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钨合金电镀彻底根除石油机械的“切肤之痛”

    油田设备的“腐蚀”与“磨损”被称为两大世界级难题,全国约2.92万口油井都存在不同程度的腐蚀与磨损,随着我国油气田开发年限和设备使用年限的增长更是每况愈下。另外,高含硫原油进口量大幅增加,炼制设备的腐蚀问题同样日益突出。更加可怕的是,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。


钨合金电镀彻底根除石油机械的“切肤之痛”


在目前普遍使用的几种主要电镀工艺中,电镀铬工艺耐磨,成本低,但环境污染严重,且不耐氯离子腐蚀;化学镀镍磷工艺耐腐蚀却不耐磨,成本也高;热喷涂工艺各项技术指标均不错,可是生产成本高,很难大范围推广。


据我国知名青年化工专家,美国加州大学博士后,湖南大学博导何凤姣教授指出:“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。”


“从目前来看,只有钨合金电镀技术性能大幅提高,其硬度与耐磨性和电镀铬相当,但是耐酸耐碱,生产成本低廉,而且可以根据石油井下的具体作业情况配置电镀液,实施相应的电镀工艺,满足其作业要求。现在,同样的环境下,采用钨合金电镀的设备使用寿命高出好几倍。” 何凤姣教授解释说,“钨合金电镀之所以性能如此优越,是因为钨合金电镀后所得的镀层是新的合金材料,镀态为非晶结构,经不同的热处理工艺,可转变为非晶夹杂纳米晶或纳米晶结构,经国家权威部门检测,该合金具有很好的耐磨性,很好的耐酸、耐碱、耐盐雾性能,以及优异的抗高温氧化性能,与基底材料有很好的结合力。”


钨合金电镀工艺一举解决腐蚀与磨损两大难题,据统计,我国每年油井管300多万吨,而高技术含量、高附加值的高端油井管,如抗H2S、Cl-防腐油管等几乎完全依靠进口,每年进口油管60万吨,价值300亿元以上。目前,该成果已经取得8项专利许可,获得了国家机械工业科学技术奖一等奖,获得国家重点新产品证书。更让何教授高兴的是,国家环保总局将该技术列为国家重点环境保护实用技术(A类),列为国家鼓励发展的资源节约综合利用和环境保护技术。


钨合金电镀工艺在石油机械行业的应用,不但可以解决电镀铬带来的污染问题,更重要的是可以提高中国石油[10.23 0.49% 股吧 研报]机械制造业各类关键性零部件产品的性能,给整个石油机械制造业带来了变革,促进了产业链的整体升级,特别是防腐抗硫油井臂和抗硫钻杆可应用于H2S含量大于等于15万PPM,CL-含量达150克/L的极端腐蚀环境,使我国在该产业上达到国际领先的水平,解决了我国高端钻采设备依赖国外进口设备的现状。


据介绍,由湖南纳菲尔新材料科技股份有限公司研制成功的钨合金防腐油管已经通过硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)性能试验,抗硫化氢腐蚀,抗氯离子腐蚀,完全可以替代进口油井管,而价格却只有进口管的60%。目前该项技术已经被中海油、中原油田、胜利油田等国内油田使用,获得好评。


由湖南大学和纳菲尔新材料联合开发的纳菲尔钨合金电镀工艺在石油钢管上的应用则可以有效的解决这一难题。高晖说,“湖南大学和纳菲尔新材料共同研制的高抗硫油井管经测试各项性能指标达到了国外sandevik和住友、NKK等大公司的镍基合金管水平,可应用于H2S含量大于等于15万PPM,CL-含量达130克/L的极端腐蚀环境,使我国在该产业上达到国际领先的水平”


经过十余年的研究和试验,纳菲尔钨合金电镀工艺已在抽油杆,抽油杆接箍,抽油杆光杆,抽油泵的泵筒和柱塞,油管,油管接箍,螺杆钻具的螺杆等八种石油机械上进行应用,镀钨合金耐磨防腐石油机械已在大庆油田,胜利油田,克拉玛依油田,塔里木油田,青海油田,长庆油田,中原油田,大港油田,吉林油田,伊朗油田等十个油田应用,效果反馈良好。


我国著名石油装备专家,中国石油勘探开发研究院装备所吴则中教授说,自己从2006年开始接触纳菲尔钨合金电镀工艺,认为这项工艺是当之无愧的高新技术,具有很好的耐磨防腐性能,没有污染,是清洁工艺 ,同时成本与镀铬相接近,不但在石油机械领域而且在更多表面处理领域都具有应用推广价值。


据吴教授介绍,在伊朗油田,德州联合石油机械有限公司生产的5LZ89X7螺杆钻具的转子,原来采用传统的镀铬工艺,2005年在伊朗油田的饱和盐水泥浆中使用40小时,镀层脱落,改用纳菲尔钨合金电镀工艺,在相同工作条件下工作310小时,镀层完好;在塔里木油田,某区块H2S含量80000ppm,普通抽油杆使用一个月断裂,镀钨合金抽油杆2010年8月下井,到12月仍正常工作;在青海油田采油一厂水井2007年11月试验镀钨合金油管,2008年6月22日取出,无腐蚀、结垢,而普通油管腐蚀严重。


吴则中教评价说,纳菲尔钨合金电镀技术剑走偏锋,在全球高端防腐抗硫石油钢管市场,用高强度钢表面改性的方法生产的全新油井管可以全面替代双相钢和镍基合金钢,不但成本更低、力学性能和防腐耐磨性能也更好。(完)

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