一、引言

    腐蝕和磨損是危害石油石化工業(yè)生產(chǎn)的嚴(yán)重問題。據(jù)調(diào)查，我國石油石化工業(yè)每年因磨損和腐蝕所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)億元。我國石油工業(yè)中的管道、儲罐、油井套管等設(shè)施的腐蝕和磨損情況，隨著我國油氣田開發(fā)年限和設(shè)備使用年限的增長越來越嚴(yán)重；而我國石化工業(yè)中，隨著進(jìn)口高含硫原油的煉制，設(shè)備的腐蝕問題同樣日益嚴(yán)重。所以，因腐蝕和磨損對設(shè)備安全穩(wěn)定運行帶來的不利影響會越來越突出，迫切需要提高石油石化工業(yè)中開采和加工設(shè)備的耐磨性和耐蝕性。

    對磨損、腐蝕造成零件失效的研究表明，這些失效大都發(fā)生在材料表面3-4。利用表面工程的技術(shù)手段對材料表面進(jìn)行處理，改善材料的表面性能，會有效地延長零件使用壽命，因此，表面工程在石油石化工業(yè)中具有重要地位。

    熱噴涂技術(shù)是表面工程中重要的表面處理技術(shù)，它是指在保持零件本體材料原有性能的基礎(chǔ)上，通過在其表面制備一層具有優(yōu)越性能的覆蓋層，賦予零件表面耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、抗疲勞等多種性能。采用熱噴涂技術(shù)的最大優(yōu)勢是能夠以多種方法制備出優(yōu)于本體材料性能的表面功能薄層，其厚度僅為結(jié)構(gòu)尺寸的幾十分之一，卻使零件具有了比本體材料更高的耐磨性、抗腐蝕性和耐高溫等性能。即使采用性能優(yōu)異的貴重、稀有元素，也不會顯著增加成本。此外，熱噴涂技術(shù)還能直接針對許多貴重零部件的失效原因，實行局部表面強(qiáng)化、修復(fù)、預(yù)保護(hù)，以達(dá)到延長使用壽命或重新恢復(fù)使用價值的目的。所以，采用熱噴涂技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益是十分巨大的。

二、熱噴涂技術(shù)的特點及其常用方法

    熱噴涂技術(shù)是通過火焰、電弧或等離子體等熱源，將某種線材或粉末狀的材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，并加速形成高速熔滴，噴向基體，在其上形成覆蓋層。這種覆蓋層稱為噴涂層。

    與其他表面涂層技術(shù)相比，熱噴涂技術(shù)具有以下特點：

    （1）方法多樣。熱噴涂方法多達(dá)十幾種，為制備涂層提供了多種手段

    （2）涂層基體材料不受限制。熱噴涂可以在幾乎所有固體表面制備涂層，如金屬材料、無機(jī)材料（玻璃、陶瓷）和有機(jī)材料（木材、布、紙）等。

    （3）噴涂材料的種類選擇范圍廣泛。幾乎所有的金屬、合金、陶瓷、塑料等都可以作為噴涂材料。

    （4）被噴涂物體的尺寸、大小和形狀不受限制。既可對大型設(shè)備進(jìn)行大面積噴涂，也可對工件的局部進(jìn)行噴涂。既可噴涂零件，又可對制成后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行噴涂。

    （5）可賦予普通材料以特殊的表面性能。可使材料滿足耐磨、耐蝕、抗高溫氧化、隔熱、密封等特殊性能要求，達(dá)到節(jié)約貴重材料，提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足多種工程和尖端技術(shù)的需要。

    （6）涂層厚度較易控制。薄者可為幾十微米，厚者可為幾毫米。

    （7）成本低。經(jīng)濟(jì)效益顯著。

    由此可見，熱噴涂技術(shù)具有工藝靈活、適用性強(qiáng)、易于推廣、經(jīng)濟(jì)及其他工藝所不能替代的特點，在表面工程中占據(jù)著重要地位。

    目前，在生產(chǎn)實踐中應(yīng)用比較廣泛的方法主要有火焰噴涂（包括線材火焰噴涂、粉末火焰噴涂、爆炸噴涂、超音速火焰噴涂）、等離子噴涂和電弧噴涂。

三、熱噴涂技術(shù)在石油石化工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1、修復(fù)石油機(jī)械

    隨著先進(jìn)制造技術(shù)及設(shè)備工程學(xué)的不斷發(fā)展，制造與維修將越來越趨于統(tǒng)一，“維修”已被賦予了更廣泛的含義。1984年美國“技術(shù)評論”提倡舊品翻新或再生，并稱為“重新制造”。重新制造所需能源約為制造新品的20%~60%，價格只有新品的40%~60%。許多采用熱噴涂技術(shù)處理過的舊零部件，其性能要優(yōu)于新品。

    石油鉆機(jī)等設(shè)備中一些大功率曲軸，油田使用的各種重型車輛、拖拉機(jī)、柴油機(jī)的曲軸等磨損后均可采用熱噴涂技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。如可采用電弧噴涂3Cr13涂層或等離子噴涂陶瓷涂層來修復(fù)。這樣既可顯著降低成本，又能延長設(shè)備使用壽命，尤其是可有效解決進(jìn)口設(shè)備的修復(fù)問題。還可采用熱噴涂方法恢復(fù)加工超差零部件或強(qiáng)化耐磨件表層。

    油田使用的各類泵的柱塞、缸套、葉輪等零件均可采用多種熱噴涂方法進(jìn)行修復(fù)。如可采用超音速火焰噴涂WC-12Co或等離子噴涂Al2O3等來修復(fù)和強(qiáng)化，也可采用電弧噴涂1Cr13鋼絲進(jìn)行修復(fù)。采用熱噴涂技術(shù)修復(fù)后的柱塞使用壽命高于表面淬火柱塞，略低于工作表面噴焊鎳基合金的柱塞。對于一些大直徑柱塞，由于變形而無法采用噴焊進(jìn)行修復(fù)時，熱噴涂則不失為一種無變形、低成本的最佳修復(fù)方法。國內(nèi)曾修復(fù)一個12噸的柱塞，噴涂層重達(dá)33公斤，涂層作封孔處理后，使用性能優(yōu)于新柱塞，而成本只有新柱塞的1/4。油田注水泵電動機(jī)及煉油、鹽化系統(tǒng)使用的大功率電動機(jī)轉(zhuǎn)子，可采用熱噴涂技術(shù)對其磨損的軸頸部位進(jìn)行修復(fù)。

2、提高機(jī)械零件的耐磨性

    煉油廠的催化裂化裝置，一般采用煙氣能量回收系統(tǒng)。但由于煙氣輪機(jī)是在帶有固體催化劑微粒及有腐蝕介質(zhì)的高溫?zé)煔饬飨鹿ぷ鳎鋭印㈧o葉片等零部件易受沖蝕，其使用壽命只有2~12個月。而采用等離子噴涂技術(shù)在動、靜葉片表面噴涂合金粉末，可提高動、靜葉片的抗沖蝕磨損性能，從而延長煙氣輪機(jī)的使用壽命。

3、噴涂石油機(jī)械零件

    耐磨耐蝕球閥：對于工作在溫度達(dá)540℃，壓力達(dá)140MPa的含有腐蝕性砂漿的管道中的金屬座球閥，應(yīng)用超音速火焰噴涂WC-Co涂層、Cr2C3-NiCr涂層、Fe-Cr-Ni-Mo涂層或WC-Ni涂層，可大幅度改善球閥的耐腐蝕和耐沖蝕性能，提高使用可靠性和壽命。抽油桿：為了適應(yīng)腐蝕油井生產(chǎn)的需要，美國用AISI431不銹鋼材料生產(chǎn)了不銹鋼抽油桿，該抽油桿的特點是耐腐蝕性好，但成本較高。為了節(jié)約成本，美國ContinentalOilCompany利用AISI316不銹鋼粉末，對API的C級和D級抽油桿進(jìn)行了等離子噴涂，制成了噴涂不銹鋼抽油桿，該抽油桿也具有防腐性能，但成本比不銹鋼的要便宜。抽油泵柱塞：國內(nèi)對油井抽油泵柱塞加工的一般方法有：表面鍍鉻、化學(xué)鍍鎳-磷和表面噴焊鎳基合金。目前，熱噴涂陶瓷涂層作為一種新的處理工藝已被用來制造抽油泵柱塞。采用熱噴涂技術(shù)在柱塞表面噴涂87%Al2O3+13%TiO2的陶瓷材料形成陶瓷涂層。用這種方法制造的抽油泵柱塞。在含砂井中的運行時間可達(dá)兩個多月。其壽命為傳統(tǒng)工藝所制造柱塞的兩倍。鉆頭：爆炸噴涂WC-Co涂層成功地用于鉆頭，提高了鉆頭的抗磨損、抗腐蝕和抗沖蝕能力，也可采用等離子噴涂工藝在人造金剛石鉆頭表面制備復(fù)合合金涂層。

4、容器、管道和塔的防腐

    油田使用的塔、罐、管道可采用電弧噴涂鋁、鋅、不銹鋼等涂層防腐或采用火焰噴塑防腐。杜邦、聯(lián)合化工、殼牌等公司在反應(yīng)發(fā)生器內(nèi)壁已大量使用線材噴涂不銹鋼、司太立合金、鉬和鈦合金。采用等離子噴涂、超音速火焰噴涂、電弧噴涂均可解決油田用各種鍋爐管道的腐蝕和沖蝕問題。

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