防腐装置在抽油杆修复中的应用.doc

山东省设备管理成果

防腐装置在抽油杆修复中的应用

防腐装置在抽油杆修复中的应用

摘要：针对修复后的抽油杆存放时容易锈蚀的成因进行分析，并提出了利用雾化装置将废机油喷涂在抽油杆表面上进行防腐的行之有效的解决办法。
关键词：抽油杆 锈蚀 防腐 雾化装置

***准备大队油管厂抽油杆日均修复1671.86m，日均发出1165.03m，每月发出量（作业队需求量）不均衡，为满足作业生产需求，各种规格抽油杆需要有一定的库存量。目前油管厂采用的清洗工艺，抽油杆与水接触充分并带着水分存放，容易产生锈蚀。作业队对抽油杆的需求不均衡，有时造成抽油杆存放时间过长（露天存放），使抽油杆锈蚀程度增加，尤其遇上阴雨天气，锈蚀现象就更加严重。
一、锈蚀成因分析及对策的提出
表1：***油管厂抽油杆锈蚀情况调查表
序号
产品型号
修复数量（根）
修复日期
检验数量（根）
轻度腐蚀（天）
中度腐蚀（天）
重度腐蚀（天）
1
22mm抽油杆
110
3.9
10
3
20

2
22mm抽油杆
105
3.10
10
2
19

3
25mm抽油杆
122
3.11
10
2
23

4
25mm抽油杆
115
3.12
10
3
20

5
19mm抽油杆
120
3.13
10
3
21

平均

2.6
20.6

时间：2009年4月
备注：1. 轻度腐蚀：锈蚀表层很浅，能明显看出生锈状态，影响外表美观，对采油作业没有明显的影响；
2. 中度腐蚀：锈蚀表层较深，有起粉起层现象，丝扣上卸不顺畅，丝扣磨损较快，对采油作业有影响；
3. 重度腐蚀：锈蚀表层深，表层酥松、起层有锈渣，严重影响使用。
抽油杆是有杆抽油设备中连接抽油机和抽油泵的重要部件，它的质量如何直接关系到油井的正常生产寿命。准备大队油管厂担负着***采油厂全部的抽油杆回收、清洗、修复的任务，具有年修复抽油杆50万米的生产能力。2008年油管厂抽油杆生产线进行了改造，改造后采用热水加清洗剂对抽油杆进行浸泡清洗，清洗质量得到了很大的提高。但清洗修复后的抽油杆容易锈蚀，抽油杆在库存2.6天以后便出现明显锈斑，20.6天后达到中度腐蚀程度，时间越长越为严重，不仅降低了产品质量，严重时由于铁锈脱落会加剧抽油泵磨损，甚至造成卡泵故障。目前，油管厂对修复后的抽油杆无防腐措施，在本行业中也未找到成熟的防腐方法及装置。
本文通过对抽油杆锈蚀成因的分析，提出了研制雾化装置将机油雾化后喷涂在抽油杆表面上进行防腐的措施，解决了抽油杆再次投入使用前锈蚀现象严重的问题。
二、抽油杆锈蚀成因分析
抽油杆锈蚀的基本原理是由于其原材料主要成分 铁与空气中的氧气发生反应，生成了氧化铁。
反应式为：
4Fe+3O-2 2Fe2O3
反应条件：
铁与水、空气接触
按照上述原理，我对造成修复后的抽油杆锈蚀的原因进行了分析：
1、由于作业生产任务不均衡，对抽油杆的需求也在不断变化，常常出现库存积压时间长的情况，长时间存放使抽油杆在空气中氧化反应时间长，锈蚀程度增加。
2、目前修复后的抽油杆分类摆放在露天场地，与外界空气直接接触，容易被氧化，遇上阴雨潮湿天气，抽油杆锈蚀现象更为严重。
3、抽油杆材料一般为：20CrMoA，本身不具备防锈性能。
4、油管厂采用热水浸泡，钢丝刷刷洗的方式清洗抽油杆，清洗时抽油杆与水接触充分，表面油层被刷去，洗后容易生锈。
5、油管厂抽油杆修复工艺中没有任何防腐措施。
对上述原因综合分析后确定，油管厂抽油杆修复工艺中没有防腐措施，是抽油杆存放时不能抵御环境腐蚀的内在原因。
三、采取的具体措施
（一）解决问题的关键
金属表面防锈的原理是破坏铁锈生成的条件，即避免铁与氧气在有水的条件下产生反应。常见的措施是隔离法，隔离铁与水、空气的接触。
根据金属防腐原理，我对适合修复后抽油杆防腐的四种措施即表面喷漆、表面涂油、氮化处理、发黑磷化处理等措施进行了优缺点对比，具体分析见树图1：
抽油杆表面防锈处理
表面喷漆
表面涂油
氮化处理
发黑、磷化处理
工艺简单效果良好
漆皮脱落，堵塞泵筒
不可行
工艺简单
效果良好
工艺复杂投资大

效果好

不可行
效果好
工艺复杂投资大

不可行
浸油装置
喷油装置
手工涂油

不可行

不可行
效率高
涂油均匀，效果好
油耗大成本高

存放滴油，不符合清洁生产
效率高
涂油均匀效果好
油耗小成本低
存放不滴油符合清洁生产
效率低
劳动强度大
涂油不均
购进成品
自行研制
不可行
可行
无成熟装置
厂
效果好
成本低
能力达到可实施
效果较好

图1：分析树图
通过分析，确定了解决问题的关键所在：研制抽油杆防腐装置
（二）采取的对策措施
根据选定的方案，借鉴喷雾器的工作原理，以废机油为介质，通过高压气流将其雾化喷涂在抽油杆表面上，使抽油杆表面覆盖一层薄薄的油膜，隔绝抽油杆与空气、水的接触。
图2：喷雾器
1、该方案优点主要有：
（1）可以使油与抽油杆表面充分的均匀接触；
（2）节约油耗成本；
（3）达到清洁生产要求。
2、设计要求
（1）效率高。自动化生产，满足流水线正常生产要求。
（2）成本低。
（3）效果好。
（4）符合清洁生产要求。
3、结构设计
a.结构及工作原理
（1）抽油杆防腐装置主要由机油雾化装置、机油供给系统、储油箱、电器控制系统四部分组成。如图3：

图3：防腐装置结构图
（2）机油雾化原理：通过高压气流使雾化器出口产生负压，在大气压下，利用虹吸原理将油箱内的废机油吸入雾化器，同时机油在出口处被高压气流破碎，形成雾状喷出。通过调节气体压力和雾化器上的针阀开度可改变机油雾化粒度和喷雾距离。原理如图4：

图4：雾化装置原理图
（3）装置工作原理：
装置工作过程包括供油、喷油和回油三个持续循环的过程。
①供油：开启齿轮泵，机油从储油箱抽至辅助油箱。
②喷油：打开气阀，在负压作用下，雾化器通过油路将机油从辅助油箱抽吸上来并喷出雾状油流，喷涂到抽油杆表面。
③回油：多余的机油在雾化箱里汇集，由回油管线流入储油箱，经过过滤、沉淀后再投入使用。
b.具体实施
①雾化试验：
气压大小、油品粘度、雾化器规格尺寸、喷嘴与抽油杆的距离。
试验目的:
l 确定雾化器型号规格
选用成品系列雾化器，通过试验确定最佳型号规格。
l 确定雾化器与抽油杆的距离
各种不同的雾化器机油雾化区大小不同，通过试验确定抽油杆与喷嘴的最佳距离。
试验条件：
l 确定工作气压
不同的气压对雾化效果有重要的影响。装置的工作起源是油管厂空气压缩机提供的压缩空气，其出口压力为0.8MPa。通过测量抽油杆生产线实际气压0.62-0.75MPa。由于气压不同，雾化器与抽油杆的最佳距离要发生变化，但装置安装后两者的距离基本保持不变，为此，我们在气路上增设了一套空气调压阀，将基本气压稳定在生产线实际气压的平均值0.68-0.71MPa之间，确保良好的工作效果。
l 选用防腐油
根据现有条件和生产的经济性，确定选用设备废机油和普通机油（废机油不够使用时）。
l 备选雾化器
工作气压在0.50-0.80MPa之间的雾化器常用的有五种，型号分别为JN11、JN12、JN12A、SU11、SU12，分别进行试验。
雾化试验，如图5：

图5：雾化试验
通过5组试验，在对耗油量、试验效果对比后，小组确定选用JN12A型雾化器，同时确定雾化器与抽油杆的安装距离为240mm。JN12A型雾化器结构如图6：

图6：JN12A型雾化器结构图
②雾化装置设计
雾化装置由雾化器、气路、油路、雾化箱四部分组成。为了确保效果，我们采用了180°对称布置的两套雾化器设计，辅以相应的气路、油路，安装在雾化箱上。如图7：

图7：雾化装置结构图
雾化箱的作用：
Ⅰ.雾化装置、气路、油路安装；
Ⅱ.形成密闭室，利于清洁生产；
Ⅲ.便于废油循环利用。
用3mm厚铁板制成了雾化箱，箱体将机油雾化区域全部密闭起来，只在抽油杆行进方向留有进出口，箱体前后各装一个雾化器，对经过的抽油杆成360°角喷射，最底部设有回油口，将多余机油流回储油箱循环使用。如图8：
图8：雾化箱
c.机油供给系统设计
机油供给系统由供油管线、齿轮油泵、辅助油箱组成。
为减少阻力，提高雾化效果，我们在雾化器下方安装一个辅助油箱，给雾化器供油。为使机油液面与雾化器保持在虹吸高度内，油箱内装有高度适当的溢流管（与储油箱连通），当齿轮泵通过供油管线将机油连续注入辅助油箱，达到溢流管高度时，机油将通过溢流管流回储油箱，确保油液始终保持在雾化器的虹吸高度内。如图9：
溢流管
图9：机油供给系统
d.储油箱
储油箱功能：储存机油，对回流机油过滤、沉淀。
储油箱进口装有机油滤网，过滤回流的机油，沉淀室与抽油箱部分分别用上下两块隔板隔开，起到隔离油液上面的漂浮物和底部沉淀物的作用，保证进入雾化喷嘴的机油清洁干净。如图10：

图10：储油箱
e. 电气控制系统设计
电气控制设计的目的是使防腐装置与抽油杆流水线工作同步。电器控制系统由接近开关、电磁阀、时间继电器、电压继电器组成。
2009年5月10日，我们在油管厂抽油杆修复线上对防腐装置进行了整体组装，并按设计要求安装了电气控制系统，如图11、12：

图11：整体组装图

图12：电气控制系统
如上图，我们在防腐装置前1m的位置安装一个接近开关，结合电磁阀、时间继电器、电压继电器对防腐装置的气路进行控制。齿轮泵则与自动线电机串联，同步工作，便于控制。具体工作步骤：
（1）开启自动线，油泵启动，从储油箱向辅助油箱供油，保持辅助油箱液面高度。
（2）当抽油杆到达接近开关时，电磁阀打开，雾化器进气，机油雾化喷出，均匀的喷涂在前行的抽油杆上。
（3）当抽油杆离开接近开关时，由时间继电器控制电磁阀延时至抽油杆全部经过雾化区后关闭，喷油结束。
（4）自动线关闭，齿轮泵停。
四、认识与建议
该装置自5月中旬开始投入使用，对防腐处理过的抽油杆，我们进行了为期35天的跟踪调查，见表2
表2：抽油杆耐腐蚀情况调查表
序号
产品型号
修复数量（根）
修复日期
检验数量（根）
轻度腐蚀（天）
中度腐蚀（天）
重度腐蚀（天）
1
25mm抽油杆
113
5.11
10
33

2
25mm抽油杆
108
5.12
10
31

3
22mm抽油杆
121
5.13
10
31

4
22mm抽油杆
113
5.14
10
32

5
22mm抽油杆
122
5.15
10
33

平均

32

制表：张东波 制表时间：2009年6月
通过调查表分析，清洗后的抽油杆经过防腐处理后，在露天条件下存放，平均32天左右开始轻微氧化腐蚀，调查期间没有达到中度和重度腐蚀程度抽油杆，达到了设计要求。

图13：喷油后的抽油杆
1、经济效益：
装置加工成本约7800元。但投入使用后，可解决以下问题：
（1） 装置可以减少因抽油杆锈蚀造成抽油泵磨损或卡泵事故；
（2） 进一步提高抽油杆的修复质量，有效延长了抽油杆的使用寿命。
2、社会效益：
（1）防腐装置的研制成功，解决了抽油杆修复工艺中防腐的问题，同时还可以推广应用到油管修复和隔热管修复的工艺流程中，提高油管、隔热管的表面耐腐蚀能力，提高表面修复质量。
（2）通过此次活动，QC小组成员扩展了视野，增强了QC活动的积极性，提高了课题攻关能力。
3、建议
（1）制定防腐装置的操作规程，规范防腐标准。
（2）加强设备维护保养，确保防腐装置的正常使用。
（3）做好冬季使用时，气温低，油粘度高的应对措施

10