CN212263542U - 一种用于湿法分选石油压裂砂的分选装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及湿法固固分离设备及方法技术领域，具体涉及一种用于湿法分选石油压裂砂的分选装置。常规水力分级机分级效果较差，分级产品中粗细混杂严重，粒度集中率低。本实用新型所述分选装置包括供料系统、前处理系统、一次分选系统、二次分选系统，前处理系统用于对砂浆进行脱水、浓缩、去杂、擦选、提升操作，一次分选系统用于粗产品分选，二次分选系统用于细产品分选；所述一次、二次分选系统设有两套并行的分级机。本实用新型通过一套生产线一次性快速筛分不同规格的硅砂，大幅提高了硅砂水力分级的筛分效率；圆弧形滤水网还能够最大化地增大接触面积、分布更多的滤水孔，可以构建更加稳定的流动相。

Description

一种用于湿法分选石油压裂砂的分选装置

技术领域

本实用新型涉及湿法固固分离设备及方法技术领域，具体涉及一种用于湿法分选石油压裂砂的分选装置。

背景技术

近年来，硅砂（石英砂）在玻璃、铸造及其他工业部门具有广泛的用途，但在应用之前，一般需对其进行分级或脱泥处理。石英砂是重要的工业矿物原料，广泛应用于玻璃、铸造、冶金、化工、磨料等工业领域。石英砂的生产大多是通过对石英岩矿的粉碎加工，经过分级处理而获得，当然在自然砂资源丰富的地区可以直接采掘砂源。石英砂的生产工艺有湿法生产和干法生产两种。作为玻璃原料的石英砂，主要是以湿法工艺生产方式为主。湿法工艺生产有以下优点：生产率高；便于物料分级和输送；防止生产过程粉尘的飞扬和造成环境的污染及对人体的危害。在石英砂生产规模不断扩大和产量大幅度提高的情形下，对质量的要求更加严格，而其生产过程的粒径分级是一项关键工序。采用什么样的分级方法，配置何种类型的分级机械，对石英砂生产装置的投资费用、产品质量、运行成本等都将会有重大影响。因此深入研究石英砂生产中的分级机械设备对提高产品的质量，降低生产成本都具有十分重要的现实意义。如玻璃用硅砂需要除掉+0.8毫米粗粒和-0.l毫术细粒级；而铸造用砂，在出售给用户之前，则需在选矿厂分选出45/75目、55/100目、75/150目及100/200目等多种规格，并且每个牌号硅砂要求粒度集中率（精度）在75~80%以上。因此，硅砂分级效果的好坏，直接影响产品质量。

当前，国内硅砂分级方法主要有两种：一是采用筛（平摇筛、高方筛、圆桶筛、振动筛等）分级，另一是采用水力分级（包括脱泥）。筛分分选粒度在0.1~1毫米（尤其是更细）的硅砂时，筛网易堵，分级效率不高，且筛网磨损严重。国内有不少硅砂选厂采用水力分级，主要使用脱泥斗或由脱泥斗改进的带上升水流的圆锥（或圆柱）水力分级机，脱泥或分级。这种水力分级设备本身无运动部件，不会磨损，在一定程度上能满足各工业部门（尤其是玻璃工业）对硅砂粒度的要求；但对于粒度要求严格的部门（如精密铸造），有时则难以保证质量，螺旋分级机和水力旋流器仅个别硅砂选矿厂采用。螺旋分级溢流粒度不易控制，且转动部件易磨损；水力旋流器对水压和给料等操作条件较敏感。

我国铸造砂生产企业多数采用一系列圆锥水力分级机（包括下部圆锥较小、上部有一定高度柱体的圆柱水力分级机），通过水洗塔对天然硅砂进行连续脱泥一分级作业。虽然这种分级机结构简单，制造价格低廉，操作比较方便，但用于较粗颗粒（0.3~1毫米）分级时，由于其结构本身的限制，分级效果较差，分级产品中粗细混杂严重，粒度集中率低，容易出现不合格产品。

在国外，硅砂分级也主要采用筛分和水力分级。天然砂脱泥一般以旋流器为主，原砂中含杂质很少时，选矿主要作业是分级。为了改进分级效果，提高分级效率，国外许多公司都注重研究开发高效分级设备，如弧型筛、喷射式分级机、虹吸分级机及各种上升水流分级机等。其中分级效果较好的有自动干涉沉降分级机、Rheax型分级机等。Rheax分级法，由于分级精确，在澳、芬、瑞典、奥、德、日等国被广泛采用。

硅砂应用广泛，在不同的应用场合，对砂子的粒度（目数、粒径）要求也不尽相同，对每个牌号硅砂的粒度集中率要求也各不相同，特别是在规模化大批量生产过程中，对数量的需求可能会大于对精度的要求。因此，如何实现采用一套设备（生产线）分选多种规格、多种粒径精度的生产要求，是本发明主要解决的技术问题。当然，并不必然要求上述设备同时满足规格、精度两种需求，如果通过工艺方法的设计、改进，实现上述要求也是可能的。

水力分级法分离砂子过程，首先把水分选装置中的砂子分为3大类，分别是漂浮层、悬浮层和沉底层，他们占据了分选容器中的上、中、下三层。在实际生产中，水力分级是在受阻沉降槽中进行的，因水力分级的特性，要达到分级精度和生产率要求，各粒径间必须具有较高的分散度，具有一定设备的断面尺寸作保证。从理论分析，在水流流速一定的条件下，循环水量与设备直径的平方成正比，设备处理能力越大，分级精度越高，所需设备的断面尺寸就越大，与此相对应的循环水量和动力消耗也就越大。为此受阻沉降槽的结构设计时尽量减小直径尺寸，而用增加设备高度尺寸的办法来解决各粒径间的分散度和生产率问题，通常受阻沉降槽高度尺寸都在3m以上。由于受阻沉降槽这样的结构特点，使得在同样的分级处理能力的情况下与筛选分级相比设备投资费大，厂房基建费用高。

水力分级的优点是：水力分级是通过水流的浮力作用达到不同粒径间的颗粒分离，与筛选法比较，设备内无筛网，不需更换筛网，降低了设备的维修费用，减小了工人的劳动强度和生产的辅助时间，同时保证了生产的连续性和稳定性。缺点是：水力分级是依据水流特性，达到不同粒径间的颗粒分离，因此颗粒的密度、形状及沉降条件对沉降速度均有影响，加上设备的截面尺寸在设计上受到动力消耗等因素的限制，因而，分级时粒群混杂现象较严重，存在动力消耗大，分离精度低和单位积处理能力低等问题。另外水力分级操作控制较为严格，控制过程容易出现波动。当生产过程中各控制因素一但发生变化，容易导致分级的失败。

因此，由上述描述可知，分选装置内水与砂之间所构成的分散系的状态对分级效果影响明显，即均一、稳定的分散系在一定程度上可以输出粒径单一（指一定目数范围）的砂子，分选产品的精度（某规格砂子中指定粒径砂子的占比）也较高。但目前所知的分选装置中，单体分级机（指单个分选装置的桶体）中砂浆给进管与给水管无配合关系，使得给进的砂浆不断破坏桶体内已建立并维持的分散系平衡，影响分级效果。

石油压裂砂是属于压裂支撑剂的一种产品，具有很高的压裂强度，主要用于油田井下支撑，以增加石油天然气的产量。压裂支撑剂利用优质铝矾土等多种原材料，用陶瓷烧结而成，是天然石英砂、玻璃球、金属球等中低强度支撑剂的替代品，对增产石油天然气有良好效果。石油天然气深井开采时，高闭合压力低渗透性矿床经压裂处理后，使含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇集而出。用陶粒支撑材料随同高压溶液进入地层充填在岩层裂隙中，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使油气畅通，增加产量。实践证明，使用陶粒支撑剂压裂的油井可提高产量30－50%，还能延长油气井服务年限。

压裂支撑剂可广泛用于深井，高压油气层的压裂改造。压裂支撑剂产品分类：

1、按抗破碎度分别为：52MPa（7500psi）、69MPa（10000psi）和86MPa（12500psi）、102MPa（15000psi）四大系列；

2、按体积密度分为：低密度、中密度、高密度；

3、按规格分别为：12-20 目、16-20 目、16-30 目、20-40目、30-50目、40-60目、40-70目、70-100目等。为满足国内外油气井的需求，用户可根据油井的深度，选用不同强度和不同规格的产品。当然，上述产品分类是以标准压裂支撑剂为准进行划分的，采用天然硅砂作为压裂支撑剂时，其分类的规格、抗破碎强度等指标也不尽相同。

中国北方硅砂资源丰富，可大量用于水力分级作业，其中采砂装置一般为采砂船、采砂泵等，如中国专利CN106492975B多用采砂船、CN203753299U双边采砂船、CN203583545U、水冲采砂船等文献，均公开了采砂装置和/或采砂方法。

发明内容

本实用新型的目的主要是：提供一套水力分级装置，即采用该套装置对硅砂进行多种规格水力分级的生产线。

本实用新型的另一个目的主要是：提供一套采用上述水力分级装置进行水力分级的生产工艺和方法。

上述目的是由以下技术方案实现的：

【一】

一种用于湿法分选石油压裂砂的分选装置，其特征在于：

所述分选装置包括供料系统、前处理系统、一次分选系统、二次分选系统，供料系统用于从砂浆来源地向分选装置持续供应砂浆原料，前处理系统用于对供料系统供应的砂浆原料进行包括但不限于脱水、浓缩、去杂、擦选、提升操作，一次分选系统用于对经过前处理系统处理的砂浆进行粗产品分选，二次分选系统用于对经过一次分选系统分选后的砂浆进行细产品分选；

所述供料系统包括采砂船，该采砂船设有输送管道，该输送管道连接所述前处理系统，采砂船采集的砂浆通过输送管道供给前处理系统；

所述前处理系统包括第一旋流器、第一杂质筛、零号分级机、第一擦洗机、第一提升机、第二旋流器、第二杂质筛；

第一旋流器用于对砂浆脱水、浓缩；

第一杂质筛用于去除砂浆中除水、砂、泥以外的杂质；

零号分级机用于对砂浆浓缩、脱水、去泥；

第一擦洗机用于擦洗砂浆；

第一提升机用于将砂浆提升至高处；

第二旋流器用于对砂浆脱水、浓缩；

第二杂质筛用于去除砂浆中除水、砂以外的杂质；

所述一次分选系统包括一次分级机，该一次分级机设有四个，分别是一分机、二分机、三分机、四分机；

所述一次分选系统包括一分成品池，该一分成品池设有两个，分别是第一成品池、第二成品池；

所述一次分级机呈圆桶状，且设有给砂管、进水管、溢流槽、排出口；进水管设在一次分级机底部，用于向一次分级机供应水；给砂管设在一次分级机的上方或侧部，用于向一次分级机供应砂浆；溢流槽设在一次分级机的桶壁上沿外侧，用于接收由一次分级机上沿溢流出的物料；排出口设在一次分级机的底部；

所述一分机的排出口与二分机的给砂管相连，一分机的溢流槽与三分机的给砂管相连；

所述二分机的排出口与第一成品池相连，二分机的溢流槽与第二成品池相连；

所述三分机的排出口与四分机的给砂管相连，三分机的溢流槽通过管道接入二次分选系统；

所述四分机的排出口与第二成品池相连，四分机的溢流槽通过管道接入二次分选系统；

所述二次分选系统包括二次分级机，该二次分级机设有两个，分别是五分机、六分机；

所述二次分选系统包括二分成品池，该二分成品池设有两个，分别是第三成品池、第四成品池；

所述二次分级机采用与一次分级机相同的结构；

所述三分机和四分机的溢流槽通过管道合流与五分机的给砂管相连；

所述五分机的排出口与六分机的给砂管相连，五分机的溢流槽通过向外伸出的管道排空；

所述六分机的排出口与第三成品池相连，六分机的溢流槽与第四成品池相连。

所述采砂船、第一旋流器、第一杂质筛、零号分级机、第一擦洗机、第一提升机、第二旋流器、第二杂质筛、一分机依次连接；

所述采砂船与第一旋流器之间设有水泵，该水泵用于由采砂船向第一旋流器泵送砂浆。

所述第一旋流器、第一杂质筛、零号分级机、第一擦洗机之间通过重力由上向下输送砂浆；

所述第二杂质筛与一分机的给砂管相连接；

所述第二旋流器、第二杂质筛、一分机、二分机、三分机、四分机之间通过重力由上向下输送砂浆；

所述三分机和四人机与五分机之间、五分机与六分机之间通过重力由上向下输送砂浆；

所述一次分级机和二次分级机的进水管均分别与外部水源相连接。

所述一次分选系统与二次分选系统之间设有二次处理系统；

所述二次处理系统包括浓缩池、稳矿分级机、第二擦洗机、第二提升机、第三旋流器；

浓缩池呈漏斗状，浓缩池上方接一次分选系统中三分机和四分机的溢流槽合流砂浆输出管道，浓缩池下方接稳矿分级机；

稳矿分级机采用与一次分级机相同的结构，稳矿分级机的溢流槽通过管道向外排空、排出口接第二擦洗机；

第二擦洗机采用与第一擦洗机相同的结构、且第二擦洗机的尺寸规格小于第一擦洗机，第二擦洗机的出口接第二提升机；

第二提升机采用与第一提升机相同的结构，第二提升机将砂浆提升至高处，并接入第三旋流器；

第三旋流器采用与第二旋流器相同的结构，第三旋流器的出口接五分机的给砂管。

所述一次分级机包括桶体，桶体内设有锥形或碗形的底筛部，该底筛部倒立在桶底部，底筛部的上沿与一次分级机桶侧壁相连接、底部抵在一次分级机桶底面中间位置，一次分级机桶底面的排出口与底筛部的底部相贯通。

所述零号分级机采用与一次分级机相同的结构；

所述零号分级机具有给砂管、进水管、溢流槽、排出口，零号分级机的给砂管与第一杂质筛相连，零号分级机的进水管与外部水源相连接，零号分级机的溢流槽通过向外伸出的管道排空，零号分级机的排出口与第一擦洗机相连。

【二】

所述一次分选系统设有两套并行的一次分级机，一分机、二分机、三分机、四分机均设有两个；

两个一分机与第二杂质筛之间设有第一分配器，该第一分配器具有三通式的结构，且三通的交汇处设有混合腔，该混合腔用于混合均匀由第一杂质筛进入两个一分机的砂浆；

两个二分机的排出口共用第一成品池、溢流口共用第二成品池，两个四分机的排出口共用第二成品池。

所述二次分选系统设有两套并行的二次分级机，五分机、六分机均设有两个；

两个五分机与第二提升机之间设有第二分配器，该第二分配器具有三通式的结构，且三通的交汇处设有混合腔，该混合腔用于混合均匀由第二提升机进入两个五分机的砂浆；

两个六分机的排出口共用第三成品池、溢流口共用第四成品池。

【三】

所述一次分级机的底筛部是呈圆形半球面的滤水网，该滤水网设有多个滤水孔；

给砂管包括进砂管、混合腔，混合腔呈圆筒形或球形，混合腔内设有一对叶轮；混合腔的一侧开口、且与桶体的侧壁相连通，混合腔另一侧与进砂管相连通；

排出口设在桶体底部中央，排出口贯穿滤水网和给水腔、并向下延伸。

所述给砂管设有2~4个，且全部给砂管均安装在桶体外壁相同高度的位置上，各给砂管呈中心对称的星型分布。

所述给砂管设在从桶体顶端至滤水网上沿之间的二分之一高度处。

所述叶轮设有叶轮轴、叶轮体、叶轮片，叶轮轴横置、且其两端固定装配在混合腔，叶轮体套在叶轮轴外部，叶轮片具有多个、均固定安装在叶轮体上。

所述叶轮轴水平设置，且两个叶轮轴纵向排列，叶轮片相互穿插。

所述进砂管倾斜设置，进砂管远离桶体一端向上倾斜。

【四】

一种用于湿法分选石油压裂砂的分选工艺，其特征在于：

所述分选工艺包括：

（1）砂浆用采砂船砂浆泵抽出来，通过管道输送到前处理系统，通过第一旋流器进行脱泥浓缩，浓缩后供给第一杂质筛进行除杂，除杂后的物料供给零号分级机进行浓缩，然后供给第一擦洗机进行擦洗，擦洗后的物料排放到脱泥砂浆池进行脱泥提升，通过第一提升机将物料提升到第二旋流器进行脱泥浓缩，等待分级；

（2）上一步骤得到的砂浆进入一次分选系统，供给40/70目的一分机进行初选，一分机排矿进入40/70目的二分机进行二次选矿，二分机的排矿为40/70目成品、溢流进入50/100目成品；

一分机溢流进入50/100目的三分机进行初选，三分机排矿进入50/100目的四分机进行精选，四分机排矿为50/100目成品，三分机、四分机的溢流合流经二次处理系统再处理进入二次分选系统；

（3）由一次分选系统进入二次分选系统的砂浆，先输送到二次处理系统的稳矿分级机进行浓缩、脱水，再经第二擦洗机擦洗、脱泥、提升，再进行二次分选；

（4）经二次处理系统处理后的砂浆进入70/140目的五分机，该五分机的排矿进入70/140目的六分机进行选矿，六分机的排矿为70/140目成品、溢流为100/200目成品。

其有益效果是：

（1）采用非离心力、或主要因素不是离心力的沉—浮分离技术，通过多级水力分级生产线及生产工艺，可通过一套生产线一次性快速筛分不同规格的硅砂，大幅提高了硅砂水力分级的筛分效率；

（2）采用两套并行的分级机，其作用在于提高分级效率，均衡供料系统、前处理系统、二次处理系统的砂浆供应量，使所供应的砂浆分散进入并行分选系统，以便于控制各个分级机的流量、流速，及相关工艺参数，从而达到调节分级水平的目的；

（3）采用半球面形桶底的分选设备，底部为圆弧形，所进入的水流也较为均匀、平稳，从而形成具有稳定上升水流的流动相介质，将桶体底部的砂浆充分分散、并在上升流动过程中有效分离。圆弧形滤水网还能够最大化地增大接触面积、分布更多的滤水孔，可以构建更加稳定的流动相。

附图说明

附图如下：

图1是本实用新型实施例一中分选装置的整体结构和布局示意图，该图以立面图形式给出，部分结构及连接关系或因重叠被遮挡、或未具体示出；

图2是本实用新型实施例一中分选装置及分选工艺的流水线流程示意图；

图3是本实用新型实施例一中一次分级机的结构示意图，图中：

A为给砂管的位置及物料流向，

B为进水管的位置及物料流向，

C为溢流槽（及相配套的管道）的位置及物料流向，

D为排出口的位置及物料流向；

图4是本实用新型实施例三中一次分级机的结构示意图；

图5是本实用新型实施例三中一次分级机的俯视结构示意图，图中主要显示多个给砂管星型分布的结构；

图6是本实用新型实施例三中给砂管的结构示意图；

图7是本实用新型实施例三中给砂管的进砂管倾斜设置的结构示意图。

由图可见：

1桶体 10底筛部 11滤水网 12滤水孔

2给砂管 21进砂管 22混合腔 23叶轮 24叶轮轴 25叶轮体 26叶轮片

3进水管 4溢流槽 5排出口。

具体实施方式

本实用新型涉及湿式分离装置及方法，使用水这一流态物料对硅砂进行分选，其原理是采用非离心力、或主要因素不是离心力的沉—浮分离技术，通过多级水力分级生产线及生产工艺，可通过一套生产线一次性快速筛分不同规格的硅砂，大幅提高了硅砂水力分级的筛分效率。上述一次快速筛分中的一次性，是指通过上述生产线的流水线式生产方式，即，由供料系统持续供应砂浆原料，前处理系统中的各种处理设备和装置也流水式地对砂浆进行过滤、浓缩、脱水、擦洗、提升等操作，从而向一次分选系统和二次分选系统持续供应主要由水砂构成的砂浆。一次及二次分选系统包括多个分级机，如一分机、二分机、五分机等，这些分机（分级机）自上而下排列，并通过各种功能的管道相互连通，砂浆可依靠重力自上而下流动，形成一套“联动式”的分级系统，并根据需要在不同高度、位置、环节设置硅砂成品收集装置（各成品池），各成收集装置所收集的硅砂产品的目数在一定范围内，且该硅砂目数还可以通过向分级机输送的水、砂的流量、流速、比例等工艺参数加以调整。以下主要以申请人所生产的40/70、50/100、70/140、100/200目数的四种规格硅砂为例，阐述本申请所述分选装置的具体结构、连接关系、使用方法、工艺条件等情况。

本申请所述分选装置及分选工艺的技术方案的工作原理：

如图1、2所示，原砂（砂浆）用采砂船砂浆泵抽出来，通过管道输送到水洗车间（前处理系统）的旋流器（第一旋流器）进行脱泥浓缩，浓缩后供给杂质筛（第一杂质筛）进行除杂，除杂后的物料供给原矿分级机（即零号分级机）进行浓缩，然后供给擦洗机（第一擦洗机）进行擦洗，擦洗后的物料排放到脱泥砂浆池进行脱泥提升，提升机（第一提升机）将物料提升到旋流器（第二旋流器）进行脱泥浓缩，等待分级砂浆。

上述待分级砂浆进入一次分选系统，供给40/70目初选分级机（一分机）进行初选。40/70目初选分级机排矿进入40/70目精选分级机（二分机）进行二次选矿，40/70目精选分级机的排矿为40/70目成品、溢流进入50/100目成品矿浆池。

40/70目初选分级机溢流进入50/100目初选分级机（三分机）进行初选，50/100目初选分级机排矿进入50/100目精选分级机（四分机）进行精选，50/100目精选分级机排矿为50/100目成品，50/100目初选分级机、精选分级机的溢流合流经再处理进入二次分选系统。

由一次分选系统进入二次分选系统的砂浆，系由一分机、三分机、四分机溢流而得，因此，该砂浆中硅砂在水中的占比较小，不利于二次分级系统筛分，且该砂浆中以70~200目的细砂居多，砂粒细小，需要再做一遍处理后才利于二次分选。

由上可知，进入二次分选系统的砂浆砂粒细小，需要先输送到细矿分级机进行浓缩、脱水，再经擦洗、脱泥、提升，才能进行二次分选。再处理后的砂浆进入70/140目初级分级机（五分机），该70/140目初级分级机的排矿进入70/140目精选分级机（六分机）进行选矿，70/140目精选分级机的排矿为70/140目成品，70/140目精选分级机的溢流为100/200目成品。上述所有分级机的排矿都采取自动放料控制。成品通过管道提升到成品旋流器进行浓缩后堆放。

【实施例一】

如图1、2、3所示，一种用于湿法分选石油压裂砂的分选装置，其特征在于：

所述分选装置包括供料系统、前处理系统、一次分选系统、二次分选系统，供料系统用于从砂浆来源地向分选装置持续供应砂浆原料，前处理系统用于对供料系统供应的砂浆原料进行包括但不限于脱水、浓缩、去杂、擦选、提升操作，一次分选系统用于对经过前处理系统处理的砂浆进行粗产品分选，二次分选系统用于对经过一次分选系统分选后的砂浆进行细产品分选；所述粗产品是指目数在40~100范围内的硅砂产品，所述细产品是指目数在70~200范围内的硅砂产品。所述砂浆是指以水、砂为主要组成部分，可能含有如泥、污、垃圾等较少量杂质的混合物，根据采砂船作业位置及砂源的不同，砂浆中杂质的种类、含量也不尽相同。

所述供料系统包括采砂船，该采砂船设有输送管道，该输送管道连接所述前处理系统，采砂船采集的砂浆通过输送管道供给前处理系统；

所述前处理系统包括第一旋流器、第一杂质筛、零号分级机、第一擦洗机、第一提升机、第二旋流器、第二杂质筛；

第一旋流器用于对砂浆脱水、浓缩；

第一杂质筛用于去除砂浆中除水、砂、泥以外的杂质；

零号分级机用于对砂浆浓缩、脱水、去泥；

第一擦洗机用于擦洗砂浆，即通过砂粒之间、砂粒与擦洗机之间的摩擦、撞击、碰撞、阻挡，使砂粒表面的泥污得以去除；所述擦洗机可采用任何现有已知的技术，如中国专利CN209287846U硅砂擦洗机；

第一提升机用于将砂浆提升至高处；所述提升机可采用任何现有已知的技术，如中国专利CN104454621B压差式防抽空砂浆泵，市售也有多种规格、材质的泵送装置均可使用，一再赘述；

第二旋流器用于对砂浆脱水、浓缩；

第二杂质筛用于去除砂浆中除水、砂以外的杂质。

第一旋流器与第二旋流器的作用相同，均是脱水、浓缩，但所处理的物料是不同的，第一旋流器是带水泥砂杂的砂浆，第二旋流器是已通过第一杂质筛过滤后的水砂泥混合物；上述旋流器可采用任何现有已知的技术，如中国专利CN210207250U一种制备高岭土用水力旋流器、CN210207254U 一种矿用旋流器等。

上述浓缩是指对砂浆的含水量加以控制，使砂浆中水的含量相对较低，以提高后续处理步骤的生产效率。

第一杂质筛与第二杂质筛的作用相同，均是过滤作用，但所处理的物料不同；一杂为粗筛、主要针对除水、砂、泥以外的杂质，如树枝、树叶、水草、垃圾等大块杂质加以过滤，过滤通过性高；二杂所处理的物料是经一杂过滤、擦洗机擦洗、脱水浓缩去泥后的砂浆，此时的砂浆主要成份是水和砂，且砂料经擦洗机擦洗时也能起到一定的破碎作用，砂浆中大砂粒相对较少，因此，二杂宜采用细筛，主要筛分较大粒径的砂粒，即经过二杂的砂浆的最大粒径基本符合最大规格产品（目数最小、粒径最大）的要求。上述杂质筛可采用任何现有已知的技术，如中国专利CN208743002U滚动筛分机、CN201524655U一种滚动筛等。

所述一次分选系统包括一次分级机，该一次分级机设有四个，分别是一分机、二分机、三分机、四分机；

所述一次分选系统包括一分成品池，该一分成品池设有两个，分别是第一成品池、第二成品池；

如图3所示，所述一次分级机呈圆桶状，且设有给砂管（A位置及物料流向）、进水管（B位置及物料流向）、溢流槽（C位置及物料流向）、排出口（D位置及物料流向）；进水管设在一次分级机底部，用于向一次分级机供应水；给砂管设在一次分级机的上方、并伸入一次分级机内，用于向一次分级机供应砂浆；溢流槽设在一次分级机的桶壁上沿外侧，用于接收由一次分级机上沿溢流出的物料；排出口设在一次分级机的底部；

所述一分机的排出口与二分机的给砂管相连，一分机的溢流槽与三分机的给砂管相连；

所述二分机的排出口与第一成品池相连，二分机的溢流槽与第二成品池相连；

所述三分机的排出口与四分机的给砂管相连，三分机的溢流槽通过管道接入二次分选系统；

所述四分机的排出口与第二成品池相连，四分机的溢流槽通过管道接入二次分选系统。

所述二次分选系统包括二次分级机，该二次分级机设有两个，分别是五分机、六分机；

所述二次分选系统包括二分成品池，该二分成品池设有两个，分别是第三成品池、第四成品池；

所述二次分级机采用与一次分级机相同的结构；

所述三分机和四分机的溢流槽通过管道合流与五分机的给砂管相连；

所述五分机的排出口与六分机的给砂管相连，五分机的溢流槽通过向外伸出的管道排空；

所述六分机的排出口与第三成品池相连，六分机的溢流槽与第四成品池相连。

所述采砂船、第一旋流器、第一杂质筛、零号分级机、第一擦洗机、第一提升机、第二旋流器、第二杂质筛、一分机依次连接；上述各装置依次连接是指，各装置按上述顺序首尾相连、串接在一起，物料（即砂浆）依次流经上述各装置、并得以输送和处理；

所述采砂船与第一旋流器之间设有水泵，该水泵用于由采砂船向第一旋流器泵送砂浆。

所述第一旋流器、第一杂质筛、零号分级机、第一擦洗机之间通过重力由上向下输送砂浆；

所述第二杂质筛与一分机的给砂管相连接；

所述第二旋流器、第二杂质筛、一分机、二分机、三分机、四分机之间通过重力由上向下输送砂浆；

所述三分机和四人机与五分机之间、五分机与六分机之间通过重力由上向下输送砂浆；

所述一次分级机和二次分级机的进水管均分别与外部水源相连接。

所述一次分选系统与二次分选系统之间设有二次处理系统；

所述二次处理系统包括浓缩池、稳矿分级机、第二擦洗机、第二提升机、第三旋流器；

浓缩池呈漏斗状，浓缩池上方接一次分选系统中三分机和四分机的溢流槽合流砂浆输出管道，浓缩池下方接稳矿分级机；

稳矿分级机采用与一次分级机相同的结构，稳矿分级机的溢流槽通过管道向外排空、排出口接第二擦洗机；

第二擦洗机采用与第一擦洗机相同的结构、且第二擦洗机的尺寸规格小于第一擦洗机，第二擦洗机的出口接第二提升机；所述擦洗机可采用任何现有已知的技术，如中国专利CN209287846U硅砂擦洗机；

第二提升机采用与第一提升机相同的结构，第二提升机将砂浆提升至高处，并接入第三旋流器；

第三旋流器采用与第二旋流器相同的结构，第三旋流器的出口接五分机的给砂管。

所述一次分级机包括桶体，桶体内设有底筛部，该底筛部倒立在桶底部，底筛部的上沿与一次分级机桶侧壁相连接、下部尖端抵在一次分级机桶底面中间位置，一次分级机桶底面的排出口与底筛部的底部相贯通。

所述零号分级机采用与一次分级机相同的结构；

所述零号分级机具有给砂管、进水管、溢流槽、排出口，零号分级机的给砂管与第一杂质筛相连，零号分级机的进水管与外部水源相连接，零号分级机的溢流槽通过向外伸出的管道排空，零号分级机的排出口与第一擦洗机相连。

【实施例二】

如图2所示，在上述实施例基础上，本实施例所述一次分选系统设有两套并行的一次分级机，一分机、二分机、三分机、四分机均设有两个；

两个一分机与第二杂质筛之间设有第一分配器，该第一分配器具有三通式的结构，且三通的交汇处设有混合腔，该混合腔用于混合均匀由第一杂质筛进入两个一分机的砂浆；

两个二分机的排出口共用第一成品池、溢流口共用第二成品池，两个四分机的排出口共用第二成品池。

所述二次分选系统设有两套并行的二次分级机，五分机、六分机均设有两个；

两个五分机与第二提升机之间设有第二分配器，该第二分配器具有三通式的结构，且三通的交汇处设有混合腔，该混合腔用于混合均匀由第二提升机进入两个五分机的砂浆；

两个六分机的排出口共用第三成品池、溢流口共用第四成品池。

所述第一分配器和第二分配器（以下统称分配器）具有相同的结构；分配器具有三通结构，三通的进端接上游进砂管道，该进砂管道中输送过来的砂浆通常分散不均匀，即砂多集中在管壁，如果直通入分选系统的分级机（如一分机、五分机），极易造成分级机内的水-砂分散体系过度不均一，影响分级效果。基于此，分配器的三通交汇处设有混合腔，该混合腔就是呈箱形、或球形等形状的大空间腔体，分配器进端输送来的砂浆到达混合腔后，在混合腔内翻滚、搅动，使砂浆混合均匀，从混合腔出端进入分级机的砂浆利于快速分散到分级机内。

此外，一次分选系统和/或二次分选系统采用两套并行的分级机，其作用在于提高分级效率，均衡供料系统、前处理系统、二次处理系统的砂浆供应量，使所供应的砂浆分散进入并行分选系统，以便于控制各个分级机的流量、流速，及相关工艺参数，从而达到调节分级水平的目的。

【实施例三】

如图4~7所示，在上述实施例基础上，本实施例所述一次分级机的底筛部是呈圆形半球面的滤水网，该滤水网设有多个滤水孔；

给砂管包括进砂管、混合腔，混合腔呈圆筒形或球形，混合腔内设有一对叶轮；混合腔的一侧开口、且与桶体的侧壁相连通，混合腔另一侧与进砂管相连通；

排出口设在桶体底部中央，排出口贯穿滤水网和给水腔、并向下延伸。

所述给砂管设有2~4个，且全部给砂管均安装在桶体外壁相同高度的位置上，各给砂管呈中心对称的星型分布。

所述给砂管设在从桶体顶端至滤水网上沿之间的二分之一高度处。

所述叶轮设有叶轮轴、叶轮体、叶轮片，叶轮轴横置、且其两端固定装配在混合腔，叶轮体套在叶轮轴外部，叶轮片具有多个、均固定安装在叶轮体上。

所述叶轮轴水平设置，且两个叶轮轴纵向排列，叶轮片相互穿插。

所述进砂管倾斜设置，进砂管远离桶体一端向上倾斜。

所述一次分级机包括桶体、给砂管、进水管、溢流槽、排出口；

桶体呈圆桶状，上端开口，底部设有滤水网，该滤水网呈圆形半球面，滤水网设有多个滤水孔；这里所说的滤水网，是指一种具有较多通孔的板状构件，其设置在桶体的底部、封闭桶底，使桶体呈现上部圆桶、底部半球面的结构；半球面形的滤水网的上沿与桶体底部的侧壁固定连接、或连为一体。

通常的硅砂水力分选设备，一般采用锥形底部，其轮廓为直线形，桶体底部的大粒径砂子可以很方便地汇集到锥形顶端（锥形倒置，锥形顶端朝下），大粒径砂子得以快速排出；但常规锥底分选设备不利于桶体底部的砂浆充分分离，筛分过程中干涉严重，分离精度并不太好。采用半球面形桶底的分选设备，底部为圆弧形，所进入的水流也较为均匀、平稳，从而形成具有稳定上升水流的流动相介质，将桶体底部的砂浆充分分散、并在上升流动过程中有效分离。圆弧形滤水网还能够最大化地增大接触面积、分布更多的滤水孔，可以构建更加稳定的流动相。

给砂管包括进砂管、混合腔，混合腔呈圆筒形或球形，混合腔内设有一对叶轮；混合腔的一侧开口、且与桶体的侧壁相连通，混合腔另一侧与进砂管相连通；混合腔是具有空腔的腔体结构，其腔体（腔壁）靠近桶体一侧与桶体侧壁固定连接或连为一体，且混合腔上该侧的开口与桶体相连通，以使进砂管输送来的砂浆进入桶体内。混合腔内的一对叶轮，其作用是对进砂管来的砂浆再次混合，使砂子与水充分混合均匀，并以一定阈值的恒定流速进入桶体，一方面使进入桶体的砂浆均匀、快速地分散到桶体的流动相中，另一方面，通过叶轮的作用，也能充分抵销进砂管中的管道压力，减小给砂管中砂浆对桶体已建立的均衡的流动相状态的破坏。

进水管向桶体供应连续的清水，水从滤水网上的滤水孔进入桶体，从而形成向上的水流；因水流的带动，桶体底部的砂浆通过水力沉浮得以分离，轻者上而重者下，而且，圆弧形滤水网过渡平缓，砂子不会大量快速向底部汇集，而是顺着滤水网边冲刷边缓慢地向排出口上沿汇集，分离效果好。

进一步地，所述给砂管设有2~4个，且全部给砂管均安装在桶体外壁相同高度的位置上，各给砂管呈中心对称的星型分布。常规硅砂分选设备多采用中置的进砂管，即采用一根管伸入桶体中部，将砂浆直接排入桶体，这一进砂方式对桶体内的已建立的平衡（动态平衡）的流动相分散体系破坏严重，砂子与水之间、不同粒径砂子之间始终（因进砂管持续进料）处于扩散过程，即密度一致化的过程，或者在扩散过程中边分散边分离，分选过程中砂粒之间的干涉严重，分离精度不高。本实施例将进砂管分支为多个，并从桶体侧壁中部输送砂浆，砂浆进入桶体的速度降低、分散均匀，减少干涉，利于分选。

所述给砂管设在从桶体顶端至滤水网上沿之间的二分之一高度处。滤水网为圆弧形，其上沿进一步向上延伸，使桶体边缘位置的水流也能得以流动，从而促进由给砂管进入的砂浆快速扩散。

所述叶轮设有叶轮轴、叶轮体、叶轮片，叶轮轴横置、且其两端固定装配在混合腔，叶轮体套在叶轮轴外部，叶轮片具有多个、均固定安装在叶轮体上。所述叶轮轴水平设置，且两个叶轮轴纵向排列，叶轮片相互穿插。所述进砂管与叶轮两个叶轮轴所在的平面相垂直。从设计制造角度考虑，进砂管与两个叶轮轴所在的平面相垂直安装，有利于节省成本，但从分选设备的实际功效角度来考虑，则最好是进砂管与两个叶轮轴所在的平面之间具有一定角度较好，以避免进砂管内的砂浆直接冲进桶体。另外，一对叶轮采用动力形式转动，即叶轮是靠砂浆的冲击才转动的，且两个叶轮靠得很近、使得叶轮片相互交错重叠、相互制约，避免单方面转动、流速过快。

进一步地，如图7所示，所述进砂管倾斜设置，进砂管远离桶体一端向上倾斜，以避免进砂管中砂浆对桶体内分散系（水砂混合物）造成冲击，影响水力分级效果。

Claims (9)

1.一种用于湿法分选石油压裂砂的分选装置，其特征在于：

所述分选装置包括供料系统、前处理系统、一次分选系统、二次分选系统，供料系统用于从砂浆来源地向分选装置持续供应砂浆原料，前处理系统用于对供料系统供应的砂浆原料进行包括但不限于脱水、浓缩、去杂、擦选、提升操作，一次分选系统用于对经过前处理系统处理的砂浆进行粗产品分选，二次分选系统用于对经过一次分选系统分选后的砂浆进行细产品分选；

所述供料系统包括采砂船，该采砂船设有输送管道，该输送管道连接所述前处理系统，采砂船采集的砂浆通过输送管道供给前处理系统；

所述前处理系统包括第一旋流器、第一杂质筛、零号分级机、第一擦洗机、第一提升机、第二旋流器、第二杂质筛；

第一旋流器用于对砂浆脱水、浓缩；

第一杂质筛用于去除砂浆中除水、砂、泥以外的杂质；

零号分级机用于对砂浆浓缩、脱水、去泥；

第一擦洗机用于擦洗砂浆；

第一提升机用于将砂浆提升至高处；

第二旋流器用于对砂浆脱水、浓缩；

第二杂质筛用于去除砂浆中除水、砂以外的杂质；

所述一次分选系统包括一次分级机，该一次分级机设有四个，分别是一分机、二分机、三分机、四分机；

所述一次分选系统包括一分成品池，该一分成品池设有两个，分别是第一成品池、第二成品池；

所述一次分级机呈圆桶状，且设有给砂管、进水管、溢流槽、排出口；进水管设在一次分级机底部，用于向一次分级机供应水；给砂管设在一次分级机的上方或侧部，用于向一次分级机供应砂浆；溢流槽设在一次分级机的桶壁上沿外侧，用于接收由一次分级机上沿溢流出的物料；排出口设在一次分级机的底部；

所述一分机的排出口与二分机的给砂管相连，一分机的溢流槽与三分机的给砂管相连；

所述二分机的排出口与第一成品池相连，二分机的溢流槽与第二成品池相连；

所述三分机的排出口与四分机的给砂管相连，三分机的溢流槽通过管道接入二次分选系统；

所述四分机的排出口与第二成品池相连，四分机的溢流槽通过管道接入二次分选系统；

所述二次分选系统包括二次分级机，该二次分级机设有两个，分别是五分机、六分机；

所述二次分选系统包括二分成品池，该二分成品池设有两个，分别是第三成品池、第四成品池；

所述二次分级机采用与一次分级机相同的结构；

所述三分机和四分机的溢流槽通过管道合流与五分机的给砂管相连；

所述五分机的排出口与六分机的给砂管相连，五分机的溢流槽通过向外伸出的管道排空；

所述六分机的排出口与第三成品池相连，六分机的溢流槽与第四成品池相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于湿法分选石油压裂砂的分选装置，其特征在于：

所述采砂船、第一旋流器、第一杂质筛、零号分级机、第一擦洗机、第一提升机、第二旋流器、第二杂质筛、一分机依次连接；

所述采砂船与第一旋流器之间设有水泵，该水泵用于由采砂船向第一旋流器泵送砂浆。

3.根据权利要求2所述的一种用于湿法分选石油压裂砂的分选装置，其特征在于：

所述第一旋流器、第一杂质筛、零号分级机、第一擦洗机之间通过重力由上向下输送砂浆；

所述第二杂质筛与一分机的给砂管相连接；

所述第二旋流器、第二杂质筛、一分机、二分机、三分机、四分机之间通过重力由上向下输送砂浆；

所述三分机和四人机与五分机之间、五分机与六分机之间通过重力由上向下输送砂浆；

所述一次分级机和二次分级机的进水管均分别与外部水源相连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种用于湿法分选石油压裂砂的分选装置，其特征在于：

所述一次分选系统与二次分选系统之间设有二次处理系统；

所述二次处理系统包括浓缩池、稳矿分级机、第二擦洗机、第二提升机、第三旋流器；

浓缩池呈漏斗状，浓缩池上方接一次分选系统中三分机和四分机的溢流槽合流砂浆输出管道，浓缩池下方接稳矿分级机；

稳矿分级机采用与一次分级机相同的结构，稳矿分级机的溢流槽通过管道向外排空、排出口接第二擦洗机；

第二擦洗机采用与第一擦洗机相同的结构、且第二擦洗机的尺寸规格小于第一擦洗机，第二擦洗机的出口接第二提升机；

第二提升机采用与第一提升机相同的结构，第二提升机将砂浆提升至高处，并接入第三旋流器；

第三旋流器采用与第二旋流器相同的结构，第三旋流器的出口接五分机的给砂管。

5.根据权利要求4所述的一种用于湿法分选石油压裂砂的分选装置，其特征在于：

所述一次分级机包括桶体，桶体内设有锥形或碗形的底筛部，该底筛部倒立在桶底部，底筛部的上沿与一次分级机桶侧壁相连接、底部抵在一次分级机桶底面中间位置，一次分级机桶底面的排出口与底筛部的底部相贯通。

6.根据权利要求5所述的一种用于湿法分选石油压裂砂的分选装置，其特征在于：

所述零号分级机采用与一次分级机相同的结构；

所述零号分级机具有给砂管、进水管、溢流槽、排出口，零号分级机的给砂管与第一杂质筛相连，零号分级机的进水管与外部水源相连接，零号分级机的溢流槽通过向外伸出的管道排空，零号分级机的排出口与第一擦洗机相连。

7.根据权利要求1或2或3或5或6所述的一种用于湿法分选石油压裂砂的分选装置，其特征在于：

所述一次分选系统设有两套并行的一次分级机，一分机、二分机、三分机、四分机均设有两个；

两个一分机与第二杂质筛之间设有第一分配器，该第一分配器具有三通式的结构，且三通的交汇处设有混合腔，该混合腔用于混合均匀由第一杂质筛进入两个一分机的砂浆；

两个二分机的排出口共用第一成品池、溢流口共用第二成品池，两个四分机的排出口共用第二成品池。

8.根据权利要求1或2或3或5或6所述的一种用于湿法分选石油压裂砂的分选装置，其特征在于：

所述二次分选系统设有两套并行的二次分级机，五分机、六分机均设有两个；

两个五分机与第二提升机之间设有第二分配器，该第二分配器具有三通式的结构，且三通的交汇处设有混合腔，该混合腔用于混合均匀由第二提升机进入两个五分机的砂浆；

两个六分机的排出口共用第三成品池、溢流口共用第四成品池。

9.根据权利要求1或2或3或5或6所述的一种用于湿法分选石油压裂砂的分选装置，其特征在于：

所述一次分级机的底筛部是呈圆形半球面的滤水网，该滤水网设有多个滤水孔；

给砂管包括进砂管、混合腔，混合腔呈圆筒形或球形，混合腔内设有一对叶轮；混合腔的一侧开口、且与桶体的侧壁相连通，混合腔另一侧与进砂管相连通；

排出口设在桶体底部中央，排出口贯穿滤水网和给水腔、并向下延伸；

所述给砂管设有2~4个，且全部给砂管均安装在桶体外壁相同高度的位置上，各给砂管呈中心对称的星型分布；

所述给砂管设在从桶体顶端至滤水网上沿之间的二分之一高度处；

所述叶轮设有叶轮轴、叶轮体、叶轮片，叶轮轴横置、且其两端固定装配在混合腔，叶轮体套在叶轮轴外部，叶轮片具有多个、均固定安装在叶轮体上；

所述叶轮轴水平设置，且两个叶轮轴纵向排列，叶轮片相互穿插；

所述进砂管倾斜设置，进砂管远离桶体一端向上倾斜。

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