镁粉和铝粉对CO_(2)相变激发药剂性能的影响

为了提高CO_(2)相变激发药剂的放热量,在激发药剂中分别添加2%和4%质量分数的镁粉或铝粉,通过热重法(TG)、引燃试验、耐温试验和反应热试验,研究其热分解特性、安全性、耐温性和反应热的变化。结果表明:镁粉或铝粉对激发药剂的热分解特性无明显影响,加入2%和4%镁粉的激发药剂表观活化能分别增加16.68 kJ/mol和43.96 kJ/mol,反应热分别提高5.1%和10%;而同样比例的铝粉,表观活化能分别增加28.89 kJ/mol和55.21 kJ/mol,反应热分别提高6.6%和12.9%;加入少量镁粉或铝粉的激发药剂无爆炸危险,安全性良好;加入镁粉或铝粉的激发药剂在70℃保温48 h后,整体并未发生明显变化,温度指数Ts在90℃左右,表明其耐温性能良好。

液态CO_(2)相变致裂技术在水下清礁中的应用

液态CO_(2)相变致裂是以CO_(2)为介质的物理膨胀过程,具有良好的安全性、可控性、适用性。目前,该技术在水下清礁中的应用案例较少,尚缺乏指导性操作方案。文章通过福建南平港延平新城港区洋坑作业区码头工程实例,提出CO_(2)相变致裂单孔能量计算方法,以及单方岩石致裂TNT当量初步取值,阐述了该技术在水下清礁施工中的主要技术参数推算方法。

润东煤业综放工作面CO_(2)爆破顶煤技术研究

针对润东煤矿放顶煤开采工作面推进后顶煤坚硬不易断裂并呈大块状态,无法进入后部溜槽的问题,结合CO_(2)预裂爆破的特点,在工作面两巷道距切眼20 m外使用炸药进行预裂爆破、工作面机头机尾段各15 m范围采用CO_(2)预裂爆破技术进行顶煤预裂爆破试验,并对现场实施过程中存在的问题进行了改进。通过在巷道两侧提前用炸药爆破和切眼范围内用CO_(2)预裂顶煤爆破两项措施的结合,CO_(2)致裂爆破区域支架后方顶煤大部分垮落。工作面煤块大块率由40%降低至5%,块煤基本可顺利进入后部溜槽,提高了煤炭回收率,经济效益显著。

CO_(2)变频空调系统软件设计研究

二氧化碳变频空调综合了二氧化碳环保理念与变频空调节能实用性两方面优点,通过理论与实践相结合的方法探究CO_(2)变频空调控制方法,总结出CO_(2)变频空调的压缩机转速控制逻辑与电子膨胀阀控制逻辑,同时对系统做出必要的3种保护。最后通过软件设计对二氧化碳变频空调的功能予以实现得出验证,在一定环境温度下系统最终进入稳定状态,且不同环境温度下系统都可以满足温度控制要求。

致密油藏含水饱和度对CO_(2)吞吐效果的影响

储层中含油饱和度的变化会影响CO_(2)与储层流体相互作用,为研究含水饱和度对砂砾岩致密油藏CO_(2)吞吐采油效果的影响,基于新疆玛湖砂砾岩致密油藏储层条件,开展不同含水饱和度下CO_(2)在油水中的溶解、膨胀以及吞吐实验。结果表明:随着含水饱和度增加,CO_(2)在油水中的溶解度从6.08 mol/L降至2.01 mol/L,膨胀体积由最高1.53倍降至1.09倍,CO_(2)与原油作用效果逐渐减弱,累计采出程度最高为20.21%;含水饱和度低于45.0%时采用CO_(2)吞吐开发效果较好;当含水饱和度低于50.3%时,以沥青质沉积为主,储层渗透率降低,超过50.3%时以矿物溶蚀为主,渗透率增加。研究成果对致密油藏的高效开发具有一定指导作用。

液态CO_(2)相变爆破孔网参数优化研究

为优化液态CO_(2)相变爆破钻孔布置参数,研究双孔同时起爆应力波的传播特征、控制孔对煤体裂隙扩展规律的影响,基于LS DYNA有限元软件模拟分析单孔爆破、双孔不同孔间距爆破及添加控制孔爆破的裂隙扩展特征,并在山西某矿15号煤层进行液态CO_(2)相变致裂现场试验。结果表明:液态CO_(2)单孔爆破的有效致裂半径为2.16 m;双孔爆破有效致裂半径为2.54 m,较单孔有效致裂半径提高了17.59%。随着炮孔间距的增大,两炮孔中间连线贯通区由完全贯通演化至非连续贯通,当孔间距为5 m时,致裂效果最好。含控制孔爆破较双孔爆破有效致裂半径提高了8.27%,控制孔主导了爆生主裂隙的定向扩展及孔壁环向裂隙的生成,裂隙扩展速度和影响范围均有显著增加。液态CO_(2)相变致裂后,平均瓦斯抽采体积分数提高了2.68倍,平均瓦斯抽采流量提高了6.09倍。

CO_(2)气液两相小型膨胀机的研究进展

随着国际社会环境意识的提高,臭氧层破坏、温室效应问题受到持续广泛的关注,越来越多的学者将注意力集中于环保制冷剂。CO_(2)因简单易得、安全可靠、传热性能和流动性好等优点受到重视。本文对CO_(2)气液两相小型膨胀机的研究进展进行分析和总结,发现在循环中将节流阀换成CO_(2)膨胀机可有效提高系统的制冷效率,经过计算得到带膨胀机跨临界CO_(2)循环的制冷、制热效率分别比R134a循环高6.9%、4.6%,比带节流阀的循环高25.76%、16.17%;CO_(2)膨胀机的等熵效率越高,系统制冷、制热效率越大,若CO_(2)膨胀机的等熵效率大于32%,则带CO_(2)膨胀机的系统性能优于带回热器循环的系统性能。不同CO_(2)膨胀机由于结构不同导致效率、泄漏和摩擦损失不同,活塞式、转子式等膨胀机结构简单,但同时泄漏损失也较大;滑片式、旋转叶片式、涡旋式等膨胀机效率得到了很大提高,但其结构较为复杂,制造难度大,生产成本较高;同时对当前存在的一些问题提出了解决办法,如进行合理的设计减小泄漏与摩擦损失、将压缩功提供给压缩机、在膨胀过程中加入其他气体以及设计可调节膨胀比的CO_(2)膨胀机。目前CO_(2)膨胀机的研究基本集中于实验室,在工程中应用较少。因此未来应以实验和理论相结合,进一步研究CO_(2)膨胀机效率提升、关键零部件技术开发等问题。

基于SPH算法的CO_(2)相变破岩数值模拟

为解决液态CO_(2)相变爆破破岩仿真中面临的网格畸变等问题,基于光滑粒子流体动力学分析方法(SPH)建立了高压射流冲击破岩数值仿真模型。并通过开展不同射流速度下的液态CO_(2)相变爆破破岩数值仿真研究,探讨了高压射流作用下裂纹扩展的规律和机理。得出对于强度为24 MPa的煤岩,单孔冲击峰值压力在67.2~90.1 MPa,射流冲击速度在250~280 m/s时爆破破裂效果最佳。然后对比了煤岩、大理岩等不同岩体性质下的爆破破坏特征,进一步证实该方法在液态CO_(2)相变爆破仿真中的有效性,为液态CO_(2)相变破岩仿真提供了一种新思路。同时仿真结果可以为液态CO_(2)相变致裂技术在实际工程中的参数选择提供参考。

CO_(2)相变爆破致裂管内压力变化试验研究

为研究CO_(2)相变爆破过程中致裂管内压力变化规律,通过现场试验获得压力与时间关系曲线,并且通过改变CO_(2)充装质量、激发药剂质量和泄能片厚度,获得致裂管中压力变化规律,采用试验参数计算出73型号致裂器爆破当量。研究结果表明,致裂管体不同位置处达到的峰值压力不同,最大处峰值压力比最小处峰值压力高1.30~1.67倍;爆破过程致裂管中压力变化分为4个阶段,泄压阶段极为迅速,在数微秒间,并且随CO_(2)充装质量增大而增加;在CO_(2)充装质量1100 g、激发药剂质量180 g和泄能片厚度4.0 mm条件下,该型号致裂器爆破当量最大为0.378 kg乳化炸药,研究成果为工程应用提供技术参考。

水下钻孔CO_(2)气爆和乳化炸药爆破对比分析

水下爆破作业中飞石、毒气、振动等爆破共生物严重影响水下环境安全,为完成水下炸礁爆破施工任务和不破坏水下生态环境的要求。通过长期的施工经验的思考和总结,提出了水下钻孔CO_(2)气爆代替乳化炸药爆破的施工技术方案。文章通过对比水下破岩CO_(2)气爆与乳化炸药爆破,分析在相同作用效果下,CO_(2)使用量,水击波和地震波数据,以及对鱼类的影响。总结了CO_(2)在水下膨胀破岩作业中的工艺、技术及施工方法,计算出钻孔爆破孔距、排距等相关参数。

CO_(2)气爆水击波与地震波效应试验研究

在航道疏浚工程中对高于设计水底标高的水下礁石,多采用水下钻爆清礁工艺。而水下岩层通过钻爆清挖后仍有部分岩石未能完全清除并残留不规则,不稳定的水下浅点。实际施工中经常采用乳化炸药水下钻孔爆破或裸露爆破法清除这类孤石,裸爆相对于钻孔爆破,炸药与岩面的接触面小,炸药使用量大,会出现能量利用率低、炸药单耗高、噪音和水击波大,影响生态环境等问题。为了分析浅点爆破影响因素,进行现场监测研究,对比水下薄层岩石裸露爆破法和钻孔爆破法,在相同作用效果下,CO_(2)裸爆、钻孔CO_(2)气爆和钻孔乳化炸药爆破水击波和地震波数据。以防城港18#~22#泊位码头基槽、停泊地开挖、炸礁及清礁工程为例,根据岩层性质、岩层形态、被炸岩石顶部的水深和浅点厚度等制定药包排列和用药量方案。通过对比分析得出相同气瓶条件,CO_(2)裸爆水击波超压值是钻孔CO_(2)气爆的1.87~41.9倍。应用水下钻孔乳化炸药爆破是CO_(2)气爆水击波的7.9~18.7倍,产生的振动数值是后者的3~10倍。本文以解决实际工程问题为基本出发点,在研究水下爆破水击波传播规律的基础上,综合分析水中冲击波有害效应影响规律。

液态CO_(2)相变破岩时相邻天然气管道防护研究

在随州城市综合管廊基坑开挖工程中,保护相邻天然气管道不受到破坏十分关键。为此,首先开展乳化炸药和液态CO_(2)相变破岩的爆破漏斗试验。一方面基于FARO Focus~S 150型三维激光扫描仪和Split-Desktop 4.0软件对开挖后的漏斗形状和块度进行分析,另一方面基于NUBOX-8016型测振仪分析振动频率和峰值质点振动速度(PPV)的衰减规律,通过线性拟合方法获得适用于该工况的萨道夫斯基公式。其次使用拟合得到的萨道夫斯基公式理论计算相邻天然气管道的最小安全距离。最后基于LS-DYNA建立三维数值模型对理论结果进行验证。试验结果表明,单根DM95-2.5液态CO_(2)致裂管相变破岩产生的爆破漏斗直径和深度分别为1.14 m和0.59 m,爆堆块度主要分布在4~15 cm之间。液态CO_(2)致裂技术相比乳化炸药具有更强的破岩和改善块度均匀性的能力,此外在减灾方面具有更大的优势。数值模拟结果表明,根据拟合的萨道夫斯基公式确定液态CO_(2)相变爆破参数是可靠的。研究结果对于同类工程具有重要的参考价值。

电子膨胀阀对变频CO_(2)热泵调节特性的研究

基于一台跨临界CO_(2)空气源热泵,通过实验研究在恒定气冷器进口水温及水流量工况下,电子膨胀阀对于65—80 Hz的4个高频热泵系统的调节特性,提出针对不同目标的膨胀阀控制策略。研究结果表明:频率一定时,随着膨胀阀开度不断减小,制热量、出口水温、排气压力均先增大后减小;性能系数C_(OP)、蒸发压力均不断减小;针对制热量、出口水温和C_(OP)随开度变化呈现不同的变化趋势,提出不同的电子膨胀阀调控策略以满足不同的用户需求;在电子膨胀阀的实际调控过程中,可以通过观测出口水温和排气压力随开度的变化来避免因质量流量过小导致压缩机性能恶化。

CO_(2)热泵冷藏机组的结霜实验研究

对CO_(2)热泵冷藏机组进行结霜实验研究,分析不同的压缩机转速以及电子膨胀阀开度对蒸发器结霜时间、压缩机吸排气压力及系统制冷量的影响,为后续机组运行时提供较优的运行参数。实验结果表明,在标准结霜工况下,压缩机转速越大或电子膨胀阀开度越小,则蒸发器完成结霜时间越短。在结霜过程中,压缩机吸排气压力与系统制冷量下降速率呈现“快-慢-快”的情况,与结霜的3个阶段相匹配。在实际运行时,要综合考虑机组制冷量以及结霜周期来选择最优的压缩机转速和电子膨胀阀开度。

岩质路堑液态CO_(2)相变爆破充装量的试验研究

为研究CO_(2)充装量对相变爆破振动的影响,进一步促进液态CO_(2)相变爆破在岩体开挖领域的应用。基于酒-额铁路工程,根据起爆经验模型设计不同CO_(2)充装量工况试验,选用VHL状态方程计算得出89型致裂器不同充装量的等当量岩石炸药量,对爆破试验结果、振动监测信号进行分析。结论是:(1)对于一般路基台阶,随着充装量减少,爆破能量逐渐降低,裂缝由台阶岩体表面及临空面充分发展转变为仅向致裂器射流方向1.5m范围内局部开裂;(2)CO_(2)爆破与传统化学炸药爆破相比振动影响区域较小,呈现出在近距离内爆破振动强度大且在爆心距4.85m左右处峰值质点振速(PPV)衰减至较小值的特点;(3)充装量对近爆和中近爆区域影响显著,随着充装量的增加,近爆及中近爆区域PPV值呈倍数增长,且中近爆区域的增幅更大,爆破振动能量频带分布逐渐由中低频频带流向极低频频带,能量分布及子频带数更加集中,实际工程中应利用微差爆破等方式避免低频集中高能量振动波对周边建构筑物的危害影响。

氧气高炉喷吹CO_(2)对冶炼参数的影响研究

采用物料平衡、热平衡方法,模拟计算了氧气高炉喷吹CO_(2)后理论燃烧温度、鼓风动能、焦比、炉腹煤气量、直接还原度及炉顶煤气量的变化规律。结果表明,随着CO_(2)喷入量增加,氧气高炉的理论燃烧温度和直接还原度降低,鼓风动能、焦比、炉腹煤气量和炉顶煤气热值提高。CO_(2)喷入量为100 m^(3)/t时,理论燃烧温度降低到2267℃,鼓风动能提高到1780.41 kg·m/s,能够满足高炉炼铁的正常生产需求。

CO_(2)制冷系统用电磁阀及电子膨胀阀行业标准要点解析

CO_(2)作为天然制冷剂,在冷冻冷藏、热泵热水、新能源汽车空调等领域制冷系统中具有良好应用前景。介绍了CO_(2)制冷系统阀件产品特征,阐述了JB/T《二氧化碳制冷系统用电磁阀》和JB/T《二氧化碳制冷系统用电子膨胀阀》两部同步制定的行业标准的编制背景,从标准适用范围、产品型式、基本参数、最大动作压差试验与气密性等综合性能评价检验项目等方面系统解读了标准技术要点。

液态CO_(2)煤层增透技术及应用研究

为增加煤层透气性,强化瓦斯抽采效果,提高瓦斯的利用率,提出低渗透煤层液态CO_(2)气爆致裂增透技术。基于煤矿瓦斯相关基础数据和液态CO_(2)爆破致裂增透机理,阐述液态CO_(2)爆破的原理、过程和能量的转化,分析液态CO_(2)气爆能量释放的TNT当量转化;根据监测爆破过程中致裂器内CO_(2)压力变化过程曲线的变化情况,分析爆破过程中在致裂器内液态CO_(2)压力在4个不同阶段的变化。采用ANSYS/LS-DYNA模拟软件建立不同爆破参数下的爆破模型,模拟出单孔和双孔液态CO_(2)爆破演化过程,从Mises应力云图、煤岩损伤云图对比分析液态CO_(2)爆破效果。利用LS-DYNA有限元分析模拟软件对致裂器不同布置方式下煤岩损伤扩展规律进行模拟。根据数值模拟结果进行CO_(2)相变爆破工业试验,综合评价液态CO_(2)气爆致裂增透效果。结果表明:利用相对压力指标法测得单孔爆破半径约2.5 m,与数值模拟结果接近。经CO_(2)相变爆破后,煤层透气性系数比增透前提高了50多倍;瓦斯抽采体积分数比增透前提高了73.7%;抽采流量是普通抽采孔的5.1倍。数值模拟和现场井下工业试验结果均证明,采用液态CO_(2)爆破能够提高煤体吸附瓦斯的解吸率,增加低渗透高瓦斯煤层的透气性,促进煤岩体内原生缝隙的发育,使煤层瓦斯抽采效果明显提高。研究成果可为液态CO_(2)气爆工艺的实际施工提供理论依据,为我国低透气性煤层瓦斯抽采难题提供解决办法。

操作参数对MEA法捕集高炉煤气CO_(2)系统性能的影响研究

为了研究操作参数对MEA法捕集高炉煤气CO_(2)吸收/解吸过程的影响,采用Aspen Plus软件建立了CO_(2)捕集分离系统工艺流程,模拟操作参数变化对再生能耗、吸收剂流量、冷却水用量的影响。结果表明:在模拟操作参数范围内,吸收剂流量受贫液负荷影响最大,随着贫液负荷的上升而增加,增加了282.1%;再生能耗受解析塔入口富液温度影响最大,随着解析塔入口富液温度的上升而降低,降低了44.35%;冷却水用量主要受贫液负荷、贫液温度、富液温度和解吸塔操作压力影响。

液态CO_(2)相变致裂器泄能头气孔压力研究

采用CO_(2)相变爆破代替传统炸药爆破作为输入能量,对低渗砂岩铀矿层进行“爆破增渗”物理改造,对于提高我国天然铀产量具有十分重要的意义。目前工业化生产的CO_(2)致裂器主要针对煤岩开采等领域设计,在爆破增渗工况中适应性不佳。为此,对传统致裂器泄能头进行多孔设计、平衡各泄气孔压力,为设计出针对爆破增渗领域的“各气孔压力大且均匀”的致裂器提供理论参考。以RNG k-ε湍流模型为理论基础,基于计算流体动力学(CFD)对致裂器泄能头部分进行了数值仿真试验,分析了泄能头内的气体流动规律及压力分布特征,探讨了位置关系和孔径特征两个因素对泄气孔压力变化的影响规律。结果表明:为保持气孔压力的稳定输出,对称式分布的泄气孔优于交错式分布的泄气孔布置;同时,泄气孔直径设置为由首部至端部递增的非均匀式,可有效降低各气孔之间的压差。上述分析进一步表明:非均匀对称式的泄能头类型更符合爆破增渗的需求。