CN102889424B - 抵抗源自减压的损坏的高温涂层 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及抵抗源自减压的损坏的高温涂层，提供了一种用于保护易受环境降解影响的表面的涂层。该涂层可涂覆到金属表面，以提供屏障免于否则将使表面材料降解的要素和/或周围条件。该涂层包括多层，其中热塑性聚合物完全或部分地包括在这些层中的一层或多层内。该涂层的示例应用为用于保护结合从地层生产的流体的处理而使用的阀组件的阀座密封件和阀杆密封件。
Description
技术领域
本发明大体而言涉及用于油和气工业中的闸阀(gate valve)，且特定而言涉及用于在表面上形成涂层的工艺，其中涂层能承受减压而不会损坏。
背景技术
热塑性材料用于形成油和气的生产所用的各种构件。在诸如闸阀的阀内的密封件可完全或部分地由热塑性材料制成。闸阀通常具有带腔的主体，该腔与流动通道相交。闸阀中的闸在腔中在闭合位置与打开位置之间移动，在闭合位置，其阻挡通过流动通道的流动，在打开位置，其允许通过流动通道流动。杆(stem)接合闸的端部，其沿特定方向旋转时抬高或降低该闸。闸阀的主体通常包括杆通道，杆延伸穿过该杆通道。杆密封件常常设于杆和杆通道之间，以在它们之间进行密封且防止压力从腔泄漏。
通常由置于腔中且与流动通道同轴对准的环形密封件来解决从流动通道到腔中的泄漏。通常包括弹簧来将密封件推靠着闸，以维持跨过密封件与闸界面的流体流动屏障。然而，热塑性材料随着时间推移及经受井下流体的高温之后失去其弹性。
发明内容
本文中公开了一种用于保护诸如金属的材料免于由于环境暴露而降解的表面涂层。在一示例实施例中，公开了一种用于处理从地层生产的流体的阀组件，其由彼此滑动接触的构件构成，其中涂层在构件之一的表面上。涂层由在该表面上、具有与热塑性材料混合的底漆的基层构成。在基层上方为热塑性材料层，且在热塑性材料层上方为热塑性与润滑剂的外层。在一示例实施例中，底漆包括诸如热塑性非晶聚合物、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚醚酮或者它们的组合的聚合物。在一示例实施例中，热塑性材料可为诸如聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜、氯化聚乙烯、聚酮或者它们的组合的聚合物。在一示例实施例中，其中润滑剂可为诸如含氟聚合物、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、过氟烷氧基、氟化乙烯丙烯、乙烯四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯或者它们的组合的聚合物。底漆可为聚酰胺酰亚胺，并且热塑性材料可为聚醚醚酮(PEEK)。在一示例实施例中，基层中的聚酰胺酰亚胺的量为范围从约60%至约90%的体积，并且基层中的PEEK的量为范围约10%至约40%的体积。在一示例实施例中，热塑性材料包括聚醚醚酮(PEEK)，并且润滑剂包括聚四氟乙烯(PTFE)。可选地，外层中的PEEK的量为范围从约10%至约40%的体积，并且外层中的PTFE的量为范围从约60%至约90%的体积。在一示例实施例中，处于滑动接触的构件的表面包括金属，并且构件之一为密封件。
本文中还公开了一种涂布阀构件的表面的方法。在一示例实施例中，该方法包括：将底漆与热塑性材料的混合物的基层涂覆到该表面；利用热塑性材料层覆盖该基层；以及将热塑性材料和润滑剂外层添加到热塑性材料层上。可以促动阀，使得外层与金属表面滑动接触。在一示例实施例中，通过使基层中的热塑性材料熔化而将基层与热塑性材料层结合。在一示例实施例中，底漆包括诸如热塑性非晶聚合物、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚醚酮或者它们的组合的聚合物。可选地，热塑性材料可包括聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜、氯化聚乙烯、聚酮，或者可为它们的组合。在一示例实施例中，润滑剂包括含氟聚合物、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、过氟烷氧基、氟化乙烯丙烯、乙烯四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯以及它们的组合。备选地，底漆包括聚酰胺酰亚胺，并且热塑性材料包括聚醚醚酮(PEEK)。在一示例实施例中，基层中的聚酰胺酰亚胺的量为范围从约60%至约90%的体积，并且基层中的PEEK的量为范围从约10%至约40%的体积。在一示例实施例中，热塑性材料在其中具有聚醚醚酮(PEEK)，并且润滑剂包括聚四氟乙烯(PTFE)。在一示例实施例中，外层中的PEEK的量可为从约10%至约40%的体积，并且外层中的PTFE的量可为从约60%至约90%的体积。可选地，该表面在金属密封件上。
本文中还公开了一种涂布阀构件的金属密封件的表面的方法。在一示例实施例中，该方法包括：将聚酰胺酰亚胺底漆与聚醚醚酮热塑性材料的基层涂覆到金属表面；在基层上，涂覆聚醚醚酮的热塑性材料层；以及将约10%至约40%体积的聚醚醚酮和约60%至约90%体积的聚四氟乙烯的外层涂覆到热塑性材料层上。通过使基层中的热塑性材料熔化而将基层与热塑性材料层结合，并且可以促动阀，使得外层与金属表面滑动接触。
附图说明
图1为根据本发明的示例实施例的基底上的保护涂层的截面图。
图2为带有具有图1的保护涂层的密封件的闸阀的示例的截面图。
图3为带有涂覆到阀座表面的图1的涂层的图2的闸阀的放大截面图。
图4A为根据本发明的形成涂层的示例实施例。
图4B为根据本发明的正在受热且具有图4A的涂层的构件的示例。
具体实施方式
涂层通常涂覆到金属表面，用于防备在暴露至金属时可能会腐蚀、降解或以其他方式损坏的要素。因此，当选择涂层时，常常考虑特定的要素环境为金属表面将处于的情形。周围条件也为决定涂层的因素，因为某些材料在高压和/或高温下降解。运转范围和运转环境的变化率可推动材料选择，因为周围条件的波动能损坏涂层。
图1示出了保护下层基底12的涂层10的示例实施例。涂层10沿着限定了表面12与涂层10之间的接触的界面14结合到基底12。涂层10显示为由多层制成，其中直接在基底12顶部上的层被称作基层16。在图1的实施例中，基层16包括聚合物底漆(primer)的混合物。聚合物底漆的示例包括热塑性非晶聚合物、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚醚酮以及它们的组合。
热塑性化合物的颗粒可分布到底漆16内。考虑在此用于本公开的热塑性化合物的示例包括但不限于聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜、氯化聚乙烯、聚酮以及它们的组合。在示例实施例中，热塑性材料可占基层16的体积的约10%至约40%。如此，基层16中的底漆18可占基层16的体积的约60%至约90%。在基层16的与基底12相反的一侧上为热塑性材料层20，其在一示例实施例中可为基本均质的且由单种化合物制成。在一个示例实施例中，中间层22完全由热塑性材料形成且可为构成混杂在基层16内的热塑性材料20的相同材料。
外层24显示为在中间层22的与基层16相反的一侧上，其中外层由其中散布有颗粒的基质材料构成。在图1的实施例中，基质包括热塑性材料26，其可由与热塑性材料20相同或相似的材料制成。显示为混杂于热塑性材料26内的颗粒28可为润滑剂，示例润滑剂包括但不限于含氟聚合物、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、过氟烷氧基、氟化乙烯丙烯、乙烯四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯以及它们的组合。形成如图1所示的保护层10的优点之一为，当诸如通过加热而熟化时，基层16由于熔化基层16中的热塑性材料20而粘附到基底12和中间层22两者的表面。通过熔化热塑性材料20且允许其再固化，在基层16与基底12以及中间层22之间实现了结合。此外，新颖的组成耐受可能对其它涂层有损坏性的爆发性减压。因此，涂层10在涂覆于可以经受可产生爆发性减压的较大压力和/或温度波动的阀表面时提供显著优点。
在用途的一个示例中，层10显示为涂覆至阀组件30内的各种构件。在图2的示例中，阀组件30包括阀主体，在该阀主体中形成腔，用于允许闸36在其中的轴向移动。闸36包括穿过它的开口38，并且可通过其到杆40的连接而在腔34内轴向移动。杆40显示为从闸36向上突出且穿过杆通道42。在杆40的下端为用于将杆40紧固到闸36的锁紧螺母44。轴向腔46设于闸36中且在邻近开口38的部分中，腔46提供空间，当闸36在主体32内被轴向促动时，杆40可延伸到该空间中。
阀帽48显示为安装于主体32的上端，用于容纳闸36的促动机构。阀帽48的上端变窄为颈部且穿过该颈部形成杆通道42。杆密封件52显示为置于杆通道42的加宽部内且沿着杆40提供了密封功能，以防止从腔34到阀30外部的压力连通。在杆密封件52的面向杆40的移动部分的表面上，为如结合图1所描述的保护涂层10。通过将涂层10涂覆到杆密封件52的滑动接触表面上，涂层10保护密封件52免于摩擦损坏。此外，如上文所述的那样，涂层10在经历可导致其他这种涂层因爆发性减压而起泡和开裂的压降时不会遭受损坏。
在阀帽48内还显示了后座密封组件54，其围绕杆40的一部分且具有与阀帽48的内表面接触的表面。一层涂层10显示为在后座密封组件54的接触阀帽48的表面上。如在上文所讨论的那样，关于杆密封件52，涂层10为后座密封组件54提供了摩擦保护而没有遭受因爆发性减压而起泡的缺点。
图2的实施例还包括用于促动闸36的手轮56。与手轮56机械连接的齿轮箱为移动闸36提供了机械优点，其中齿轮箱58设于环形轴环60上，环形轴环60显示为安装在颈部50的上端。输出轴62从齿轮箱58下垂而与杆40的上端联接接合。支承组件64围绕输出轴62且安装于轴环60内部的上端中。
在图3中以截面图显示了用于阀组件30的涂层10的另一应用。在该示例中，阀主体32显示为具有流动通道66，其穿过主体32畅通且与腔34相交。在图3的示例中，闸36被定位成使得开口38与通道66对准。如图所示，阀座68安装于在主体32的面向闸36的一侧形成的主体凹处70中。阀座68为环形部件且显示为在其与闸36的侧表面接触的面上具有涂层10。如已知的那样，通过附连杆40的移动而在轴向上促动闸36，使得闸36相对于阀座68的面滑动。显示为涂覆到滑动表面和阀座68的相邻外表面上的涂层10提供了保护闸36和阀座68两者免于由于滑动接触造成的损坏的表面；并且如上文所讨论的那样，涂层10抵抗由损坏其它已知涂层的减压造成的损坏。如在图3的示例实施例中所示的那样，弹簧72显示为在嵌套于主体凹处70中的阀座68的端部中。围绕阀座68的其与闸的接触相反的端部为密封件，用于在主体凹处70与阀座68之间进行密封。
在图4A中以侧视局部截面图显示了在构件上形成如本文所述的涂层10的一个示例实施例。在图4A的示例中，喷嘴76显示为具有指向基底12的出口，其中每一层被喷涂到基底12和/或之前的层上。基底12可为构件表面，其中构件包括任何零件，包括阀组件的密封件。从喷嘴76的排放口出来的是喷涂物78，其表示处于液体形式的每个特定层的组成。现参看图4B，具有基底12和涂敷的涂层10的构件显示为放置在受热环境中，诸如在施加热使得温度升高到超过基层16内的热塑性材料的熔点的炉80中。如上文所述的那样，熔化热塑性材料且然后允许它再固化在基层16与基底12之间以及在中间层18与基层16之间形成了改进的结合。在示例实施例中，基层16具有高达约1 ml的厚度，包括约0.5 ml与约0.75 ml的厚度。在示例实施例中，中间层22和外层24具有范围可从约1 ml上至约5 ml的厚度。存在其它示例实施例，其中，中间层22和外层24的厚度可为1 ml与5 ml之间的任何值。进一步可选地，图4A所示的喷涂技术可包括液体分散涂覆。可选地，可包括静电涂覆以将喷涂颗粒粘附到基底12或之前的层。
因此，本文公开的本方法很好地适于执行和实现所提到的目的和优点，以及其中固有的其它目的和优点。虽然出于公开目的而给出了目前优选的实施例，但是在实现期望结果的过程细节方面存在着许多变化。这些和其它类似修改会容易让本领域技术人员想到它们，并且意图被涵盖在本文所公开本发明的精神和所附权利要求的范围内。
Claims (20)
1.一种用于处理从地层生产的流体的阀组件，包括：
彼此滑动接触的构件；
涂层，其在所述构件之一的表面上，包括：
基层，其在所述表面上，具有与热塑性材料混合的底漆；
热塑性材料层，其在所述基层的与所述表面相反的一侧上，
热塑性材料和润滑剂外层，其置于所述热塑性材料层的与所述基层相反的一侧上。
2.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述底漆包括选自由热塑性非晶聚合物、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚醚酮以及它们的组合组成的组的聚合物。
3.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述热塑性材料包括选自由聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜、氯化聚乙烯、聚酮以及它们的组合组成的组的聚合物。
4.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述润滑剂包括选自由含氟聚合物、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、过氟烷氧基、氟化乙烯丙烯、乙烯四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯以及它们的组合组成的组的聚合物。
5.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述底漆包括聚酰胺酰亚胺，并且所述热塑性材料包括聚醚醚酮(PEEK)。
6.根据权利要求5所述的阀组件，其特征在于，所述基层中的聚酰胺酰亚胺的量包括从60%至90%的体积，并且所述基层中的聚醚醚酮(PEEK)的量包括从10%至40%的体积。
7.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述热塑性材料包括聚醚醚酮(PEEK)，并且所述润滑剂包括聚四氟乙烯(PTFE)。
8.根据权利要求7所述的阀组件，其特征在于，所述外层中的聚醚醚酮(PEEK)的量包括从10%至40%的体积，并且所述外层中的聚四氟乙烯(PTFE)的量包括从60%至90%的体积。
9.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，处于滑动接触的所述构件的表面是金属表面，并且所述构件之一是密封件。
10.一种涂布阀构件的表面的方法，包括：
a.将底漆与热塑性材料的混合物的基层涂覆到所述表面；
b.将热塑性材料层涂覆到所述基层的与所述表面相反的一侧上；
c.涂覆置于所述热塑性材料层的与所述基层相反的一侧上的热塑性材料和润滑剂外层；以及
d.促动所述阀，使得所述外层与金属表面滑动接触。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：通过使所述基层中的热塑性材料熔化而将所述基层与所述热塑性材料层结合。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述底漆包括选自由热塑性非晶聚合物、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚醚酮以及它们的组合组成的组的聚合物。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述热塑性材料包括选自由聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜、氯化聚乙烯、聚酮以及它们的组合组成的组的聚合物。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述润滑剂包括选自由含氟聚合物、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、过氟烷氧基、氟化乙烯丙烯、乙烯四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯以及它们的组合组成的组的聚合物。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述底漆包括聚酰胺酰亚胺，并且所述热塑性材料包括聚醚醚酮(PEEK)。
16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述基层中的聚酰胺酰亚胺的量包括从60%至90%的体积，并且所述基层中的聚醚醚酮(PEEK)的量包括从10%至40%的体积。
17.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述热塑性材料包括聚醚醚酮(PEEK)，并且所述润滑剂包括聚四氟乙烯(PTFE)。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述外层中的聚醚醚酮(PEEK)的量包括从10%至40%的体积，并且所述外层中的聚四氟乙烯(PTFE)的量包括从60%至90%的体积。
19.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述表面在金属密封件上。
20.一种涂布阀构件的金属密封件的表面的方法，所述方法包括：
a.将聚酰胺酰亚胺底漆与聚醚醚酮热塑性材料的基层涂覆到所述金属表面；
b.将聚醚醚酮的热塑性材料层涂覆到所述基层的与所述表面相反的一侧上；
c.将体积10%至40%的聚醚醚酮和体积60%至90%的聚四氟乙烯的外层涂覆到所述热塑性材料层的与所述基层相反的一侧上；
d.通过使所述基层中的聚醚醚酮熔化而将所述基层与所述热塑性材料层结合；以及
e.促动所述阀，使得所述外层与金属表面滑动接触。
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