液态二氧化碳防灭火系统完整版.docx

1、液态二氧化碳防灭火系统完整版编号：TQC/K991液态二氧化碳防灭火系统完整版Through strengthening managementimproving production conditions and workingenviron me nt and in creasing all-ro und mon itori ng and other measures, in order to preve ntcasualties and achieve the best production state for safe production and civilized construct

2、ion适用安全技术/生产体系/提升效率/企业管理等场景】编写:审核:时间:部门:液态二氧化碳防灭火系统完整版下载说明：本安全管理资料适合用于通过加强过程管理，不断改善生产条件和作业环境 和增加全方位监控等措施，以期达到预防伤亡事故，并实现最佳的生产状态用以安全生 产、文明施工等。可直接应用日常文档制作，也可以根据实际需要对其进行修改。亭南煤矿液态二氧化碳防灭火系统设计方案亭南煤业公司亭南煤矿西安科技大学西安森兰科贸有限责任公司二00八年三月六日亭南煤矿液态二氧化碳防灭火系统设计方案煤自燃是煤与氧自发产生的氧化放热 反应煤自然升温的实质取决于氧化放热 速率和环境散热速率的大小,如果氧化放 热速率

3、占优势时,才会发生自燃现象。因 此,通过控制煤的氧化环境来抑制煤自燃 是一种有效的方法。我国煤矿安全规程规定,综放开采有 自燃倾向性的煤层时,要采用以注入惰性气体为主的综合防灭火措施。惰气防灭火 技术的主要目的是为了减少氧含量,降低 煤氧化或燃烧的速度,可用于煤矿井下防 灭火的惰性气体主要有氮气、二氧化碳及 燃料燃烧后形成的混合气体等。用惰气阻止煤体氧化和窒息火区的基 本思想比较简单,在具体使用上主要需考 虑两个方面的问题,是能否供给防灭火 现场有效的惰性气体;二是在一定时间内 能否向现场输送足够的惰性气体。早在五 六十年代,世界上一些主要采煤国家就尝 试用氮气来扑灭矿井火灾获得成功,随 后,

4、这一防灭火技术得到了不断应用和发 展。1988年,抚顺局采用氮气防灭火技术 成功地防止了厚煤层综采放顶煤工作面采 空区的自然发火z为我国在这一技术领域 的应用起到了示范作用，目前，我国多数 综放工作面都采用注氮防灭火技术来防治 采空区自然发火。二氧化碳气体已被广泛应用于各种火灾的治理,它能在较短的时间内控制和扑 灭气体、液体、固体和电气火灾,具有灭 火能力强、速度快、使用范围广、对环境 不会造成污染等特点。g气体在矿井煤 层火灾治理中也起到了积极作用z美国俄 亥俄艸I曾用二氧化碳气体惰化方法,防止 煤的自燃,我国东北和山西等矿区也使用 CO2气体治理过煤层火灾，但由于CO2气 体的生产成本和应

5、用工艺等问题使得该 技术的推广使用受到制约。随着综放采煤工艺的推广应用,co2 防灭火技术与注氮防灭火技术相比,在初 期投资、灭火效益等各方面都有其较强的 优势,这对防止采空区煤层自燃火灾有积 极的作用,因而在我国具有广阔的应用前 亘1惰性气体的防灭火原理惰性气体分子结构稳定，化学性质极 不活泼,在常温、常压条件下很难与其它 物质发生化学反应,即使在井下高温火区 内,也不会与可燃性气体或可燃性物质发 生化学反应。且随着空气中惰性气体含量 增加,氧气含量必然降低/当氧气含量低 至510%时,可有效抑制煤炭的氧化自 燃,氧气含量降至3 %以下时,可完全抑制 煤炭等可燃物的阴燃与复燃。基于惰性气体的

6、性质及煤的氧化机理,向综放面采空区及浮煤带注入惰性气 体使其渗入到采空区冒落区、裂隙带及 浮煤带,降低这些区域的氧含量,形成惰 化带,从而能够达到抑制浮煤自燃的目 的。用IW气防灭火和阻止瓦斯爆炸的过程 称为惰化,惰化后的火区因氧气不足而不 能燃烧和爆炸。惰气的防灭火作用是使采 空区等有关区域惰化，具体地说,惰性气 体的防灭火作用和特点是：1）惰气可以充满任何形状的空间并将 氧气排挤出去,从而使火区中因氧含量不 足而将火源熄灭,或者使采空区中因氧含量不足而使浮煤不能氧化自燃；2） 在有瓦斯和火存在的气体爆炸危险 区内,注入惰气能够使可燃可爆性气体失 去爆炸性；3） 向采空区或火区中注入大量惰气

7、 后,可以使其采空区或火区呈现正压状 态,致使新鲜空气难以漏入；4） 在惰气灭火过程中,不会损坏或污 染机械设备和井巷设施,火区启封后,可 较快地恢复生产；5 ）惰气防灭火必须与均压和其它堵漏 风措施配合应用。否则,如果注入惰气的 采空区或火区漏风严重,惰气必然随漏风 流失,难以起到防灭火作用。2液态二氧化碳的理化性质及其惰化降温作用二氧化碳分子量为44 ,在常温、常压 下是无色略带酸味的窒息性气体,它在不 同的压力、温度条件下有三种形态,其熔 点为-56.6C （ 5.2个大气压），临界温度 为- 31.3C ,临界压力为72.80大气压, 二氧化碳具有升华特性,升华点_ 78.5C（1个大

8、气压X在低温加压下,CO?气体 可变为液态,利用蒸发潜热z可做成雪片 状固体,进一步冷却加压可制成干冰。气态二氧化碳的密度为1.976kg/m3（0C , 1个大气压），是空气密度的1.529倍z液态二氧化碳的密度与温度关系较 大z - 2CTC时的密度为l.Olkg/L z在温度15CS 1大气压下,1吨液态二氧化碳体积膨胀约640倍。液态二氧化碳汽化及固态二氧化碳升华时都吸收大量的热z固态二氧化碳升华 时吸热137kcal/kg ,干冰的制冷能力约是水冰的2倍z液态二氧化碳汽化吸热随温 度的不同而不同。由于二氧化碳是一种窒息性气体z注入火区后可降低氧气含量，使火区因缺氧 而窒息。此外,液体

9、二氧化碳和固体二氧 化碳在汽化和升华过程中z会吸收大量的 热，使火区温度下降,加快火区的熄灭。因此，液态CO2用于煤层火灾防治除具有 惰气防灭火作用的共性外，还具有下述特 占/ 1）液态C02灭火时z CO2从储存系统中喷放出来z压力会骤然下降使CO2迅 速由液态转变为气态,CO?比空气的密度 大,在熄灭底部火灾时z可快速沉入底部 而挤出氧气,并在火区内扩散充满其空 间使火区内氧气浓度急速下降。2）液态CO?内没有氧气,向煤层自燃 高温火区内压注时,可完全避免由于注入 惰气时z可能带入氧气而造成的不利影 响。3）液态CO?汽化吸收大量的热,注入 高温火区的CO2气体温度低,不仅具有对 火区惰化

10、和抑爆的能力,而且可以吸收大 量的热,从而降低火区温度。3液态二氧化碳防灭火性能分析液态二氧化碳中无氧气、温度低,且 对瓦斯有抑爆作用,灌注时系统流量大, 易于调控，能够实现封闭区域的快速惰 化、降温和抑爆。该系统与注氮防灭火系统相比具有以 下优点：1惰化速度快。对已采完封闭的综放 采空区使用注氮防灭火系统约需710 天,注入氮气20万m3才能使封闭区域内 的氧气浓度降至5%以下;而压注液态CO 2 ,仅需用两个班的时间，注入约2万m3 的CO?就可达到该目的,防灭火效率提高 约10倍。2降温效果明显。气化后的CO?经管 路输送至压注地点后,出口温度低,通过 现场试验发现,当气体出口温度为16

11、C 时,向封闭的采空区内压注仅4h ,其温度 就会降低23CO3抑爆效果好。CO?气体能使发生瓦 斯爆炸的CPU浓度下限值升高。实验研究 发现,当混合气体内的CO?浓度达到20% 时,即使氧气浓度为15% ,瓦斯浓度达到 9% ,也不会发生气体爆炸。4灌注流量大。液态CO?的气体温度 为-20工左右,仅需很少的热量就能使其实现 迅速气化（产气量可轻易达到1500m3/h 以上）,而且通过液态CO?流量与气化温度 的控制能够实现气液两相输送，使得其出 口温度更低,输送气体流量更大。5系统维护简单,初期投资小”使用 成本相对较低,性价比好。液态CO2可从距铜川约100km的兴平 化工厂购买，每吨价

12、格（含运费）约1000 元,气化后可产生气态CO?约600m3 ,成 本约1.6元/计。由于其防灭火效率是注氮 的10倍，因此转换为氮气,其成本仅为 0.16元/口3。 液态二氧化碳防灭火应用工艺及系统装备使用液态二氧化碳对矿井煤层火灾进 行防治,需解决的关键问题是应用工艺。1）系统及工艺构成液态CO2防灭火系统由地面液态co2 槽车、汽化器、控制装置（流量、压力、 温度）和输气管等构成。液态CO2由专门 的运输设备从化工厂运至矿井,在地面将 液态CO2直接汽化成CO2气体（或气液两相流）,经注浆管路输送到灭火地点,选择 适合的释放口位置注入到火区（见图1L图1液态二氧化碳防灭火系统工艺流 程

13、图系统工作流程：从运送二氧化碳槽车 上压出的液体经过压力调节,流量控制后 进入汽化器,汽化器置入水箱内,水箱内 的水由电加热,汽化器吸收热量以后,将 其管内流动的液体变成气体,经过储气罐 和流量、压力、温度等控制装置通过注浆 管路送到用气地点。系统装备见图2 ,工作 流程见附图。系统主要参数如下：1运输（由厂家负责）:地面低温运输槽车每车最大可储运20吨液态CO2 ;2出口压力：0.6Mpa ;3产气量:10002000m3/h ;4出口温度：-10C ;5输送距离：5km ;图2液态二氧化碳防灭火装备6系统尺寸：4mx4mx3.5mo该液态CO?防灭火系统具有稳定性 好、操作简便、连续可调等

14、优点,符合现 场的实际应用。地面低温运输槽车每车最 大可储运20吨的液态CO2 ;液态CO?温 度在-18-20C左右;出口压力最高可达 2Mpa ;系统产气量为 10002000m3/h ; 输送距离可达10km ,能实现大流量压注 液态CO?迅速熄灭火区的效果。2）液态二氧化碳的来源和储运液态二氧化碳的来源一般是矿井附近 的化工厂，当矿井需要时,用专门的运输 设备从化工厂运到矿井,再用不同的方式 输送到灭火地点。液态二氧化碳的贮存系 统可分为高压和低压两种,高压系统的贮 存压力为5.17Mpa ,贮存器中二氧化碳的 温度与贮存地点的环境温度有关,因此, 容器必须能够承受最高预期温度时所产生

15、 的压力；低压系统的贮存压力为 2.07Mpa ,贮存容器内的二氧化碳灭火剂 温度利用绝缘和制冷手段被控制在-18工 -20Co从化工厂向矿井运输液态二氧化碳主 要有两种设备,是专用的低温槽车,槽 车主要由贮槽、经改装后的汽车、操作 箱、低温液体泵、增压气和金属软管组 成,其中贮槽采用真空粉末绝热,或高真 空多层绝热,蒸发损失小,安全可靠，但 是其价格高,体积大,只能在地面运输使 用。二是常温高压储气瓶（罐），由一个承 压容器和必要的充装、释放接口及安全装 置组成,其结构简单,体积小,可以直接 运输到井下着火地点附近释放灭火”使用 方便，但是其要求承压高,并且充满率不 高（容积的60% ）,扑

16、灭矿井自然火灾时, 由于惰气用量较大，所以储气瓶（罐）的 用量多。充装气瓶时需要将气瓶运到化工 厂，运输、吊装过程中不安全因素多，另 外，高压储气瓶（罐）作为一种压力容 器，日常管理麻烦。根据液态二氧化碳的性质和国家有关 规程、标准、规范的要求,常温高压储 存,运输时,其储存罐的工作压力不得低 于15Mpa ,储存1万m3液态二氧化碳约 投资10万元,制造成本高,并且充装液态 二氧化碳只能将储存罐运到化工厂充装。 采用低温小罐储运时,其运输、释放都有 严格的要求,旦保温层损坏极易造成爆 炸事故。采用小储存罐装运液态二氧化碳 到井下火灾地点附近灭火,显然充装、运 输、安全管理及储存罐的日常管理都较麻 烦/不宜采用。