秦迪

（中國石油大學(xué)（北京）)

國內(nèi)油砂破碎機技術(shù)發(fā)展方向前瞻

秦迪*

（中國石油大學(xué)（北京）)

油砂破碎機是一種重要的油砂預(yù)處理設(shè)備。目前國內(nèi)外尚未有專門針對油砂的破碎處理機器。對國內(nèi)現(xiàn)有的各類破碎機進行了系統(tǒng)的介紹，并對其原理和特點進行了分析歸納，可為相關(guān)領(lǐng)域研究人員設(shè)計適用于油砂的破碎機提供參考。

油砂破碎機 破碎機 油砂石 油黏性物料

0 引言

隨著世界經(jīng)濟的不斷發(fā)展、工業(yè)化的不斷推進，常規(guī)油氣資源已經(jīng)出現(xiàn)了衰竭現(xiàn)象，非常規(guī)油氣資源逐漸引起了人們的重視。油砂是一種非常規(guī)石油資源，其儲量較大，與傳統(tǒng)石油資源相比其開采的成本較高。但是近些年來隨著國際油價的持續(xù)走高，石油資源爭奪日益激烈，油砂日益受到人們的重視，其開采技術(shù)以及分離技術(shù)等得到長足發(fā)展，開采規(guī)模也越來越大?？梢灶A(yù)見，將來油砂將作為石油的替代能源出現(xiàn)在世界能源發(fā)展的舞臺上。在這種形勢下，提高油砂開采技術(shù)，搶占世界油砂資源，必將提升我國能源保障能力，使我國在將來的國際競爭中取得主動地位。

油砂，實質(zhì)上是一種瀝青、沙、富礦黏土和水的混合物。其中，瀝青含量為10%～12%，沙和黏土等礦物占80%～85%，余下的3%～5%為水。因此，油砂是一種具有高密度、高黏度、高碳氫比和高金屬含量的瀝青油。

1 油砂的開采工藝

目前，油砂的開采工藝主要包括兩種，一種是露天開采，另一種是就地開采。露天開采是目前油砂開采最常見的工藝，油砂的露天礦采主要按以下步驟進行：除去蓋層→用鏟車挖出油砂→將油砂運送到粉碎裝置→將油砂加工碾碎→將油砂混合成砂漿→用水力輸送裝置從礦區(qū)運送到萃取裝置→將瀝青從油砂中分離出來，并進行礦渣處理[1-2]。一般情況下，油砂開采場與煉廠相距數(shù)十公里，因此油砂的水力輸送就顯得尤為重要，同時油砂的粒度也影響著煉廠對油砂的后續(xù)處理。所以，油砂的破碎效果直接影響著后續(xù)的油砂輸送和工藝處理。

2 國內(nèi)破碎機的主要類型及工作原理

目前工業(yè)上比較常見的破碎機分為顎式破碎機、旋回式破碎機、圓錐式破碎機、輥式破碎機、沖擊式破碎機等破碎機械，圖1～圖5分別是其原理圖[3]。

顎式破碎機的原理是通過活動顎板對固定顎板作周期性的往復(fù)運動，時而靠近，時而離開[4-5]，如圖1所示。當(dāng)兩顎板靠近時，物料在兩個顎板間受到擠壓、劈裂、沖擊而被破碎；當(dāng)兩顎板離開時，已被破碎的物料依靠重力作用從排料口排出。此類破碎機主要針對大塊且具有脆性的破碎對象，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作性能可靠、使用維修方便、破碎比大等優(yōu)點，但是噪聲較大，粉塵較大，效率也較低。

圖1 顎式破碎機

旋回式破碎機的原理是用破碎錐在殼體內(nèi)錐腔中的旋回運動，對物料產(chǎn)生擠壓、劈裂和彎曲作用，粗碎各種硬度的礦石或巖石，這是一種大型破碎機械[4-5]，如圖2所示。此類破碎機主要針對較細且有脆性的破碎對象，雖然具有噪聲較小、效率較高等優(yōu)點，但是構(gòu)造復(fù)雜、制造困難、價格高、維護檢修比較麻煩。

圓錐式破碎機的原理是電動機通過傳動裝置帶動偏心套旋轉(zhuǎn)，動錐在偏心軸套的迫動下做旋轉(zhuǎn)擺動，動錐靠近靜錐的區(qū)段即成為碎腔，物料受到動錐和靜錐的多次擠壓和撞擊而破碎[4-5]，如圖3所示。動錐離開該區(qū)段時，該處已破碎至要求粒度的物料在自身重力作用下下落，從錐底排出。此類破碎機主要針對較細的不同硬度的破碎對象，具有破碎比大、生產(chǎn)效率高、運行成本低、自動化程度高、適應(yīng)性強等特點。

圖2 旋回式破碎機

沖擊式破碎機的原理是物料進入后，與高速旋轉(zhuǎn)的錘子或者轉(zhuǎn)子上的板錘撞擊破碎，然后被反擊到襯板上再次破碎，當(dāng)物料達到粒度要求后，從下部的篩條縫隙中排出，如圖4所示。此類破碎機主要針對中等硬度以及脆性的破碎對象，具有生產(chǎn)和破碎效率高、出料細而均勻、破碎比大、易損零件少、維護簡單等特點。

輥式破碎機的原理是利用兩個轉(zhuǎn)動的圓柱形輥子，使物料受到擠壓和磨剪的作用而破碎，當(dāng)物料達到粒度要求時則從兩輥之間排出，如圖5所示。此類破碎機主要針對中等硬度和較軟的破碎對象，具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、工作可靠、調(diào)整破碎比較輕便等特點。

圖4 沖擊式破碎機

圖5 輥式破碎機

3 破碎機破碎部分分析

表1列出了國內(nèi)幾種破碎機，并對其破碎元件、能否處理黏性物料、工作腔是否易堵塞等三個方面進行了分析和對比。從表1可知，顎式破碎機、沖擊式破碎機、輥式破碎機這三種破碎機的破碎元件相對于旋回式破碎機和圓錐式破碎機來說比較容易進行優(yōu)化，有更大的優(yōu)化空間，而且旋回式破碎機和圓錐式破碎機更容易出現(xiàn)工作腔阻塞現(xiàn)象。綜上所述，旋回式破碎機和圓錐式破碎機并不適合作為油砂破碎機的原型機；顎式破碎機、沖擊式破碎機、輥式破碎機這三種破碎機中只有輥式破碎機能夠處理黏性物料，而且工作腔不易阻塞。根據(jù)表1的對比可以看出，輥式破碎機有更大的優(yōu)化空間，可以為設(shè)計專用的油砂破碎機提供參考。

表1 國內(nèi)破碎機性能對比

4 結(jié)論

筆者對目前國內(nèi)各類破碎機的原理、處理對象和特點進行了分析歸納，并就破碎部分進行了詳細對比，得出了以下結(jié)論可供相關(guān)的設(shè)計人員參考。

（1）由于油砂的高黏性特征，顎式破碎機、旋回式破碎機、圓錐式破碎機、沖擊式破碎機都不能用于破碎油砂，否則會造成破碎機工作腔阻塞，進而造成事故。

（2）相對來說輥式破碎機可以處理黏性物料，但是并未在油砂破碎中應(yīng)用過。目前在礦場上使用的大多數(shù)破碎機為對齒輥式破碎機，若將其用于破碎油砂，可能會破碎不完全而出現(xiàn)條狀料，不符合破碎要求。

（3）在研制專門破碎油砂的破碎機時，必須針對油砂的高黏性設(shè)計相應(yīng)的清理設(shè)備，以防止破碎機阻塞，影響連續(xù)生產(chǎn)。

（4）為了保證油砂的破碎效果，可以采用多級破碎，同時還應(yīng)該積極設(shè)計新型的破碎齒輥來適應(yīng)油砂的高黏性。

目前國內(nèi)迫切需要開發(fā)專用的油砂破碎機，需要相關(guān)的科研人員共同努力。油砂的破碎效果必須達到滿足油砂后續(xù)處理工藝的要求。

[1]朱作京，李發(fā)榮.加拿大油砂開采技術(shù)初探[J].國外油田工程，2007（1）：21-23.

[2]厲凱，王敏，葛廣濤，等.油砂資源及其開采工藝技術(shù)[J].科技信息，2007，26：259.

[3]劉永峰，秦建軍.施工破碎機國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及其技術(shù)解決方案[J].施工技術(shù)，2006（S1）：185-186.

[4]高瀾慶，王文霞，馬飛.破碎機的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].冶金設(shè)備，2001（4）：13-16.

[5]高強，張建華.破碎理論及破碎機的研究現(xiàn)狀與展望[J].機械設(shè)計，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，碩士研究生。北京市，102200。