液态二氧化碳用于煤矿采空区防灭火,已经有一些实际应用案例并得到较好的防灭火效果。这主要是液态二氧化碳气化时强烈的降温效应及膨胀扩散效应,气化后良好的惰化窒息效应和吸附隔氧效应造成的。
但液态二氧化碳的储存或输送条件却非常严苛,即压力要大于0.52MPa,温度保持在-56.6~31.3℃之间。故其输送管道需要良好的保温绝热措施才能防止其吸热气化。在输送过程中如果有压力突降情况发生,则液态CO2会由于压力低于其自身温度对应的饱和蒸汽压而剧烈气化。
当气化热量主要来自于液态CO2时,可能使得其温度低于三相点温度-56.6℃并生成干冰,干冰碎屑在管道变径、变向处形成堆积而产生堵塞,局部低温还可能使管道出现冷脆破裂现象。同时液态向气态剧烈变化使管道内流体体积急剧增大,加上气体流动性远大于液体使流速快速增加,当其速度超过音速时即发生爆震。
为了解决以上问题,来自西安科技大学邓军团队认为液态CO2气化过程中易结冰的主要原因是其三相点温度(-56.6℃)较高,压力快速降低时气化导致的大量吸热使其温度达到三相点从而结冰,故防结冰首要措施是布设旁路气化增压系统及气相均压连通系统,并保持压力在1.2MPa以上。
研究人员同时指出,防灭火灌注量需要控制采空区氧浓度为3% ~5%以下,并参照液氮灌注防灭火计算方法求出灌注量;液态CO2气化潜热跟其压力(温度)关系密切且变化较大,在考虑其对采空区的降温效果时应严格以压力(温度)为基准计算它的气化吸热量。
这项研究得到了国家自然科学基金、陕西省重点科技创新团队计划、陕西省自然科学基金的资金支持。