石油設備熱處理技術

張海洋

（大慶油田工程有限公司，黑龍江大慶 163712）

0 引言

在石油工業中，油田開發過程中使用的石油機械熱處理技術是需要攻克的主要難題，傳統的熱處理工藝落后，能源耗費較大，環境污染嚴重，已無法適應新形勢下低碳經濟的要求。節能高效的新技術，資源利用率高，環境污染小，生產工藝先進，為石油工業提供長期、安全、高效的生產環境，是石油機械熱處理技術的發展趨勢。

1 石油機械設備熱處理技術

石油機械熱處理技術是指在特定條件下，對石油機械設施的重要金屬零部件進行加熱、冷卻等技術操作，使金屬表面或內部獲得耐磨損耐高溫性能。傳統的石油機械熱處理技術主要采用馬氏體強化、碳氮共滲、離子滲氮、高鉻耐磨鑄鐵熱處理等工藝，但是傳統的熱處理技術工藝落后，能源耗費較大，環境污染嚴重。整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當的速度冷卻，以改變其整體力學性能的金屬熱處理工藝。在石油機械產品中，需要進行熱處理的部件主要包括石油鉆頭、鉆機齒輪、轉盤齒輪等，包括一些鉆探工具，如吊環、吊鉗等。科技進步促使熱處理技術不斷發展，目前較先進的石油機械部件的熱處理技術主要有3種。

1.1 無氧化熱處理

據不完全統計，無氧化技術在先進工業國家石油機械金屬熱處理中所占比重達到80%，氧化環境下的熱處理現已非常稀少，較大程度上提高了石油機械設施的使用壽命。無氧化熱處理技術的主要內容是對加工零件進行可控氣氛熱處理和真空熱處理，并在無氧的條件下冷卻，處理過程中避免氧化脫碳，從而提高金屬部件的強度、硬度、耐用性及設備的使用壽命。

1.2 低壓滲碳熱處理

低碳鋼、低合金鋼采用低壓滲碳熱處理技術，是因為部件材料中碳元素含量低，硬度指標不夠。該技術處理方式是將加工部件放在活性炭介質條件下，將溫度加熱到（900～950）℃，保溫一段時間，使介質中碳原子分解滲透到加工部件，使其獲得很高的硬度和耐磨性，滿足使用標準和生產要求。

1.3 激光熱處理

激光熱處理技術是對石油機械設備中精細部件進行表面熱處理，提高金屬表面硬度，使金屬表面合金化，提升精密設備表面的耐磨性能、耐腐蝕性和抗氧化性，提高設備的使用效率和壽命。因為加工時間短、加工性能好、表面處理結合性能高等諸多優點，突破了傳統金屬部件熱處理技術無法實現的技術難題，使激光熱處理技術受到世界各國石油機械設備制造專家的特別關注，促進了該技術的長足發展。

伴隨信息技術、網絡技術、自動化技術的迅速發展和廣泛應用，單一的熱處理方式已經難以滿足我國石油工業的需求，石油機械設備熱處理方式正朝著現代化、集成化、精密化、自動化的目標發展，不僅構建了節能環保、優質高效、功能強大的熱處理系統，還實現了工業生產自動化、工業管理信息化目標。

2 石油機械設備熱處理技術發展現狀

2.1 熱處理設備落后

現階段熱處理加熱設施以二次能源電為主要動力，局部使用煤和天然氣，因此能源消耗高，工藝設備差，熱處理大多在有氧環境下進行，導致產品氧化脫碳嚴重，質量出現偏差，加大了后續加工作業量，造成整個工藝制造成本高。因此需要研究開發更有效的生產設備，降低資源能耗，引進先進技術，提升產品的品質，減少工作量，降低工藝制造成本。

2.2 生產不專業、設備使用壽命短

石油機械設備生產行業競爭激烈，產品形成了“多品種、小批量”的特點，產品型號花樣繁多，生產規模小，難以實現專業化生產；反復周期的工作方式，大大增加了工人的勞動量，同時處理不同的產品，造成產品質量下降；通常采用人工拋扔的模式裝出爐，招致熱處理爐早期損壞，縮短了設備的使用壽命。對此進行行業整改，把控生產標準指標，加強專業化生產環節，普及自動化流水線，實現產品量化生產、品質高效的工藝流程。

2.3 忽略冷卻循環系統

目前多數熱處理廠缺乏對冷卻循環系統的深層次認知，仍采用靜置冷卻的方式，冷卻環節投入力度小。介質使用過程中對溫度、濃度、時間、循環模式等把控不夠精確，自動控制和強制冷卻循環環節有待加強和提高。通過正視存在的問題，在冷卻循環系統下功夫，監測控制操作流程中需要注重的指標，保證冷卻循環系統的高質、高效。

2.4 熱處理質量控制水平低，檢測手段落后

熱處理產品用事后試驗棒和產品表面硬度來測試產品質量。產品種類多，數量大，材料成分不一，使產品返工修正率增大，生產周期變長，生產效率和產品質量和降低，熱處理成本因此增加。冷卻循環過程人為操作控制，冷卻介質缺乏有效的監測手段，很大程度上影響產品質量。要保證產品質量，就要對熱處理和冷卻工藝過程進行嚴格控制，學習開發先進的檢測手段，提升質量檢測效率，逐漸完善熱處理產品控制和檢測機制，建立一套優質完善的處理體系。

2.5 環境污染問題日趨嚴重

隨著工業化程度越來越高，環境保護成為焦點問題。諸多熱處理工廠盲目追求產量和利益，忽視生產過程中廢料、廢氣、廢水的處理，對空氣環境、土地資源、水資源帶來了嚴重污染，造成不可估量的損失。因此要增強保護環境的意識，改進和完善工業排放處理機制，達到國家規定的廢棄物排放標準，不給環境和社會造成負擔。

3 石油機械設備熱處理技術發展趨勢

3.1 研究推廣節能技術

各種高效的節能技術在各種工藝流程中得到應用，比如通過遠紅外技術、硅酸鋁纖維等對電阻爐進行改造，達到節約能耗的目的；控制燃料合理充分燃燒的控制方法以及廢料、廢氣、廢水的循環利用，提高資源利用效率；利用碳素鋼的零保溫加熱、亞溫淬火、低壓滲碳、真空高溫滲碳等先進技術，在熱處理環節中降低能耗；選用節能效果好、質量高的熱處理設備。

3.2 推廣少無氧化熱處理技術

少無氧化熱處理技術的普及程度是評估熱處理水平的重要指標。因此，應著力宣傳少無氧化熱處理技術節約能源、節約材料、零件熱處理質量穩定、無污染等諸多優點，深化管理層對新技術的認知和重視。同時，加大對固定資產的投入力度，普及發展新技術新設備的使用，從關鍵零件入手，逐步增加我國石油機械熱處理少無氧化熱處理技術的生產比重。

3.3 提高專業化生產水平

石油機械設備產品多品種、小批量，導致熱處理專業化生產能力處于較低的水平，熱處理專業化生產水平急需發展和提高。優化石油機械設備生產廠家的資源配置構造，加深各個企業之間的協同管理，推陳出新，踴躍創造，將石油機械設備生產規模化、專業化、綜合化。建立完善的生產流水線，構建健全的監測、質檢機制，向機械化、自動化、數字化的方向全面發展。實現工業管理信息化、高效化，提升機械制造的精密程度。

3.4 提高控制和冷卻技術水平

在金屬熱處理過程中，控制水平尤為重要，因為產品的質量主要依靠生產過程中準確無誤的控制。諸多的控制操作盡量采用自動化、機械化的方式進行，以減少人為因素對產品質量的影響。不應忽略冷卻技術的重要性，改進熱處理技術時，加強對相關設備和介質的研究和監測，以確保條件恒定不變，不斷發展和改進加工技術，在實踐中穩步推廣普及。

4 石油機械設備熱處理的潛在問題及解決方案

4.1 污染問題

工業的迅速發展，帶來經濟效益的同時也涌現出許多問題，目前，環境污染問題已經成為全球面臨的最大挑戰。傳統的石油工業中的熱處理技術無論在能源耗費上還是在環境污染上都給社會造成了龐大的壓力。石油機械熱處理產生的廢氣、廢渣、廢水、油煙等大批量排放，需要更多的人力、物力、財力進行清潔治理，機械發出的噪聲嚴重影響著人們的身心健康。應加強保護環境意識，革新技術，從污染的根源進行減排治理，從根本上降低工業制造業對環境的污染。

4.2 生產技術落后設備陳舊

我國石油熱處理一直延用70年代的技術，設備也沿用70年代的設備，技術和設備都缺乏創新，導致生產力處于世界低端水平。因此應大力引進國外先進熱處理技術，在實踐中不斷摸索，研發出自己的新技術。在固定資產上加大投資力度，更新淘汰老舊設備，最大程度提升生產效率，提高產品質量，加速工業經濟的發展壯大，持續創新，早日達到國際先進水平。

4.3 自動化、機械化程度較低

石油機械設備熱處理工藝流程中，人工勞動量大的因素，嚴重影響著產品的質量和設備的壽命。應加強系統自動化，大力開發和推廣計算機模擬仿真和控制技術在大型石油機械零件熱處理中的應用。建立健全的數據庫，通過計算機監測控制熱處理過程數據指標，實現石油機械設備生產與組裝的自動化、智能化，節省人工成本，降低產品制造成本。

4.4 專業技術人才匱乏

科學是第一生產力，而人是生產力中最活躍的因素。要達到國際先進水平就要進行技術的革新和創造，但技術發展需要人為推動，培養和發掘新型技術人才，提高人才的職業素養，要堅持以人為本，因材施教，以多種途徑和方式不斷提高熱處理職工群體的整體水平。宣傳先進熱處理技術的諸多優點，吸引更多的新鮮血液融入石油機械設備制造業，彌補石油行業技術人才匱乏的短板，為振興石油工業做好人才儲備。