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二氧化碳常溫、常壓下是無色略帶酸味的窒息氣體,它在不同的壓力、溫度條件下有三種形態(tài)（見二氧化碳的三相圖），在氣液固三態(tài)均不燃燒，不助燃。二氧化碳分子量為44，比重為空氣的1.53倍，密度為1.98kg/m3（0℃，1個(gè)大氣壓）。三相點(diǎn)溫度為-56.6℃，壓力為0.52MPa，氣液固三相呈平衡狀態(tài)；臨界點(diǎn)溫度為31.3℃，壓力為7.28MPa，氣液兩相形成連續(xù)的流體區(qū)；升華點(diǎn)溫度為-78.5℃，壓力為1.01MPa。

二氧化碳在低溫加壓下（-20℃、2MPa）或高壓常溫（約8MPa、30℃）下氣體可變?yōu)橐簯B(tài)，液體氣化過程中，當(dāng)溫度降到-78.5℃后將形成雪花狀的固態(tài)干冰（固體碳酸）。

CO2相對(duì)空氣密度為1.529，密度為1.976kg/m3(0℃、0.1 MPa)，液態(tài)CO2的密度隨溫度的變化而變化較大，-20℃時(shí)，其密度是1.01kg/L， -37℃時(shí)的密度約為1101kg/m3，汽化熱為137kcal/kg，在溫度15℃和1個(gè)大氣壓下，1噸液態(tài)二氧化碳體積膨脹約640倍。

二氧化碳的三相圖.png

二氧化碳的三相圖

2.液態(tài)二氧化碳防治煤自燃機(jī)理

（1）吸附阻氧

煤的自然發(fā)火是煤與氧的氧化反應(yīng)過程，氧氣是氧化反應(yīng)的必要條件，沒有氧氣，氧化反應(yīng)就無法進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果證明，氧濃度低于8%時(shí)失燃,低于3%時(shí)，氧化反應(yīng)徹底被中止，燃燒現(xiàn)象不能持續(xù)進(jìn)行。

向發(fā)火或具有高溫火點(diǎn)的采空區(qū)內(nèi)注入液態(tài)CO2立即會(huì)形成大量的高濃度CO2，會(huì)使采空區(qū)內(nèi)原有O2濃度相對(duì)減小，氧吸附量會(huì)減少，影響煤的氧化反應(yīng)速率。并且由于CO2比空氣密度大，重于空氣，以及煤體對(duì)CO2具有較強(qiáng)吸附作用（吸附量為48L/kg，而煤對(duì)氮?dú)獾奈搅繛?/span>8 L/kg，前者是后者的6倍），煤對(duì)氣體吸附強(qiáng)弱順序?yàn)?/span>CO₂＞CH₄＞N₂。煤吸附CO₂能力很強(qiáng)，屬于物理吸附，CO₂在煤表面的吸附較穩(wěn)定；煤對(duì)CO₂優(yōu)先吸附，且隨著壓力升高，其選擇性吸附能力增加，很容易替代O2而覆蓋煤體燃燒點(diǎn)表面，減少煤體燃燒體表面O2濃度，使O₂濃度低于自然發(fā)火的臨界O2濃度，從而防止煤的氧化自燃，或使已形成的火災(zāi)因缺O2而窒息滅火。與此同時(shí)，大量的高濃度CO2的擴(kuò)散會(huì)必然會(huì)提高采空區(qū)內(nèi)氣體靜壓，進(jìn)而會(huì)降低采空區(qū)的漏風(fēng)量，造成氧化自燃帶供氧不足，進(jìn)而阻止氧化反應(yīng)的進(jìn)程。

（2）吸熱降溫

煤的燃燒過程實(shí)際就是煤的氧化過程，其氧化速度與供氧有關(guān)系，也與溫度有關(guān)系。煤炭自燃往往經(jīng)歷三個(gè)階段:升溫氧化階段(110-130℃)，加速升溫階段(140-190℃)，急速升溫階段(200℃以上)。如直接噴注液態(tài)CO2時(shí)，可使火源明顯降溫，加速熄滅火源。液態(tài)CO2噴入火區(qū)空間會(huì)瞬間氣化，體積將膨脹640倍左右，需要吸收大量熱，溫度急劇下降到-78.5℃。1KG液態(tài)CO2蒸發(fā)氣化需要吸收577.8×103焦耳／KG的熱量。加之煤對(duì) CO2極易吸附特點(diǎn)，在吸附過程中將吸附熱轉(zhuǎn)移給CO2氣體，從而會(huì)遏止燃燒的鏈鎖反應(yīng)。同時(shí)擴(kuò)散采空區(qū)內(nèi)的CO2氣體也會(huì)吸收氧化反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的熱量，降低周圍介質(zhì)的溫度，以減緩煤的升溫速度，促使煤的氧化反應(yīng)由于聚熱條件的破壞而延緩或終止，從而降低火區(qū)溫度，加快火區(qū)的熄滅。

（3）惰化降氧

氣化后的CO2在沖淡可燃?xì)馀c氧的含量過程中，也使火區(qū)空間氣體惰化程度不斷增大，從而使混合氣失去可爆性。CO2 的惰化作用優(yōu)于其他惰性氣體。在以氮?dú)庾⑷氲幕饏^(qū)阻爆臨界氧濃度為12%，火區(qū)內(nèi)明火被熄滅的臨界氧濃度為9.5%；而以CO2注入的火區(qū)阻爆臨界氧濃度為14.6%，火區(qū)內(nèi)明火被熄滅的臨界氧濃度為11.5%。經(jīng)兩者比較，CO2惰氣的阻燃、阻爆性能明顯優(yōu)于氮?dú)猓瑑烧呦嗖?/span>2個(gè)百分點(diǎn)以上。

3.液態(tài)CO2防滅火工藝系統(tǒng)裝備的實(shí)際意義

（1）液態(tài)CO2灌注入火區(qū)空間會(huì)瞬間體積膨脹氣化，并吸收大量熱，使得火區(qū)溫度和氧氣濃度降低加快，降溫效果明顯。

（2）適用范圍廣，液態(tài)CO2經(jīng)過吸收熱量氣化后，可充擴(kuò)散充滿任何形狀的燃燒空間，因而便于對(duì)礦井采空區(qū)深部、高冒窩等人們不便接近的地點(diǎn)進(jìn)行滅火。

（3）液態(tài)CO2灌注火區(qū)后，能有效降低煤氧復(fù)合速度，迅速抑制燃燒，更有利于防止瓦斯、煤塵爆炸。

（4）損失少，不會(huì)損壞設(shè)備和井巷設(shè)施，因而滅火后恢復(fù)工作量少且容易。

（5）輸送便利。

（6）滅火用材成本低于其他滅火成本。

客戶應(yīng)用：國家礦山應(yīng)急救援鶴崗，開灤，大同，靖遠(yuǎn)，芙蓉隊(duì)；

區(qū)域礦山應(yīng)急救援天府，樂平等11個(gè)救護(hù)隊(duì)；

兗礦集團(tuán) 淮南礦業(yè)集團(tuán)

淮北礦業(yè)集團(tuán) 皖北煤電集團(tuán)

中煤新集集團(tuán) 新汶礦業(yè)集團(tuán)

淄博礦業(yè)集團(tuán) 彬長礦業(yè)集團(tuán)

六枝工礦集團(tuán) 潞安礦業(yè)集團(tuán)等等

4、設(shè)備特點(diǎn)、參數(shù)：

CPW-2.0礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置是總結(jié)了大量的井下現(xiàn)場滅火經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)井下的工況條件設(shè)計(jì)的一套有針對(duì)性、功能較齊全的煤礦井下防滅火裝置。其主要特點(diǎn)如下：

(1).設(shè)備結(jié)構(gòu)合理、緊湊，占地面積小�？梢远嗯_(tái)聯(lián)合使用或單獨(dú)使用，便于工作面擺放。最小工作面只需滿足一臺(tái)設(shè)備即可，不需大空間。

(2).設(shè)備具備外部保護(hù)框架，內(nèi)部儲(chǔ)罐為保溫發(fā)泡單層圓筒形結(jié)構(gòu)，區(qū)別于其他真空粉末絕熱型式雙層容器，更加耐運(yùn)輸沖擊，井下撞擊。如受撞擊后，可避免出現(xiàn)其他雙層容器內(nèi)部儲(chǔ)罐移位、脫落、開裂的情況發(fā)生，確保設(shè)備本身安全。