本發(fā)明屬于礦用液態(tài)二氧化碳輸送技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種礦用液態(tài)二氧化碳輸送裝置及其泄漏監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的煤礦防滅火技術(shù)方法中，液態(tài)二氧化碳方法由于在惰化的基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)快速降溫，液態(tài)二氧化碳灌注入火區(qū)會瞬間汽化、體積膨脹、流動擴(kuò)散，吸收大量的熱量，使火區(qū)溫度和氧氣濃度快速降低，在礦井火區(qū)治理上表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。由于二氧化碳的相態(tài)與壓力和溫度相關(guān)，溫度過低或者壓力過高會形成干冰，在長距離管道輸送過程中發(fā)生堵管、管路斷裂破損導(dǎo)致液態(tài)二氧化碳泄漏等現(xiàn)象。目前，中國專利公告號為cn106247169a公開了一種礦用液態(tài)二氧化碳長距離管道輸送裝置及輸送方法，在使用時，需要人工操作進(jìn)行液態(tài)二氧化碳的輸送，自動化程度低，工作效率不高，且沒有完備的監(jiān)測系統(tǒng)，不能及時反映管路的輸送狀態(tài)。若能及時檢測管路狀況，在管路發(fā)生堵管或泄漏時，及時采取相應(yīng)措施，可避免管路損壞，增強(qiáng)液態(tài)二氧化碳輸送的可靠性。同時現(xiàn)有技術(shù)中沒有針對液態(tài)二氧化碳長距離管道輸送進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的系統(tǒng)。

因此，需要一個完備的監(jiān)測系統(tǒng)，對液態(tài)二氧化碳長距離輸送管路進(jìn)行有效的監(jiān)測，在出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象時，及時進(jìn)行發(fā)出報(bào)警，并控制輸送泵停止輸送，提高液態(tài)二氧化碳輸送的可靠性，避免安全事故發(fā)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種礦用液態(tài)二氧化碳輸送裝置。該輸送裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對液態(tài)二氧化碳的直接輸送，確保了井下火區(qū)滅火時液態(tài)二氧化碳的充足供應(yīng)，同時還能夠?qū)斔脱b置是否泄漏實(shí)現(xiàn)的實(shí)時監(jiān)測，提高液態(tài)二氧化碳輸送的可靠性，避免安全事故發(fā)生。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明礦用液態(tài)二氧化碳輸送裝置采用的技術(shù)方案是：一種礦用液態(tài)二氧化碳輸送裝置，其特征在于：包括第一氣態(tài)二氧化碳儲罐、第二氣態(tài)二氧化碳儲罐和液態(tài)二氧化碳儲罐以及用于從立井、平硐或斜井進(jìn)入礦體內(nèi)并延伸至井下火區(qū)的管道裝置，所述管道裝置包括外管和設(shè)置在所述外管內(nèi)部的內(nèi)管，所述外管位于礦體外的一端與第一氣態(tài)二氧化碳儲罐相連通，所述外管位于礦體內(nèi)的一端封閉，所述內(nèi)管位于礦體外的一端與第二氣態(tài)二氧化碳儲罐和液態(tài)二氧化碳儲罐相連通，所述內(nèi)管位于礦體外的一端設(shè)置有用于供壓力高于1.6mpa～2mpa的氣體或液體進(jìn)入所述內(nèi)管的穩(wěn)壓閥和用于對所述內(nèi)管內(nèi)的壓力進(jìn)行觀測的壓力表，所述內(nèi)管位于礦體內(nèi)的一端設(shè)置有用于在內(nèi)管的內(nèi)部壓力大于2mpa～2.5mpa時將其內(nèi)的氣體或液體泄出的壓力控制閥，所述內(nèi)管位于礦體內(nèi)的一端連接有穿過井下火區(qū)密閉墻的滅火管，所述滅火管上安裝有滅火閥；該輸送裝置還包括用于監(jiān)測所述內(nèi)管是否泄漏的監(jiān)測系統(tǒng)。

上述的一種礦用液態(tài)二氧化碳輸送裝置，其特征在于，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括：

第一壓力變送器和第二壓力變送器，用于獲取所述外管管內(nèi)壓力信號；

以及控制器，用于獲取上述壓力變送器輸出的壓力信號并根據(jù)所述壓力信號判斷內(nèi)管是否泄漏，當(dāng)內(nèi)管泄漏時，判斷內(nèi)管的泄漏點(diǎn)位置并同時發(fā)出預(yù)警信號；

所述第一壓力變送器和第二壓力變送器均與所述控制器的輸入端相接，所述第一壓力變送器設(shè)置在所述外管位于礦體外的一端，所述第二壓力變送器設(shè)置在所述外管位于礦體內(nèi)的一端。

上述的一種礦用液態(tài)二氧化碳輸送裝置，其特征在于：所述外管由多個外管單元首尾順次連接構(gòu)成，相鄰兩個外管單元通過外法蘭連接，所述內(nèi)管由多個內(nèi)管單元首尾順次連接構(gòu)成，相鄰兩個內(nèi)管單元通過內(nèi)法蘭連接，所述外法蘭和內(nèi)法蘭之間具有間隙。

上述的一種礦用液態(tài)二氧化碳輸送裝置，其特征在于：所述內(nèi)管單元的圓周方向設(shè)置有用于支撐在所述外管單元內(nèi)壁的支撐條。

上述的一種礦用液態(tài)二氧化碳輸送裝置，其特征在于：所述穩(wěn)壓閥靠近所述第二氣態(tài)二氧化碳儲罐和液態(tài)二氧化碳儲罐的一側(cè)設(shè)置有用于為氣態(tài)二氧化碳或液態(tài)二氧化碳增壓的增壓泵，所述增壓泵安裝在所述內(nèi)管上。

上述的一種礦用液態(tài)二氧化碳輸送裝置，其特征在于：所述外管位于礦體外的一端通過第一連接管與第一氣態(tài)二氧化碳儲罐相連通，所述內(nèi)管位于礦體外的一端通過第二連接管與第二氣態(tài)二氧化碳儲罐相連通，所述內(nèi)管位于礦體外的一端通過第三連接管與液態(tài)二氧化碳儲罐相連通，所述第一連接管上設(shè)置有第一截?cái)嚅y，所述第二連接管上設(shè)置有第二截?cái)嚅y，所述第三連接管上設(shè)置有第三截?cái)嚅y。

上述的一種礦用液態(tài)二氧化碳輸送裝置，其特征在于：所述第一連接管上設(shè)置有壓力安全閥。

為了實(shí)現(xiàn)對上述輸送裝置是否泄漏實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)測，以提高液態(tài)二氧化碳輸送的可靠性，避免安全事故發(fā)生。本發(fā)明還提供了礦用液態(tài)二氧化碳輸送裝置的泄漏監(jiān)測方法。該泄漏監(jiān)測方法采用的技術(shù)方案是：一種如上述礦用液態(tài)二氧化碳輸送裝置的泄漏監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、控制器獲取第一壓力變送器和第二壓力變送器輸出的壓力信號；

步驟二、控制器根據(jù)所述壓力信號判斷內(nèi)管是否泄漏：當(dāng)?shù)谝粔毫ψ兯推骱偷诙毫ψ兯推鬏敵龅膲毫π盘柊l(fā)生異常時，則說明內(nèi)管泄漏，如壓力信號沒有發(fā)生異常時，則說明內(nèi)管沒有泄漏；

步驟三、當(dāng)內(nèi)管泄漏時，控制器判斷內(nèi)管的泄漏點(diǎn)位置并同時發(fā)出預(yù)警信號，所述內(nèi)管的泄漏點(diǎn)位置根據(jù)下列公式進(jìn)行計(jì)算：

le為內(nèi)管泄漏點(diǎn)位置到外管始端距離，l為外管始末端距離，δt為第一壓力變送器監(jiān)測到異常信號的時間t1與第一壓力變送器監(jiān)測到異常信號的時間t2的時間差，as為壓力波的傳播速度，其為340m/s。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明輸送裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對液相二氧化碳的直接輸送，確保了井下火區(qū)滅火時液態(tài)二氧化碳的充足供應(yīng)，同時通過監(jiān)測系統(tǒng)，還能夠通過外管內(nèi)的氣態(tài)二氧化碳壓力的變化來監(jiān)測內(nèi)管是否發(fā)生泄漏。

2、本發(fā)明輸送裝置通過設(shè)置由外管和內(nèi)管組成的管道裝置，避免單管輸送時發(fā)生泄漏造成對人員安全造成危害，所述內(nèi)管輸送液相二氧化碳，外管對內(nèi)管形成保護(hù)，所述監(jiān)測系統(tǒng)通過兩個壓力變送器監(jiān)測外管內(nèi)的氣體變化，方便在內(nèi)管發(fā)生泄漏時及時關(guān)閉內(nèi)管。

3、本發(fā)明管道裝置中，通過在內(nèi)管和外管之間設(shè)置支撐條，能夠確保內(nèi)管單元位于外管單元的中部，使外管單元的內(nèi)壁不會與內(nèi)管單元的外壁發(fā)生接觸。

4、本發(fā)明管道裝置第一連接管上設(shè)置有壓力安全閥，通過設(shè)置壓力安全閥，能夠?qū)ν夤苓M(jìn)行有效的保護(hù)，即當(dāng)內(nèi)管泄漏時，從內(nèi)管泄漏到外管氣體會造成外內(nèi)的壓力增大，當(dāng)外管內(nèi)的壓力超過壓力安全閥的臨界值時，此時壓力安全閥自動打開，進(jìn)行泄壓。

5、本發(fā)明監(jiān)測方法通過兩個壓力變送器來監(jiān)測外管內(nèi)部的壓力變化，當(dāng)內(nèi)管發(fā)生泄漏時，兩個壓力變送器都會監(jiān)測到壓力增大的異常信號，控制器獲取上述異常信號，并根據(jù)獲取上述異常信號的時間來計(jì)算泄漏點(diǎn)的具體位置，該監(jiān)測方法簡單、方便、有效。

下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明輸送裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明管道裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖2中的a-a剖視圖。

圖4為本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)的原理框圖。

圖5為本發(fā)明監(jiān)測方法的方法流程圖。

圖6為本發(fā)明監(jiān)測方法中內(nèi)管泄漏點(diǎn)位置的計(jì)算公式推導(dǎo)示意圖。

附圖標(biāo)記說明:

1—第一氣態(tài)二氧化碳儲罐；2—第二氣態(tài)二氧化碳儲罐；

3—液態(tài)二氧化碳儲罐；4—第一截?cái)嚅y；

5—第二截?cái)嚅y；6—第三截?cái)嚅y；

7—第一連接管；8—第二連接管；

9—第三連接管；10—壓力安全閥；

11—增壓泵；12—壓力表；

13—穩(wěn)壓閥；14—第一壓力變送器；

15—溫度傳感器；16—管道裝置；

16-1—外管；16-1-1—外管單元；

16-2—內(nèi)管；16-2-1—內(nèi)管單元；

16-3—外法蘭；16-4—內(nèi)法蘭；

16-5—支撐條；17—第二壓力變送器；

18—壓力控制閥；19—滅火閥；

20—滅火管；21—密閉墻；

22—控制器。

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示的一種礦用液態(tài)二氧化碳輸送裝置，包括第一氣態(tài)二氧化碳儲罐1、第二氣態(tài)二氧化碳儲罐2和液態(tài)二氧化碳儲罐3以及用于從立井、平硐或斜井進(jìn)入礦體內(nèi)并延伸至井下火區(qū)的管道裝置16，所述管道裝置16包括外管16-1和設(shè)置在所述外管16-1內(nèi)部的內(nèi)管16-2，所述外管16-1位于礦體外的一端與第一氣態(tài)二氧化碳儲罐1相連通，所述外管16-1位于礦體內(nèi)的一端封閉，所述內(nèi)管16-2位于礦體外的一端與第二氣態(tài)二氧化碳儲罐2和液態(tài)二氧化碳儲罐3相連通，所述內(nèi)管16-2位于礦體外的一端設(shè)置有用于供壓力高于1.6mpa～2mpa的氣體或液體進(jìn)入所述內(nèi)管16-2的穩(wěn)壓閥13和用于對所述內(nèi)管16-2內(nèi)的壓力進(jìn)行觀測的壓力表12，所述內(nèi)管16-2位于礦體內(nèi)的一端設(shè)置有用于在內(nèi)管16-2的內(nèi)部壓力大于2mpa～2.5mpa時將其內(nèi)的氣體或液體泄出的壓力控制閥18，所述內(nèi)管16-2位于礦體內(nèi)的一端連接有穿過井下火區(qū)密閉墻21的滅火管20，所述滅火管20上安裝有滅火閥19，該輸送裝置還包括用于監(jiān)測所述內(nèi)管16-2是否泄漏的監(jiān)測系統(tǒng)。

本實(shí)施例中，該礦用液態(tài)二氧化碳輸送裝置在使用時，先用第二氣態(tài)二氧化碳儲罐2內(nèi)的氣態(tài)二氧化碳對內(nèi)管16-2進(jìn)行升壓，使所述內(nèi)管16-2內(nèi)的壓力達(dá)到1.6mpa～2mpa，同時，將第一氣態(tài)二氧化碳儲罐1內(nèi)的二氧化碳填充在外管16-1內(nèi),使外管16-1內(nèi)的氣體壓力達(dá)到0.8mpa～1mpa，此時再給內(nèi)管16-2內(nèi)通入液態(tài)二氧化碳，進(jìn)入內(nèi)管16-2內(nèi)的液態(tài)二氧化碳會保持在液相狀態(tài)，在內(nèi)管16-2的管內(nèi)壓力大于2mpa～2.5mpa時，由壓力控制閥18對內(nèi)管16-2內(nèi)的液相二氧化碳進(jìn)行泄壓，泄壓流出的液相二氧化碳再通過滅火管20進(jìn)入井下火區(qū)進(jìn)行滅火。該輸送裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對液相二氧化碳的直接輸送，確保了井下火區(qū)滅火時液態(tài)二氧化碳的充足供應(yīng)，同時通過監(jiān)測系統(tǒng)，還能夠通過外管16-1內(nèi)的氣態(tài)二氧化碳壓力的變化來監(jiān)測內(nèi)管16-1是否發(fā)生泄漏。

結(jié)合圖1和圖4，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括：

第一壓力變送器14和第二壓力變送器17，用于獲取所述外管16-1管內(nèi)壓力信號；

以及控制器22，用于獲取上述壓力變送器輸出的壓力信號并根據(jù)所述壓力信號判斷內(nèi)管16-2是否泄漏，當(dāng)內(nèi)管16-2泄漏時，判斷內(nèi)管16-2的泄漏點(diǎn)位置并同時發(fā)出預(yù)警信號；

所述第一壓力變送器14和第二壓力變送器17均與所述控制器22的輸入端相接，所述第一壓力變送器14設(shè)置在所述外管16-1位于礦體外的一端，所述第二壓力變送器17設(shè)置在所述外管16-1位于礦體內(nèi)的一端。

本實(shí)施例中，通過設(shè)置由外管16-1和內(nèi)管16-2組成的管道裝置16，避免單管輸送時發(fā)生泄漏造成對人員安全造成危害，所述內(nèi)管16-2輸送液相二氧化碳，外管16-1對內(nèi)管16-2形成保護(hù)，所述監(jiān)測系統(tǒng)通過兩個壓力變送器監(jiān)測外管16-1內(nèi)的氣體變化，方便在內(nèi)管16-2發(fā)生泄漏時及時關(guān)閉內(nèi)管16-2。

本實(shí)施例中，要使二氧化碳在內(nèi)管16-2內(nèi)在液相狀態(tài)下，需要同時滿足溫度條件和壓力條件，本實(shí)施例中，該輸送裝置通過氣態(tài)二氧化碳對內(nèi)管16-2進(jìn)行升壓進(jìn)而確保了液相二氧化碳輸送時的壓力條件，對于溫度條件來說，由于從液態(tài)二氧化碳儲罐3輸出的液態(tài)二氧化碳滿足溫度條件，隨著液態(tài)二氧化碳的不斷注入，會不斷的調(diào)整內(nèi)管16-2的溫度，從而使內(nèi)管16-2也滿足二氧化碳液相輸送的溫度條件。本實(shí)施例通過溫度傳感器15對內(nèi)管16-2內(nèi)的溫度進(jìn)行檢測。

結(jié)合圖2和圖3，所述外管16-1由多個外管單元16-1-1首尾順次連接構(gòu)成，相鄰兩個外管單元16-1-1通過外法蘭16-3連接，所述內(nèi)管16-2由多個內(nèi)管單元16-2-1首尾順次連接構(gòu)成，相鄰兩個內(nèi)管單元16-2-1通過內(nèi)法蘭16-4連接，所述外法蘭16-3和內(nèi)法蘭16-4之間具有間隙。

本實(shí)施例中，所述管道裝置16在安裝時，先用內(nèi)法蘭16-4將多個內(nèi)管單元16-2-1連接以構(gòu)成內(nèi)管16-2，然后在內(nèi)管16-2上套上多個外管單元16-1-1，多個外管單元16-1-1依次通過外法蘭16-3相連接從而構(gòu)成外管16-1，所述外法蘭16-3和內(nèi)法蘭16-4之間具有間隙，這樣能夠確保多個所述外管單元16-1-1是相互貫通的。

如圖2和圖3所示，所述內(nèi)管單元16-2-1的圓周方向設(shè)置有用于支撐在所述外管單元16-1-1內(nèi)壁的支撐條16-5。通過設(shè)置支撐條16-5，能夠確保內(nèi)管單元16-2-1位于外管單元16-1-1的中部，使外管單元16-1-1的內(nèi)壁不會與內(nèi)管單元16-2-1的外壁發(fā)生接觸。

如圖1所示，所述穩(wěn)壓閥13靠近所述第二氣態(tài)二氧化碳儲罐2和液態(tài)二氧化碳儲罐3的一側(cè)設(shè)置有用于為氣態(tài)二氧化碳或液態(tài)二氧化碳增壓的增壓泵11，所述增壓泵11安裝在所述內(nèi)管16-2上。

本實(shí)施例中，當(dāng)對內(nèi)管16-2進(jìn)行升壓時，或者向內(nèi)管16-2注入液態(tài)二氧化碳時，當(dāng)?shù)诙鈶B(tài)二氧化碳儲罐2或液態(tài)二氧化碳儲罐3內(nèi)的壓力下降從而低于穩(wěn)壓閥13的預(yù)設(shè)值時，通過增壓泵11對從第二氣態(tài)二氧化碳儲罐2輸出的氣態(tài)二氧化碳或從液態(tài)二氧化碳儲罐3輸出的液態(tài)二氧化碳進(jìn)行有效的增壓，以滿足穩(wěn)壓閥13的預(yù)設(shè)值要求，進(jìn)而能夠使氣態(tài)二氧化碳或液態(tài)二氧化碳進(jìn)入內(nèi)管16-2的內(nèi)部。

如圖1所示，所述外管16-1位于礦體外的一端通過第一連接管7與第一氣態(tài)二氧化碳儲罐1相連通，所述內(nèi)管16-2位于礦體外的一端通過第二連接管8與第二氣態(tài)二氧化碳儲罐2相連通，所述內(nèi)管16-2位于礦體外的一端通過第三連接管9與液態(tài)二氧化碳儲罐3相連通，所述第一連接管7上設(shè)置有第一截?cái)嚅y4，所述第二連接管8上設(shè)置有第二截?cái)嚅y5，所述第三連接管9上設(shè)置有第三截?cái)嚅y6。

如圖1所示，所述第一連接管7上設(shè)置有壓力安全閥10。通過設(shè)置壓力安全閥10，能夠?qū)ν夤?6-1進(jìn)行有效的保護(hù)，即當(dāng)內(nèi)管16-2泄漏時，從內(nèi)管16-2泄漏到外管16-1氣體會造成外管16-1內(nèi)的壓力增大，當(dāng)外管16-1內(nèi)的壓力超過壓力安全閥10的臨界值時，此時壓力安全閥10自動打開，進(jìn)行泄壓。

本實(shí)施例中，所述輸送裝置的輸送距離一般為1000m～3000m。所述穩(wěn)壓閥13采用的是型號為dgmx2-3-pp-cw-b-40的vickers壓力控制閥或型號為da21f-40p液態(tài)二氧化碳安全閥；所述壓力控制閥18采用的是型號為dgmx2-3-pp-cw-b-40的vickers壓力控制閥或型號為da21f-40p液態(tài)二氧化碳安全閥。所述增壓泵11采用型號為bpo-15-75/16.5的低溫液體工藝泵或型號為dwb100-1200/100的二氧化碳低溫液體充裝泵。

如圖5所示的一種礦用液態(tài)二氧化碳輸送裝置的泄漏監(jiān)測方法，包括以下步驟：

步驟一、控制器22獲取第一壓力變送器14和第二壓力變送器17輸出的壓力信號；

步驟二、控制器22根據(jù)所述壓力信號判斷內(nèi)管16-2是否泄漏：當(dāng)?shù)谝粔毫ψ兯推?4和第二壓力變送器17輸出的壓力信號發(fā)生異常時，則說明內(nèi)管16-2泄漏，如壓力信號沒有發(fā)生異常時，則說明內(nèi)管16-2沒有泄漏；

步驟三、當(dāng)內(nèi)管16-2泄漏時，控制器22判斷內(nèi)管16-2的泄漏點(diǎn)位置并同時發(fā)出預(yù)警信號，所述內(nèi)管16-2的泄漏點(diǎn)位置根據(jù)下列公式進(jìn)行計(jì)算：

le為內(nèi)管16-2泄漏點(diǎn)位置到外管16-1始端的長度，l為外管16-1的總長度，δt為第一壓力變送器14監(jiān)測到異常信號的時間t1與第二壓力變送器17監(jiān)測到異常信號的時間t2的時間差，as為壓力波的傳播速度，其為340m/s。

在本實(shí)施例的步驟三中，如圖6所示，上述公式的推導(dǎo)過程如下：其中泄漏點(diǎn)位置為c，a點(diǎn)為外管16-1的一端，即為第一壓力變送器14的安裝位置，b點(diǎn)為外管16-1的另一端，即為第二壓力變送器17的安裝位置，lac為所求的le,泄漏點(diǎn)傳播到a點(diǎn)的時間為t1，泄漏點(diǎn)傳播到b點(diǎn)的時間為t2，從泄漏點(diǎn)到兩端的時間之差對應(yīng)漏點(diǎn)c到兩端的長度之差，泄漏點(diǎn)傳播到a點(diǎn)與傳播到b點(diǎn)的時間差為δt＝t1-t2，因此，lcb-lac＝-δt×ds⑴,而lac+lcb＝l⑵，將上述公式⑵代入公式⑴，得出由于lac＝le,從而得出；

本實(shí)施例中，該監(jiān)測方法通過兩個壓力變送器來監(jiān)測外管16-1內(nèi)部的壓力變化，當(dāng)內(nèi)管16-2發(fā)生泄漏時，兩個壓力變送器都會監(jiān)測到壓力增大的異常信號，控制器22獲取上述異常信號，并根據(jù)獲取上述異常信號的時間來計(jì)算泄漏點(diǎn)的具體位置。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變換，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。