国内油砂破碎机技术发展方向前瞻

秦迪

（中国石油大学（北京）)

国内油砂破碎机技术发展方向前瞻

秦迪*

（中国石油大学（北京）)

油砂破碎机是一种重要的油砂预处理设备。目前国内外尚未有专门针对油砂的破碎处理机器。对国内现有的各类破碎机进行了系统的介绍，并对其原理和特点进行了分析归纳，可为相关领域研究人员设计适用于油砂的破碎机提供参考。

油砂破碎机 破碎机 油砂石 油黏性物料

0 引言

随着世界经济的不断发展、工业化的不断推进，常规油气资源已经出现了衰竭现象，非常规油气资源逐渐引起了人们的重视。油砂是一种非常规石油资源，其储量较大，与传统石油资源相比其开采的成本较高。但是近些年来随着国际油价的持续走高，石油资源争夺日益激烈，油砂日益受到人们的重视，其开采技术以及分离技术等得到长足发展，开采规模也越来越大。可以预见，将来油砂将作为石油的替代能源出现在世界能源发展的舞台上。在这种形势下，提高油砂开采技术，抢占世界油砂资源，必将提升我国能源保障能力，使我国在将来的国际竞争中取得主动地位。

油砂，实质上是一种沥青、沙、富矿黏土和水的混合物。其中，沥青含量为10%～12%，沙和黏土等矿物占80%～85%，余下的3%～5%为水。因此，油砂是一种具有高密度、高黏度、高碳氢比和高金属含量的沥青油。

1 油砂的开采工艺

目前，油砂的开采工艺主要包括两种，一种是露天开采，另一种是就地开采。露天开采是目前油砂开采最常见的工艺，油砂的露天矿采主要按以下步骤进行：除去盖层→用铲车挖出油砂→将油砂运送到粉碎装置→将油砂加工碾碎→将油砂混合成砂浆→用水力输送装置从矿区运送到萃取装置→将沥青从油砂中分离出来，并进行矿渣处理[1-2]。一般情况下，油砂开采场与炼厂相距数十公里，因此油砂的水力输送就显得尤为重要，同时油砂的粒度也影响着炼厂对油砂的后续处理。所以，油砂的破碎效果直接影响着后续的油砂输送和工艺处理。

2 国内破碎机的主要类型及工作原理

目前工业上比较常见的破碎机分为颚式破碎机、旋回式破碎机、圆锥式破碎机、辊式破碎机、冲击式破碎机等破碎机械，图1～图5分别是其原理图[3]。

颚式破碎机的原理是通过活动颚板对固定颚板作周期性的往复运动，时而靠近，时而离开[4-5]，如图1所示。当两颚板靠近时，物料在两个颚板间受到挤压、劈裂、冲击而被破碎；当两颚板离开时，已被破碎的物料依靠重力作用从排料口排出。此类破碎机主要针对大块且具有脆性的破碎对象，具有结构简单、制造容易、工作性能可靠、使用维修方便、破碎比大等优点，但是噪声较大，粉尘较大，效率也较低。

图1 颚式破碎机

旋回式破碎机的原理是用破碎锥在壳体内锥腔中的旋回运动，对物料产生挤压、劈裂和弯曲作用，粗碎各种硬度的矿石或岩石，这是一种大型破碎机械[4-5]，如图2所示。此类破碎机主要针对较细且有脆性的破碎对象，虽然具有噪声较小、效率较高等优点，但是构造复杂、制造困难、价格高、维护检修比较麻烦。

圆锥式破碎机的原理是电动机通过传动装置带动偏心套旋转，动锥在偏心轴套的迫动下做旋转摆动，动锥靠近静锥的区段即成为碎腔，物料受到动锥和静锥的多次挤压和撞击而破碎[4-5]，如图3所示。动锥离开该区段时，该处已破碎至要求粒度的物料在自身重力作用下下落，从锥底排出。此类破碎机主要针对较细的不同硬度的破碎对象，具有破碎比大、生产效率高、运行成本低、自动化程度高、适应性强等特点。

图2 旋回式破碎机

冲击式破碎机的原理是物料进入后，与高速旋转的锤子或者转子上的板锤撞击破碎，然后被反击到衬板上再次破碎，当物料达到粒度要求后，从下部的筛条缝隙中排出，如图4所示。此类破碎机主要针对中等硬度以及脆性的破碎对象，具有生产和破碎效率高、出料细而均匀、破碎比大、易损零件少、维护简单等特点。

辊式破碎机的原理是利用两个转动的圆柱形辊子，使物料受到挤压和磨剪的作用而破碎，当物料达到粒度要求时则从两辊之间排出，如图5所示。此类破碎机主要针对中等硬度和较软的破碎对象，具有结构简单紧凑、工作可靠、调整破碎比较轻便等特点。

图4 冲击式破碎机

图5 辊式破碎机

3 破碎机破碎部分分析

表1列出了国内几种破碎机，并对其破碎元件、能否处理黏性物料、工作腔是否易堵塞等三个方面进行了分析和对比。从表1可知，颚式破碎机、冲击式破碎机、辊式破碎机这三种破碎机的破碎元件相对于旋回式破碎机和圆锥式破碎机来说比较容易进行优化，有更大的优化空间，而且旋回式破碎机和圆锥式破碎机更容易出现工作腔阻塞现象。综上所述，旋回式破碎机和圆锥式破碎机并不适合作为油砂破碎机的原型机；颚式破碎机、冲击式破碎机、辊式破碎机这三种破碎机中只有辊式破碎机能够处理黏性物料，而且工作腔不易阻塞。根据表1的对比可以看出，辊式破碎机有更大的优化空间，可以为设计专用的油砂破碎机提供参考。

表1 国内破碎机性能对比

4 结论

笔者对目前国内各类破碎机的原理、处理对象和特点进行了分析归纳，并就破碎部分进行了详细对比，得出了以下结论可供相关的设计人员参考。

（1）由于油砂的高黏性特征，颚式破碎机、旋回式破碎机、圆锥式破碎机、冲击式破碎机都不能用于破碎油砂，否则会造成破碎机工作腔阻塞，进而造成事故。

（2）相对来说辊式破碎机可以处理黏性物料，但是并未在油砂破碎中应用过。目前在矿场上使用的大多数破碎机为对齿辊式破碎机，若将其用于破碎油砂，可能会破碎不完全而出现条状料，不符合破碎要求。

（3）在研制专门破碎油砂的破碎机时，必须针对油砂的高黏性设计相应的清理设备，以防止破碎机阻塞，影响连续生产。

（4）为了保证油砂的破碎效果，可以采用多级破碎，同时还应该积极设计新型的破碎齿辊来适应油砂的高黏性。

目前国内迫切需要开发专用的油砂破碎机，需要相关的科研人员共同努力。油砂的破碎效果必须达到满足油砂后续处理工艺的要求。

[1]朱作京，李发荣.加拿大油砂开采技术初探[J].国外油田工程，2007（1）：21-23.

[2]厉凯，王敏，葛广涛，等.油砂资源及其开采工艺技术[J].科技信息，2007，26：259.

[3]刘永峰，秦建军.施工破碎机国内外发展状况及其技术解决方案[J].施工技术，2006（S1）：185-186.

[4]高澜庆，王文霞，马飞.破碎机的发展现状与趋势[J].冶金设备，2001（4）：13-16.

[5]高强，张建华.破碎理论及破碎机的研究现状与展望[J].机械设计，2009（10）：72-75.

Prospect on Development Direction of Domestic Oil Sands Crusher Technology

Qin Di

The oil sands crusher is an important pretreatment equipment of oil sands.Currently,there is not professional machine for crushing oil sands at home and abroad.In this paper,it given a systemic description of various types of crushers existing in China,analyzed and concluded their principles and characteristics,provided a reference for the researcher in related fields to design crushers suitable for oil sands.

Oil sands crusher;Crusher;Oil sands;Oil;Viscous material

TQ 051.9+1

2014-12-17）

*秦迪，男，1990年生，硕士研究生。北京市，102200。