CN107858627B - 一种提高压裂泵抗应力腐蚀性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及泵的性能研究技术领域，公开了一种提高压裂泵抗应力腐蚀性的方法，在压裂泵的泵头体喷涂一层厚度为0.3‑0.4毫米的陶瓷涂层，该涂层选用的材料按照质量百分比计含有以下成分：Ni60占30‑35%、Al2O3占25‑30%、SiO2占10‑15%、WC‑Co占6‑8%、Si3N4占5‑7%、剩余为Na2O,本发明使用了最佳的涂层配方和制备工艺，能够降低磨损产生的残余应力，也能阻止腐蚀进程，解决了现有压裂泵易出现的腐蚀断裂问题，提高材料的应力腐蚀寿命。
Description
技术领域
本发明属于泵的性能研究技术领域，具体涉及一种提高压裂泵抗应力腐蚀性的方法。
背景技术
泵是输送流体或使流体增压的机械，它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加。泵主要用来输送水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等液体，也可输送液、气混合物及含悬浮固体物的液体。泵通常可按工作原理分为容积式泵、动力式泵和其他类型泵三类。除按工作原理分类外，还可按其他方法分类和命名。如，按驱动方法可分为电动泵和水轮泵等；按结构可分为单级泵和多级泵；按用途可分为锅炉给水泵和计量泵等；按输送液体的性质可分为水泵、油泵和泥浆泵等。按照有无轴结构，可分直线泵，和传统泵。水泵只能输送以流体为介质的物流，不能输送固体。
石油工业是一个国家能源的支柱，随着经济的发展，国内对石油的需求量也越来越大。因此，加大对国内各大油田深层石油的开采变得日益迫切。压裂泵是石油开采过程中的关键设备，目前在国内各大油气田深层采油作业中广泛使用。但是，在实际使用过程中这种压裂泵经常发生突发性破坏，严重影响了生产的正常进行，造成了巨大的经济损失。所以，弄清楚压裂泵失效的过程和原因已经势在必行。在研究过程中我们发现压裂泵泵头体作为核心部件，它的失效主要是由于应力腐蚀和腐蚀疲劳造成的。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提高压裂泵抗应力腐蚀性的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种提高压裂泵抗应力腐蚀性的方法，在压裂泵的泵头体喷涂一层厚度为0.3-0.4毫米的陶瓷涂层，该涂层选用的材料按照质量百分比计含有以下成分：Ni60占30-35%、Al2O3占25-30%、SiO2占10-15%、WC-Co占6-8%、Si3N4占5-7%、剩余为Na2O,其工艺包括以下步骤：
（1）将泵头体表面经过喷砂打磨，在粗化面上依次喷涂粘结底层和表面陶瓷涂层，使用氩气作为等离子喷涂主气，氢气为等离子喷涂辅气，调试好喷涂系统，设定电压为60-65V、电流为450-500A；
（2）调整等离子喷涂主气和辅气的流量，直到主气流量为35-38L/min，次气流量为9.0-9.5L/min，开始进行喷涂，送粉气流量为4.0-4.2L/min，喷涂距离为80-90mm，喷枪移动速度为6-8m/min。
作为对上述方案的进一步改进，所述泵头体使用的合金钢各成分元素所占质量百分比为：碳占0.22-0.26%、磷占0.005-0.008%、硫占0.003-0.005%、铬占1.7-1.9%、镍占3.5-3.8%、钼占0.3-0.5%、钒占0.08-0.10%、硅占0.5-0.8%、锰占0.2-0.3%、剩余为铁和不可避免的杂质。
作为对上述方案的进一步改进，所述Ni60粉末成分按照质量百分比计含有：铬占15-16%、硼占3.5-4.0%、硅占4.5-5.0%、铁占15-18%、碳占0.5-0.8%、剩余为镍和不可避免的杂质。
作为对上述方案的进一步改进，所述WC-Co粉末中WC占60-62%，剩余为Co。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决压裂泵经常发生突发性破坏的问题，本发明使用了最佳的涂层配方和制备工艺，能够降低磨损产生的残余应力，也能阻止腐蚀进程，解决了现有压裂泵易出现的腐蚀断裂问题，提高材料的应力腐蚀寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种提高压裂泵抗应力腐蚀性的方法，在压裂泵的泵头体喷涂一层厚度为0.3毫米的陶瓷涂层，该涂层选用的材料按照质量百分比计含有以下成分：Ni60占30%、Al2O3占25%、SiO2占10%、WC-Co占6%、Si3N4占5%、剩余为Na2O,其工艺包括以下步骤：
（1）将泵头体表面经过喷砂打磨，在粗化面上依次喷涂粘结底层和表面陶瓷涂层，使用氩气作为等离子喷涂主气，氢气为等离子喷涂辅气，调试好喷涂系统，设定电压为60V、电流为450A；
（2）调整等离子喷涂主气和辅气的流量，直到主气流量为35L/min，次气流量为9.0L/min，开始进行喷涂，送粉气流量为4.0L/min，喷涂距离为80mm，喷枪移动速度为6m/min。
作为对上述方案的进一步改进，所述泵头体使用的合金钢各成分元素所占质量百分比为：碳占0.22%、磷占0.005-%、硫占0.003%、铬占1.7%、镍占3.5%、钼占0.3%、钒占0.08%、硅占0.5%、锰占0.2%、剩余为铁和不可避免的杂质。
作为对上述方案的进一步改进，所述Ni60粉末成分按照质量百分比计含有：铬占15%、硼占3.5%、硅占4.5%、铁占15%、碳占0.5%、剩余为镍和不可避免的杂质。
作为对上述方案的进一步改进，所述WC-Co粉末中WC占60%，剩余为Co。
实施例2
一种提高压裂泵抗应力腐蚀性的方法，在压裂泵的泵头体喷涂一层厚度为0.35毫米的陶瓷涂层，该涂层选用的材料按照质量百分比计含有以下成分：Ni60占33%、Al2O3占28%、SiO2占13%、WC-Co占7%、Si3N4占6%、剩余为Na2O,其工艺包括以下步骤：
（1）将泵头体表面经过喷砂打磨，在粗化面上依次喷涂粘结底层和表面陶瓷涂层，使用氩气作为等离子喷涂主气，氢气为等离子喷涂辅气，调试好喷涂系统，设定电压为62V、电流为480A；
（2）调整等离子喷涂主气和辅气的流量，直到主气流量为36L/min，次气流量为9.2L/min，开始进行喷涂，送粉气流量为4.1L/min，喷涂距离为85mm，喷枪移动速度为7m/min。
作为对上述方案的进一步改进，所述泵头体使用的合金钢各成分元素所占质量百分比为：碳占0.23%、磷占0.006%、硫占0.004%、铬占1.8%、镍占3.6%、钼占0.4%、钒占0.09%、硅占0.6%、锰占0.25%、剩余为铁和不可避免的杂质。
作为对上述方案的进一步改进，所述Ni60粉末成分按照质量百分比计含有：铬占15.5%、硼占3.8%、硅占4.8%、铁占16%、碳占0.6%、剩余为镍和不可避免的杂质。
作为对上述方案的进一步改进，所述WC-Co粉末中WC占61%，剩余为Co。
实施例3
一种提高压裂泵抗应力腐蚀性的方法，在压裂泵的泵头体喷涂一层厚度为0.4毫米的陶瓷涂层，该涂层选用的材料按照质量百分比计含有以下成分：Ni60占35%、Al2O3占30%、SiO2占15%、WC-Co占8%、Si3N4占7%、剩余为Na2O,其工艺包括以下步骤：
（1）将泵头体表面经过喷砂打磨，在粗化面上依次喷涂粘结底层和表面陶瓷涂层，使用氩气作为等离子喷涂主气，氢气为等离子喷涂辅气，调试好喷涂系统，设定电压为65V、电流为500A；
（2）调整等离子喷涂主气和辅气的流量，直到主气流量为38L/min，次气流量为9.5L/min，开始进行喷涂，送粉气流量为4.2L/min，喷涂距离为90mm，喷枪移动速度为8m/min。
作为对上述方案的进一步改进，所述泵头体使用的合金钢各成分元素所占质量百分比为：碳占0.26%、磷占0.008%、硫占0.005%、铬占1.9%、镍占3.8%、钼占0.5%、钒占0.10%、硅占0.8%、锰占0.3%、剩余为铁和不可避免的杂质。
作为对上述方案的进一步改进，所述Ni60粉末成分按照质量百分比计含有：铬占16%、硼占4.0%、硅占5.0%、铁占18%、碳占0.8%、剩余为镍和不可避免的杂质。
作为对上述方案的进一步改进，所述WC-Co粉末中WC占62%，剩余为Co。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，省略Ni60，替换为等量的Al2O3，其余保持一致。
对比例2
与实施例2的区别仅在于，Ni60占25%、Al2O3占35%、其余保持一致。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，提高主气流量为45L/min，次气流量为15L/min，其余保持一致。
对比实验
分别使用实施例1-3和对比例1-3的方法提高压裂泵抗应力腐蚀性，同时以现有的防腐蚀涂料作为对照，使用沸腾的质量浓度为10%的硫酸作为腐蚀液，腐蚀24小时，将各组处理结果进行比较，保持各组喷涂厚度一致，无关变量均保持一致，结果如下表所示：
| 项目 | 涂层腐蚀厚度（毫米） | 涂层结合强度（MPa） | 高速转动下磨损率（%） | 剥落率（连续使用一年后） |
| 实施例1 | 0.002 | 35.2 | 0.03 | 0.04% |
| 实施例2 | 0.001 | 35.9 | 0.02 | 0.03% |
| 实施例3 | 0.001 | 35.7 | 0.03 | 0.03% |
| 对比例1 | 0.05 | 30.4 | 0.6 | 0.4% |
| 对比例2 | 0.06 | 30.8 | 0.8 | 0.5% |
| 对比例3 | 0.03 | 32.7 | 0.4 | 0.2% |
| 对照组 | 0.07 | 20.2 | 1.5 | 1.3% |
由此可见：本发明使用了最佳的涂层配方和制备工艺，能够降低磨损产生的残余应力，也能阻止腐蚀进程，解决了现有压裂泵易出现的腐蚀断裂问题，提高材料的应力腐蚀寿命。
Claims (4)
1.一种提高压裂泵抗应力腐蚀性的方法，其特征在于，在压裂泵的泵头体喷涂一层厚度为0.3-0.4毫米的陶瓷涂层，该涂层选用的材料按照质量百分比计含有以下成分：Ni60占30-35%、Al2O3占25-30%、SiO2占10-15%、WC-Co占6-8%、Si3N4占5-7%、剩余为Na2O,其工艺包括以下步骤：
（1）将泵头体表面经过喷砂打磨，在粗化面上依次喷涂粘结底层和表面陶瓷涂层，使用氩气作为等离子喷涂主气，氢气为等离子喷涂辅气，调试好喷涂系统，设定电压为60-65V、电流为450-500A；
（2）调整等离子喷涂主气和辅气的流量，直到主气流量为35-38L/min，次气流量为9.0-9.5L/min，开始进行喷涂，送粉气流量为4.0-4.2L/min，喷涂距离为80-90mm，喷枪移动速度为6-8m/min。
2.如权利要求1所述一种提高压裂泵抗应力腐蚀性的方法，其特征在于，所述泵头体使用的合金钢各成分元素所占质量百分比为：碳占0.22-0.26%、磷占0.005-0.008%、硫占0.003-0.005%、铬占1.7-1.9%、镍占3.5-3.8%、钼占0.3-0.5%、钒占0.08-0.10%、硅占0.5-0.8%、锰占0.2-0.3%、剩余为铁和不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述一种提高压裂泵抗应力腐蚀性的方法，其特征在于，所述Ni60粉末成分按照质量百分比计含有：铬占15-16%、硼占3.5-4.0%、硅占4.5-5.0%、铁占15-18%、碳占0.5-0.8%、剩余为镍和不可避免的杂质。
4.如权利要求1所述一种提高压裂泵抗应力腐蚀性的方法，其特征在于，所述
WC-Co粉末中WC占60-62%，剩余为Co。
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