热喷涂技术在石油石化行业的应用

周鸽，周媛

（1.四川省工业环境监测研究院，四川成都 610041；2.广汉川冶新材料有限责任公司，四川广汉618300）

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。磨损和腐蚀是危害石油石化工业生产的严重问题。据统计，随着我国油气田开发年限和设备使用年限的增长及进口高含硫原油的炼制，石油工业中的管道、储罐、油井套管等设施的磨损和腐蚀情况越来越严重，每年因磨损和腐蚀所造成的直接经济损失达数亿元［1］。所以，采用热喷涂技术的最大优势是能够以多种方法在石油工业中的管道、储罐、油井套管等设施表面制备一层具有优越性能的覆盖层，使零件具有了比本体材料更高的耐磨性、抗腐蚀性性能，以达到延长使用寿命或重新恢复使用价值的目的。因此，热喷涂技术在石油石化工业中具有重要地位［2］。

1 热喷涂技术在石油石化行业的应用现状

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［3］，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［4］。

表1 热喷涂技术在石油石化行业的应用现状Tab.1 Application Status of thermal spraying technology in petroleum and petrochemical industry

2 石油石化钻井抽油储油输油炼油装置耐磨抗腐蚀喷涂

（1）柱塞和活塞杆表面上喷涂陶瓷涂层或镍基合金。采用等离子喷涂或超音速喷涂、火焰喷焊技术，在各种液压缸、往复泵中的柱塞和活塞杆表面上喷涂陶瓷涂层或镍基合金，其突出特点在于：①摩擦系数低、能耗小、减少摩擦能耗；②使用寿命比镀铬件提高3～5倍，属环保涂层技术。主要技术指标：涂层厚度0.3mm～0.5mm；结合强度15Mpa～70Mpa，喷焊层冶金结合；涂层硬度HV800～1300；磨削粗糙度Ra小于0.63um。③对密封填料或对偶件的磨耗小，减少维修。

（2）设备内喷涂合金：采用热喷涂技术中的等离子喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂喷涂不锈钢粉末、铝、锌线材，均可解决油田用塔、罐、管道内的腐蚀和冲蚀问题。

（3）抽油杆表面上喷焊镍基合金涂层：目前，超过80%的油井需要杆泵进行采油，抽油杆为了适应腐蚀油井生产的需要，采用等离子喷涂或超音速喷涂、火焰喷焊等技术，制成了喷涂不锈钢抽油杆，该抽油杆具有比本体材料更高的耐磨性、抗腐蚀性性能，成本比不锈钢低。

（4）机械密封(或端面密封):采用在金属基体上喷涂复合陶瓷和金属碳化物涂层制造机械密封动、静环，具有优异的耐磨耐蚀性能，摩擦性系数小，能耗低，对静环磨耗少，使用寿命均高于镀硬铬层和堆焊CoCrW焊层的4～5倍。与烧结的硬质合金环比，有成本低、机械性能好、不会产生崩裂的优点。另外，与之配副的密封静环，如：铝青铜、M106K石墨、L516改性聚四氟Z烯等；由于摩擦系数特低，达0.033～0.11(千摩擦)，故与陶瓷涂层配副的静环使用寿命均高于与镀硬铬配副的静环3～4倍。涂层主要技术指标:涂层厚度0.2mm～0.3mm、结合强度20Mpa～30Mpa、涂层硬度HV800～1200、涂层孔隙率1%～2%、摩擦系数h于0.1(对石墨)、精研表面粗糙度Ra0.05um～0.1um

（5）接箍表面上喷焊镍基合金涂层:目前，超过80%的油井需要杆泵进行采油。在有杆泵的偏磨中，有90%的偏磨发生在接箍上。仅因此造成的作业费用、材料费用、作业占产等直接损失每年据估计高达30亿元人民币。有杆泵抽油井开井数中石油约100000余口中石化约50000余口中海油约20000余口。平均检泵周期增加3.5倍。接箍表面涂层少量磨损，经测定磨损厚度为0.10mm～0.15mm；较普通接箍的耐磨性能提高12倍。油管内壁的磨损较以前同等修井周期相比减少2.5倍。生产过程中地面负荷降低5%～10%。

（6）阀门密封面:对大多数阀门来说，密封故障基本出现在阀芯上，而目前石油石化行业使用的阀芯元件材质的耐磨性和耐腐蚀性都差。在阀门密封面的阀芯元件上应用超音速火焰喷涂复合陶瓷和金属碳化物（CryCg-NiCr、WCCoCr等粉末）涂层，改善阀芯元件的耐腐蚀和耐冲蚀性能，提高阀门使用可靠性和寿命。

3 结论

对磨损、腐蚀造成零件失效的研究表明，采用热喷涂技术的最大优势是能够以多种方法对零件表面进行处理，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），改善零件的表面性能，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，有效地延长零件使用寿命［5］。因此，热喷涂技术在石油石化工业中具有重要地位。