熱噴涂技術(shù)在石油石化行業(yè)的應(yīng)用

周鴿，周媛

（1.四川省工業(yè)環(huán)境監(jiān)測研究院，四川成都 610041；2.廣漢川冶新材料有限責(zé)任公司，四川廣漢618300）

石油石化工業(yè)是我國工業(yè)中的重要組成部分，在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。磨損和腐蝕是危害石油石化工業(yè)生產(chǎn)的嚴(yán)重問題。據(jù)統(tǒng)計，隨著我國油氣田開發(fā)年限和設(shè)備使用年限的增長及進(jìn)口高含硫原油的煉制，石油工業(yè)中的管道、儲罐、油井套管等設(shè)施的磨損和腐蝕情況越來越嚴(yán)重，每年因磨損和腐蝕所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)億元［1］。所以，采用熱噴涂技術(shù)的最大優(yōu)勢是能夠以多種方法在石油工業(yè)中的管道、儲罐、油井套管等設(shè)施表面制備一層具有優(yōu)越性能的覆蓋層，使零件具有了比本體材料更高的耐磨性、抗腐蝕性性能，以達(dá)到延長使用壽命或重新恢復(fù)使用價值的目的。因此，熱噴涂技術(shù)在石油石化工業(yè)中具有重要地位［2］。

1 熱噴涂技術(shù)在石油石化行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀

熱噴涂技術(shù)是表面工程中重要的表面處理技術(shù)，它是指在保持零件本體材料原有性能的基礎(chǔ)上［3］，通過在其表面制備一層具有優(yōu)越性能的覆蓋層，賦予零件表面耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、抗疲勞等多種性能［4］。

表1 熱噴涂技術(shù)在石油石化行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀Tab.1 Application Status of thermal spraying technology in petroleum and petrochemical industry

2 石油石化鉆井抽油儲油輸油煉油裝置耐磨抗腐蝕噴涂

（1）柱塞和活塞桿表面上噴涂陶瓷涂層或鎳基合金。采用等離子噴涂或超音速噴涂、火焰噴焊技術(shù)，在各種液壓缸、往復(fù)泵中的柱塞和活塞桿表面上噴涂陶瓷涂層或鎳基合金，其突出特點在于：①摩擦系數(shù)低、能耗小、減少摩擦能耗；②使用壽命比鍍鉻件提高3～5倍，屬環(huán)保涂層技術(shù)。主要技術(shù)指標(biāo)：涂層厚度0.3mm～0.5mm；結(jié)合強(qiáng)度15Mpa～70Mpa，噴焊層冶金結(jié)合；涂層硬度HV800～1300；磨削粗糙度Ra小于0.63um。③對密封填料或?qū)ε技哪ズ男?，減少維修。

（2）設(shè)備內(nèi)噴涂合金：采用熱噴涂技術(shù)中的等離子噴涂、超音速火焰噴涂、電弧噴涂噴涂不銹鋼粉末、鋁、鋅線材，均可解決油田用塔、罐、管道內(nèi)的腐蝕和沖蝕問題。

（3）抽油桿表面上噴焊鎳基合金涂層：目前，超過80%的油井需要桿泵進(jìn)行采油，抽油桿為了適應(yīng)腐蝕油井生產(chǎn)的需要，采用等離子噴涂或超音速噴涂、火焰噴焊等技術(shù)，制成了噴涂不銹鋼抽油桿，該抽油桿具有比本體材料更高的耐磨性、抗腐蝕性性能，成本比不銹鋼低。

（4）機(jī)械密封(或端面密封):采用在金屬基體上噴涂復(fù)合陶瓷和金屬碳化物涂層制造機(jī)械密封動、靜環(huán)，具有優(yōu)異的耐磨耐蝕性能，摩擦性系數(shù)小，能耗低，對靜環(huán)磨耗少，使用壽命均高于鍍硬鉻層和堆焊CoCrW焊層的4～5倍。與燒結(jié)的硬質(zhì)合金環(huán)比，有成本低、機(jī)械性能好、不會產(chǎn)生崩裂的優(yōu)點。另外，與之配副的密封靜環(huán)，如：鋁青銅、M106K石墨、L516改性聚四氟Z烯等；由于摩擦系數(shù)特低，達(dá)0.033～0.11(千摩擦)，故與陶瓷涂層配副的靜環(huán)使用壽命均高于與鍍硬鉻配副的靜環(huán)3～4倍。涂層主要技術(shù)指標(biāo):涂層厚度0.2mm～0.3mm、結(jié)合強(qiáng)度20Mpa～30Mpa、涂層硬度HV800～1200、涂層孔隙率1%～2%、摩擦系數(shù)h于0.1(對石墨)、精研表面粗糙度Ra0.05um～0.1um

（5）接箍表面上噴焊鎳基合金涂層:目前，超過80%的油井需要桿泵進(jìn)行采油。在有桿泵的偏磨中，有90%的偏磨發(fā)生在接箍上。僅因此造成的作業(yè)費(fèi)用、材料費(fèi)用、作業(yè)占產(chǎn)等直接損失每年據(jù)估計高達(dá)30億元人民幣。有桿泵抽油井開井?dāng)?shù)中石油約100000余口中石化約50000余口中海油約20000余口。平均檢泵周期增加3.5倍。接箍表面涂層少量磨損，經(jīng)測定磨損厚度為0.10mm～0.15mm；較普通接箍的耐磨性能提高12倍。油管內(nèi)壁的磨損較以前同等修井周期相比減少2.5倍。生產(chǎn)過程中地面負(fù)荷降低5%～10%。

（6）閥門密封面:對大多數(shù)閥門來說，密封故障基本出現(xiàn)在閥芯上，而目前石油石化行業(yè)使用的閥芯元件材質(zhì)的耐磨性和耐腐蝕性都差。在閥門密封面的閥芯元件上應(yīng)用超音速火焰噴涂復(fù)合陶瓷和金屬碳化物（CryCg-NiCr、WCCoCr等粉末）涂層，改善閥芯元件的耐腐蝕和耐沖蝕性能，提高閥門使用可靠性和壽命。

3 結(jié)論

對磨損、腐蝕造成零件失效的研究表明，采用熱噴涂技術(shù)的最大優(yōu)勢是能夠以多種方法對零件表面進(jìn)行處理，制備出優(yōu)于本體材料性能的表面功能薄層（其厚度僅為結(jié)構(gòu)尺寸的幾十分之一），改善零件的表面性能，使零件具有了比本體材料更高的耐磨性、抗腐蝕性和耐高溫等性能，有效地延長零件使用壽命［5］。因此，熱噴涂技術(shù)在石油石化工業(yè)中具有重要地位。