石油機械熱處理技術研究

吳艷瑛

（大慶油田工程建設有限公司國際事業部第三工程部，黑龍江 大慶 163453）

大量實例表明，高效、先進的石油機械熱處理技術，是提高石油品質和質量的基礎保證，同時也對石油的價格造成影響。石油機械熱處理技術是目前我國石油機械中最重要的一項技術，在工業技術日新月異的背景下，提高石油機械處理技術水平，能夠有效保證石油機械裝置運行的穩定性。我國對此方面的研究還有待于進一步深入，因此，本文基于實例，對石油機械熱處理技術做如下分析。

1 實例分析

某油田企業始建于1960年，截至2017年12月底，累積探明的石油地質儲量為57．67億t，累積生產石油21．41億t，占全國陸地石油總產量的45．6%，從2006～2017年，實現連續11年穩定5000萬t以上。由于該石油企業規模比較龐大，集石油開采、煉制、銷售等為一體。石油機械包括：石油勘測、開采、鉆井等機械設備，這些設備終年在惡劣的環境下運行，且工作強度比較大，對石油機械熱處理技術提出了更高的要求。需要經過在表面氧化、防腐處理、力學上檢驗合格，才能充分發揮石油機械的作用和價值。

2 石油機械熱處理技術的特點

2.1 大大提高產品的可靠性

在石油機械設備中應用熱處理技術，可大幅度提升產品的可靠性，主要體現在以下幾個方面。

應用水溶性淬火介質。隨著我國工業技術的發展，對材料的淬透性、淬硬性提出更高的要求，如在處理高強度鉆桿接頭時，應用水基合成淬火劑取代了傳統油淬火液，熱處理工藝更加先進，經過此種熱處理技術淬火的石油機械設備，其熱處理的性能可達到API標準的要求。

通過雙室真空處理裝備，可對精密量具、絲扣等細小、精度高的工件進行熱處理，可大幅度提升石油機械運行的穩定性和質量。

通過應用連續爐、周期爐，以及先進的計算機滲碳工藝技術，可有效解決傳統鉆頭、泵閥體等工件在滲碳熱處理中存在的問題。此系統由STD總線工業計算機、智能控溫儀、熱電偶、可控硅等共同組成，爐中溫度誤差可控制在±0．5℃之內，硬化層深度可達0．3～5mm，硬化深入誤差高達±0．1mm。

2.2 可有效滿足產品綜合機械性能較高的需求

就該石油企業而言，在2010年就實現了用20SiMn2MoVA來加工廠生產500t單臂吊環、吊卡等產品，并取得了良好的應用效果，在國際市場上也占得一席之地。在2011年應用27SiMn2WVA鋼來制作石油鉆桿和母錐等工件，并采用碳氮共滲工藝來熱處理，經過上述方法處理的石油機械，不但具有高強度、高韌性的特點，而且表面硬度可到60～65HRC。

2.3 可滿足大型設備對熱處理的基本要求

通過有效裝載面積為25×104cm2的大型光離子氮化爐，可以對石油鉆機的轉盤齒輪、傳統齒輪、變速箱齒輪等零件進行表面強化處理，研究表明，經過大型光離子氮化爐的零件，具有變形系數小、抗腐蝕性強、耐磨程度高的優勢。

200kWD的高頻設備，可以對大型軸類、鏈輪等工件的表面進行感應加熱淬火處理，可有效滿足產品對硬度、耐磨性、耐疲勞等機械性能的要求。

3 我國石油機械熱處理技術中存在的問題

由于石油機械設備屬于專業型機械設備，其他化工企業幾乎不能使用，因此，石油機械設備的市場流通性比較差，需求量也較小，使得很多石油企業在技術創新、設備研發等方面缺乏主動性，這一點也是導致我國目前石油機械設備熱處理技術一直難以取得重大突破的主要原因。就目前我國石油機械熱處理技術的發展現狀而言，存在的問題主要體現在以下幾個方面。

3.1 污染問題

就該石油企業而言，始建于1960年，雖然在近60年的時間內，為我國社會經濟持續穩定的發展作出了重要貢獻，但同時也給能源消耗和生態環境污染帶來了嚴重的問題。大量實例表明，傳統石油機械熱處理技術，在能源消耗和環境污染上，對周圍社會發展和生態環境造成了嚴重影響。特別是污染問題，在熱處理過程中所產生的廢水、廢渣、油煙等，對當地空氣質量、水資源造成了嚴重污染。自從進入21世紀以后，我國人民逐漸意識到環境污染的重要性，這就要求在石油機械熱處理的過程中，要消耗大量的材料、物力來控制對環境的污染，無形中增加了石油機械熱處理的難度和成本。

3.2 技術落后問題

石油機械設備屬于專業化設備，在市場上具有很強的局限性，因此，石油機械設備生產加工企業，并沒有在熱處理新技術和新工藝研發上投入更多精力。發展至今，仍然有很多企業還在沿用上世紀80年代的熱處理技術，雖然此種傳統的熱處理技術可滿足石油開采設備的具體需求，但缺乏創新，導致生產效率得不到順利提升。再加上熱處理技術不夠規范，使得石油機械設備的各個工件、零部件的質量參差不齊，很大程度上限制了石油開采和加工專業水平的提高。

3.3 設備陳舊問題

發展至今，我國很多石油企業為降低生產成本，仍然采用上世紀70年代研制生產的機械設備，不但限制了生產效率的提升，而且也會增加安全事故發生的概率。主要原因是：石油機械設備的供需量比較大，而且常年在自然條件比較惡劣的環境下運行，再加上石油機械設備生產廠家對傳統設備更新換代的積極性比較差，導致石油機械設備生產一直沒有實現規模化和現代化的生產。

4 發展我國石油機械熱處理技術的建議

4.1 直面WT〇，盡快實現石油機械專業化熱處理生產

自從我國加入WTO以來，社會經濟和各項生產技術快速發展，很多外來先進技術和理念進入我國，為石油機械熱處理生產實現專業化、規模化、現代化奠定了堅實基礎。因此，各大石油生產企業，要盡快轉變傳統理念，區域熱處理協會要做好帶頭作用，促使熱處理行業向著專業化、現代化的方向發展。同時石油機械設備熱處理廠家還要充分結合自身的優勢和區域機械工業的發展要求，及時做出正確的調整和改革。促使熱處理工藝、技術逐步向更加高水平的方向發展，同時還要加強區域和周邊機械行業的服務能力，為優化熱處理技術營造良好的環境。

4.2 逐步落實IS〇 9000和IS〇 1400國際標準

為促使我國石油機械熱處理企業能在國際市場中占得一席之地，就必須切實提升機械設備熱處理企業現代化、規范化的管理水平，才能在WTO的競爭中取得勝利。所以，在熱處理過程中，要逐步貫徹ISO 9000和ISO 1400國際標準，同時也是實現企業可持續發展的主要途徑。

4.3 充分推廣少無氧化熱處理技術

第一，石油化工機械熱處理企業的管理人員要充分認識到少無氧化熱處理的重要性，并積極宣傳少無氧化熱處理節能、節約材料和無環境污染等優勢。第二，加大固定資產的投入，充分發展和推廣先進的密封多用處理爐、連續滲碳淬火爐等新型熱處理工藝裝備，充分發展適合中國國情的少無氧化加入淬火設備系統，逐步提升少無氧化生產在石油機械熱處理中所占的比例。

4.4 充分應用先進的精密和清潔熱處理技術

研究表明，在石油機械熱處理中應用先進、科學的熱處理技術，既能有效降低對周圍生態環境的影響，而且還能大幅度提升熱處理效率。所謂先進的熱處理技術是指通過計算機技術、互聯網技術、自動化技術、新材料技術等相互結合而成的具有高效、低耗、清潔熱處理特點的總稱。目前應用在石油機械熱處理中的先進熱處理技術包括：真空熱處理、感應熱處理、高能密集熱處理、熱處理工藝計算機輔助設計等。

4.5 推廣應用計算機模擬仿真和控制技術

隨著我國計算機技術的不斷發展，各項技術愈發成熟，被廣泛應用在各大領域，大大提高了生活質量和生產效率。計算機技術在石油機械熱處理中需要開發和應用的項目包括以下幾種。

第一，石油機械熱處理工藝過程和計算機模擬方針，通過建立各種數據庫，然后通過可視化編程技術和開發軟件來實現對加熱速度、淬火過程、變化規律的全過程控制，可大大降低產品的費損率。第二，在石油機械設備方面，可以通過計算機控制技術，對爐內氣分、溫度變化情況等參數進行全方位控制。第三，通過計算機技術還能實現冷卻介質系統濃度的自動調整，和介質溫度的自動散熱循環控制。

5 結語

綜上所述，本文結合實例，深入分析了石油機械熱處理技術的特點、存在的問題，以及發展我國石油機械熱處理技術的建議。研究表明，在新常態大環境的背景下，石油機械熱處理技術中，要加大對新技術的研發和創造力度，提升生產水平，才能實現石油機械熱處理現代化和專業化的發展。

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