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海報

時間:2016-11-08 11:32

 海    報

致所有抽油泵及相關領域從事科研和生產的同仁:
       泵筒是抽油泵中最重要的件,就常規泵而言,泵筒的造價約占抽油泵總造價的60%左右。如何提高泵筒的使用壽命,提高其防腐蝕、耐磨損的能力,一直是困擾該領域的一大難題。今發布一條喜訊,本公司的發明專利——《泵筒的化學熱處理方法》,即碳氮硼共滲泵筒,有效地解決了這個難題。該工藝方法與鍍鉻或碳氮共滲等傳統工藝方法處理的泵筒比較,其防腐耐磨的優勢非常明顯。
       碳氮硼共滲,采用固體滲劑,井式電爐加熱,生產中無廢水、廢氣排放,對環境無影響,是節能環保的生產工藝。電爐自動控溫,操作簡單。
       因碳氮硼共滲泵筒具有優異的防腐耐磨性能,深受油田用戶的歡迎。有許多抽油泵的生產廠家也紛紛來我公司采購,特別是有些出口泵,也由本公司提供泵筒或整泵。近年來,該泵筒一直處于供不應求狀態。想擴大生產,又受到場地等諸多因素的限制。為了使該項技術發揮更大的作用,更好地為油田及相關領域服務,為社會做出更大的貢獻,特征尋合作伙伴,望有意合作的單位或個人同我們聯系,合作方式雙方商議。
       此外,我公司新研制成功的潛油直線電機抽油系統,目前已批量生產,使用效果非常理想,若有對此感興趣的單位或個人,我們可以采取某種方式合作。
 

詳見附錄:1、碳氮硼多元滲泵筒性能簡介
                 2、潛油直線電機抽油系統簡介
                 3、日照原野機械制造有限公司簡介
                 4、專利發明人簡介
                 5、《泵筒的化學熱處理方法》發明專利證書

 
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附錄1、                   碳氮硼多元滲泵筒性能簡介            
                                  (發明專利號:ZL 2013 1 0166047.0)
 
一 、以往的泵筒處理方法概述
         抽油泵是油田采油大量使用的設備之一,泵筒是抽油泵中最重要的零件,就常規泵而言,泵筒約占抽油泵造價的60%左右,泵筒生產時必須進行處理,以提高其內孔的表面硬度、耐磨性和防腐性。以往采用的工藝方法主要有以下幾種:

碳氮共滲:碳氮共滲是一種比較成熟的工藝方法,目前正在廣泛使用。為了增加滲層深度,泵筒一般用20鋼,900℃以上進行處理。共滲后需要淬火,變形比較大,需在淬火后進行強力珩磨。該工藝的問題是,在880℃以下時,滲入氮的含量比較理想,有一定的防腐作用,但整體滲層較薄,很難達到使用要求。在900℃以上時整體滲層較厚,而滲入氮的含量很少,防腐能力很低。
        1. 
鍍硬鉻:泵筒內孔鍍硬鉻,可解決防腐、耐磨及硬度問題,但鍍鉻工藝造成環境污染極為嚴重,是盡量削減或取消的工藝。另外,鍍前需對內孔進行堿洗除油和酸洗活化處理,因內孔細長不易清洗,有時難免有不潔凈之處,導致鍍層和基體的結合強度不夠。在抽油過程中,因柱塞和泵筒間隙中的砂粒磨損、擠壓而拉傷脫皮,嚴重時造成卡泵事故。另外,鍍鉻層很怕硫酸和鹽酸,油井中的H2S和洗井后的酸殘液會大大縮短鍍鉻層的壽命。
       2.
化學鍍:也稱鎳磷復合鍍,其優缺點與鍍鉻大體相似。與鍍硬鉻相比,化學鍍鍍層的防腐和耐酸能力要略強一些,但化學鍍的鍍層一般都很薄,大約0.04mm左右,如此薄的鍍層,在抽油時極易拉傷,而要增加其厚度比較困難。
       3.
氮化:合格的氮化層,其硬度、防腐、耐磨性能都是不錯的。理想的氮化件材料應選用38CrMoAlA,價格昂貴。氮化一爐需要2~3天,甚至更長的時間,生產成本很高。另外,還有更難解決的問題是,泵筒為細長管件,氨氣從其內孔通過時,必須從一端流向另一端,而氨氣隨時都在分解,這就導致了入口端和出口端氨的分解率有很大區別,致使氮化層極不均勻,產品質量很難控制。所以說,氮化處理工件外表面或短件內孔還比較成熟,而處理細長內孔比較困難。
      4.
激光淬火:該工藝方法是,用一個激光導入裝置,在泵筒內軸向運動,激光垂直照向泵筒內孔表面,泵筒旋轉,光照點在內孔表面呈螺旋線軌跡運動。激光束很細,溫度極高,被照點瞬間升溫至接近熔化狀態。光照點始終在動,光點移開后,因被照過的高溫點與整個基體的溫差很大,而金屬又是熱的良導體,所以該點快速散熱降溫,達到淬火效果。由該工藝方法,我們不難發現,該工藝沒有改變材質,所以沒有提高其防腐性。另外,激光淬火形成的硬化帶是一個螺旋線,而非整個內表面。經過一段時間的腐蝕及泥砂磨損后,內表面的非硬化帶會呈現凹形螺旋,加大抽油泵的漏失量,降低泵效。
      5.
滲硼:單純滲硼所得到的滲層組織同本發明的主硬化層相同,為FeB和Fe2B。因該組織具有極好的防腐耐磨等性能,所以1985年前后,曾有人試圖將該工藝應用于泵筒處理。當時有許多廠家試用該工藝,但因幾個致命的問題沒得到解決,所以宣告失敗。待攻克的難題是:
        第一,900℃以上滲硼,得到的滲層較理想,但泵筒變形較大(內徑公差>0.05mm),滲后無法珩磨,泵筒超差報廢,成品率很低。若880℃以下滲硼,泵筒變形較小,但滲層很不理想,層薄,且不連續。
        第二,滲后不進行淬火處理,基體太軟,在使用中無法承受泵筒與柱塞間隙中的砂粒擠壓,導致滲層碎裂脫落。若進行淬火處理,泵筒變形又太大。

二、碳氮硼多元滲泵筒性能
        碳氮硼多元滲泵筒的工藝方法是本公司的一項發明專利(以下簡稱本發明),本發明就是針對上述各種工藝方法的不足,研究出一種新工藝——稀土助催碳氮硼多元共滲,滲后的泵筒內孔由表及里形成一層堅硬的防腐耐磨層,在距表面深度0~0.10mm處,金相組織主要為FeB和Fe2B,這里稱之為主硬化層,與柱塞外表面構成摩擦副。在距表面深度0.10~0.45mm 處,逐漸過渡為滲碳氮擴散層,這里稱之為次硬化層,其功能主要是支承主硬化層,以防被泵筒和柱塞間隙中的砂粒擠壓破碎。下面將重點介紹主硬化層的組織與性能。
1. 滲層的金相組織
     主硬化層一般由FeB和Fe2B組成,也可獲得單相Fe2B的滲層。單相Fe2B滲層脆性較小,但硬度仍很高。為了區分滲層中這兩個相,可用三鉀試劑(K4Fe(CN)6·H2O 1g+ K3Fe(CN)8  10g+KOH·H2O 100g)浸蝕,浸蝕后的FeB呈深褐色,Fe2B呈黃褐色。圖1為單相滲層,Fe2B呈針狀楔入基體。圖2為雙相滲層,外層為FeB,FeB針狀楔入Fe2B層中。內層為Fe2B,Fe2B楔入基體。

圖1 單相滲層 100X

 

 

圖2雙相滲層 250X

2.主硬化層的性能
     1)硬度,FeB顯微硬度1800~2200HV,Fe2B顯微硬度1200~1800HV。鋼中含碳量的增加,可減少雙相滲層中FeB的相對含量,并使FeB硬度降低(見下表)。

鋼 材 含碳量
(%)
溫度
(℃)
時間
(h)
成分相對含量(%) 顯微硬度(HV)
FeB Fe2B FeB Fe2B
工業純鐵 0.06 900 4 64 36 2100 1450
15鋼 0.13 900 4 58 42 2030 1440
40鋼 0.42 900 4 56 44 1860 1450
T7 0.74 900 4 54 46 1750 1430

          2)耐磨性,表面為FeB和Fe2B的工件比淬火、鍍鉻、滲氮工件具有更高的抗磨料磨損能力,圖3為泥漿泵襯套模型與橡膠活塞對磨時的失重損失,磨料為含石英砂的粘土溶液。


           1——40鋼滲碳氮硼(1300~1500HV)
           2——40鋼鍍鉻
           3——38CrMoAlA滲氮(940~1200HV)
           4——GCr15鋼高頻感應加熱淬火
           5——40鋼淬火
     3)耐腐蝕性,滲后工件在硫酸、鹽酸、磷酸及多種堿、鹽水溶液中的抗蝕性能均明顯提高,但不耐硝酸及海水腐蝕。
     4)抗高溫氧化性能,在空氣中加熱到800℃,持續40h,滲層氧化增重極微。
     5)紅硬性,FeB及Fe2B在900℃時仍能保持很高的硬度。
三、常用的泵筒表面硬度比較如下表

 

  碳氮共滲 鍍鉻 碳氮硼共滲 石英砂
Fe2B FeB 人造 天然
洛氏硬度HRC 58~62.5          
努氏硬度HK 690~788          
維氏硬度HV 653~760 900~1160 1450 1860 1161 1364
莫氏硬度MM         7 7.5
對比結果   都換算成同一種硬度進行比較,可見只有碳氮硼共滲的表面硬度值大于石英砂,其它都小于石英砂的硬度,所以難免磨損快、易劃傷。

 

四、本發明的滲層檢測標準
      本發明所獲得的滲層為國內首創,目前尚無國家標準,只能參照GB/T 18607-2008,制定相應的企業標準,以便對滲層的厚度和硬度進行質量控制,為生產和檢測提供依據,確保產品符合規定,并滿足用戶的需求。
下表為本發明處理的泵筒滲層組織、厚度及硬度檢測的企業標準:

  金相組織 顯微硬度
主硬化層厚度
0.08~0.12mm
FeB和Fe2B ≥HV1000
次硬化層深度
>0.20mm
滲C、N HV≥350
基體心部硬度 45鋼 HV185~254
 

 
注:上述企業標準制定的依據及相關說明
   ① 理論依據
      根據GB/T 18607-2008標準中表69對泵筒內表面硬化層的厚度、硬度及支撐硬層的基體硬度值要求規定,上述企標符合要求。以鋼上鍍鉻為例(本工藝滲層的硬度及防腐性比碳氮共滲層高很多,防腐性與鍍鉻層接近,硬度比鍍鉻層還高),具體比對見下表:

 

國標規定(鋼上鍍鉻) 企標規定 比對結論
硬化層厚度 ≥0.076mm 主硬化層厚度 0.08~0.12mm 高于國標
硬化層硬度 ≥HV900 主硬化層硬度 ≥HV1000 高于國標
基體心部硬度 HRA55~62
(相當于HV185~254)
次硬化層硬度  ≥HV350 高于國標
基體心部硬度 HV185~254 等同于國標

② 工藝實現的可行性
    按照本公司的滲泵筒工藝方法,上述指標完全可以保證。如果再加厚滲層,勢必提高溫度、延長保溫時間,容易造成滲層以外的基體脫碳,反而使泵筒的綜合性能降低。
③ 實踐檢驗結果
    近幾年,本公司生產的泵筒一直采用上述工藝處理,已在各油田使用多年,中間廠家每年也用本公司的泵筒數千支,甚至多家已銷往國外,反映一致很好。實踐證明,應用本工藝方法,按本企業標準檢測合格的泵筒,在使用過程中其防腐、耐磨等各種性能均是非常優異的。
④ 為了能真實準確地檢測出滲層的硬度及厚度,必須使用顯微硬度計,試驗力0.1Kg或1.0N,且在制作試塊時必須先對試塊進行鑲嵌,再研磨和拋光。具體檢測方法參照“JB/T 7709-2007”和“GB 9790-88”。

附錄2、            潛油直線電機抽油系統簡介
         潛油直線電機抽油系統,是一種以直線電機作為動力裝置,直接驅動抽油泵進行采油的新一代采油系統,它改變了傳統的以地面抽油機為動力、抽油桿為傳媒的采油工藝,直線電機直接與抽油泵聯接在一起,隨油管下入油液中,直線電機動子直接推動抽油泵柱塞做往復運動,實現油液的舉升。該系統取消了地面抽油機和抽油桿,把多年來人們對如何提高抽油機機械效率問題徹底解決,把困擾多年的抽油桿偏磨和斷脫問題徹底解決,大大地提高了機械采油井的機械效率和生產效率。


          該系統的應用,將為國家節省大量的鋼材(制造抽油機和抽油桿);因延長油井免修期,為油田修井對環境造成的傷害有很大程度改善。在原油開采過程中實現全密閉生產,無動密封點,徹底解決采油井口油、氣、水泄漏問題。其部分優點略列如下:
(1)無偏磨:無抽油桿,徹底解決桿管偏磨問題。
(2)節約能源:電機直接與泵連接,沒有中間傳動結構,減少能量損失。
(3)環保:無噪音,無泄漏;
(4)系統簡單,便于實現智能控制;
(5)適用范圍廣:適用于各種油井,水平井、低滲透小排量油井應用效果更明顯;
(6)智能遠程控制,可在線調整參數,運行管理簡單;
(7)系統效率高,維修工作量小
(8)節約鋼材,減小井口占地面積。

  
 
 
附錄3          日照原野機械制造有限公司簡介
        該公司前身是鐵嶺石油機械廠,始建于1993年,2006年初遷址日照,一直是生產石油機械的專業企業,注冊資本3505萬,擁有20余項專利。公司通過ISO9001認證,是中石油“能源一號網”電子采購供應商,主導產品抽油泵擁有“莽野”牌注冊商標和生產許可證,公司擁有獨立進出口權。公司已具備高新技術企業的條件(正在辦理)。
     主要經營范圍:各種整筒管式、桿式抽油泵及其配件的設計與制造;長柱塞防砂泵、螺旋刮砂防腐泵、液力反饋抽稠油泵、注采一體抽稠油泵、防氣泵、可打撈式固定閥泵、實心柱塞泵及直線電機采油系統專用的雙向抽油泵等特種泵的設計與制造;潛油直線電機抽油系統的設計與制造;氣(砂)錨、泄油器、防渣固定閥等裝置的設計與制造;泵筒強力珩磨機、泵筒熱處理井式爐、柱塞噴焊機組等專用設備的設計與制造;整筒泵生產線的規劃、設計、制造及相關的技術咨詢。

 
附錄4                     專利發明人簡介
     呂新青,高級工程師,1982年1月畢業于鞍山鋼鐵學院(現遼寧科技大學)冶金機械專業,畢業后留在本校機械設計教研室任教。
   1984年11月調入東北輸油管理局鐵嶺機械廠科研所,主要從事抽油泵和抽油桿等新產品的開發研制工作。期間多次參加石油工業部召開的石油機械科技會,共商科研項目;曾于1988年3至4月參加石油工業部在西安石油學院舉辦的設計科長培訓班。
   1993年3月開始創辦領辦東北輸油管理局鐵嶺聯合石油機械廠,后更名為鐵嶺石油機械廠,任廠長。期間連任三屆鐵嶺市政協委員;曾任鐵嶺市質量技術監督局的行風監督員。
   2006年1月搬遷至日照市,成立日照中天油泵廠,后更名為日照原野機械制造有限公司,任總經理。被聘為日照市東港區水利局政風行風監督員。
    先后被山東水利職業學院、沈陽航空航天大學和遼寧科技大學聘為客座教授,被評為日照市優秀工程師(排名第五)。
曾發表過多篇論文。獲得一項發明專利——《泵筒的化學熱處理方法》。獲得18項實用新型專利,名稱為:《多功能桿式泵》、《充填陶礫石砂錨》、《液力密封軟柱塞》、《螺旋刮砂防腐高效抽油泵》、《潛油直線電機密封裝置》、《動筒式直線電機抽油泵》、《抽油泵防渣固定閥》、《防氣抽油泵》、《一種井下采油用氣砂錨》、《自動補償間隙膨脹環柱塞》、《新型刮砂柱塞》、《節能型電機抽油泵》、《多功能電機抽油泵》、《電機抽油泵濾沙裝置》、《直線電機專用抽油泵》、《潛油直線電機抽油泵》、《一種直線電機雙向抽油泵》、《抽油泵上口防渣裝置》。

附錄5


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