随着现代科学技术和生产规模的发展，石油化工设备日益向着大型化、高精度，复杂化发展，许多设备是进口的大型设备，价格昂贵。石化设备的工作环境大都处在高速、高温、高压、腐蚀介质的条件下，因此腐蚀和磨损是危害石油石化工业生产的严重问题。
据调查：我国石油石化工业每年因磨损和腐蚀所造成的直接经济损失达数亿元。我国石油工业中的管道、储罐、油井钻杆、泵等设施的腐蚀和磨损情况随着我国油气田开发年限和设备使用年限的增长越来越严重，而我国从国外进口的高含硫原油的炼制设备的腐蚀问题同样日益严重，所以迫切需要提高石油石化工业中开采和加工设备的耐磨性和耐蚀性。对磨损和腐蚀造成零件失效的研究表明：这些失效大都发生在材料表面，大部分通过热喷涂技术对其表面进行修复会达到很好的效果。采用热喷涂技术的最大优势是能够以多种方法制备出优于本体材料性能的表面功能薄层，其厚度仅为结构尺寸的几十分之一，却使零件具有了比本体材料更高的耐磨性、抗腐蚀性和耐高温等性能。此外，采用热喷涂技术的经济效益和社会效益也十分客观。
摘要：采用热喷涂技术能够制备出比本材料更具有耐腐蚀性和耐磨性的涂层，一般的热喷涂分为火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂、超音速火焰喷等，目前集中先进的热喷涂工艺有激光熔覆和冷喷技术，热喷涂技术在石油设备的修复中占据着重要的地位，能有有效的提高设备的耐腐蚀性和耐磨性，实践表明，热喷涂技术是延长石油设备寿命的有效手段，在我国石油工业领域中有着广泛的应用前景。
关键词：等离子喷涂http://www.sunspraying.com/kepuyuandi/denglizipentu/20120902/1346562534389.html；热喷涂；腐蚀；修复
1热喷涂的分类及其基本原理
热喷涂是利用热源将喷涂材料加热到熔化或半熔化状态，借助于焰流或外加的推力将熔滴雾化或推动熔粒成喷射的粒束，以一定速度喷射到经过制备的基体表面形成某种功能的涂层。
1．1热喷涂的特点
(1)喷涂材料的选择范围广泛，它几乎包括所有的固体材料；如金属及其合金，各种陶瓷及金属陶瓷、塑料和各种类型的复合材料等。
(2)一般不受施工场所的限制，既可以在室内喷涂，又可以现场施工·
(3)一般不受工件尺寸及形状限制，既可对大型构件进行大面积喷涂，也可以对工件进行局部喷涂。
(4)涂层厚度可以在几十微米到几毫米范围内控制，因此可作薄涂层或厚涂层使用，除此之外，热喷涂工艺对基体材料热影响较小，热喷涂的生产率高。
1．2几种传统的热喷涂工艺
目前，在生产实践中应用比较广泛的方法丰要有火焰喷涂(包括线材火焰喷涂和热喷涂粉末火焰喷涂)，电弧喷涂，等离子喷涂，爆炸喷涂，超音速火焰喷涂。
1．2．1火焰喷涂
线材火焰喷涂就是将线材或棒材从喷枪的中心孔内送出，由燃烧气体火焰熔化，周围的压缩空气流将熔化的金属雾化，并喷射到经过预处理的工件表面形成涂层。热喷涂粉末材料由送料罐内自然落或由自动送给热喷涂粉末装置等将热喷涂粉末送入流经喷枪内部的气流中，热喷涂粉末经燃烧火焰时熔化并雾化成微小熔滴，喷射到经过预处理的工件表面形成涂层。火焰喷涂设备简单，操作方便，应用广泛，可用于野外现场施工，成本较低，但涂层致密度和结合强度较其它几种热喷涂方法差一些。
1．2．2电弧喷涂
电弧喷涂是将两根被喷涂的金属丝作为自耗性电极，利用其端面产生的电弧作热源来熔化金属丝材，用压缩空气进行雾化的热喷涂方法。电弧喷涂具有设备简单、操作方便、适应性好、喷涂成本低，能源利用率高和喷涂生产率高等优点。但它只能喷涂丝材，使喷涂材料范围受到限制，近期发展的管状复合丝材技术扩大了喷涂材料范围。
1．2．3等离子喷涂
等离子喷涂就是在阴极和阳极之间产生一直流电弧。该电弧把导入的工作气体加热电离成高温等离子体并从喷咀喷出形成等离子焰。热喷涂粉末由送粉气体送入等离子射流后被熔化，加速，喷射到以预处理的基体材料表面形成涂层。它的特点：喷涂材料范围广，制备难熔金属、陶瓷、金属陶瓷复合材料涂层及其它特殊功能涂层；涂层结合强度高，气孔率低；惰性气体等离子射流有保护气氛，加氢的射流有还原气氛，避免或减少了喷涂粒子的氧化。缺点是，设备昂贵，一次性投资大，它主要用于制备质量要求高的耐蚀．耐磨，隔热、绝缘、抗高温和特殊功能涂层。
1．2．4爆炸喷涂
它的基本原理就是将一定比例和流量的乙炔和氧气引入内径为25ram的水冷枪筒内，与同时引入的喷涂热喷涂粉末混合，通过火花塞瞬间引爆，枪筒内的温度突然上升到3300℃以上，气体燃烧的速度超过音速的十倍，形成冲击波，爆炸的热能将喷涂热喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态，并使熔粒加速到2倍音速喷出，撞击到基体表面形成涂层，此后将氮气引入枪简内置换，直到下一个爆炸过程开始，喷涂频率可达每秒4～8次。
它的特点是：涂层结合强度高，它与基材的结合力比等离子喷涂高，尤其是WC-Co涂层比等离子喷涂高2倍以上；涂层硬度高，喷涂WC—Co涂层的断面硬度比等离子喷涂高50％以上；气孔率低，喷涂WC—Co涂层气孔率一般只有0．5％。目前爆炸喷涂主要用于制备优质耐磨涂层。
1．2．5超音速火焰喷涂
超音速火焰喷涂(ttighVelocity Oxy-Fuel Spraying简称HVOF)是自等离子喷涂和爆炸喷涂之后热喷涂技术的又一重大进步，超音速火焰喷涂产生于20世纪80年代，是利用可燃性气体与氧气在特制的燃烧室内燃烧产生高温高速的燃烧火焰，其速度可达1500～2000m／s(5马赫以上)，随后用惰性气体将热喷涂粉末送入燃烧室，将喷涂粒子加热至熔化或半熔化状态，并加速到300-500m／s，甚至更高的速度，从而获得结合强度高、致密的高质量涂层。
1．3几种先进的喷涂工艺
1．3．1激光熔覆技术
激光熔覆是一种表面改性技术。它通过在金属基体表面添加熔覆材料，经高能激光束辐照使熔覆材料与基体表面薄层一起熔凝，形成与基体冶金结合、具有硬度高、耐磨性好，抗腐蚀等特性的涂覆层。激光熔覆技术具有如下工艺特点：(1)由于激光具有近似绝热的快速加热过程，激光熔覆对基体的热影响较小，引起的变形也小。(2)控制激光的输入能量，可以将基体材料对熔覆材料的稀释控制在很低的程度，从而在保证熔覆层与基体形成冶金结合的前提下，保持原选定的熔覆材料的优异性能。
1．3．2冷喷技术
它是在俄罗斯20世纪80年代中期开发的，但只在近年来才受到愈来愈多的关注。冷喷原理是喷涂材料不再加热融化，而是只加热到约500X3或稍高一些的中等温度，通过高速喷涂粒子撞击基体表面时产生塑性变形来构成涂层。
冷喷涂层有如下特点：①涂层致密度高，②喷涂材料氧化程度低，③基体的热量少，④喷涂材料形变大，⑤相及成分稳定。然而正是以卜提到的冷喷工艺特点，喷涂热喷涂粉末尺寸分布和喷涂材料特性对于冷喷工艺比对其它工艺影响更大。在某种程度上，粒子的延展性是获得致密涂层的关键。
2热喷涂技术在石化设备维修中的应用
2．1在油田勘探和开采设备维修中的应用
国内对油井抽油泵柱寒加T的一般方法有：化学处理法、电镀和化学镀法、气焊和电焊法、热喷涂。就经济性和使用的效果而言，采用热喷涂技术特别是陶瓷涂层十分理想，应用热喷涂技术在柱塞表面喷涂AI2O3／TiO2的陶瓷材料形成陶瓷涂层，用这种方法制造的抽油泵柱塞，在含砂井中的运行时间可达两个多月，其寿命为传统工艺所制造柱塞的两倍。在国内，上海喷涂机械厂采用喷涂工艺代替原镀铬的抽油泵柱塞，平均使用寿命提高三倍以上，上海第二石油机械厂在海洋平台采油(气)井装置中，采用氧乙炔喷焊工艺，获得了理想的效果。
在国外，在油田勘探和开采中应用热喷涂修复设备也不少，美圜得克萨斯州和路易斯安娜区的采油和钻井用钢结构均喷涂锌涂层，喷锌0．25mm加乙烯基铝粉漆和喷铝0．16mm加乙烯基铝粉漆，1975年检查，经过25年后涂层完好。英国北海钻井平台，采用喷涂铝涂层和封闭技术，防腐效果良好。
此外，超音速火焰喷涂WC—Co涂层成功地用于钻头，提高了钻头的抗磨损、抗腐蚀和抗冲蚀能力，也可采用等离子喷涂工艺在人造金刚石钻头表面制备复合合金涂层。
2．2在炼油设备维修中的应用
在原油加工设备中存在着一系列腐蚀、冲刷以及腐蚀一冲蚀协同作用，这些作用常造成材料损伤，严重影响设备的安全运行。随着加工含硫，含氮、酸值及含盐量升高的原油，更加重了原油加J=设备的腐蚀。
2．2．1压缩机及其部件的修复
常州石油化工厂在石油压缩机活塞杆上的喷焊，其使用寿命延长5倍。DA220—73压缩机叶轮轴的修复：压缩机叶轮轴长期经受烟气的腐蚀、冲蚀及磨损作用．表面有多孔及疏松的腐蚀层。丰轴全长2306mm，轴套外直径为o180mm，叶轮最大直径中525mm，要求修复后在转速高达4400r·min。时轴颈全长及动。F衡支点跳动允差为0．0lmm，叶轮外径跳动允差0．2mm。因其在高温、高速及重载下工作。敷层与基体必须有良好的冶金结合，发生变形不能用机械方法矫正，喷焊工艺必须严格控制变形，故采用Ni-Cr-Si镍基合金进行喷焊修复和表面强化，经机械加工后达到各项要求，使用效果良好。
2．3在石化油罐、管道中的应用
2．3．1油罐的防腐油罐由于长时间的使用，有些部位已发生不同程度的腐蚀，尤其罐底部的腐蚀最复杂，也最严重。国内外曾发生多起因罐底部腐蚀造成的漏油事故，我国铁岭、沧州、仪征、临邑等输油站由于腐蚀所造成的罐底部漏油，迫使罐底酆更新。采取有效的罐底部防腐措施显得日益重要，热喷涂防腐技术正是在这种情况下开始应用的。铁岭、丹东、新庙输油站大修或新建油罐底角焊缝进行了喷涂铝，设计要求从底角焊缝沿罐内壁板、底板方向200mm各喷涂0．3mm厚铝层，油罐外壁也问样处理，要求喷涂层的厚度及颗粒应细致均匀，表面不允许有固体杂质、气泡、孔洞、裂缝等现象。最后在铝喷涂层上用环氧煤沥青或其它材料做封孔剂，延长热喷涂铝的防腐寿命。经过儿年的实际应用，热喷涂铝层完好、结合力高，特别对使用多年需大修的油罐，钢板受到腐蚀而减薄，采用热喷涂铝使减薄的钢板得到修复和强化，明甚地提高了钢的耐蚀性能，是值得推广的防腐技术。同理，在黄岛油库和秦皇岛输油公司首站的油罐外表面采用喷涂铝，锌涂层防腐．取得了很好的效果，总之，采用等离子喷涂，超音速火焰喷涂、电弧喷涂均可解决油田用各种油罐。锅炉管道的腐蚀和冲蚀问题。
岳阳长岭设备研究所有限公司，在福建炼油厂油品车间应用超音速电弧热喷涂技术获得成功。施丁的部位是轻污油罐和中间油罐内表面。此项技术是现场制作复合防腐涂层，结合力高，涂层致密、空隙率低，耐蚀性能优良。由于施工技术先进，涂层在国内外均属于领先水平，因此使设备的耐蚀能力大大提高。目前已投用使用，效果良好。成功地解决了该设备的腐蚀问题。
2．3．2管道的防腐
输送管道多深埋于环境恶劣的地下，设备、设施的损坏几乎一半以t是由腐蚀造成的。锌，铝涂层的这些优良特性，为在管道运输行业应用提供了可靠的质量保证。可以广泛地应用于储油、气罐外表面的大气防腐和内表面的介质防腐；油码头设备设施的抗海水、湿气腐蚀；输油设备加热炉的抗高温氧化，以及埋地输油管道在极恶劣环境下的多重防腐。由于防腐年限长，维护费用低，可为管道运输的正常生产节约大量的资金。
中海油青岛基地针对其海上开采和集输的特点，针对海水冲刷腐蚀，采用火焰热喷涂和封闭涂层结合的天然气输送管道外防护涂层技术，有效地提高了管道的耐海浪冲刷性和海水腐蚀性能，延长了管道寿命。
3热喷涂在石化工业中应用展望
我国作为能源消耗大国，每年的石油产品使用量是惊人的，如何在石油勘探、开采、炼化、运输过程中减少损失，特别是减少因腐蚀和磨损带来的损失，是目前急需解决的问题。
在解决石油天然气1=业中腐蚀和磨损问题的各类技术手段当中，热喷涂技术已被证明是一种非常有效和成功的技术，在天然气管道上的应用也已取得了一定的成果，积累了经验，为其进一步推广应用奠定了良好的技术基础。但目前国内热喷涂技术与国外相比还有较大差距．其应用仍存在工艺稳定性不高、专业操作人员水平较低、数量不足、设备开发能力较弱、涂层孔隙率较高、封闭漆的性能和配套性较差等问题。
有些公司、企业已经认识到热喷涂技术的经济性和实用性，并已经开始应用于设备的维修，但是从大范围来看，应用热喷涂技术的企业还是很少的。因此，当前在石油石化工业中进一步推广热喷涂技术，走低成本发展之路是当务之急的事。一方面，我们要加强对热喷涂技术的宣传，使广大企业负责人认识到热喷涂技术广阔的发展空间，响应国家提出的走资源节约型道路的号召，另一方面，我们要从节约成本，提高效率方面加大对热喷涂技术的研究，进一步提高热喷涂技术在石化行业的应用范围。
本站文章未经允许不得转载；如欲转载请注明出处，北京桑尧科技开发有限公司网址：http://www.sunspraying.com/
|
