WT（钨钛）合金柱塞在注水泵上应用

张江林

（中石化股份公司江汉油田分公司江汉采油厂，湖北 潜江433123）

“新技术、新工艺、新材料、新设备”四新技术应用是设备管理和应用永恒的主题。在生产规模已经形成、更新设备已不现实的前提下，通过新技术、新工艺、新材料的应用以增强或改善设备某一方面可靠性就成为了最节约成本的投入方法。WT（钨钛）合金柱塞在注水泵上应用极大的延长了柱塞的使用寿命，充分体现了四新技术应用投入少、见效快的特点。

1 柱塞失效机理分析

当前，江汉采油厂的注水泵采用的主要是Ni60喷焊表面处理的柱塞（HRC58左右 ），虽然其综合抗腐抗磨能力远高于以前的碳钢铬或低碳渗碳或碳氮共渗等表面处理后的柱塞，但使用寿命也只有800～1 200小时（主要是注水水质和工况不同产生差异，注高于35 MPa以上的采出水，柱塞使用寿命较短，注清水寿命较长 ）。仅能满足 GB／T9234（或JB／T9087、SY／T6141）的要求，即含油污水泵柱塞更换时间:注水压力小于20 MPa为1 000小时，20MPa～31.5MPa为900小时，31.5MPa以上为700小时标准。

该厂注水泵工作范围在5MPa～50MPa且24小时连续生产，就意谓柱塞更换频繁，维修力量投入大，运行成本高，停机时间较多，注水时效低，直至影响原油生产。

经统计，柱塞在工作中损坏失效主要有以下几种形式（见图1）。

1）表面拉伤。这种现象主要因柱塞表面的杂质在柱塞往复运动时与密封填料摩擦而产生（如，污水中析出的结晶盐类或泥砂等杂物 ），也有因装配中柱塞位置不正偏磨而产生（见图1a）。

2）表面剥离。主要是因为喷焊或其它表面处理前柱塞的基体表面处理不干净，致使附着层不能很好地附着在基体上，或附着层厚薄不匀乃至磨削时出现某一部位很薄等，使柱塞工作中承受高强度冲击和大负荷时，柱塞与密封填料摩擦生热膨胀不均而开裂出现表层剥离（见图1b）。

3）端面腐蚀。端面腐蚀分前端面腐蚀和后端面坑蚀两种。

前端面腐蚀是因为喷焊处理时喷焊层达不到端面，端面没有喷层的保护，使端面在工作中产生化学及电化学腐蚀和高压液体冲刷而损坏（见图1c）。

以上所有的柱塞损坏都将造成柱塞的密封失效，污水介质刺漏到柱塞后端。后端面由于工作时不直接接触污水介质，在表面处理时往往不处理这一段，当密封填料失效，工作介质有漏失时，污水就会造成后端面损坏（见图1d），主要是锈蚀。

图1 柱塞损坏失效主要形式

此外，柱塞的折断主要是由于用于加工柱塞的母材存在缺陷（隐伤或裂纹等 ），或加工中对柱塞的一些应力集中区处理不当，使之在工作时产生了锐角效应，疲劳损坏。此情况多见于小直径柱塞。

2 WT（钨钛 ）技术处理后的柱塞

重庆胤合机械制造公司在碳钢柱塞承磨面上复合一定厚度的钨钛合金层再经精加工后的WT抗磨蚀钨钛柱塞（见图2），充分“利用了钨钛技术材料高硬度、高强度、高耐磨性、高抗耐腐蚀性、高划伤性、高耐温性、较低摩擦系数、自润滑抗氧化、高抗冲击性、高温稳定性等优异的理化性能，在柱塞表面复合一层钨钛材料使产品具有抵抗恶劣工况的能力”①。“经检测该柱塞表面硬度达到70HRC～75HRC，粗糙度达到Ra 0.2μm”②。因此，能充分发挥WT合金的上述优点，大大减小柱塞的磨损，减小摩擦损失，提高柱塞寿命（在同等“恶劣工况下同期比碳钢镀铬、低碳钢渗碳或碳氮共渗表面处理的柆塞寿命高5－10倍”③）。而且，WT（钨钛）合金柱塞只是对柱塞表面进行 WT（钨钛 ）技术处理，其结构、尺寸没有发生变化，安装、使用都与以前柱塞一样，无特殊操作要求。（①、②、③引用重庆胤合机械制造公司产品介绍）

图2 WT（钨钛 ）合金柱塞

3 现场对比应用

为了准确验证 WT（钨钛 ）合金柱塞的应用效果，我们以GB／T 9234为标准，先后在广六站同一台泵上装两种柱塞作对比实验和在新一站进行寿命验证，其结果是，广六站累计运行时间都达到5 000小时以上，新一站间断运行累计也达到了2 500小时，而且已历时8个月，都仍能继续使用，效果非常明显（见表1）。

表1对比结果如下:

1）柱塞表面经过 WT（钨钛 ）技术处理后，使用寿命远远高于国标和现用的Ni60喷焊表面处理的柱塞。

2）WT柱塞对造成泵柱塞损坏的主要因素（氯离子腐蚀、柱塞填料失效后，高压水刺蚀和结晶盐对柱塞的颗粒磨损）具有很好的遏制作用。

4 经济效益分析

从上述使用结果可知，同等条件下，WT柱塞的使用寿命是Ni60喷焊表面处理柱塞的至少4倍以上，相当于同等时间内少换4次柱塞。目前，Ni60喷焊表面处理的柱塞按大小不同定价，价格在360～1 100元／根，换一个柱塞平均花费770元（按平均费用650元／根＋6个填料 ×20元／个 ）。

该厂现有330台泵，每台泵年平均换4次柱塞，每次3～5根柱塞（三缸、五缸不同 ），经统计，2012年一年换1 500多根柱塞，直接费用约100万元，还不包括人工、车辆等费用。因此，WT柱塞的使用在其一个寿命周期内至少可节约柱塞费用75万元以上。而且，由于寿命的延长，减少了维修次数，同时也相应减少了工人劳动强度和因柱塞损坏污水泄漏造成的环境污染。

5 结束语

当前，柱塞式注水泵是油田石油采出水回注的主力注水泵。现场应用中，由于上述诸多原因，柱塞式注水泵的柱塞寿命都不长，且维护成本高，停机时间多，劳动强度大，注水时率低。为此，我们一直在寻找制造柱塞的新材料、新工艺以延长柱塞的使用寿命。

通过实践证明，WT（钨钛）合金材料在注水泵柱塞上的应用，极大的延长了柱塞的使用寿命，经济效益立竿见影，具有一定的实用性和推广价值。

［1］GB－T 9234－1997，机动往复泵［S］.

［2］JB／T 6911－2007，往复泵产品零件热处理技术条件［S］.