矿用二氧化碳防灭火系统

1.液态二氧化碳特性

二氧化碳常温、常压下是无色略带酸味的窒息气体,它在不同的压力、温度条件下有三种形态（见二氧化碳的三相图），在气液固三态均不燃烧，不助燃。二氧化碳分子量为44，比重为空气的1.53倍，密度为1.98kg/m3（0℃，1个大气压）。三相点温度为-56.6℃，压力为0.52MPa，气液固三相呈平衡状态；临界点温度为31.3℃，压力为7.28MPa，气液两相形成连续的流体区；升华点温度为-78.5℃，压力为1.01MPa。

二氧化碳在低温加压下（-20℃、2MPa）或高压常温（约8MPa、30℃）下气体可变为液态，液体气化过程中，当温度降到-78.5℃后将形成雪花状的固态干冰（固体碳酸）。

CO2相对空气密度为1.529，密度为1.976kg/m3(0℃、0.1 MPa)，液态CO2的密度随温度的变化而变化较大，-20℃时，其密度是1.01kg/L， -37℃时的密度约为1101kg/m3，汽化热为137kcal/kg，在温度15℃和1个大气压下，1吨液态二氧化碳体积膨胀约640倍。

二氧化碳的三相图

2.液态二氧化碳防治煤自燃机理

（1）吸附阻氧

煤的自然发火是煤与氧的氧化反应过程，氧气是氧化反应的必要条件，没有氧气，氧化反应就无法进行。试验结果证明，氧浓度低于8%时失燃,低于3%时，氧化反应彻底被中止，燃烧现象不能持续进行。

向发火或具有高温火点的采空区内注入液态CO2立即会形成大量的高浓度CO2，会使采空区内原有O2浓度相对减小，氧吸附量会减少，影响煤的氧化反应速率。并且由于CO2比空气密度大，重于空气，以及煤体对CO2具有较强吸附作用（吸附量为48L/kg，而煤对氮气的吸附量为8 L/kg，前者是后者的6倍），煤对气体吸附强弱顺序为CO₂＞CH₄＞N₂。煤吸附CO₂能力很强，属于物理吸附，CO₂在煤表面的吸附较稳定；煤对CO₂优先吸附，且随着压力升高，其选择性吸附能力增加，很容易替代O2而覆盖煤体燃烧点表面，减少煤体燃烧体表面O2浓度，使O₂浓度低于自然发火的临界O2浓度，从而防止煤的氧化自燃，或使已形成的火灾因缺O2而窒息灭火。与此同时，大量的高浓度CO2的扩散会必然会提高采空区内气体静压，进而会降低采空区的漏风量，造成氧化自燃带供氧不足，进而阻止氧化反应的进程。

（2）吸热降温

煤的燃烧过程实际就是煤的氧化过程，其氧化速度与供氧有关系，也与温度有关系。煤炭自燃往往经历三个阶段:升温氧化阶段(110-130℃)，加速升温阶段(140-190℃)，急速升温阶段(200℃以上)。如直接喷注液态CO2时，可使火源明显降温，加速熄灭火源。液态CO2喷入火区空间会瞬间气化，体积将膨胀640倍左右，需要吸收大量热，温度急剧下降到-78.5℃。1KG液态CO2蒸发气化需要吸收577.8×103焦耳／KG的热量。加之煤对 CO2极易吸附特点，在吸附过程中将吸附热转移给CO2气体，从而会遏止燃烧的链锁反应。同时扩散采空区内的CO2气体也会吸收氧化反应过程中所产生的热量，降低周围介质的温度，以减缓煤的升温速度，促使煤的氧化反应由于聚热条件的破坏而延缓或终止，从而降低火区温度，加快火区的熄灭。

（3）惰化降氧

气化后的CO2在冲淡可燃气与氧的含量过程中，也使火区空间气体惰化程度不断增大，从而使混合气失去可爆性。CO2 的惰化作用优于其他惰性气体。在以氮气注入的火区阻爆临界氧浓度为12%，火区内明火被熄灭的临界氧浓度为9.5%；而以CO2注入的火区阻爆临界氧浓度为14.6%，火区内明火被熄灭的临界氧浓度为11.5%。经两者比较，CO2惰气的阻燃、阻爆性能明显优于氮气，两者相差2个百分点以上。

3.液态CO2防灭火工艺系统装备的实际意义 

（1）液态CO2灌注入火区空间会瞬间体积膨胀气化，并吸收大量热，使得火区温度和氧气浓度降低加快，降温效果明显。    

（2）适用范围广，液态CO2经过吸收热量气化后，可充扩散充满任何形状的燃烧空间，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）液态CO2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。

（4）损失少，不会损坏设备和井巷设施，因而灭火后恢复工作量少且容易。     

（5）输送便利。     

（6）灭火用材成本低于其他灭火成本。

客户应用：国家矿山应急救援鹤岗，开滦，大同，靖远，芙蓉队；

区域矿山应急救援天府，乐平等11个救护队；

兖矿集团          淮南矿业集团

淮北矿业集团      皖北煤电集团

中煤新集集团      新汶矿业集团

淄博矿业集团      彬长矿业集团

六枝工矿集团      潞安矿业集团等等

4、设备特点、参数：

CPW-2.0矿用移动式液态二氧化碳防灭火装置是总结了大量的井下现场灭火经验，根据井下的工况条件设计的一套有针对性、功能较齐全的煤矿井下防灭火装置。其主要特点如下：

(1).设备结构合理、紧凑，占地面积小。可以多台联合使用或单独使用，便于工作面摆放。最小工作面只需满足一台设备即可，不需大空间。

(2).设备具备外部保护框架，内部储罐为保温发泡单层圆筒形结构，区别于其他真空粉末绝热型式双层容器，更加耐运输冲击，井下撞击。如受撞击后，可避免出现其他双层容器内部储罐移位、脱落、开裂的情况发生，确保设备本身安全。

(3).外部保护框架可避免阀门被撞坏，开裂泄露，安全性非常高。避免灭火救援设备本身安全事故。

(4).设备罐体耐压压力高达2.6Mpa，装配最新式安全阀，安全可靠，液体排放距离更长，液体放净率≥95%。

(5).设备内液体不经气化，直接注入火区。液体直接在火区气化、膨胀。低温膨胀吸热和气体保留时间相对纯气态更长，灭火效果更好。

(6).巷道断电，断风仍可使用。

(7).体积小,重量轻，易于罐笼，巷道运输。拥有外部框架，可以单轨吊运。

(8).液体或气体纯度稳定，设备运行可靠性好。

(9).操作简单，使用、维护方便，时间短，速度快。

        西科森兰是陕西煤矿防灭火，陕西煤矿防灭火材料，陕西黄泥灌浆系统的供应商,是国内知名煤火灾害防治和矿山应急救援的专业化企业。

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