WT（鎢鈦）合金柱塞在注水泵上應(yīng)用

張江林

（中石化股份公司江漢油田分公司江漢采油廠，湖北 潛江433123）

“新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備”四新技術(shù)應(yīng)用是設(shè)備管理和應(yīng)用永恒的主題。在生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)形成、更新設(shè)備已不現(xiàn)實的前提下，通過新技術(shù)、新工藝、新材料的應(yīng)用以增強或改善設(shè)備某一方面可靠性就成為了最節(jié)約成本的投入方法。WT（鎢鈦）合金柱塞在注水泵上應(yīng)用極大的延長了柱塞的使用壽命，充分體現(xiàn)了四新技術(shù)應(yīng)用投入少、見效快的特點。

1 柱塞失效機理分析

當(dāng)前，江漢采油廠的注水泵采用的主要是Ni60噴焊表面處理的柱塞（HRC58左右 ），雖然其綜合抗腐抗磨能力遠高于以前的碳鋼鉻或低碳滲碳或碳氮共滲等表面處理后的柱塞，但使用壽命也只有800～1 200小時（主要是注水水質(zhì)和工況不同產(chǎn)生差異，注高于35 MPa以上的采出水，柱塞使用壽命較短，注清水壽命較長 ）。僅能滿足 GB／T9234（或JB／T9087、SY／T6141）的要求，即含油污水泵柱塞更換時間:注水壓力小于20 MPa為1 000小時，20MPa～31.5MPa為900小時，31.5MPa以上為700小時標(biāo)準。

該廠注水泵工作范圍在5MPa～50MPa且24小時連續(xù)生產(chǎn)，就意謂柱塞更換頻繁，維修力量投入大，運行成本高，停機時間較多，注水時效低，直至影響原油生產(chǎn)。

經(jīng)統(tǒng)計，柱塞在工作中損壞失效主要有以下幾種形式（見圖1）。

1）表面拉傷。這種現(xiàn)象主要因柱塞表面的雜質(zhì)在柱塞往復(fù)運動時與密封填料摩擦而產(chǎn)生（如，污水中析出的結(jié)晶鹽類或泥砂等雜物 ），也有因裝配中柱塞位置不正偏磨而產(chǎn)生（見圖1a）。

2）表面剝離。主要是因為噴焊或其它表面處理前柱塞的基體表面處理不干凈，致使附著層不能很好地附著在基體上，或附著層厚薄不勻乃至磨削時出現(xiàn)某一部位很薄等，使柱塞工作中承受高強度沖擊和大負荷時，柱塞與密封填料摩擦生熱膨脹不均而開裂出現(xiàn)表層剝離（見圖1b）。

3）端面腐蝕。端面腐蝕分前端面腐蝕和后端面坑蝕兩種。

前端面腐蝕是因為噴焊處理時噴焊層達不到端面，端面沒有噴層的保護，使端面在工作中產(chǎn)生化學(xué)及電化學(xué)腐蝕和高壓液體沖刷而損壞（見圖1c）。

以上所有的柱塞損壞都將造成柱塞的密封失效，污水介質(zhì)刺漏到柱塞后端。后端面由于工作時不直接接觸污水介質(zhì)，在表面處理時往往不處理這一段，當(dāng)密封填料失效，工作介質(zhì)有漏失時，污水就會造成后端面損壞（見圖1d），主要是銹蝕。

圖1 柱塞損壞失效主要形式

此外，柱塞的折斷主要是由于用于加工柱塞的母材存在缺陷（隱傷或裂紋等 ），或加工中對柱塞的一些應(yīng)力集中區(qū)處理不當(dāng)，使之在工作時產(chǎn)生了銳角效應(yīng)，疲勞損壞。此情況多見于小直徑柱塞。

2 WT（鎢鈦 ）技術(shù)處理后的柱塞

重慶胤合機械制造公司在碳鋼柱塞承磨面上復(fù)合一定厚度的鎢鈦合金層再經(jīng)精加工后的WT抗磨蝕鎢鈦柱塞（見圖2），充分“利用了鎢鈦技術(shù)材料高硬度、高強度、高耐磨性、高抗耐腐蝕性、高劃傷性、高耐溫性、較低摩擦系數(shù)、自潤滑抗氧化、高抗沖擊性、高溫穩(wěn)定性等優(yōu)異的理化性能，在柱塞表面復(fù)合一層鎢鈦材料使產(chǎn)品具有抵抗惡劣工況的能力”①?！敖?jīng)檢測該柱塞表面硬度達到70HRC～75HRC，粗糙度達到Ra 0.2μm”②。因此，能充分發(fā)揮WT合金的上述優(yōu)點，大大減小柱塞的磨損，減小摩擦損失，提高柱塞壽命（在同等“惡劣工況下同期比碳鋼鍍鉻、低碳鋼滲碳或碳氮共滲表面處理的柆塞壽命高5－10倍”③）。而且，WT（鎢鈦）合金柱塞只是對柱塞表面進行 WT（鎢鈦 ）技術(shù)處理，其結(jié)構(gòu)、尺寸沒有發(fā)生變化，安裝、使用都與以前柱塞一樣，無特殊操作要求。（①、②、③引用重慶胤合機械制造公司產(chǎn)品介紹）

圖2 WT（鎢鈦 ）合金柱塞

3 現(xiàn)場對比應(yīng)用

為了準確驗證 WT（鎢鈦 ）合金柱塞的應(yīng)用效果，我們以GB／T 9234為標(biāo)準，先后在廣六站同一臺泵上裝兩種柱塞作對比實驗和在新一站進行壽命驗證，其結(jié)果是，廣六站累計運行時間都達到5 000小時以上，新一站間斷運行累計也達到了2 500小時，而且已歷時8個月，都仍能繼續(xù)使用，效果非常明顯（見表1）。

表1對比結(jié)果如下:

1）柱塞表面經(jīng)過 WT（鎢鈦 ）技術(shù)處理后，使用壽命遠遠高于國標(biāo)和現(xiàn)用的Ni60噴焊表面處理的柱塞。

2）WT柱塞對造成泵柱塞損壞的主要因素（氯離子腐蝕、柱塞填料失效后，高壓水刺蝕和結(jié)晶鹽對柱塞的顆粒磨損）具有很好的遏制作用。

4 經(jīng)濟效益分析

從上述使用結(jié)果可知，同等條件下，WT柱塞的使用壽命是Ni60噴焊表面處理柱塞的至少4倍以上，相當(dāng)于同等時間內(nèi)少換4次柱塞。目前，Ni60噴焊表面處理的柱塞按大小不同定價，價格在360～1 100元／根，換一個柱塞平均花費770元（按平均費用650元／根＋6個填料 ×20元／個 ）。

該廠現(xiàn)有330臺泵，每臺泵年平均換4次柱塞，每次3～5根柱塞（三缸、五缸不同 ），經(jīng)統(tǒng)計，2012年一年換1 500多根柱塞，直接費用約100萬元，還不包括人工、車輛等費用。因此，WT柱塞的使用在其一個壽命周期內(nèi)至少可節(jié)約柱塞費用75萬元以上。而且，由于壽命的延長，減少了維修次數(shù)，同時也相應(yīng)減少了工人勞動強度和因柱塞損壞污水泄漏造成的環(huán)境污染。

5 結(jié)束語

當(dāng)前，柱塞式注水泵是油田石油采出水回注的主力注水泵?，F(xiàn)場應(yīng)用中，由于上述諸多原因，柱塞式注水泵的柱塞壽命都不長，且維護成本高，停機時間多，勞動強度大，注水時率低。為此，我們一直在尋找制造柱塞的新材料、新工藝以延長柱塞的使用壽命。

通過實踐證明，WT（鎢鈦）合金材料在注水泵柱塞上的應(yīng)用，極大的延長了柱塞的使用壽命，經(jīng)濟效益立竿見影，具有一定的實用性和推廣價值。

［1］GB－T 9234－1997，機動往復(fù)泵［S］.

［2］JB／T 6911－2007，往復(fù)泵產(chǎn)品零件熱處理技術(shù)條件［S］.