而且用于边生产边防治自然发火，更加行之有效。 完善的质量保证体系及优质的服务，为煤矿安全提供了新的更加可靠的保障。

液态二氧化碳防灭火技术的优势：

通过与国内外常规防灭火技术和材料优缺点的比较，以及将液态二氧化碳应用于煤矿矿井防灭火实践的总结分析，足以证明液态二氧化碳防灭火技术具备以下七大优点。

①液态二氧化碳注入火区空间，会瞬间体积膨胀气化，吸收大量的热，使得火区温度和氧气浓度降低加快，降温效果明显。

②液态二氧化碳吸收热量气化后，可扩散充满任何形状的几何空间，因而便于对矿井采空区深部、高冒窝等人们不便接近的地点进行灭火。

③ 符合国家节能减排的要求。液态二氧化碳主要是煤化工等化工厂产生的二氧化碳废气回收加工而成的副产品，不利用就会排放污染大气。将其注入井下采空区，不仅可起到防灭火作用，同时利用煤体对其强吸附的特性，可使大多数二氧化碳留存于采空区。

④液态二氧化碳灌注火区后，能有效降低煤氧复合速度，迅速抑制燃烧，更有利于防止瓦斯、煤尘爆炸。

⑤负面损失少，不会损坏井下设备和井巷设施，因而灭火后的恢复工作，量少且容易。

⑥输送便利。

⑦灭火用材成本低于其它灭火成本。

.液态二氧化碳防灭火核心技术：

用槽车直接灌注液态二氧化碳的安全隐患：1、管道灌注距离长液态二氧化碳压力不足结成干冰堵塞管道导致管道爆裂；2、管道金相组织不确定一旦发生危险管道产生爆裂造成人员伤害；3、操作人员误操作也会产生以上问题。

   二氧化碳是由碳原子和氧原子以1∶2组成的化合物，化学分子式为CO2。密度大约是空气的1.53倍。二氧化碳的状态可以以固体、液体或气体状态存在。在温度为-56.6℃，压力为0.417MPa时，在三态点之间。二氧化碳只有在温度-56.6～31.1 ℃、压力0.417～7.09MPa之间，才能以液体状态存在。

    二氧化碳所处的相态不是固定的，而是随着压力大小和温度高低而变化。一旦压力和温度发生变化，其相态就会转移，液态可能变为固体干冰，亦可能气化。为了有效地防止使液态二氧化碳在管路的流经过程中被固化结冰，建立一套相对完善的工艺装备系统，是解决防止固化的主要技术途径。

矿用液态二氧化防灭火工艺装备的安全应用：

【液态二氧化碳在防灭火过程中的灌注方式】

1.从井上打钻孔下套管进行灌注

2.利用矿井现有管道进行灌注（如制氮机管道、压风管道等）

3.通过小型转储罐将液态二氧化碳转载至井下灌注点，直接在井下进行灌注

【液态二氧化碳防灭火装备按照煤矿矿井灌注特点可分为两种型式】

液态二氧化碳地面灌注防灭火装备(灭火装备)

装备特点：流量大、速度快、输送距离长。本装备系统灌注量可达10000Nm3/h，标准灌注量3000Nm3/h，输送距离6000米。

功能是：将液态二氧化碳转换成气体，然后经管道输送灌注于火区。（说明：将脉冲高压转换成适合稳定压力。减压稳压）

装备组成：依据煤矿的防灭火需求，本装备由矿用大型液态二氧化碳储罐、自热式气液转换器、强热式气液转换器、气体压力调控装置、液态二氧化碳增压装置等部分组成，同时配有控制阀、安全阀、压力表、温度表、液位计等安全器件，并与井下防灭火管路连接，装配成为矿用液态二氧化碳地面灌注防灭火装备。

【基本系统各构成设备的结构特征及功能】

①大型液态二氧化碳转储罐

功能和作用：将来自煤化工的液态二氧化碳储存，并释放液态二氧化碳至自热式转换器供其气化之用。

   转储罐属于压力容器，须由具有资质的单位设计和制作，产品质量须达到相关的国家及行业标准要求。     

   依据煤矿的特殊条件，安全性，可靠性及功能要求，将本设备的内部工艺管路进行了专项设计；使之更加适合煤矿井下灌注的要求。从而达到迅速灭火的目的。

【基本系统各构成设备的结构特征及功能】

②自热式气液转换器

功能：其主要作用为将转储罐所释放的液体以自加热方式转化成为气体并输送至下一道工序。

二氧化碳属于有害气体，在释放的过程中很容易由于工艺装备的缺陷产生泄漏危及安全。由于煤矿特殊的环境要求，对其设计要求、制造环境、检测手段要求极为严格、检测设备要极为精良。我公司从德国引进的检测设备，避免了设备在灌注当中发生泄漏，造成事故隐患。

【基本系统各构成设备的结构特征及功能】

③强热式辅助气液转换器

功能：以强制加热方式将液态二氧化碳转换成气体，完成转换。设备操作简便实用。本设备的加热系统和增压系统已实现了控制智能化、自动化，不仅操作简便，而且提高了装备的安全性和可靠性。转换器内压力、温度和流量的智能化自动控制，达到了水平。

④气体压力调控装置

功能：将转换器内热交换后的过高压力的、脉冲状态的气体调节成为与井下管路系统匹配的合理压力的、平稳状态的气体，进行释放和输出，从而达到安全灭火的效果。

 气体压力调控装置输出压力取决于井下防灭火管路的气体流量和管路总阻力，按流量和阻力计算的管路所消耗的压力与该装置输出压力应当匹配，使之相等。其中，管路流量决定于用户所需的液态二氧化碳气量，而管路总阻力决定于管径和管壁摩擦阻力及管路局部阻力。 

智 能 型 防 火 装 备

液态二氧化碳经转储、转气、调压后，再通过地面铺设至井下的合适管道将其注入井下火区或高温点。达到抑制瓦斯、煤尘爆炸、防灭火的效果。灌注过程全部采用智能化自动控制型式并通过以太网传输到计算机后台系统，实现远程实时监测，并实现网络发布。本技术装备代表着目前国内液态二氧化碳防灭火的技术产品。

矿用直注式液态二氧化碳降温防灭火装置

装备特点：本系统结构简单，降温效果好（输送距离500米内温度可达到-25℃～-31℃）、输送距离长（井下水平输送距离可达1000米以上）、惰化效果好，操作简单安全可靠。本装备系统解决了为防止液态二氧化碳在释放过程中，因为压力降低形成固态堵塞管路的问题。

功能：将直注式液态二氧化碳储罐的液体通过专用的输送管道直接灌注于火区。使得液态二氧化碳在火区内迅速膨胀降温，达到既惰化又降温的效果。

系统组成：液态二氧化碳直注转储罐、自增压变送调控装置、液态二氧化碳远距离输送装置、适压启动装置、耐高压隔热金属软管等。

②自增压变送调装置

作用1：在地面通过自增压调控系统对直注式液态二氧化碳储罐实施增压，控制液态二氧化碳直注转储罐内的释放压力，使得直注式液态二氧化碳转储罐内的液体释放干净。本系统为自主研发产品。

作用2：将大储罐内的液态二氧化碳快速转送至直注式液态二氧化碳转储罐内。实现装备工艺流程完善。

③远距离输送装置

针对压力不足的直注式液态二氧化碳转储罐实施持续增压，以保持液态二氧化碳直注转储罐内的释放压力，延长液态二氧化碳流经管道末端距离。本系统为自主研发产品。

④无动力运输工具(平板矿车)

无动力运输工具(平板矿车)承载直注式转储罐，每一个储液罐占一节矿车。

⑤耐高压隔热金属软管WGFDN40/PN3.0

弥补高压胶管在低温状态下产生低温脆裂，导致液态二氧化碳泄漏危及人身安全，给煤矿安全生产及救援带来灾害的隐患。

所以针对煤矿矿井防灭火特征研发定制的金属软连接管路，以其的加工手段，双层内衬结构使得液态二氧化碳在灌注的过程中更加安全可靠。

液态二氧化碳防灭火技术质量管理安全应用：

二氧化碳属于有害气体，在释放的过程中很容易由于工艺装备、加工手段的缺欠及流经管道的材质、承受压力和耐低温能力的不足发生泄漏危及人身安全，给煤矿井下防灭火安全造成危害。   

液态二氧化碳用于煤矿防灭火中安全灌注技术的概述：

工艺装备的安全保障尤为重要。液态二氧化碳属于低温液体，在液态释放过程中，吸收大量的热，发生设施冻裂。因此，在煤矿实施液态二氧化碳防灭火技术，必须解决相应的装备系统的有关安全技术问题。

液态二氧化碳工艺装备产品质量及安全的保障

1. 液态二氧化碳防灭火装备的核心部件是钢制压力容器及承压设备。遵照中华人民共和国令第373号发布的《特种设备安全监察条例》和国家质量技术监督总局颁发的《压力容器安全技术监察规程》及相关技术法规的规定。保证产品质量，确保设备在煤矿井下安全运行。

2.设计、工艺质控系统的保障

3.材料质控系统的保障

4.焊接质控系统的保障

5.检测质控系统的保障

6.产品检验的保障

7.质量保证体系与组织机构的保障

通过对液态二氧化碳防灭火技术的研究，我们克服了液态二氧化碳在装、运、灌注这3个环节的技术难题，实现了液态二氧化碳在矿井的快速、安全运输；压力、温度的持续性、灌注过程的高效稳定；成功解决了灌注过程中管道结冰堵塞问题，保证了二氧化碳以液态或气液结合形式注入火区。本技术的研制成功及顺利实施，可有效的防治高地温煤矿采空区煤自燃的发生和发展，有利保障了矿井的安全生产。

     本技术成果的成功实施，适应国家实施新一轮节能减排的号召，必将推动二氧化碳节能减排及防灭火技术应用的研究和发展，深入到一个崭新的应用领域。这不仅可保障煤矿安全开采，而且对煤化工产生的二氧化碳废气的治理及丰富和完善易燃矿井防灭火技术保障体系具有较大的促进和示范作用。随着煤化工产业在全国的蓬勃兴起，二氧化碳减排净化及防灭火应用在全国范围将有广阔的推广应用前景。