一种开放空间二氧化碳冷却惰化装置及方法

摘要

本发明公开了一种开放空间二氧化碳冷却惰化装置及方法。本发明的方法包括：包括液体二氧化碳槽车、压力表和冷却枪，液体二氧化碳槽车上设有两个出口，一个出口设有气相阀，另一个出口设有液相阀，两个出口利用三通连接在金属软管上，金属软管上依次连接压力表和冷却枪；冷却枪包括连接管、冷却枪金属软管、冷却枪前切断阀、冷却枪压柄、喷头，连接管两端均设有螺纹接口，连接管一端与冷却枪金属软管一端连接，冷却枪前切断阀安在冷却枪金属软管另一端，冷却枪压柄安装至连接管上，喷头安装至连接管另一端上。本发明能够对开放空间的易燃易氧化物体有效地消除火灾隐患，冷却效果好，复燃风险低，人工成本低，适合用于煤矿煤炭以及矸石堆场。

说明书

技术领域

本发明属于二氧化碳冷却惰化技术领域，具体涉及一种开放空间二氧化碳冷却惰化装置及方法。

背景技术

煤矿露天堆场和矸石堆场最大的安全隐患就是火灾隐患，目前我国用于煤矿露天堆场火灾隐患消除的方法主要有水喷洒冷却法、人工翻导空气冷却降温法以及用化工填料或催化剂冷却保护法。

其中水喷洒冷却法是最常用的冷却降温法，它是利用水与被冷却物的温差和水汽化过程吸收带走大量的热量来实现冷却降温效果的，但是由于液态水在空间的扩散能力较弱，与被冷却物之间温差较小，冷却过程需要水喷洒准确均匀，冷却可达温度想多较高，同时由于冷却过程产生的水蒸气比重较小约是空气的1/3，难以阻止新鲜空气进入，从而无法很好的控制氧化过程的发生，整个体系复燃风险较大。

其中人工翻导也是露天堆场常用的冷却方法，它是通过人工翻导将堆场受热物质分散暴露于空气中，利用空气对流将热量带走从而实现冷却的目的，但是由于整个冷却过程是在空气环境下进行的，冷却过程不仅需要作业人员在现场，而且冷却过程中和冷却后堆场复燃风险很大，同时随着热点温度深度的增加，翻导的人工工作量也会成倍增加，增加了大量的人工成本。

其中用化工填料或催化剂冷却保护法主要是利用惰气吹除冷却，它是利用惰气与催化剂之间的温差，通过惰性气体不断溢出带走热量从而实现冷却的目的，但是由于惰性气体温度较高，与催化剂温差有限，冷却过程消耗的时间相对较长，特别是对于易氧化催化剂冷却后存放安全风险较大。

现有的技术方案中缺乏冷却效果好，复燃风险低，人工成本低的方法。为了克服以上不足，本发明提出一种开放空间二氧化碳冷却惰化装置及方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种开放空间二氧化碳冷却惰化装置，能够对开放空间的易燃易氧化物体进行快速的冷却惰化，并保持持久性以及安全性，能够有效的消除火灾隐患，而且冷却效果好，复燃风险低，人工成本低，非常适合煤矿煤炭以及矸石堆场火灾隐患的消除。

本发明的另一个目的在于提供一种开放空间二氧化碳冷却惰化方法，利用上述装置，能够对开放空间的易燃易氧化物体进行快速的冷却惰化，并保持持久性以及安全性，能够有效的消除火灾隐患，而且冷却效果好，复燃风险低，人工成本低，非常适合煤矿煤炭以及矸石堆场火灾隐患的消除。

为实现以上目的，本发明提出以下技术方案：

一种开放空间二氧化碳冷却惰化装置，包括液体二氧化碳槽车、压力表和冷却枪，所述液体二氧化碳槽车上设有两个出口，一个出口设有气相阀，另一个出口设有液相阀，两个出口利用三通连接在金属软管上，所述金属软管上依次连接压力表和冷却枪；所述冷却枪包括连接管、冷却枪金属软管、冷却枪前切断阀、冷却枪压柄、喷头，所述连接管两端均设有螺纹接口，所述连接管一端与冷却枪金属软管一端连接，所述冷却枪前切断阀安在冷却枪金属软管另一端，所述冷却枪压柄安装至连接管上，所述喷头安装至连接管另一端上。

优选地，所述冷却枪的布置间距控制在2000mm以内，所述冷却枪在冷却区域成网状排布。

优选地，所述喷头包括喷杆，所述喷杆上设有喷孔，所述喷杆一端设有喷杆连接螺纹，所述喷杆另一端为尖锐端，所述尖锐端设有喷头泄放孔。

优选地，所述喷头由公称直径20～45mm的304不锈钢材料制成，所述喷头顶部设60°的锥角，便于喷头插入堆放物质内部，所述喷头的长度根据需要插进堆放物质的深度而定。

优选地，所述喷杆上在距离喷头顶端60mm开始沿喷杆侧面均匀设置喷孔，所述喷孔可根据需要设置成单层或者双层，层间距离≥300mm，每层沿径向均匀分布3个水平喷孔，喷孔直径2~6mm，通过喷孔的液体二氧化碳孔间流速约40~50m/s。

优选地，所述冷却枪上喷孔以及喷头泄放孔的总面积不超过冷却枪金属软管流通面积的30%，保证冷却枪里面的冷却液在喷出的时候具有足够的压力，以保证冷却系统运行稳定以及良好的降温冷却效果。

优选地，所述金属软管由不锈钢编织管制作，管径45mm，设计压力4MPa，便于冷却枪喷头在待冷却区域移动设置；所述金属软管管长≦6000mm，保证液体二氧化碳在金属软管中不生成干冰而堵塞管道。

其中，冷却枪的型号根据施工现场的情况来决定，冷却枪数量根据冷却区域面积大小进行确定。

一种利用以上装置对开放空间进行二氧化碳冷却惰化的方法，包括以下内容：

（一）：将液体二氧化碳槽车通过金属软管与冷却枪连接，对装置进行气密试验，试验达标后再进行后续操作；对于催化剂床层，催化剂床层置于反应器内，反应器一侧开有反应器人孔， 将冷却枪通过反应器人孔插入催化剂床层中并且固定好 ，然后打开液体二氧化碳槽车的液相阀，慢慢打开冷却枪前切断阀，将液体二氧化碳通过冷却枪送入催化剂床层，待催化剂床层温度稳定保持在0~20℃后，打开气相阀，关闭液相阀，用二氧化碳气体将金属软管内液体二氧化碳送至催化剂床层内，待金属软管内液体二氧化碳排净后，关闭气相阀，待系统压力泄净后取出冷却枪放置安全处；

（二）：将液体二氧化碳槽车通过金属软管与冷却枪连接，对装置进行气密试验，试验达标后再进行后续操作；对于开放矸石堆，在矸石堆中心插入长杆双金属温度计，用不燃物质对冷却区域进行适当的遮掩；通过人工操作将冷却枪从发热点上部插入矸石堆热点中心并用重物固定好，而后打开液相阀，慢慢打开冷却枪前切断阀，将液体二氧化碳通过冷却枪送入矸石堆，注意观察矸石堆温度和气流溢出情况变化，待矸石堆表面出现结霜现象，溢出气体温度低于0℃并稳定时，关闭冷却枪前切断阀，打开气相阀，用二氧化碳气体将金属软管内液体二氧化碳送入矸石堆，金属软管内液体二氧化碳排净后，关闭气相阀；待系统压力泄净后，观察矸石堆热点温度变化，待矸石堆表面温度恢复至高于20℃后，重复上述步骤，直至矸石表面温度稳定在≦20℃后，打开气相阀，关闭液相阀，将金属软管中液体二氧化碳通过冷却枪排净，排净后关闭气相阀进行系统泄压，泄压完毕后，关闭冷却枪前切断阀，取出冷却枪放置安全处。

优选地，所述液体二氧化碳的压力在0.8～1.8Mpa范围内，液态二氧化碳质量标准符合GB/T6052-2011标准要求，若液体二氧化碳的输送压力低于0.8MPa，应及时关闭冷却枪前切断阀61，防止金属软管结冰发生事故。

优选地，所述气体二氧化碳进入矸石堆的温度控制在-20～-56℃之间。

液体二氧化碳汽化热为347K

具体地，本装置通过液体二氧化碳槽车和冷却枪的配合，冷却枪插入至待冷却区域内，液体二氧化碳槽车上的气相阀和液相阀与冷却枪前切断阀相配合，将液体二氧化碳通过金属软管以及冷却枪，通过冷却枪上的喷孔及喷头泄放孔排放至待冷却区域内，等到待冷却区域达到温度标准后，开启气相阀，关闭液相阀，将金属软管内液体二氧化碳排净后，关闭气相阀，此时本装置便完成了冷却惰化任务。

本装置利用液体二氧化碳的潜在冷量直接对开放空间堆放的易燃易氧化物体进行快速冷却惰化，并通过在对方物体空隙内滞留大量干冰抑制空气的进入，从而保持冷却惰化的持久性以及安全性。本装置能够对开放空间的易燃易氧化物体进行快速的冷却惰化，并保持持久性以及安全性，能够有效的消除火灾隐患，而且冷却效果好，复燃风险低，人工成本低。

本发明有益效果在于：

采用上述装置及方法，本发明能够对开放空间的易燃易氧化物体进行快速的冷却惰化，并保持持久性以及安全性，能够有效的消除火灾隐患，而且冷却效果好，复燃风险低，人工成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本装置对于催化剂床层冷却惰化的结构示意图。

图2是本装置对于矸石堆冷却惰化的结构示意图。

图3是冷却枪的结构示意图。

图4是冷却枪喷头的结构示意图

图中，1-液体二氧化碳槽车，2-气相阀，3-液相阀，4-压力表，5-反应器人孔，6-冷却枪，7-催化剂床层，8-切断阀，9-矸石堆，61-冷却枪前切断阀，62-冷却枪金属软管，63-前侧螺纹接口，64-后侧螺纹接口，65-冷却枪压柄，66-喷头，67-连接管，66-1-喷杆连接螺纹，66-2-喷杆，66-3-喷孔，66-4-喷头泄放孔。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图所示，一种开放空间二氧化碳冷却惰化装置，包括液体二氧化碳槽车1、压力表4和冷却枪6，所述液体二氧化碳槽车1上设有两个出口，一个出口设有气相阀2，另一个出口设有液相阀3，两个出口利用三通连接在金属软管上，所述金属软管上依次连接压力表4和冷却枪6；所述冷却枪6包括连接管67、冷却枪金属软管62、冷却枪前切断阀61、冷却枪压柄65、喷头66，所述连接管67两端均设有螺纹接口，所述连接管67一端与冷却枪金属软管62一端连接，所述冷却枪前切断阀61安在冷却枪金属软管62另一端，所述冷却枪压柄65安装至连接管67上，所述喷头66安装至连接管67另一端上。

优选地，所述冷却枪6的布置间距控制在2000mm以内，所述冷却枪6在冷却区域成网状排布。

优选地，所述喷头66包括喷杆66-2，所述喷杆66-2上设有喷孔66-3，所述喷杆66一端设有喷杆连接螺纹66-1，所述喷杆66另一端为尖锐端，所述尖锐端设有喷头泄放孔66-4。

优选地，所述喷头66-3由公称直径20～45mm的304不锈钢材料制成，所述喷头66-3顶部设60°的锥角，便于喷头66-3插入堆放物质内部，所述喷头66-3的长度根据需要插进堆放物质的深度而定。

优选地，所述喷杆66-2上在距离喷头66顶端60mm开始沿喷杆66-2侧面均匀设置喷孔66-3，所述喷孔66-3可根据需要设置成单层或者双层，层间距离≥300mm，每层沿径向均匀分布3个水平喷孔66-3，喷孔66-3直径2~6mm，通过喷孔66-3的液体二氧化碳孔间流速约40~50m/s。

优选地，所述冷却枪6上喷孔66-3以及喷头泄放孔66-4的总面积不超过冷却枪金属软管62流通面积的30%，保证冷却枪里面的冷却液在喷出的时候具有足够的压力，以保证冷却系统运行稳定以及良好的降温冷却效果。

优选地，所述金属软管由不锈钢编织管制作，管径45mm，设计压力4MPa，便于冷却枪6喷头66在待冷却区域移动设置；所述金属软管管长≦6000mm，保证液体二氧化碳在金属软管中不生成干冰而堵塞管道。

其中，冷却枪6的型号根据施工现场的情况来决定，冷却枪6数量根据冷却区域面积大小进行确定。

具体地，本装置通过液体二氧化碳槽车1和冷却枪6的配合，冷却枪6插入至待冷却区域内，液体二氧化碳槽车1上的气相阀2和液相阀3与冷却枪前切断阀61相配合，将液体二氧化碳通过金属软管以及冷却枪6，通过冷却枪6上的喷孔66-3及喷头泄放孔66-4排放至待冷却区域内，等到待冷却区域达到温度标准后，开启气相阀2，关闭液相阀3，将金属软管内液体二氧化碳排净后，关闭气相阀2，此时本装置便完成了冷却惰化任务。本装置利用液体二氧化碳的潜在冷量直接对开放空间堆放的易燃易氧化物体进行快速冷却惰化，并通过在对方物体空隙内滞留大量干冰抑制空气的进入，从而保持冷却惰化的持久性以及安全性。本装置能够对开放空间的易燃易氧化物体进行快速的冷却惰化，并保持持久性以及安全性，能够有效的消除火灾隐患，而且冷却效果好，复燃风险低，人工成本低。

一种利用以上装置对开放空间进行二氧化碳冷却惰化的方法，包括以下内容：

（一）：将液体二氧化碳槽车1通过金属软管与冷却枪6连接，对装置进行气密试验，试验达标后再进行后续操作；对于催化剂床层7，催化剂床层7置于反应器内，反应器一侧开有反应器人孔5， 将冷却枪6通过反应器人孔5插入催化剂床层7中并且固定好 ，然后打开液体二氧化碳槽车1的液相阀3，慢慢打开冷却枪前切断阀61，将液体二氧化碳通过冷却枪6送入催化剂床层7，待催化剂床层7温度稳定保持在0~20℃后，打开气相阀2，关闭液相阀3，用二氧化碳气体将金属软管内液体二氧化碳送至催化剂床层7内，待金属软管内液体二氧化碳排净后，关闭气相阀2，待系统压力泄净后取出冷却枪6放置安全处；

（二）：将液体二氧化碳槽车1通过金属软管与冷却枪6连接，对装置进行气密试验，试验达标后再进行后续操作；对于开放矸石堆9，在矸石堆9中心插入长杆双金属温度计，用不燃物质对冷却区域进行适当的遮掩；通过人工操作将冷却枪6从发热点上部插入矸石堆9热点中心并用重物固定好，而后打开液相阀3，慢慢打开冷却枪前切断阀61，将液体二氧化碳通过冷却枪6送入矸石堆9，注意观察矸石堆9温度和气流溢出情况变化，待矸石堆9表面出现结霜现象，溢出气体温度低于0℃并稳定时，关闭冷却枪前切断阀61，打开气相阀2，用二氧化碳气体将金属软管内液体二氧化碳送入矸石堆9，金属软管内液体二氧化碳排净后，关闭气相阀2；待系统压力泄净后，观察矸石堆9热点温度变化，待矸石堆9表面温度恢复至高于20℃后，重复上述步骤，直至矸石表面温度稳定在≦20℃后，打开气相阀2，关闭液相阀3，将金属软管中液体二氧化碳通过冷却枪6排净，排净后关闭气相阀2进行系统泄压，泄压完毕后，关闭冷却枪前切断阀61，取出冷却枪6放置安全处。

优选地，所述液体二氧化碳的压力在0.8～1.8Mpa范围内，液态二氧化碳质量标准符合GB/T6052-2011标准要求，若液体二氧化碳的输送压力低于0.8MPa，应及时关闭冷却枪前切断阀61，防止金属软管结冰发生事故。

优选地，所述气体二氧化碳进入矸石堆9的温度控制在-20～-56℃之间。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。