一种煤矿液体二氧化碳直注系统及工艺技术方案

本发明专利技术还公开了一种煤矿液体二氧化碳直注系统及工艺，将液态二氧化碳液态输送到减压阀组将二氧化碳的压强减至1.6～1.8MPa后输送至稳压阀组，使二氧化碳以压力0.8～1.0MPa、温度‑20～‑40℃的状态进入到惰化区，在惰化区经节流后形成含有干冰的低温气流进行惰化冷却。本发明专利技术利用二氧化碳输送管路导热性能和与输送环境的温差将部分液体汽化，通过控制注入量和注入压力调节二氧化碳惰化区温度和气液比例，使进入惰化区的二氧化碳通过节流后在惰化区内形成含少量干冰的低温气流，低温气流再与惰化区内气体对流换热，使得惰化区空间在充分惰化的同时得到快速冷却。

A coal mine liquid carbon dioxide direct injection system and technology

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿液体二氧化碳直注系统及工艺
本专利技术属于矿井安全
，涉及一种煤矿防、灭火系统，特别是涉及一种煤矿液体二氧化碳直注系统及工艺。
技术介绍
目前，我国应用于煤矿液体二氧化碳矿井惰化的方法有汽化法、闭前直注法两种，受注入工艺和注入条件限制，两种方法都存在有较大的应用缺陷。汽化法；即将来自于二氧化碳槽车的液体二氧化碳通过空浴式汽化器、水浴式汽化器进行气化，此气化过程需要在热力或电力辅助下进行，水浴式汽化器汽化1吨液体二氧化碳需耗电约100～120KW/h，汽化后的二氧化碳在30～40℃的条件下入井，气体经输入管道的冷却，约在20～30℃条件下入闭。此方法的优点是二氧化碳注入操作全部在地面进行，操作环境适宜，液体二氧化碳经全部气化后低压入井，输送过程故障率低，整体惰化过程安全可靠。但受注入工艺方法限制存在较多的不足；一是气化设备体积大，不便于气化装备的快速调运和汽化现场选择，二是必须有大功率电源辅助，汽化过程耗电高，增加了二氧化碳注入成本和操作难度。三是二氧化碳汽化过程控制参数范围窄操作难度大，四是二氧化碳入闭温度高，不利于闭内煤体的冷却和高温热点氧化速度的控制。闭前直注法；即将来自于二氧化碳槽车的液体二氧化碳先分装至175～200L杜瓦罐或1～2m3固定于矿车上的专用液体二氧化碳储罐内，用矿车将其运至闭前，而后通过杜瓦罐或专用液体二氧化碳储罐的液相出口将其直接注入闭内。此方法的优点是注入过程设备简单、操作容易，液体二氧化碳闭前直接注入入闭温度低有利于密闭空间的冷却和高温热点氧化速度的控制。但受操作空间和入闭方式限制也存在较多的不足；一是压力容器在受限空间周转，运行过程不可预见因素多，设备安全难于保证，不便于注入操作长时间运行。二是受杜瓦罐或专用液体二氧化碳储罐数量和容积的限制，整体注入过程周转速度慢，难以实现液体二氧化碳连续大批量注入。三是液体二氧化碳直接注入易在泄放口附近形成干冰沉积，降低密闭区内系统惰化速度。四是在狭小受限空间内进行注入操作，二氧化碳泄漏不易扩散，操作过程危险因素多，环境安全风险大。
技术实现思路
为了解决现有煤矿液体二氧化碳矿井惰化法中汽化法和闭前直注法中存在的问题，本专利技术公开了一种煤矿液体二氧化碳直注系统及工艺，利用二氧化碳输送管路导热性能和与输送环境的温差将部分液体汽化，通过控制注入量和注入压力调节二氧化碳入闭温度和气液比例，使进入惰化区的二氧化碳通过闭前阀或闭内阀节流后在密闭内形成含少量干冰的低温气流，低温气流再与密闭内气体对流换热，使得惰化区在充分惰化的同时得到快速冷却。本专利技术的技术方案是这样实现的：一方面，本专利技术公开了一种煤矿液体二氧化碳直注系统，与液态二氧化碳源连通的注入阀组、减压阀组、用于向惰化区输送低温二氧化的稳压阀组、及输送管路；所述注入阀组包括流量控制阀和设置在流量控制阀之后的排空阀，所述减压阀组包括减压阀、设置在减压阀之前的减压阀前切断阀、设置在减压阀之后的减压阀后切断阀、分别与减压阀前切断阀进口和减压阀后切断阀出口连接的第一并联管路、设置在并联管路上的第一旁路阀和导淋阀，所述减压阀后压力表的示数为1.6～1.8MPa；所述稳压阀组包括稳压阀、设置在稳压阀之前的稳压阀前切断阀、设置在稳压阀之后的稳压阀后切断阀、分别与稳压阀前切断阀进口和稳压阀后切断阀出口连接的第二并联管路、设置在并联管路上的第二旁路阀和导淋阀，所述稳压阀后压力表的值为0.8～1.0MPa、稳压阀后温度表的示数为-20～-40℃。煤矿灭火所用的液态二氧化碳源通常是以二氧化碳槽车的形式存在，当然本专利技术也能适合于二氧化碳槽车以外的其它液态二氧化碳源形式。所述惰化区可以是封闭式的，也可以是非封闭区的。一般注入阀组设置在矿井之上，减压阀组和稳压阀组位于矿井之下，且所述稳压阀组靠近惰化区。作为一种优选实施方式，所述注入阀组还包括至少一个二氧化碳注入切换阀、二氧化碳流量表、设置在流量控制阀之前的流量控制阀前压力表和流量控制阀前温度表、设置在流量控制阀之后的流量控制阀后压力表和流量控制阀后温度表、设置在排空阀之前的安全阀；最好设置2个可同时工作的安全阀，二氧化碳流量表、流量控制阀前/后温度、及流量控制阀前/后压力表的设置可以方便注入过程控制；二氧化碳注入切换阀用来进行二氧化碳槽车更替切换，流量控制阀用来调整控制系统注入速度，排空阀和安全阀用来保证限制系统运行压力、保障注入安全，安全阀设定启跳压力2MPa（表）。减压阀组的设置可以消除二氧化碳输送过程位差产生的静压，作为一种优选实施方式，所述减压阀组还包括设置在减压阀前切断阀之前的减压阀前温度表和设置在减压阀后切断阀之后的减压阀后温度表，在所述第一并联管路上依次设置有减压阀前压力表、第一导淋阀、第一旁路阀、第二导淋阀和减压阀后压力表；减压阀前/后温度表、减压阀前/后压力表的设置能够便于观察和调节。稳压阀组既可减少车辆更换过程中系统反复充压，又可有效的避免二氧化碳在注入过程中在管路内形成干冰堵塞管路；作为一种优选实施方式，所述稳压阀组还包括设置在稳压阀前切断阀之前的稳压阀前温度表和设置在稳压阀后切断阀之后的稳压阀后温度表，在所述第二并联管路上依次设置有稳压阀前压力表、第三导淋阀、第二旁路阀、第四导淋阀和稳压阀后压力表；稳压阀前/后温度表、稳压阀前/后压力表的设置便于观察和调节气体入闭参数。当惰化区是封闭式惰化区时，作为一种优选实施方式，惰化区是由闭墙和矿井围成的封闭区，在所述惰化区内设有与稳压阀组出口连通的泄放管线，所述泄放管线自闭墙外延伸至闭墙内，并在闭墙内的泄放管线上设有闭内阀，为防止闭内管道和泄放管道形成干冰，所述闭内阀为阀前式压开自力式调节阀或单向阀；二氧化碳入闭可以采用双回路运行，在所述泄放管线上增设支路管线，所述支路管线自闭墙外延伸至闭墙内，并在所述支路管线上设有闭前阀，所述闭前阀位于闭墙外，所述闭前阀分别为阀前式压开自力式调节阀或单向阀。进一步地，闭前阀和闭内阀后泄放管路不得设置弯头、变径等有碍于气体流动的管件，阀后泄放管路长度小于10倍管路直径。为优化密闭区二氧化碳气流分布，保证泄放过程形成的干冰能快速升华，泄放管线距底板大于0.8m，二氧化碳入闭采用双回路运行，双系统入闭既可对密闭区的二氧化碳气流分布进行二次调整，同时也在最大的限度内提高了系统运行的可靠性。作为一种优选实施方式，所述减压阀和稳压阀均选自自力式调节阀、气动调节阀、电动调节阀中的一种，如果选用自力式调节阀，则所述减压阀优选阀后式压关自力式调节阀，稳压阀优选阀前式压开自力式调节阀。另一方面，本专利技术还公开了一种煤矿液体二氧化碳直注工艺，将液态二氧化碳液态输送到减压阀组将二氧化碳的压强减至1.6～1.8MPa后输送至稳压阀组，使二氧化碳以压力0.8～1.0MPa、温度-20～-40℃的状态进入到惰化区，在惰化区经闭内阀节流后形成含有干冰的低温气流进行惰化冷却。本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术注入过程所需设备简单、操作弹性大，注入装备主要是阀组件，注入系统还可通过改善输送管路的条件进行注入量的大范围调整；注入电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矿液体二氧化碳直注系统，其特征在于包括：用于与液态二氧化碳源连通的注入阀组、减压阀组、用于向惰化区输送低温二氧化的稳压阀组、及输送管路；所述注入阀组包括流量控制阀和设置在流量控制阀之后的排空阀，所述减压阀组包括减压阀、设置在减压阀之前的减压阀前切断阀、设置在减压阀之后的减压阀后切断阀、分别与减压阀前切断阀进口和减压阀后切断阀出口连接的第一并联管路、设置在并联管路上的第一旁路阀和导淋阀，所述减压阀后压力表的示数为1.6～1.8MPa；所述稳压阀组包括稳压阀、设置在稳压阀之前的稳压阀前切断阀、设置在稳压阀之后的稳压阀后切断阀、分别与稳压阀前切断阀进口和稳压阀后切断阀出口连接的第二并联管路、设置在并联管路上的第二旁路阀和导淋阀，所述稳压阀后压力表的值为0.8～1.0MPa、稳压阀后温度表的示数为-20～-40℃。/n

【技术特征摘要】
1.一种煤矿液体二氧化碳直注系统，其特征在于包括：用于与液态二氧化碳源连通的注入阀组、减压阀组、用于向惰化区输送低温二氧化的稳压阀组、及输送管路；所述注入阀组包括流量控制阀和设置在流量控制阀之后的排空阀，所述减压阀组包括减压阀、设置在减压阀之前的减压阀前切断阀、设置在减压阀之后的减压阀后切断阀、分别与减压阀前切断阀进口和减压阀后切断阀出口连接的第一并联管路、设置在并联管路上的第一旁路阀和导淋阀，所述减压阀后压力表的示数为1.6～1.8MPa；所述稳压阀组包括稳压阀、设置在稳压阀之前的稳压阀前切断阀、设置在稳压阀之后的稳压阀后切断阀、分别与稳压阀前切断阀进口和稳压阀后切断阀出口连接的第二并联管路、设置在并联管路上的第二旁路阀和导淋阀，所述稳压阀后压力表的值为0.8～1.0MPa、稳压阀后温度表的示数为-20～-40℃。


2.如权利要求1所述的煤矿液体二氧化碳直注系统，其特征在于：所述注入阀组还包括至少一个二氧化碳注入切换阀、二氧化碳流量表、设置在流量控制阀之前的流量控制阀前压力表和流量控制阀前温度表、设置在流量控制阀之后的流量控制阀后压力表和流量控制阀后温度表、设置在排空阀之前的安全阀。


3.如权利要求1所述的煤矿液体二氧化碳直注系统，其特征在于：所述减压阀组还包括设置在减压阀前切断阀之前的减压阀前温度表和设置在减压阀后切断阀之后的减压阀后温度表，在所述第一并联管路上依次设置有减压阀前压力表、第一导淋阀、第一旁路阀、第二导淋阀和减压阀后压力表。


4.如权利要求1所述的煤矿液体...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩晓琢，闫志贤，韩汉生，李强，闫曌，郭潞君，
申请(专利权)人：天脊煤化工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14