防腐抽油泵介绍课件

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：

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。

（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。

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8－10μm），表面是泡沫层（厚度6－8μm）；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PH值至4。（2）、试件在湿热箱中，升温至90℃，连续通入H2S气体，10—15min至饱和状态，容器密封，观察后再向容器内通入H2S气体，并调整PH值，如此循环操作。

2、试验结果：

材料数量表面处理腐蚀开始时间最终腐蚀情况35CrMo1未处理40小时后腐蚀严重60Si2Mn1氮化处理120小时后出现轻微锈蚀点45喷焊柱塞2内表面镍磷镀外表面喷焊72小时后镀层出现轻微锈蚀点，喷焊层无腐蚀