防腐抽油泵介绍..ppt

防腐抽油泵介绍 一 设计依据 项目组通过与东北大学材料学院和中科院金属所交流 查阅SY T0599 天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求 石油工业中的腐蚀与防护 NACEMR0176 2000 腐蚀油井环境抽油泵的材料要求 对各种材料的防腐能力有了更深的认识 并结合生产成本 初步确定了防腐泵各组件的材料选择范围 根据叙利亚用户的要求 防腐抽油泵结构设计为薄壁杆式抽油泵 结构见图 二 设计 1 泵筒 根据GB T18607 2001 抽油泵及其组件规范 要求 泵筒材料有碳钢 不锈钢 海军黄铜 蒙耐尔合金 但后两种材料比较昂贵 成本较高 不利于大批量推广 泵筒的内表面强化方式分为镀硬铬和碳氮共渗两种 就耐磨和防腐性能而言 镀铬工艺强于共渗工艺 由上述的腐蚀机理可知 当油井矿化度较高时 井液成为了电解液 如果泵筒采用碳钢上镀铬 镀铬层的电位比碳钢的电位高则会出现电化学腐蚀 如果镀铬层致密性差 使电解液进入镀层与基体之间腐蚀 最终会造成镀铬层脱落 而采用共渗工艺 则井液中的湿硫化氢 二氧化碳形成稀硫酸和碳酸 会对泵筒造成化学腐蚀 可见两种内表面处理方法均不能抵抗腐蚀 如果在提高镀铬层致密程度的前提下 采用与镀铬层电位差小的不锈钢 铬钢 作为泵筒基体材料 并采取内孔镀硬铬的处理方法就不会出现电化学腐蚀现象 同时抗化学腐蚀的能力也较强 由此可见采用不锈钢材质的泵筒且内孔镀铬处理是切实可行的方案 综合以上结论并根据API抽油泵材料选择原则 确定泵筒采用1Cr5Mo为材料 1Cr5Mo为马氏体型不锈钢 可通过热处理强化 经适当温度回火处理后 可获得良好的强度 韧性及耐蚀性等综合性能 一般可在400 以下使用 但由于随强度 硬度的提高 耐蚀性有下降的趋势 为避免氢应力开裂腐蚀 根据SY T0599 天然气地面设备抗硫化氢应力开裂金属材料要求 的规定 硬度应小于HRC22 HB234 所以泵筒基体的硬度定为HB190 220 2 柱塞 根据GB T18607 抽油泵及其组件规范 要求 柱塞材料有碳钢 不锈钢 因为后期喷焊处理 不锈钢喷焊工艺复杂 质量难以控制 同时成本较高 故选用45钢材料外表面喷焊镍基粉末 由腐蚀机理可知材料的强度 硬度越高 氢脆腐蚀敏感性越大 钢的微晶组织结构对氢脆也有影响 淬火和回火材料要比正火和退火的材料有更好的抗氢脆性 因此为避免H2S腐蚀造成氢应力开裂 柱塞毛坯供货时应是回火状态 硬度HB190 220 为提高柱塞内表面及螺纹的防腐能力 在对试样进行了模拟工况试验后 确定了柱塞的防腐措施为整体镍磷镀处理后 精磨外径 再喷焊Ni60镍基粉末 为保证防腐效果 镍磷镀含磷量 13 为不影响螺纹配合 镀层单边厚度0 02mm 3 阀副在GB T18607 抽油泵及其组件规范 规定中 阀副材料分为不锈钢 钴合金 和硬质合金 综合对比表明 硬质合金的防腐性能和抗冲击性能好 故选硬质合金作为阀副材料 考虑到阀球与阀座的形状和受力状况 将阀球材料定为YG8 硬度HRA88 89 阀座材料定为YG11 硬度HRA85 86 对于腐蚀严重 要求阀副冲击韧性高的工况 推荐使用司太利合金材料 4 阀罩抽油泵的阀罩在工作中承受交变载荷 且受到井液和阀球的冲击 尤其是在含砂井中 容易发生冲刷磨蚀 应力腐蚀和氢脆 所以对材料性能要求较高 既要求有较高的机械性能 还要避免在受力状态下的开裂问题 根据SY T0599中对于潮湿H2S环境下的材料选择原则 推荐使用3Cr17Ni7Mo2N UNSS31800 这是一种C N强化的奥氏体不锈钢 一般说来 含钼的奥氏体不锈钢在有机酸和某些还原性酸中有更好的耐蚀性 而铬能提高钢耐CO2 H2S的腐蚀能力 镍能提高钢对酸 碱的腐蚀能力 同时还能提高钢耐腐蚀疲劳的性能 3Cr17Ni7Mo2N不仅具有良好的抗硫化氢腐蚀能力 机械强度也较高 适用于含硫油井的金属材料 3Cr17Ni7Mo2N经固溶处理 硬度 HRC22 其机械性能如下 常规阀罩使用的材料为45钢调质处理 机械性能如下 5 卡套卡套是杆式泵上的弹性零件 用于座封整个抽油泵 不仅要求材质有较高的强度 还要有良好的弹性 常用的杆式泵卡套材料为60Si2Mn淬火处理 硬度HRC40 46 但腐蚀油井中由于H2S CO2 O2及盐类的存在 必须选择能够防腐蚀的材料或表面处理方法 在酸腐蚀条件下弹簧材料一般选用耐酸不锈钢 如 奥氏体型1Cr18Ni9和1Cr18Ni9Ti 马氏体型3Cr13和4Cr13 沉淀硬化型0Cr17Ni7Al和0Cr15Ni7Mo2Al 1Cr18Ni9和1Cr18Ni9Ti抗腐蚀能力较好 但热稳定性差 且只能制成簧丝 不能制作卡套 马氏体型3Cr13和4Cr13的强度 硬度淬透性和热强性都较高 它的抗腐蚀能力不如奥氏体型不锈钢 但在弱腐蚀介质中 有较好的抗腐蚀性能 同时有较好的热稳定性 这类材料一般用于制作机械性能要求较高 抗腐蚀性能要求较低 工作温度300 以下的弹簧 我们曾经用3Cr13制作成卡套 但其弹性较差 并且在做侧压13kN试验时 脆性太高 卡套压碎 显然3Cr13不能满足杆式泵的使用要求 沉淀硬化型0Cr17Ni7Al和0Cr15Ni7Mo2Al有很高的强度和较好的韧性 这类钢加工性能好 可以冷成型 抗腐蚀性能亦较好 但由于价格较高 只用于有特殊要求 高性能的不锈弹簧 确定卡套材料仍然使用60Si2Mn 但必须进行表面处理 从而提高防腐能力 一般情况下 表面防腐的方式主要有三种 一是表面镀层防腐 如 镀铬 镀镍 镀铜 镍磷镀等 二是表面涂层 三是表面基体处理防腐 如 发蓝 碳氮共渗 氮化等 这三种方法都是在表面形成保护层 达到防腐的目的 具体优缺点如下 通过比较氮化工艺更加适合卡套的使用工况 故选择60Si2Mn表面氮化的技术方案 即采用法国舍舍夫 SURSRLF 技术 对卡套表面进行盐浴氮化处理 表面形成双层氮化组织 下面是氮化铁层 厚度8 10 m 表面是泡沫层 厚度6 8 m 再采用法国阿可 ARCOR 技术 对卡套表面进行盐浴氮化处理 表面泡沫层氧化形成保护膜 经过上述两道工序 卡套表面引入了很高的残余压应力 提高了抗疲劳强度 同时经过阿可技术氧化处理后 可以消除镀层工艺遇到的 氢脆 问题 然后再经过时效处理 克拉克油浸泡等工艺 降低脆性 提高韧性 增强表面的防腐能力 通过上述处理过程 可在机械性能不下降的同时 使卡套具备较好的防腐能力 满足腐蚀油井的工况要求 6 其它组件其它组件由于对机械性能要求不高 采用2Cr13不锈钢 它是一种马氏体型不锈钢 抗腐蚀性和耐磨损性能良好 为防止氢应力开裂 调质处理 硬度HB190 220 三 室内试验 1 试验环境及设备 1 配制5 的NaCl溶液 加入74 2g的Na2CO3 并用乙酸调节P