热喷涂在石油石化行业的应用初稿.

热喷涂技术在石油石化行业的应用

1 热喷涂技术在石油石化业应用背景

石油石化工业是我国工业中的重要组成部分，在国民经济中占有极其重要的地位。腐蚀和磨损是危害石油石化工业生产的严重问题。据调查，我国石油石化工业每年因磨损和腐蚀所造成的直接经济损失达数亿元。我国石油工业中的管道、储罐、油井套管等设施的腐蚀和磨损情况随着我国油气田开发年限和设备使用年限的增长越来越严重；而我国石化工业中，随着进口高含硫原油的炼制，设备的腐蚀问题日益严重。所以，因腐蚀和磨损对设备安全稳定运行带来的不利影响会越来越突出，迫切需要提高石油石化工业中开采和加工设备的耐磨性和耐蚀性。

对磨损、腐蚀造成零件失效的研究表明，这些失效大都发生在材料表面。利用表面工程的技术手段对材料表面进行处理，改善材料的表面性能，会有效地延长零件使用寿命。因此，表面工程在石油石化工业中具有重要地位。

热喷涂技术是表面工程中重要的表面处理技术，它是指在保持零件本体材料原有性能的基础上，通过在其表面制备一层具有优越性能的覆盖层，赋予零件表面耐磨损、耐腐蚀、耐高温、抗氧化、抗疲劳等多种性能。采用热喷涂技术的最大优势是能够以多种方法制备出优于本体材料性能的表面功能薄层，其厚度仅为结构尺寸的几十分之

一，却使零件具有了比本体材料更高的耐磨性、抗腐蚀性和耐高温等性能。即使采用性能优异的贵重、稀有元素，也不会显著增加成本。此外，热喷涂技术还能直接针对许多贵重零部件的失效原因，实行局部表面强化、修复、预保护，以达到延长使用寿命或重新恢复使用价值的目的。

2 热喷涂技术在石油石化工业中的应用现状

2.1热喷涂技术在石油开采环节中的应用

2.1.1 耐腐蚀耐磨球阀

对于工作在温度达540℃，压力达140MPa的含有腐蚀性砂浆的管道中的金属座球阀，应用超音速火焰喷涂WC-Co涂层、Cr2C3-NiCr 涂层、Fe-Cr-Ni-Mo涂层或WC-Ni涂层，可大幅度改善球阀的耐腐蚀和耐冲蚀性能，提高使用可靠性和寿命。

图1 无锡苏威热喷涂科技有限公司硬面球阀表面喷涂硬质合金碳钨

2.1.2 抽油杆

为了适应腐蚀油井生产的需要，美国用AISI431不锈钢材料生产了不锈钢抽油杆，该抽油杆的特点是耐腐蚀性好，但成本较高。为了节约成本，美国Continental Oil Company利用AISI316不锈钢粉末，

对API 的C 级和D 级抽油杆进行了等离子喷涂，制成了喷涂不锈钢抽油杆，该抽油杆也具有防腐性能，但成本比不锈钢低。

图 2 无锡苏威热喷涂科技有限公司抽油杆表面喷涂

3.3 SMPC 抽油杆应用情况

济源市石油机械有限公司生产的SMPC 抽油

杆有很好的抗腐蚀性能,同时由于表面光滑,具有防

止结蜡和结垢的作用。中原油田从1997-01~11有

50多口腐蚀井使用复合喷涂防腐抽油杆,取得了很

好的效果。中原油田采油六厂马场12-11井,泵挂

深度1 700 m,矿化度高,1996年因腐蚀断杆作业5

次,1997-02~05因腐蚀断杆作业3次,1997-05-06

下井使用SMPC 抽油杆,直到1997-11仍正常工作

中原油田文402井,泵挂深度1 950 m,腐蚀和结蜡

严重,1996-02~10因腐蚀断杆作业2次,结蜡堵塞

作业2次,1997-01下入SMPC 抽油杆,至11月仍

正常工作。

4.2 复合涂层防腐抽油杆

2000年北京刚石表面技术有限公司委托装

兵工程学院试制了数根复合涂层防腐抽油杆: 19.

mm D 级,长1 m;生产工艺:喷丸+高速电弧喷

+喷环氧树脂基漆。

4.3 矿场试验结果

6根复合涂层防腐抽油杆于2001年分别送 石油/化工/ 抽油杆

防护区域：杆表面

工作状态：介质腐蚀+磨粒磨损

解决方案：火焰喷焊/超音速喷涂 涂层材料：镍基合金、金属陶瓷粉末

技术规范：涂层厚度0.4-1.0mm

胜利油田东辛采油厂和中原油田采油三厂进行矿

试验,这6口抽油井的总矿化度为65 606~168 3

mg/L,复合涂层防腐抽油杆累计工作时间超过2

d,没有发生断杆事故(如表2)。

2.1.3阀门（阀座/阀板）

在石油化工业中使用的各种阀门、阀座、阀板需要承受金属间磨

损和磨粒磨损，采用热喷涂技术在阀门表面喷涂87%Al 2O 3+13%TiO 2或者Co-WC 系列粉末材料的陶瓷材料形成陶瓷涂层，可以提高耐磨性能。

图3 无锡苏威热喷涂科技有限公司喷涂阀门

2.1.4 抽油泵柱塞

抽油泵柱塞工作时经受高压液体腐蚀和物料磨损，基体材料一般为 45钢，国内对油井抽油泵柱塞加工的一般方法有：表面镀铬、化学镀镍-磷和表面喷焊镍基合金。目前，热喷涂陶瓷涂层作为一种新 石油/化工 阀门

防护区域：物料接触表面

工作状态：金属间磨损+磨粒磨损

解决方案：氧乙炔喷焊/超音速喷涂 涂层材料：镍基WC 自熔合金粉末、WC/CO 粉末

强化效果：达到设计要求

的处理工艺已被用来制造抽油泵柱塞。采用热喷涂技术在柱塞表面喷涂87%Al2O3+13%TiO2陶瓷材料或者Co-WC系列粉末材料的形成陶瓷涂层可以显著提高柱塞耐腐蚀和耐磨性能。

图4 浙江德清创智热喷涂厂泵柱塞等离子喷涂陶瓷涂层

火焰喷涂抽油泵》规范对喷涂柱塞表面硬度HRC≥53的要

求,柱塞喷涂宜采用镍基粉末,粉末型号一般选用

Ni55和Ni60,

2.1.5 泥浆泵叶轮

泥浆泵叶轮的工作状态是浆料磨损，采用超音速喷涂WC/CO 耐磨涂层材料可以显著提高泥浆泵叶轮的使用寿命。

图5 泰州市旺龙喷涂有限公司泥浆泵叶轮超音速喷涂WC/CO涂层

2.1.6 泥浆泵缸套

原采用耐磨合金或高铬铸铁离心浇注，但耐磨合金使用寿命不理