1.一种低温复合惰气灭火系统的使用方法,其特征在于,该方法采用的灭火系统包括:
氮气输送机构(2),连接在液氮槽车(7)与混合配比机构(4)之间、用于将液氮转换为氮气并通过氮气输送管路(42)输送至混合配比机构(4)中;
二氧化碳输送机构(3),连接在液态二氧化碳槽车(48)与混合配比机构(4)之间、用于将液态二氧化碳转换为气态并通过气态输送管路(70)输送至混合配比机构(4)中;
混合配比机构(4),包括气体混合器(71),气体混合器(71)具有文丘里管段(104)、与二氧化碳进气口(103)相连的扩散腔(105)、以及混合管;文丘里管段(104)端部的引流管(106)与氮气进气口(102)连接、中部的预混管(107)外侧被扩散腔(105)包裹并通过多个旋流管组(109)相互连通、另一端部的释放管(108)与混合管连接;
每个旋流管组(109)包括多个同一方向周向布置的弧形管、且相邻旋流管组(109)之间弧形方向互为相反的针依次布置;混合管内部靠近文丘里管段(104)处设有多个间隔布置的旋流板(110)、远离文丘里管段(104)处设有S型多层折流板(111)并输出连接复合气体输送管线(77);
控制系统(1),具有总控制器(101),总控制器(101)与氮气输送机构(2)、二氧化碳输送机构(3)连接,用于控制相应介质输送的流量、压力、温度;
具体包括以下步骤:
S1:确定复合惰气混合配比
将采空区中煤进行抽取采样;
a1. 将抽取的煤样置于煤样实验罐(86)中,打开氧气气瓶(78)和氮气气瓶(79),调节氧气流量计(88)和氮气流量计(89),使其混合比例与采空区实际环境的氮氧比例相一致,通过静态混合器(84)使两种气体混合均匀;
a2. 打开电加热器(93),设置实时加热温度,将a1配置得到的空气混合气常温经过滤网(95)通入到煤样实验罐(86)中,与煤样反应后的气体经过滤石棉(91)过滤后通过气体分析仪(87)实时监测气体产物变化,热电偶(92)实时监测不同位置煤样温度变化,数据由采集装置(94)实时记录;
a3. 电加热器(93)加热一段时间后,关闭氧气气瓶(78)、电加热器(93),打开二氧化碳气瓶(80),调节二氧化碳流量计(90)和氮气流量计(89),使其混合比例为实验设定的第一组实验比例,打开降温装置(85),使得混合气体低温进入煤样实验罐(86)内,实时监测煤样温度变化及气体产物变化情况,直至温度降至0℃以下;
a4. 更换新煤样,更改a3步骤的二氧化碳和氮气的混合比例,重复a1、a2、a3操作;
a5. 根据煤样在不同二氧化碳与氮气配比下的煤温下降速率和自燃产生的一氧化碳/甲烷/乙烯指标气体浓度下降速率参数,选择煤温和指标气体浓度下降速率最快的二氧化碳与氮气配比作为最终的复合惰气混合比例;
S2:液氮气化控制方法
将本低温复合惰气灭火系统移动至局部火灾附近,根据现场实际火灾情况,合理征调液氮槽车(7)和液态二氧化碳槽车(48);
a. 液氮由液氮槽车(7)从液氮入口沿液氮输送管路(19)向下游输送到液氮增压泵(15)中、进行液氮供给;
b. 增压液氮从液氮增压泵(15)流出后,通过液氮增压泵(15)和液氮增压管路(28)被输送到空温气化器Ⅰ(32)中;
同时,压力表Ⅳ(23)用于检测从液氮增压泵(15)通过的液氮压力,温度表Ⅰ(31)用于检测通过的液氮温度;当压力未达到预设压力时,总控制器(101)对液氮增压泵(15)进行压力控制,当检测压力大于最大允许压力时,安全阀Ⅱ(25)进行安全泄压;
c. 从液氮输送管路(19)流入的液氮在液氮增压泵(15)中被部分气化,生成的氮气依次通过氮气回气管路(20)进入液氮槽车(7)储罐上的氮气回气口,完成液氮槽车(7)储罐与液氮增压泵(15)的压力平衡;
d. 液氮经过空温气化器Ⅰ(32)完成等压气化;
总控制器(101)通过调节低温电动阀Ⅰ(29)的开度调节控制液氮的气化进液量,从而控制液氮气化后的温度;
e. 气化后的氮气通过氮气输送管路(42)至气动调节阀Ⅰ(43),气动调节阀Ⅰ(43)调节氮气压力;
温度表Ⅱ(33)检测从空温气化器Ⅰ(32)处通过的氮气温度,压力表Ⅵ(34)检测从空温气化器Ⅰ(32)处通过的氮气压力,当检测压力大于最大允许压力时,安全阀Ⅲ(37)进行安全泄压;
S3:液态二氧化碳气化控制方法
a. 液态二氧化碳由液态二氧化碳槽车(48)从液态二氧化碳入口沿液态输送管路(69)向下游输送到空温气化器Ⅱ(54)完成等压气化;
b. 气化后的二氧化碳气体通过气态输送管路(70)输送至调压阀Ⅱ(61),调压阀Ⅱ(61)调节二氧化碳气体压力;
同时,温度表Ⅳ(56)检测从空温气化器Ⅱ(54)处通过的二氧化碳的温度,压力表Ⅷ(57)检测从空温气化器Ⅱ(54)处通过的二氧化碳的压力,当检测压力大于最大允许压力时,安全阀Ⅳ(59)进行安全泄压;
S4:低温复合惰性气体配比控制方法
a. 将步骤S1中最终的复合惰气混合比例输入控制系统(1),总控制器(101)通过调节气动调节阀Ⅰ(43)来控制氮气的流量、通过调节气动调节阀Ⅱ(64)来控制二氧化碳的流量,并实时采集瞬时流量比例及累计流量比例;
b. 氮气从氮气进气口(102)进入至文丘里管段(104)的预混管(107)中,二氧化碳从二氧化碳进气口(103)进入至扩散腔(105)、并通过旋流管进入预混管(107)与其中的氮气进行预混合,预混合的气体再进入过渡混合段、经过多个旋流板(110)进行过渡混合,最终进入充分混合段、经过折流板(111)充分混合后从混合气体出气口(112)、复合气体输送管线(77)排出;
温度变送器Ⅲ(74)实时监测低温复合惰气的温度并反馈至总控制器(101)中;
若复合惰气温度高于设定的出口温度,总控制器(101)控制低温电动阀Ⅰ(29)增加液氮的气化量、并与氮气气化过程的温度构成温度串级控制;
c. 低温复合惰性气体由管道输送至发火区域。
2.根据权利要求1所述的一种低温复合惰气灭火系统的使用方法,其特征在于,还包括煤自然模拟机构;
煤自然模拟机构包括:
罐体组件,用于将氧气与氮气、二氧化碳与氮气根据比例相应混合、并通过降温装置(85)连接输送至煤样实验罐(86)内部;
煤样实验罐(86),内部设有电加热器(93)与抽采的煤样、上部连接气体分析仪(87)、周侧沿垂直方向均匀设有多个热电偶(92),热电偶(92)用于测量不同位置煤样的温度变化并与将数据传送至采集装置(94)中;
气体分析仪(87)、采集装置(94)、罐体组件、电加热器(93)均与总控制器(101)连接并受控制。
3.根据权利要求2所述的一种低温复合惰气灭火系统的使用方法,其特征在于,所述罐体组件具有分别与静态混合器(84)输入端连接的氧气气瓶(78)、氮气气瓶(79)、二氧化碳气瓶(80);
氧气气瓶(78)与静态混合器(84)之间设有氧气减压阀(81)与氧气流量计(88)、氮气气瓶(79)与静态混合器(84)之间设有氮气减压阀(82)与氮气流量计(89)、二氧化碳气瓶(80)与静态混合器(84)之间设有二氧化碳减压阀(83)与二氧化碳流量计(90);
煤样实验罐(86)下部设有过滤网(95)、上部设有过滤石棉(91)。
4.根据权利要求2所述的一种低温复合惰气灭火系统的使用方法,其特征在于,所述氮气输送机构(2)具有液氮增压泵(15)、以及空温气化器Ⅰ(32);
液氮槽车(7)输出端依次连接液氮输送管路(19)、液氮增压泵(15)、液氮增压管路(28)、空温气化器Ⅰ(32)输入端,空温气化器Ⅰ(32)的输出端与氮气输送管路(42)连接;
所述二氧化碳输送机构(3)具有空温气化器Ⅱ(54);
液态二氧化碳槽车(48)输出端依次连接液态输送管路(69)、空温气化器Ⅱ(54)输入端,空温气化器Ⅱ(54)的输出端与气态输送管路(70)连接。
5.根据权利要求4所述的一种低温复合惰气灭火系统的使用方法,其特征在于,所述控制系统(1)还包括流量控制装置、温度控制装置、以及压力控制装置;
流量控制装置具有设置在氮气输送管路(42)上的气动调节阀Ⅰ(43)与涡轮流量计Ⅰ(46)、以及设置在气态输送管路(70)上的气动调节阀Ⅱ(64)与涡轮流量计Ⅱ(65),涡轮流量计Ⅰ(46)与流量变送器Ⅰ(45)相匹配并将流量数据传递至PLC控制器Ⅲ(44)、涡轮流量计Ⅱ(65)与流量变送器Ⅱ(67)相匹配并将流量数据传递至PLC控制器Ⅴ(68);总控制器(101)通过PLC控制器Ⅲ(44)与PLC控制器Ⅴ(68)相应控制气动调节阀Ⅰ(43)、气动调节阀Ⅱ(64)的开度;
温度控制装置具有设置在液氮增压管路(28)上的低温电动阀Ⅰ(29)与温度表Ⅰ(31)、设置在氮气输送管路(42)上的温度表Ⅱ(33)以及匹配的温度变送器Ⅰ(35)、设置在气态输送管路(70)上的温度表Ⅳ(56)以及匹配的温度变送器Ⅱ(58)、设置在复合气体输送管线(77)上的温度变送器Ⅲ(74);总控制器(101)接收温度变送器Ⅰ(35)与温度变送器Ⅱ(58)的信号、相应控制低温电动阀Ⅰ(29)与位于液态输送管路(69)上低温电动阀Ⅱ(51)的开度从而构成串级控制的调节内环,总控制器(101)接收温度变送器Ⅲ(74)的信号、控制低温电动阀Ⅰ(29)的开度从而构成串级控制的调节外环;
压力控制装置具有设置在液氮增压管路(28)上的压力表Ⅳ(23)以及匹配的压力变送器Ⅰ(26)、设置在氮气输送管路(42)上的压力表Ⅵ(34)以及匹配的压力变送器Ⅲ(40)、设置在气态输送管路(70)上的压力表Ⅷ(57)以及匹配的压力变送器Ⅳ(62);总控制器(101)通过接收压力变送器Ⅰ(26)信号、控制液氮增压泵(15)与液氮增压管路(28)上的安全阀Ⅱ(25),通过接收压力变送器Ⅲ(40)的信号、控制氮气输送管路(42)上的安全阀Ⅲ(37),通过接收压力变送器Ⅳ(62)的信号、控制气态输送管路(70)上的安全阀Ⅳ(59)。
6.根据权利要求5所述的一种低温复合惰气灭火系统的使用方法,其特征在于,所述液氮增压管路(28)上从液氮增压泵(15)至空温气化器Ⅰ(32)方向依次还设置单向阀Ⅰ(22)、低温长轴截止阀Ⅲ(24)、压力表Ⅴ(30);
氮气输送管路(42)上从空温气化器Ⅰ(32)至混合配比机构(4)方向依次还设置低温短轴截止阀Ⅰ(38)、调压阀Ⅰ(39)、单向阀Ⅱ(47),压力变送器Ⅲ(40)处匹配有声光报警器Ⅰ(41);
液态输送管路(69)上设有低温长轴截止阀Ⅳ(50),气态输送管路(70)上从空温气化器Ⅱ(54)至混合配比机构(4)上设置低温短轴截止阀Ⅱ(60)、调压阀Ⅱ(61)、单向阀Ⅲ(66);
压力变送器Ⅳ(62)处匹配有声光报警器Ⅱ(63)。
7.根据权利要求6所述的一种低温复合惰气灭火系统的使用方法,其特征在于,所述液氮输送管路(19)上从液氨槽车至增压泵方向依次设置压力表Ⅰ(9)、低温长轴截止阀Ⅰ(10)、过滤器(11)、压力表Ⅱ(12)、安全阀Ⅰ(13);
所述液氮增压泵(15)上游通过氮气回气管路(20)连接至液氮槽车(7);
氮气回气管路(20)上从液氮增压泵(15)至液氮槽车(7)方向上设置低温长轴截止阀Ⅱ(17)、压力表Ⅲ(18)。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的一种低温复合惰气灭火系统的使用方法,其特征在于,所述灭火系统位于移动车体的底撬箱体(5)内;
底撬箱体(5)上部设有多个对流气扇,多个对流气扇相应位于氮气输送机构(2)、二氧化碳输送机构(3)上方。