石油機械熱處理技術研究

吳艷瑛

（大慶油田工程建設有限公司國際事業(yè)部第三工程部，黑龍江 大慶 163453）

大量實例表明，高效、先進的石油機械熱處理技術，是提高石油品質(zhì)和質(zhì)量的基礎保證，同時也對石油的價格造成影響。石油機械熱處理技術是目前我國石油機械中最重要的一項技術，在工業(yè)技術日新月異的背景下，提高石油機械處理技術水平，能夠有效保證石油機械裝置運行的穩(wěn)定性。我國對此方面的研究還有待于進一步深入，因此，本文基于實例，對石油機械熱處理技術做如下分析。

1 實例分析

某油田企業(yè)始建于1960年，截至2017年12月底，累積探明的石油地質(zhì)儲量為57．67億t，累積生產(chǎn)石油21．41億t，占全國陸地石油總產(chǎn)量的45．6%，從2006～2017年，實現(xiàn)連續(xù)11年穩(wěn)定5000萬t以上。由于該石油企業(yè)規(guī)模比較龐大，集石油開采、煉制、銷售等為一體。石油機械包括：石油勘測、開采、鉆井等機械設備，這些設備終年在惡劣的環(huán)境下運行，且工作強度比較大，對石油機械熱處理技術提出了更高的要求。需要經(jīng)過在表面氧化、防腐處理、力學上檢驗合格，才能充分發(fā)揮石油機械的作用和價值。

2 石油機械熱處理技術的特點

2.1 大大提高產(chǎn)品的可靠性

在石油機械設備中應用熱處理技術，可大幅度提升產(chǎn)品的可靠性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

應用水溶性淬火介質(zhì)。隨著我國工業(yè)技術的發(fā)展，對材料的淬透性、淬硬性提出更高的要求，如在處理高強度鉆桿接頭時，應用水基合成淬火劑取代了傳統(tǒng)油淬火液，熱處理工藝更加先進，經(jīng)過此種熱處理技術淬火的石油機械設備，其熱處理的性能可達到API標準的要求。

通過雙室真空處理裝備，可對精密量具、絲扣等細小、精度高的工件進行熱處理，可大幅度提升石油機械運行的穩(wěn)定性和質(zhì)量。

通過應用連續(xù)爐、周期爐，以及先進的計算機滲碳工藝技術，可有效解決傳統(tǒng)鉆頭、泵閥體等工件在滲碳熱處理中存在的問題。此系統(tǒng)由STD總線工業(yè)計算機、智能控溫儀、熱電偶、可控硅等共同組成，爐中溫度誤差可控制在±0．5℃之內(nèi)，硬化層深度可達0．3～5mm，硬化深入誤差高達±0．1mm。

2.2 可有效滿足產(chǎn)品綜合機械性能較高的需求

就該石油企業(yè)而言，在2010年就實現(xiàn)了用20SiMn2MoVA來加工廠生產(chǎn)500t單臂吊環(huán)、吊卡等產(chǎn)品，并取得了良好的應用效果，在國際市場上也占得一席之地。在2011年應用27SiMn2WVA鋼來制作石油鉆桿和母錐等工件，并采用碳氮共滲工藝來熱處理，經(jīng)過上述方法處理的石油機械，不但具有高強度、高韌性的特點，而且表面硬度可到60～65HRC。

2.3 可滿足大型設備對熱處理的基本要求

通過有效裝載面積為25×104cm2的大型光離子氮化爐，可以對石油鉆機的轉(zhuǎn)盤齒輪、傳統(tǒng)齒輪、變速箱齒輪等零件進行表面強化處理，研究表明，經(jīng)過大型光離子氮化爐的零件，具有變形系數(shù)小、抗腐蝕性強、耐磨程度高的優(yōu)勢。

200kWD的高頻設備，可以對大型軸類、鏈輪等工件的表面進行感應加熱淬火處理，可有效滿足產(chǎn)品對硬度、耐磨性、耐疲勞等機械性能的要求。

3 我國石油機械熱處理技術中存在的問題

由于石油機械設備屬于專業(yè)型機械設備，其他化工企業(yè)幾乎不能使用，因此，石油機械設備的市場流通性比較差，需求量也較小，使得很多石油企業(yè)在技術創(chuàng)新、設備研發(fā)等方面缺乏主動性，這一點也是導致我國目前石油機械設備熱處理技術一直難以取得重大突破的主要原因。就目前我國石油機械熱處理技術的發(fā)展現(xiàn)狀而言，存在的問題主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 污染問題

就該石油企業(yè)而言，始建于1960年，雖然在近60年的時間內(nèi)，為我國社會經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展作出了重要貢獻，但同時也給能源消耗和生態(tài)環(huán)境污染帶來了嚴重的問題。大量實例表明，傳統(tǒng)石油機械熱處理技術，在能源消耗和環(huán)境污染上，對周圍社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境造成了嚴重影響。特別是污染問題，在熱處理過程中所產(chǎn)生的廢水、廢渣、油煙等，對當?shù)乜諝赓|(zhì)量、水資源造成了嚴重污染。自從進入21世紀以后，我國人民逐漸意識到環(huán)境污染的重要性，這就要求在石油機械熱處理的過程中，要消耗大量的材料、物力來控制對環(huán)境的污染，無形中增加了石油機械熱處理的難度和成本。

3.2 技術落后問題

石油機械設備屬于專業(yè)化設備，在市場上具有很強的局限性，因此，石油機械設備生產(chǎn)加工企業(yè)，并沒有在熱處理新技術和新工藝研發(fā)上投入更多精力。發(fā)展至今，仍然有很多企業(yè)還在沿用上世紀80年代的熱處理技術，雖然此種傳統(tǒng)的熱處理技術可滿足石油開采設備的具體需求，但缺乏創(chuàng)新，導致生產(chǎn)效率得不到順利提升。再加上熱處理技術不夠規(guī)范，使得石油機械設備的各個工件、零部件的質(zhì)量參差不齊，很大程度上限制了石油開采和加工專業(yè)水平的提高。

3.3 設備陳舊問題

發(fā)展至今，我國很多石油企業(yè)為降低生產(chǎn)成本，仍然采用上世紀70年代研制生產(chǎn)的機械設備，不但限制了生產(chǎn)效率的提升，而且也會增加安全事故發(fā)生的概率。主要原因是：石油機械設備的供需量比較大，而且常年在自然條件比較惡劣的環(huán)境下運行，再加上石油機械設備生產(chǎn)廠家對傳統(tǒng)設備更新?lián)Q代的積極性比較差，導致石油機械設備生產(chǎn)一直沒有實現(xiàn)規(guī)?；同F(xiàn)代化的生產(chǎn)。

4 發(fā)展我國石油機械熱處理技術的建議

4.1 直面WT〇，盡快實現(xiàn)石油機械專業(yè)化熱處理生產(chǎn)

自從我國加入WTO以來，社會經(jīng)濟和各項生產(chǎn)技術快速發(fā)展，很多外來先進技術和理念進入我國，為石油機械熱處理生產(chǎn)實現(xiàn)專業(yè)化、規(guī)?；?、現(xiàn)代化奠定了堅實基礎。因此，各大石油生產(chǎn)企業(yè)，要盡快轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)理念，區(qū)域熱處理協(xié)會要做好帶頭作用，促使熱處理行業(yè)向著專業(yè)化、現(xiàn)代化的方向發(fā)展。同時石油機械設備熱處理廠家還要充分結(jié)合自身的優(yōu)勢和區(qū)域機械工業(yè)的發(fā)展要求，及時做出正確的調(diào)整和改革。促使熱處理工藝、技術逐步向更加高水平的方向發(fā)展，同時還要加強區(qū)域和周邊機械行業(yè)的服務能力，為優(yōu)化熱處理技術營造良好的環(huán)境。

4.2 逐步落實IS〇 9000和IS〇 1400國際標準

為促使我國石油機械熱處理企業(yè)能在國際市場中占得一席之地，就必須切實提升機械設備熱處理企業(yè)現(xiàn)代化、規(guī)范化的管理水平，才能在WTO的競爭中取得勝利。所以，在熱處理過程中，要逐步貫徹ISO 9000和ISO 1400國際標準，同時也是實現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要途徑。

4.3 充分推廣少無氧化熱處理技術

第一，石油化工機械熱處理企業(yè)的管理人員要充分認識到少無氧化熱處理的重要性，并積極宣傳少無氧化熱處理節(jié)能、節(jié)約材料和無環(huán)境污染等優(yōu)勢。第二，加大固定資產(chǎn)的投入，充分發(fā)展和推廣先進的密封多用處理爐、連續(xù)滲碳淬火爐等新型熱處理工藝裝備，充分發(fā)展適合中國國情的少無氧化加入淬火設備系統(tǒng)，逐步提升少無氧化生產(chǎn)在石油機械熱處理中所占的比例。

4.4 充分應用先進的精密和清潔熱處理技術

研究表明，在石油機械熱處理中應用先進、科學的熱處理技術，既能有效降低對周圍生態(tài)環(huán)境的影響，而且還能大幅度提升熱處理效率。所謂先進的熱處理技術是指通過計算機技術、互聯(lián)網(wǎng)技術、自動化技術、新材料技術等相互結(jié)合而成的具有高效、低耗、清潔熱處理特點的總稱。目前應用在石油機械熱處理中的先進熱處理技術包括：真空熱處理、感應熱處理、高能密集熱處理、熱處理工藝計算機輔助設計等。

4.5 推廣應用計算機模擬仿真和控制技術

隨著我國計算機技術的不斷發(fā)展，各項技術愈發(fā)成熟，被廣泛應用在各大領域，大大提高了生活質(zhì)量和生產(chǎn)效率。計算機技術在石油機械熱處理中需要開發(fā)和應用的項目包括以下幾種。

第一，石油機械熱處理工藝過程和計算機模擬方針，通過建立各種數(shù)據(jù)庫，然后通過可視化編程技術和開發(fā)軟件來實現(xiàn)對加熱速度、淬火過程、變化規(guī)律的全過程控制，可大大降低產(chǎn)品的費損率。第二，在石油機械設備方面，可以通過計算機控制技術，對爐內(nèi)氣分、溫度變化情況等參數(shù)進行全方位控制。第三，通過計算機技術還能實現(xiàn)冷卻介質(zhì)系統(tǒng)濃度的自動調(diào)整，和介質(zhì)溫度的自動散熱循環(huán)控制。

5 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合實例，深入分析了石油機械熱處理技術的特點、存在的問題，以及發(fā)展我國石油機械熱處理技術的建議。研究表明，在新常態(tài)大環(huán)境的背景下，石油機械熱處理技術中，要加大對新技術的研發(fā)和創(chuàng)造力度，提升生產(chǎn)水平，才能實現(xiàn)石油機械熱處理現(xiàn)代化和專業(yè)化的發(fā)展。

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