液氮防灭火系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种液氮防灭火系统。其目的是为了解决国内矿井防灭火系统设备成本高、防灭火工艺实施难、腐蚀井下设备、影响井下工人身体健康、使用区域有局限性的缺点而提出。本实用新型包括：液氮储罐、液氮增压装置、氮气化装置、电加热辅热装置、稳压稳流装置、计量装置、储罐增压装置、对空放散装置以及控制系统。各装置依次连接，并集装成撬装机组形式。控制系统采用S7-300软冗余控制系统，同时配置双Profibus?I/O采集网路，并为I/O模块配置有源背板，控制柜实现对整个系统的检测、在线显示、报警及控制。
【专利说明】液氮防灭火系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种矿井或隧道中或其自身的安全装置，特别是涉及一种用于矿井的液氮防灭火系统。
【背景技术】
[0002]煤炭作为我国的主要能源，在国民经济能源结构中占据很重要的位置。矿井火灾是煤矿重大灾害之一，一方面矿井火灾不仅烧掉大量的资源、材料和生产设备，而且由于要封闭火区，严重破坏了煤矿正常的生产秩序；另一方面燃烧消耗了风流中的氧气，使风流中的氧气体积分数下降，同时产生大量的热能、有毒气体和粉尘，严重污染环境。煤层自燃火灾防治不仅要求矿井有合理的开拓系统和开采方法、合理的通风系统、可靠的专项防治措施和管理制度，还必须要有相应的防灭火技术、完善的防灭火系统和防灭火装备，只有这样才能保障矿井的安全生广。
[0003]目前，国际、国内矿井防灭火的传统方式主要有:预防性灌浆防灭火系统、采用阻化剂防灭火系统、凝胶防灭火系统。而这三种矿井防灭火系统又都有各自的缺点与不足。
[0004]预防性灌浆防灭火系统，将粘土、页岩和电厂飞灰等固体材料与水按一定比例制成浆液通过管路输送到采空区或可能发生煤炭自燃的区域。主要有采后密闭灌浆、随采随灌、巷顶插管注浆等形式。当工作面回采结束后，在工作面胶带巷、运输巷口修建永久密闭，利用密闭前铺设到停采线的灌浆管实施封闭注浆，间歇充填，灌浆量以黄泥接实巷顶为准。此技术浆液浓度难控制，且浆只流向地势低的部位，不能向高出堆积，对中高及顶板煤层起不到防止作用。
[0005]采用阻化剂防灭火系统，是把一些吸水性很强的盐类物质制成溶液，利用注液泵和输液管路将浆液对工作面及上、下隅角遗煤进行喷洒或注入煤体内，起到增加煤体外在水分，降低煤体温度，并形成液膜包围煤块，从空气中吸收水分，使煤表面较长时间处于湿润状态，隔绝与02的接触，降低煤低温氧化速度，延长煤的自燃发火期。此技术阻化剂不容易均匀分散在煤体上，且喷洒工艺难实施；腐蚀井下设备，影响井下工人身体健康。
[0006]凝胶防灭火系统，是先将基料和促凝剂分别配成一定浓度的水溶液，两溶液按一定比例混合后压注到可能发生自燃的区域或火区，渗入裂缝，生成胶体，充满自燃区或火区，起到堵塞裂缝、隔绝空气和降温作用，从而达到防止自燃或灭火的目的。此技术的缺点是:胶体流量小，流动性差，较难大面积使用，时间长了胶体会龟裂，胺盐凝胶会产生有毒有害气体且成本较高。
实用新型内容
[0007]本实用新型要解决的技术问题是提供一种成本低、防灭火效率高的液氮防灭火系统。
[0008]本实用新型液氮防灭火系统，包括液氮储罐、缓冲罐，其中:还包括液氮增压装置、氮气化装置、电加热辅热装置、稳压稳流装置、计量装置、储罐增压装置、对空放散装置以及控制系统。
[0009]液氮增压装置包括:低温液氮泵、液氮增压泵泵、立式多级低温泵、泵池、压力变送器、温度计、第一过滤器、阀门，泵池内安装有低温液氮泵、液氮增压泵泵、立式多级低温泵，泵池下部安装有液氮入口管道，从泵池到第一液氮入口处的管道上依次安装有放散截止阀、第一压力表根部阀、第一安全阀根部阀、第一过滤器、入口截止阀，泵池上部设置有泵池通气口管道，管道上安装有回流截止阀，泵池上端设置有泵池排放口管道，管道上安装有排污截止阀，泵池上端还设置有液氮出口管道，从泵池到第一液氮出口处的管道上依次安装有放散截止阀、第二压力表根部阀、第二安全阀根部阀、压力变送器、温度计以及单向阀，液氮出口管道另一端为第一液氮出口；
[0010]氮气化装置包括:气化器、第二过滤器、阀门，气化器底部连接有入口管道和出口管道，从气化器到第二液氮入口处的管道上依次设置有调节阀、第二过滤器、入口截止阀，从气化器到第一氮气出口处的管道上依次设置有第三安全阀根部阀、排放阀、安全阀放散口、出口截止阀，第一液氮出口与第二液氮入口相连通；
[0011]电加热辅热装置包括:电加热辅热器主体、加热器、入口过滤器、出口压力变送器、阀门，第一氮气入口通过管道分别与两条电加热辅热器主体顶部连接，第一从氮气入口处到电加热辅热器主体的两个管道上依次设置有入口球阀、入口过滤器、调节阀，第一氮气出口通过管道分别与两个电加热辅热器主体顶部连接，两条管道上都设置有出口球阀，在氮气出口处安装有出口压力变送器，每个电加热辅热器顶部都设置有注水口，底部设置有一个排水口和两个加热器，在第一氮气入口与第二氮气出口处连接旁通管道，管道上设置有第一旁通球阀，第一氮气出口与第一氮气入口相连通；
[0012]稳压稳流装置包括:缓冲罐、调压器、阀门，第二氮气入口与第三氮气出口通过两条相同的管道连接，从第二氮气入口到第三氮气出口的两条管道上依次设置有入口球阀、调压器、出口球阀，第二氮气入口与第三氮气出口连接有旁通管道，管道上设置有第二旁通球阀，第三氮气出口处设置有管道与缓冲罐底部的一端连接，缓冲罐底部的另一端安装有调压器，并设置有入口球阀与出口球阀，缓冲罐顶部安装有安全放散管道，管道上设置有安全阀与放散阀，第二氮气出口与第二氮气入口相连通；
[0013]计量装置包括:入口压力表、出口压力表、第三过滤器、智能涡街流量计、阀门，第三氮气入口与第四氮气出口之间通过管道连接，从第三氮气入口到第四氮气出口的管道上依次设置有入口压力表、入口球阀、第三过滤器、流量计、出口球阀、出口压力表，第三氮气入口与第四氮气出口连接有旁通管道，管道上设置有第三旁通球阀，第三氮气出口与第三氮气入口相连通；
[0014]储罐增压装置包括:气化器、自动升压器、压力表、阀门，第四氮气入口通过管道与气化器连接，管道上设置有进口截止阀，第二液氮出口通过管道与气化器连接，从气化器到第二液氮出口的管道上依次设置有安全放散口、第四安全阀根部阀、第三压力表根部阀、自动升压器、压力表、出口截止阀，安全放散口处设置有安全阀与放散阀，第四氮气出口与第四氮气入口相连通；
[0015]对空放散装置包括:温控气化器、阀门，第三液氮入口与第三液氮出口通过管道与温控气化器底部连接，从液氮入口到温控气化器的管道上依次设置有入口压力表、入口压力表截止阀、入口表截止阀，从第三液氮出口到控温气化器的管道上依次设置有出口压力表、出口压力表截止阀、出口截止阀，两管道中部通过旁通管道连接，旁通管道上设置有旁通截止阀，第三液氮入口与第而液氮出口相连通。
[0016]本实用新型液氮防灭火系统，其中所述液氮增压装置中的泵池为真空泵池。
[0017]本实用新型液氮防灭火系统，其中所述液氮增压装置中的液氮增压泵为潜液泵。
[0018]本实用新型液氮防灭火系统，其中所述温控气化器主体采用外铝合金多翼、耐低温、承压翅片管，温控气化器上还安装有超低温专用数显式温度计和充油防震型压力仪表，温控气化器底部带高强度底撬，四周带高强度护架。
[0019]本实用新型液氮防灭火系统，其中所述电加热辅热装置上设置有水温控制装置。
[0020]本实用新型液氮防灭火系统，其中所述计量装置中的流量计为智能涡街流量计。
[0021]本实用新型液氮防灭火系统，其中所述储罐增压装置出口处设有压力调节机构。
[0022]本实用新型液氮防灭火系统，其中所述稳压稳流装置中的缓冲罐为卧式缓冲罐。
[0023]本实用新型液氮防灭火系统，其中所述液氮增压装置、氮气化装置、电加热辅热装置、稳压稳流装置、计量装置、储罐增压装置、对空放散装置依次连接，并集装成撬装机组形式。
[0024]本实用新型液氮防灭火系统与现有技术不同之处在于本实用新型有效地解决了现阶段国内矿井防灭火系统设备成本高、防灭火工艺实施难、腐蚀井下设备、影响井下工人身体健康、使用区域有局限性的缺点。利用煤化工生产中的附属产品作为原材料氮，成本低，利用即有通风系统的现有设施就可将氮气通过管道直接送入防灭火区域，而且氮气可以充分填充防灭火的区域，不留死角，氮气没有腐蚀性不会损坏井下设备，氮气流动性快，灭火后火区恢复工作量小，防灭火效率大大提高。
[0025]下面结合附图对本实用新型的液氮防灭火系统作进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1a为本实用新型液氮防灭火系统的液氮增压装置的主视图；
[0027]图1b为本实用新型液氮防灭火系统的液氮增压装置的俯视图；
[0028]图2a为本实用新型液氮防灭火系统的氮气化装置的主视图；
[0029]图2b为本实用新型液氮防灭火系统的氮气化装置的俯视图；
[0030]图3a为本实用新型液氮防灭火系统的电加热辅热装置的主视图；
[0031]图3b为本实用新型液氮防灭火系统的电加热辅热装置的俯视图；
[0032]图4a为本实用新型液氮防灭火系统的稳压稳流装置的主视图；
[0033]图4b为本实用新型液氮防灭火系统的稳压稳流装置的侧视图；
[0034]图5a为本实用新型液氮防灭火系统的计量装置的主视图；
[0035]图5b为本实用新型液氮防灭火系统的计量装置的俯视图；
[0036]图6为本实用新型液氮防灭火系统的储罐增压装置的立体图；
[0037]图7a为本实用新型液氮防灭火系统的对空放散装置的主视图；
[0038]图7b为本实用新型液氮防灭火系统的对空放散装置的俯视图。
【具体实施方式】
[0039]本实用新型液氮防灭火系统，包括:液氮储罐、液氮增压装置、氮气化装置、电加热辅热装置、稳压稳流装置、计量装置、储罐增压装置、对空放散装置以及控制系统。
[0040]如图1a和图1b所示，为本实用新型液氮防灭火系统的液氮增压装置结构示意图，包括:低温液氮泵、潜液泵、立式多级低温泵、真空泵池1、压力变送器2、温度计3、第一过滤器4、阀门。真空泵池I内安装有低温液氮泵、潜液泵、立式多级低温泵，真空泵池I下部安装有与第一液氮入口 5相连通的管道，从真空泵池I到液氮入口 5处的管道上依次安装有第一放散截止阀6、第一压力表根部阀7、第一安全阀根部阀8、第一过滤器4、第一入口截止阀9。真空泵池I上部设置有与泵池通气口 10相连通的管道，该管道上安装有回流截止阀11。真空泵池I上端设置有与泵池排放口 12相连通的管道，该管道上安装有排污截止阀13。真空泵池I上端还设置有与液氮出口 14相连通的管道，从真空泵池I到第一液氮出口 14处的管道上依次安装有第二放散截止阀15、第二压力表根部阀16、第二安全阀根部阀17、压力变送器2、温度计3以及单向阀18，液氮出口管道另一端为液氮出口 14。
[0041 ] 如图2a和图2b所示，为本实用新型液氮防灭火系统的氮气化装置结构示意图，包括控温气化器19、过滤器20、阀门、高强度底撬、高强度护架、温度仪表、压力仪表。温控气化器19主体采用外铝合金多翼、耐低温、承压翅片管。控温气化器19底部连接有入口管道和出口管道，从控温气化器19到第二液氮入口 21处的管道上依次设置有第一调节阀22、第二过滤器20、第二入口截止阀23。从控温气化器19到第一氮气出口 24处的管道上依次设置有第三安全阀根部阀25、排放阀26、安全阀放散口 27、出口截止阀28。温控气化器19上还安装有超低温专用数显式温度计和充油防震型压力仪表，温控气化器底部带高强度底撬，四周带高强度护架。本液氮气化装置设置两台，一台工作一台备用，一般持续工作三小时后切换一次。
[0042]如图3a和图3b所示，为本实用新型液氮防灭火系统的电加热辅热装置正面结构示意图，包括电加热辅热器主体29、加热器30、入口过滤器31、出口压力变送器32、阀门。第一氮气入口 33通过管道分别与两条电加热辅热器主体29顶部连接，从第一氮气入口 33处到电加热辅热器主体29的两个管道上依次设置有入口球阀34、入口过滤器31、第二调节阀35。第二氮气出口 36通过管道分别与两个电加热辅热器主体29顶部连接，两条管道上都设置有出口球阀37，在第二氮气出口 36处安装有出口压力变送器32。每个电加热辅热器顶部都设置有注水口 40，底部设置有一个排水口 38和两个加热器30。在第一氮气入口33与第二氮气出口 36处连接旁通管道，管道上设置有第一旁通球阀39。电加热辅热装置设有水温控制，通过水温与电加热器的联锁，控制电加热的开、停。
[0043]如图4a和图4b所示，为本实用新型液氮防灭火系统的稳压稳流装置结构示意图，包括卧式缓冲罐41、调压器、阀门。第二氮气入口 43与第三氮气出口 44通过两条相同的管道连接，从第二氮气入口 43到第三氮气出口 44的两条管道上依次设置有入口球阀45、调压器42、出口球阀46，第二氮气入口 43与第三氮气出口 44连接有旁通管道，旁通管道上设置有第二旁通球阀47，第三氮气出口 44处设置有管道与缓冲罐41底部的一端连接。缓冲罐41底部的另一端安装有调压器52，并设置有入口球阀48与出口球阀49。缓冲罐41顶部安装有安全放散管道，管道上设置有安全阀50与放散阀51。
[0044]如图5a和图5b所示,为本实用新型液氮防灭火系统的计量装置结构示意图,包括入口压力表53、出口压力表54、第三过滤器55、智能涡街流量计56、阀门。第三氮气入口 57与第四氮气出口 58之间通过管道连接，从第三氮气入口 57到第四氮气出口 58的管道上依次设置有入口压力表54、入口球阀59、第三过滤器55、智能涡街流量计56、出口球阀61、出口压力表54，第三氮气入口 57与第四氮气出口 58连接有旁通管道，管道上设置有第三旁通球阀60。
[0045]如图6所示，为本实用新型液氮防灭火系统的储罐增压装置结构示意图，包括控温气化器62、自动升压器63、压力表64、阀门。温控气化器62主体米用外招合金多翼、耐低温、承压翅片管。第四氮气入口 65通过管道与温控气化器62连接，管道上设置有进口截止阀66。第二液氮出口 67通过管道与温控气化器62连接，从温控气化器62到第二液氮出口67的管道上依次设置有安全放散口 68、第四安全阀根部阀69、第三压力表根部阀70、自动升压器63、压力表64、出口截止阀71，安全放散口 68处设置有安全阀72与放散阀73。储罐增压装置的出口处还设有压力调节机构，防止进入液氮储罐的气体在某些不利的工作瞬间产生超压现场，确保液氮储罐压力安全。
[0046]如图7a和图7b所示，为本实用新型液氮防灭火系统的对空放散装置结构示意图，包括控温气化器74、阀门。温控气化器74主体采用外铝合金多翼、耐低温、承压翅片管。第三液氮入口 75与第三液氮出口 76通过管道与控温气化器74底部连接，从第三液氮入口75到控温气化器74的管道上依次设置有入口压力表、入口压力表截止阀77、入口表截止阀78，从第三液氮出口 76到控温气化器74的管道上依次设置有出口压力表、出口压力表截止阀79、出口截止阀80。两管道中部通过旁通管道连接，旁通管道上设置有旁通截止阀81。
[0047]液氮防灭火系统的控制系统采用S7-300软冗余控制系统，实现了 PLC常规方面的双机热备，同时配置双Profibus I/O采集网路，保证了数据采集的准确性及安全性。并为I/O模块配置有源背板，实现了带电操作I/O的方便性。控制柜实现对整个系统的检测、显示、报警及控制。完成对液氮储罐、液氮增压装置、氮气化装置、电加热辅热装置、稳压稳流装置及计量装置相关的检测参数的在线显示、报警及联锁。同时完成对增压泵、氮气化装置、电加热辅热装置的自动控制。
[0048]液氮防火系统的工作流程为:
[0049]液氮增压装置、氮气化装置、电加热辅热装置、稳压稳流装置、计量装置、储罐增压装置、对空放散装置依次连接，并集装成撬装机组形式。液氮储罐工作压力为0.2MPa，为确保氮气气源输送压力为1.0MPa，首先将液氮通入液氮增压装置加压至1.5MPa，经加压后的液氮经过滤后进入氮气化装置，通过气化装置使液氮加压气化。为保证后续管道、阀门及仪表安全，氮气随后进入电加热辅热装置，对氮气强制加热至约+10°C以上。随后进入稳压稳流装置，确保输配压力稳定在1.0MPa0接着进入计量装置。对氮气的流量进行单路计量，可以显示瞬时流量与累计流量。从计量装置输出后进入进入储罐增压装置，对储罐进行增压，以确保储罐内的液氮能以工艺要求的速度向后续增压系统输送液氮。最后进入对空放散装置，为防止液氮温度过低造成操作人员冻伤以及排放口结冰现象的发生，对液氮进行加热后再排入大气。
[0050]本实用新型液氮防灭火系统，有效地解决了现阶段国内矿井防灭火系统设备成本高、防灭火工艺实施难、腐蚀井下设备、影响井下工人身体健康、使用区域有局限性的缺点。本实用新型利用煤化工生产中的附属产品作为原材料，成本低，利用即有通风系统的现有设施就可将氮气通过管道直接送入防灭火区域，而且氮气可以充分填充防灭火的区域，不留死角；氮气没有腐蚀性不会损坏井下设备，氮气流动性快，灭火后火区恢复工作量小，防灭火效率明显提高。
[0051] 以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种液氮防灭火系统，包括液氮储罐、缓冲罐，其特征在于:还包括液氮增压装置、氮气化装置、电加热辅热装置、稳压稳流装置、计量装置、储罐增压装置、对空放散装置以及控制系统； 液氮增压装置包括:低温液氮泵、液氮增压泵泵、立式多级低温泵、泵池、压力变送器、温度计、第一过滤器、阀门，泵池内安装有低温液氮泵、液氮增压泵泵、立式多级低温泵，泵池下部安装有液氮入口管道，从泵池到第一液氮入口处的管道上依次安装有放散截止阀、第一压力表根部阀、第一安全阀根部阀、第一过滤器、入口截止阀，泵池上部设置有泵池通气口管道，管道上安装有回流截止阀，泵池上端设置有泵池排放口管道，管道上安装有排污截止阀，泵池上端还设置有液氮出口管道，从泵池到第一液氮出口处的管道上依次安装有放散截止阀、第二压力表根部阀、第二安全阀根部阀、压力变送器、温度计以及单向阀，液氮出口管道另一端为第一液氮出口； 氮气化装置包括:气化器、第二过滤器、阀门，气化器底部连接有入口管道和出口管道，从气化器到第二液氮入口处的管道上依次设置有调节阀、第二过滤器、入口截止阀，从气化器到第一氮气出口处的管道上依次设置有第三安全阀根部阀、排放阀、安全阀放散口、出口截止阀，第一液氮出口与第二液氮入口相连通； 电加热辅热装置包括:电加热辅热器主体、加热器、入口过滤器、出口压力变送器、阀门，第一氮气入口通过管道分别与两条电加热辅热器主体顶部连接，第一从氮气入口处到电加热辅热器主体的两个管道上依次设置有入口球阀、入口过滤器、调节阀，第一氮气出口通过管道分别与两个电加热辅热器主体顶部连接，两条管道上都设置有出口球阀，在氮气出口处安装有出口压力变送器，每个电加热辅热器顶部都设置有注水口，底部设置有一个排水口和两个加热器，在第一氮气入口与第二氮气出口处连接旁通管道，管道上设置有第一旁通球阀，第一氮气出口与第一氮气入口相连通； 稳压稳流装置包括:缓冲罐、调压器、阀门，第二氮气入口与第三氮气出口通过两条相同的管道连接，从第二氮气入口到第三氮气出口的两条管道上依次设置有入口球阀、调压器、出口球阀，第二氮气入口与第三氮气出口连接有旁通管道，管道上设置有第二旁通球阀，第三氮气出口处设置有管道与缓冲罐底部的一端连接，缓冲罐底部的另一端安装有调压器，并设置有入口球阀与出口球阀，缓冲罐顶部安装有安全放散管道，管道上设置有安全阀与放散阀，第二氮气出口与第二氮气入口相连通； 计量装置包括:入口压力表、出口压力表、第三过滤器、智能涡街流量计、阀门，第三氮气入口与第四氮气出口之间通过管道连接，从第三氮气入口到第四氮气出口的管道上依次设置有入口压力表、入口球阀、第三过滤器、流量计、出口球阀、出口压力表，第三氮气入口与第四氮气出口连接有旁通管道，管道上设置有第三旁通球阀，第三氮气出口与第三氮气入口相连通； 储罐增压装置包括:气化器、自动升压器、压力表、阀门，第四氮气入口通过管道与气化器连接，管道上设置有进口截止阀，第二液氮出口通过管道与气化器连接，从气化器到第二液氮出口的管道上依次设置有安全放散口、第四安全阀根部阀、第三压力表根部阀、自动升压器、压力表、出口截止阀，安全放散口处设置有安全阀与放散阀，第四氮气出口与第四氮气入口相连通； 对空放散装置包括:温控气化器、阀门，第三液氮入口与第三液氮出口通过管道与温控气化器底部连接，从液氮入口到温控气化器的管道上依次设置有入口压力表、入口压力表截止阀、入口表截止阀，从第三液氮出口到控温气化器的管道上依次设置有出口压力表、出口压力表截止阀、出口截止阀，两管道中部通过旁通管道连接，旁通管道上设置有旁通截止阀，第三液氮入口与第而液氮出口相连通。
2.根据权利要求1所述的液氮防灭火系统，其特征在于:所述液氮增压装置中的泵池为真空泵池。
3.根据权利要求1所述的液氮防灭火系统，其特征在于:所述液氮增压装置中的液氮增压泵为潜液泵。
4.根据权利要求1所述的液氮防灭火系统，其特征在于:所述温控气化器主体采用外铝合金多翼、耐低温、承压翅片管，温控气化器上还安装有超低温专用数显式温度计和充油防震型压力仪表，温控气化器底部带高强度底撬，四周带高强度护架。
5.根据权利要求1所述的液氮防灭火系统，其特征在于:所述电加热辅热装置上设置有水温控制装置。
6.根据权利要求1所述的液氮防灭火系统，其特征在于:所述稳压稳流装置中的缓冲罐为卧式缓冲罐。
7.根据权利要求1所述的液氮防灭火系统，其特征在于:所述计量装置中的流量计为智能涡街流量计。
8.根据权利要求1所述的液氮防灭火系统，其特征在于:所述储罐增压装置出口处设有压力调节机构。
9.根据权利要求1所述的液氮防灭火系统，其特征在于:所述液氮增压装置、氮气化装置、电加热辅热装置、稳压稳流装置、计量装置、储罐增压装置、对空放散装置依次连接，并集装成撬装机组形式。
【文档编号】E21F5/00GK203499717SQ201320609706
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】万鹿贵, 王海利, 尚永江 申请人:欧科能源技术(天津)有限公司