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(shí)的前提下，通過新技術(shù)、新工藝、新材料的應(yīng)用以增強(qiáng)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(diǎn)。

1 柱塞失效機(jī)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(yuǎn)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(shí)（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(shí)間:注水壓力小于20 MPa為1 000小時(shí)，20MPa～31.5MPa為900小時(shí)，31.5MPa以上為700小時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

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

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，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(yùn)動(dòng)時(shí)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?yàn)閲姾富蚱渌砻嫣幚砬爸幕w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(shí)出現(xiàn)某一部位很薄等，使柱塞工作中承受高強(qiáng)度沖擊和大負(fù)荷時(shí)，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?yàn)閲姾柑幚頃r(shí)噴焊層達(dá)不到端面，端面沒有噴層的保護(hù)，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(shí)不直接接觸污水介質(zhì)，在表面處理時(shí)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(shí)，污水就會(huì)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(duì)柱塞的一些應(yīng)力集中區(qū)處理不當(dāng)，使之在工作時(shí)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(jī)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(qiáng)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(dá)到70HRC～75HRC，粗糙度達(dá)到Ra 0.2μm”②。因此，能充分發(fā)揮WT合金的上述優(yōu)點(diǎn)，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(duì)柱塞表面進(jìn)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(jī)械制造公司產(chǎn)品介紹）

圖2 WT（鎢鈦 ）合金柱塞

3 現(xiàn)場對(duì)比應(yīng)用

為了準(zhǔn)確驗(yàn)證 WT（鎢鈦 ）合金柱塞的應(yīng)用效果，我們以GB／T 9234為標(biāo)準(zhǔn)，先后在廣六站同一臺(tái)泵上裝兩種柱塞作對(duì)比實(shí)驗(yàn)和在新一站進(jìn)行壽命驗(yàn)證，其結(jié)果是，廣六站累計(jì)運(yùn)行時(shí)間都達(dá)到5 000小時(shí)以上，新一站間斷運(yùn)行累計(jì)也達(dá)到了2 500小時(shí)，而且已歷時(shí)8個(gè)月，都仍能繼續(xù)使用，效果非常明顯（見表1）。

表1對(duì)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(duì)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(duì)柱塞的顆粒磨損）具有很好的遏制作用。

4 經(jīng)濟(jì)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(shí)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(jià)，價(jià)格在360～1 100元／根，換一個(gè)柱塞平均花費(fèi)770元（按平均費(fèi)用650元／根＋6個(gè)填料 ×20元／個(gè) ）。

該廠現(xiàn)有330臺(tái)泵，每臺(tái)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(jì)，2012年一年換1 500多根柱塞，直接費(fèi)用約100萬元，還不包括人工、車輛等費(fèi)用。因此，WT柱塞的使用在其一個(gè)壽命周期內(nèi)至少可節(jié)約柱塞費(fèi)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(shí)也相應(yīng)減少了工人勞動(dòng)強(qiáng)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。現(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(hù)成本高，停機(jī)時(shí)間多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，注水時(shí)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(shí)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(jì)效益立竿見影，具有一定的實(shí)用性和推廣價(jià)值。

［1］GB－T 9234－1997，機(jī)動(dòng)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］.