矿用液态二氧化碳防灭火系统资料

液态二氧化碳防灭火装备系统资料

辽阳正阳机械设备制造有限公司

1背景

煤炭是我国的主要能源，在国民经济能源结构中占据很重要的位置，现全国原煤年产量已超过了29亿吨，占我国一次能源消耗的70％以上。随着国民经济的快速发展，煤炭的需求量越来越大；近几年，原煤产量快速增长，在原煤产量快速增长的同时，必须保证矿井的安全高效开采。矿井火灾是煤矿的主要自然灾害之一，而煤炭自燃又是矿井火灾的主要形式，“十五”期间，全国657处重点煤矿中，有煤层自然发火倾向的矿井占54.9％，发火期在3个月以内的矿井占50％以上，每年自燃形成的火灾近400次，煤自燃氧化形成的火灾隐患近4000次，仅我国北方煤田累计已烧毁煤炭达42亿t以上。近年来，综采放顶煤技术及开采方法得到大力的推广和应用，使煤矿生产效率大幅度提高，但该方法因为冒落高度大、采空区遗留残煤多、漏风严重，使得矿井煤炭自然发火频繁发生，已成为制约煤炭工业发展的主要因素之一，也是煤矿重大安全生产隐患之一。煤矿井下发生高温火点或火区是极易导致火灾事故和瓦斯爆炸事故的重大危险源。据建国以来煤矿事故统计分析，在发生一次死亡三人以上的事故中，火灾事故占4﹪左右，仅次于瓦斯、顶板和水害，位居第四。因此，国内外都非常关注煤矿防灭火技术及其装备的发展。

我国煤炭工业近几年来，有不少煤矿开始关注利用液态二氧化碳实施煤矿井下防灭火技术的研究与探索，并取得了一定成果。受此启发，特别是受两次火灾事故造成巨大经济损失的启示，即陕西彬长大佛寺矿（年产800万吨）和山西大同同忻矿（年产1000万吨）两个现代化矿井前两年相继发生井下大型火灾后，由于缺乏有效的灭火措施，前者靠灌水处理，后者靠注氮气处理，都曾历经半年以上时间，才实现全矿井灭火并恢复生产，均造成了数亿以上的巨大经济损失，

从而促使我公司萌发了试制生产煤矿液态二氧化碳防灭火技术工艺装置的信念和决心。

为什么选中该项装置技术，主要是源于液态二氧化碳防灭火技术发展的潜力。CO2在常温、常压下是无色并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，即气态、液态和固态。二氧化碳熔点为－56.6℃（0.52MPa），临界温度为31.1℃，临界压力为7.09MPa，CO2具有升华特性，升华点为－78.5℃（0.1MPa）。在低温、加压下CO2气体可变为液态，利用蒸发潜热，可做成雪片状固体，进一步冷却加压可制成干冰（固体碳酸）。气态CO2相对于空气的密度为1.529，密度为1.976kg/m3（0℃，0.1MPa），液态CO2的密度随温度的变化而变化，－50℃时，其密度是1155kg/ m3。在温度为15℃、压力为0.1MPa状态下，液态CO2体积膨胀倍数为1155/1.976= 585倍。利用液态二氧化碳进行防灭火不仅具有惰化窒息、降温、稀释瓦斯的多重作用，对于煤矿防灭火具有高效、快速、成本低、操作简便又具备拟爆效果好的独特优势，同时也了解到随着控制二氧化碳排放量的政策要求，各省有关化工厂都开始收集和储存液态二氧化碳，资源渠道有保障。通过近年来努力和现场实践，终于试制生产出液态二氧化碳防灭火装备系统。

该技术和装置属于惰气防灭火范畴，为了认识该技术和装置的发展潜力，下面对各种惰气的技术性能和经济投入进行分析比较。

1.1惰气防灭火技术分类、性能比较

惰性气体用于煤矿井下防灭火的技术从20世纪70年代开始就在德、法、英等发达国家煤矿中大量使用；从80年代起，我国开始了惰气特别是氮气防灭火技术的研究与推广。其作用机理基本是降低火区内空气中所含的氧气和可燃气体的相对浓度，从而使火灾因缺氧而窒息熄灭，又使爆炸因缺氧而得以制止，一举两得。

按惰性气体的种类,可分为燃油惰气防灭火技术、氮气防灭火技术、气态二氧化碳防灭火技术、液态二氧化碳防灭火技术等。

燃气技术，通常通过煤油的燃烧而制成。其主要成分为二氧化碳，还有一些氮气、氧气、一氧化碳、水蒸气等。应用燃气灭火的缺点是，燃气成分中含有少

量的氧气和一氧化碳，致使灭火效果不好，还影响火区状况的分析，故燃气灭火技术已被淘汰。

氮气技术，一般采用空气分离技术获取。分离方式有：深冷空分、膜分离、吸附分离三种。以深冷空分方式分离的氮气纯度很高，接近100%；以膜和吸附方法分离的氮气纯度较低，大约为95～98%。按状态分类，有气氮、液氮、固氮，我国煤矿一般采用气氮。氮气密度为 1.16 kg / m 3,相对密度为0.97。

二氧化碳技术，按状态分类，有气态、液态、固态（干冰）。气态可通过二氧化碳发生器制取，液态或固态取之化工厂副产品。

采用发生器生产或化工厂副产品制成的二氧化碳纯度均可接近100%，无氧气成分。 二氧化碳气体密度为1.976kg / m 3,相对密度为1.53。

1.2各种惰气防灭火相关装置及其经济成本分析

1.2.1 设备一次性投入情况

a 、燃油惰气DQ -1000型，每台约20 万元；

b 、制氮机按每小时产气1000m 3，每台投入200万元以内；

c 、二氧化碳发生器按每小时产气1000m 3，每台投入约80万元以内；

d 、液态二氧化碳气化装置系统按每小时产气3000m 3，每套系统投入约200万元以内；

e 、液态二氧化碳井下直注装置系统由若干个储液罐及辅助件组成，每一罐产气1000m 3，每套系统投入约100～150万元。

1.2.2 生成每立方米惰气消耗原料、电费成本

据调查，制氮机每生产一立方米氮气需消耗电费2元左右；二氧化碳发生器每生产一立方米二氧化碳，约需原料采购及加工费8元左右；液态二氧化碳出厂价每吨仅为1000元左右（含运输成本），一吨液态二氧化碳可释放约506立方米气态二氧化碳（585155

.11=506 m 3／t ），一立方米气体所需直接成本为1元左右。 1.2.3 人工成本

新产品已实现气化工艺自动化，操作工艺极为简便，2-3人就可操作，人工成本较低。