CN111119897B - 一种环保型半闭环深海矿石水力提升系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种环保型半闭环深海矿石水力提升系统，包括注水泵、注水立管、深海多高压料仓给料设备、提升立管、脱水设备以及管道，注水泵、脱水设备固定在采矿船上，注水泵通过注水立管连通深海多高压料仓给料设备，深海多高压料仓给料设备通过提升立管连通脱水设备，注水泵与脱水设备通过管道连通。本发明利用注水泵将海水泵入注水立管，然后利用深海多高压料仓给料设备将矿石送入高压水力管道内与海水混合，将矿石和海水混合物提升到海面采矿船。利用采矿船上的脱水设备将分离出的海水重新泵入注水立管，形成一个半闭环循环系统，与海底环境产生极少量的海水交换，实现了对海底生态环境的最低扰动。本发明运动部件少、可靠性高，且更加环保，工作效率更高，可靠性好。

Description

一种环保型半闭环深海矿石水力提升系统

技术领域

本发明涉及深海采矿技术领域，尤其涉及一种环保型半闭环深海矿石水力提升系统。

背景技术

大洋海底富集了丰富的高品位矿产资源，但一般位于深海和超深海海域。深海采矿的矿石水力提升系统是深海采矿的核心技术，通常使用深海多级扬矿泵达到高扬程，以满足深海采矿的需求，将矿石和海水混合矿浆提升到采矿船上。深海多级扬矿泵和泵控制系统设计复杂， 技术难度大，运动部件多，整体系统可靠性低。在使用时，矿浆的高速流动会对扬矿泵产生严重磨损，影响泵的使用寿命。而深海扬矿泵一般安装在海底或者悬挂在立管上，磨损后维修及更换困难，且成本较高。并且，在扬矿过程中，深海扬矿泵不断地从海底抽取海水，对海底的生态环境也会造成影响。

发明内容

为解决上述缺陷，本发明的目的是在于提供一种工作过程更加环保，效率更高、可靠性更高的环保型半闭环深海矿石水力提升系统。

为实现上述目的，本发明提供一种环保型半闭环深海矿石水力提升系统，包括注水泵、注水立管、深海多高压料仓给料设备、提升立管、脱水设备以及管道，所述注水泵、脱水设备固定在采矿船上，所述注水泵通过注水立管连通深海多高压料仓给料设备，所述深海多高压料仓给料设备通过提升立管连通脱水设备，所述注水泵与脱水设备通过管道连通。

所述注水立管和提升立管可以是硬管、软管、或者硬管和软管组成的混合立管。

所述深海多高压料仓给料设备包括从上至下依次连通设置的储料仓、高压料仓和给料仓，所述高压料仓的数量为两个或两个以上，所述给料仓的出口连通高压管道的，所述高压管道的一端与注水立管连通，所述高压管道的另一端与提升立管连通。

所述储料仓与高压料仓之间设有填料阀，所述高压料仓与给料仓之间设有卸料阀。

所述高压料仓与高压管道通过增压管道连通，所述增压管道上设有增压阀。

所述高压料仓上设有泄压阀。

所述给料仓与高压管道之间设有给料设备。

所述给料设备为螺旋给料机或者叶轮式给料机。

本发明的有益效果：利用采矿船上的注水泵，按照矿石水力提升系统需要的压力和流量，将海水泵入注水立管，然后利用深海多高压料仓给料设备，将矿石送入高压水力管道内与海水混合，然后将矿石和海水混合物提升到海面采矿船。利用采矿船上的脱水设备，将海水与矿物分离。海面注水泵将分离出的海水重新泵入注水立管，从而形成一个半闭环循环系统。本发明与海底环境产生极少量的海水交换，实现了对海底生态环境的最低扰动；深海多高压料仓给料设备的各高压料仓互为冗余，在控制阀的配合下，交替工作，实现了不间断给料，可靠性高；避免了使用深海扬矿泵；海面注水泵扬程高，流量大，且易于保养和维修，且成本低。使得本发明的水力提升系统更加环保，效率更高，扬程高，流量大，可靠性好，且易于保养和维修等特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的深海多高压料仓给料设备的结构示意图（示意图中为深海双高压料仓给料设备）。

其中：1、注水泵，2、注水立管，3、深海多高压料仓给料设备，4、提升立管，5、脱水设备，6、管道，7、采矿船，8、高压管道与注水立管连接的海水入口，9、高压管道与提升立管连接的矿浆出口，10、高压管道，11、储料仓，12、 高压料仓A，13、高压料仓B，14、给料仓，15、给料设备，16、增压管道，17、填料阀A，18、卸料阀A，19、填料阀B，20、卸料阀B，21、泄压阀A，22、增压阀A，23、泄压阀B，24.增压阀B，25、混输矿浆。

具体实施方式

下面结合附图描述本发明的具体实施方式。

如图1所示，一种环保型半闭环深海矿石水力提升系统，包括注水泵1、注水立管2、深海多高压料仓给料设备3、提升立管4、脱水设备5以及管道6，注水泵1、脱水设备5固定在采矿船7上，注水泵1通过注水立管2连通深海多高压料仓给料设备3，深海多高压料仓给料设备3通过提升立管4连通脱水设备5，注水泵1与脱水设备5通过管道6连通。注水泵1为深海矿石水力提升系统泵入需要的压力和流量的海水，通过注水立管2，深海多高压料仓给料设备3，提升立管4，脱水设备5以及管道6建立一个半闭环循环系统，实现了对海底生态环境的最低扰动。注水立管2和提升立管4可以是硬管、软管、或者硬管和软管组成的混合立管。

如图2所示，本发明的深海多高压料仓给料设备3可以是两个或两个以上。多个高压料仓互为冗余，在一个高压料仓失效的情况下，其余高压料仓仍可以继续工作，从而提高了系统的可靠性。本实施例中采用的是深海双高压料仓给料设备，具体包括从上至下依次连通设置的储料仓11、双高压料仓和给料仓14。其中，双高压料仓包括高压料仓A 12、高压料仓B 13。给料仓14的出口连通高压管道10的，高压管道10的一端与注水立管2连通，高压管道10的另一端与提升立管4连通。储料仓11与高压料仓A 12、高压料仓B13之间分别设有填料阀A17、填料阀B 19，高压料仓A 12、高压料仓B 13分别与给料仓14之间设有卸料阀A18、卸料阀B 20。高压料仓A 12、高压料仓B 13分别与高压管道10通过增压管道16连通，增压管道16上分别设有增压阀A 22、增压阀B 24。高压料仓A 12、高压料仓B 13上分别设有泄压阀A 21、泄压阀B 23。给料仓14与高压管道10之间设有给料设备15。给料设备15为螺旋给料机或者叶轮式给料机。通过调节给料设备15的给料速度，按照需求实时调整矿浆中矿石的浓度，降低管道堵塞的风险。通过控制深海多高压料仓给料设备3上的各种阀门实现不间断给料，将矿石从储料仓11通过高压料仓A 12、高压料仓B 13转移到给料仓14，给料设备15将矿石按指定的量送入高压管道10内与海水混合，从而通过提升立管4将矿物提升到采矿船7上。

本发明的工作原理：打开采矿船7上的注水泵1，按照矿石水力提升系统需求的流量，将海水泵入注水立管2，海水通过注水立管2，经过深海多高压料仓给料设备3的高压管道10，然后回到提升立管4，到达采矿船7上的脱水设备5，然后海水再通过管道6回到注水泵1，形成一个海水循环系统。

本发明的工作过程：

开始前，深海多高压料仓给料设备3中高压料仓A12的填料阀A17、卸料阀A18，泄压阀A21、增压阀A22和高压料仓B13的填料阀B19、卸料阀B20，泄压阀B23和增压阀B24处于关闭状态。然后采矿车将矿石输送到储料仓11里。

打开采矿船7上的注水泵1，按照矿石水力提升系统需求的流量，将海水泵入注水立管2，海水通过注水立管2，经过深海多高压料仓给料设备3的高压管道10，然后回到提升立管4，到达采矿船7上的脱水设备5，然后海水再通过管道6回到注水泵1，形成一个海水循环系统。

然后，打开高压料仓A 12的泄压阀A 21，待高压料仓A 12的内外压力平衡后，打开填料阀A 17，储料仓11里的矿石在重力的作用下落入高压料仓A 12内。待高压料仓A 12的矿石达到设定位置时，依次关闭填料阀A 17和泄压阀A 21，完成高压料仓A 12的填料作业。

打开增压阀A 22，使高压料仓A 12与高压管道10达到压力平衡。然后打开卸料阀A18，高压料仓A 12内的矿石在重力的作用下进入给料仓14。

给料设备15按照设定的给料速度，将给料仓14内的矿石送入高压管道10内和海水混合，形成混输矿浆25。混输矿浆25在高压水流的作用下，通过提升立管4被提升到采矿船7上的脱水设备5。通过脱水设备5将海水和矿石分离。注水泵1将分离出的海水重新泵入注水立管2，从而形成一个半闭环循环系统，实现海水的循环使用。

待高压料仓A 12内的矿石全部落入给料仓14后，依次关闭卸料阀A21和增压阀A22，完成高压料仓A 12的卸料作业。

在高压料仓A 12进行卸料作业的同时，进行高压料仓B 13的填料作业。打开高压料仓B 13的泄压阀B 23，待高压料仓B 13的内外压力平衡后，打开填料阀B 19，储料仓11里的矿石在重力的作用下落入高压料仓B 12内。待高压料仓内B 13的矿石堆高度达到设定位置时，依次关闭填料阀B 19和泄压阀B 23，完成高压料仓B 13的填料作业。

在高压料仓A 12完成卸料作业后，进行高压料仓B 13的卸料作业。打开增压阀B24，使高压料仓B 13与高压管道10的达到压力平衡。然后打开卸料阀B 20，高压料仓B 13内的矿石在重力的作用下进入给料仓14。待高压料仓B 13内的矿石全部落入给料仓14后，依次关闭卸料阀B 20和增压阀B 24，完成高压料仓B 13的卸料作业。

如此循环，高压料仓A 12和高压料仓B 13在阀门的配合下，交替工作来实现不间断地填料作业和卸料作业，通过给料设备15，实现不间断地给料，并将矿石提升到采矿船上。并且，高压料仓A和高压料仓B互为冗余，在一个高压料仓失效的情况下，另一个高压料仓仍可以继续工作，从而提高了系统的可靠性。

同样的原理，对于含有两个以上高压料仓的系统，多个高压料仓也可以在阀门的配合下，交替工作来实现不间断地填料和卸料。多个高压料仓为系统提供了更大的冗余度。

在整个过程中，只有在泄压和填料的过程中，会与周围环境产生极少量的海水交换，实现了对海底生态环境的最低扰动。

本发明利用采矿船上的注水泵，按照矿石水力提升系统需要的压力和流量，将海水泵入注水立管，然后利用深海多高压料仓给料设备，将矿石送入高压水力管道内与海水混合，然后将矿石和海水混合物提升到海面采矿船。利用采矿船上的脱水设备，将海水与矿物分离。海面注水泵将分离出的海水重新泵入注水立管，从而形成一个半闭环循环系统。本发明与海底环境产生极少量的海水交换，实现了对海底生态环境的最低扰动；深海多高压料仓给料设备的各高压料仓互为冗余，在控制阀的配合下，交替工作，实现了不间断给料，可靠性高；避免了使用深海扬矿泵；海面注水泵扬程高，流量大，且易于保养和维修，且成本低。使得本发明的水力提升系统更加环保，效率更高，扬程高，流量大，可靠性好，且易于保养和维修等特点。

Claims (5)

1.一种环保型半闭环深海矿石水力提升系统，包括注水泵、注水立管、深海多高压料仓给料设备、提升立管、脱水设备以及管道，其特征在于：所述注水泵、脱水设备固定在采矿船上，所述注水泵通过注水立管连通深海多高压料仓给料设备，所述深海多高压料仓给料设备通过提升立管连通脱水设备，所述注水泵与脱水设备通过管道连通；

所述深海多高压料仓给料设备包括从上至下依次连通设置的储料仓、高压料仓和给料仓，所述高压料仓的数量为两个或两个以上，所述给料仓的出口连通高压管道的，所述高压管道的一端与注水立管连通，所述高压管道的另一端与提升立管连通；

所述储料仓与高压料仓之间设有填料阀，所述高压料仓与给料仓之间设有卸料阀；

所述注水立管和提升立管是硬管、软管、或者硬管和软管组成的混合立管的任意一种。

2.根据权利要求1所述的环保型半闭环深海矿石水力提升系统，其特征在于：所述高压料仓与高压管道通过增压管道连通，所述增压管道上设有增压阀。

3.根据权利要求1所述的环保型半闭环深海矿石水力提升系统，其特征在于：所述高压料仓上设有泄压阀。

4.根据权利要求1所述的环保型半闭环深海矿石水力提升系统，其特征在于：所述给料仓与高压管道之间设有给料设备。

5.根据权利要求4所述的环保型半闭环深海矿石水力提升系统，其特征在于：所述给料设备为螺旋给料机或者叶轮式给料机。