Инженерная практика
Российский нефтегазовый журнал о технологиях и оборудовании
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru
Telegram

Применение газотермических покрытий для повышения ННО УЭЦН

Корпусные детали и узлы УЭЦН постоянно находятся под воздействием мехпримесей, коррозионно-активных пластовых жидкостей, высокой обводненности, солеотложений, повышенной температуры и связаны с риском образования гальванопар. Все это ведет к коррозионному разрушению материалов, предотвратить которое можно посредством специальных методов повышения антикоррозионных свойств и износостойкости деталей и узлов УЭЦН. Одним из таких способов служит газотермическое напыление (ГТН) – процесс нагрева, диспергирования и переноса активированных частиц распыляемого материала газовым потоком и формирования на подложке компактного слоя. Применение газотермических покрытий улучшает эксплуатационные характеристики УЭЦН, повышает ресурс работы деталей и узлов, способствует увеличению наработки УЭЦН на отказ.

29.04.2011 Инженерная практика №04/2011
Лурье Александр Зямович Заместитель генерального директора по развитию бизнеса ЗАО «Плакарт»

ЗАО «Плакарт» создано ООО «Технологические системы защитных покрытий» («ТСЗП») и ГК «Роснанотех» как проектная компания, специализирующаяся на применении газотермических методов напыления и наплавки. Что касается организации работ по напылению покрытий, то мы, кроме того что выполняем работы на своих производственных площадках, также поставляем оборудование для напыления и наплавки «под ключ» – поставляем роботизированное и компьютеризированное оборудование для газопламенного, плазменного и высокоскоростного нанесения покрытий, осуществляем его сервисное обслуживание, обеспечиваем поставку запасных частей и расходных материалов.

Газотермические покрытия при механизированной добыче нефти эффективны для предотвращения различных видов коррозии: общей, пятнами, в виде плато, питтинговой, контактной, бороздками и мейза-коррозии (подробнее см. А.З. Лурье «Практика и перспективы применения защитных покрытий на корпусных деталях погружных центробежных насосов» // Инженерная практика №6/2011, с. 112–116). Использование покрытий позволяет повысить коррозионную стойкость изделий, снизить коэффициент трения, предотвратить схватывание. Это, в свою очередь, способствует улучшению эксплуатационных свойств изделий, увеличению ресурса работы аппаратов и деталей, повышению надежности изделий, снижению себестоимости их изготовления и обслуживания. Применение газотермического напыления также дает возможность снизить затраты на ремонт и закупку импортных, как правило дорогостоящих, комплектующих и сократить сроки простоя оборудования в ремонте.

ПРИМЕНЕНИЕ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ УЭЦН

В УЭЦН газотермические покрытия применяются в нескольких целях. Во-первых, для защиты корпусов насосов, ПЭД и газосепараторов от коррозии. В данном случае нанесение покрытия возможно методами электродуговой металлизации и высокоскоростным способом. Во-вторых, для защиты гильз газосепараторов от абразивного износа. В-третьих, для упрочнения поверхностей втулок промежуточных, осевых и радиальных подшипников. В этих случаях используется высокоскоростной способ напыления. Наконец, в-четвертых, газотермические покрытия можно применять для восстановления посадочных мест рабочих колес и направляющих аппаратов (способ нанесения – детонация).

Рис. 1. Состав газотермического покрытия
Рис. 1. Состав газотермического покрытия

Нанесение газотермического покрытия представляет собой процесс нагрева, диспергирования и переноса активированных частиц распыляемого материала газовым потоком и формирования на подложке компактного слоя. Для получения покрытий деталей и узлов УЭЦН применяются такие методы, как высокоскоростной, детонационный, плазменный, газоплазменный, электродуговая металлизация (ЭДМ) и плазменная наплавка. Любое газотермическое покрытие независимо от метода нанесения состоит из подложки и слоя с нерасплавленными частицами металла, включениями оксидов и порами (рис. 1). Возможность нанесения такого покрытия определяется главным образом свойствами защищаемой поверхности.

ВЫСОКОСКОРОСТНОЕ НАПЫЛЕНИЕ И СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ

Высокоскоростное напыление подразумевает использование сверхзвукового потока материалов, что позволяет получать покрытия с максимально возможными для газотермических методов адгезионными и когезионными характеристиками. Частицы порошка, как правило, имеют размер 30–50 мкм. Такое покрытие можно рассматривать как альтернативу гальваническим и вакуумным покрытиям.

Рис. 2. Установка высокоскоростного напыления ТСЗП-HVOF-K2
Рис. 2. Установка высокоскоростного напыления ТСЗП-HVOF-K2

При высокоскоростном напылении возможно создание многослойных покрытий. Это может быть актуально, например, при защите ПЭД от электрохимического воздействия – создается электроизолирующий подслой, на который наносится непосредственно защитное покрытие. Для нанесения используется установка высокоскоростного напыления ТСЗП-HVOF-K2 (рис. 2). В качестве горючей среды применяется смесь керосина и кислорода, расход керосина составляет до 1000 л/мин, кислорода – до 25 л/ч. Производительность при нанесении карбидов составляет 6–12 кг/ч, по металлам и сплавам – до 10 кг/ч. Толщина напыляемого слоя – 5–30 мкм. Высокая плотность покрытия достигается благодаря переходу кинетической энергии в тепловую.

Рис. 3. Установка высокоскоростного напыления ТСЗП-HVАF-AK-07
Рис. 3. Установка высокоскоростного напыления ТСЗП-HVАF-AK-07

В другой установке высокоскоростного напыления, ТСЗП-HVАF-AK-07 (рис. 3), в качестве горючей смеси применяется пропан и метан, дополнительно – водород, окислителем выступает воздух, транспортирующим газом – азот. Производительность при нанесении карбидов составляет 30 кг/ч, металлов – 27 кг/ч. Толщина напыляемого слоя составляет 5–30 мкм. Данная установка характеризуется меньшей скоростью напыления, чем К2, вместе с тем она также создает достаточно плотное покрытие.

Для всех покрытий, создаваемых методом высокоскоростного газотермического напыления, характерны высокая адгезия, прочность сцепления и низкая пористость (табл. 1).

Таблица 1. Характеристики покрытий, нанесенных методом высокоскоростного напыления
Таблица 1. Характеристики покрытий, нанесенных методом высокоскоростного напыления

В качестве напылителя специальных антифреттинговых покрытий применяется карбид вольфрама (до 550°С) и карбид хрома, а также TRIBALOY. Такие покрытия используются для защиты кожухов, хвостовиков лопаток, дисков, валов и других деталей. Покрытия характеризуются прочным сцеплением с основанием и ремонтопригодностью – есть возможность удалить старое покрытие и нанести новое.

ПЛАЗМЕННОЕ НАПЫЛЕНИЕ И СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ

Для нанесения плазменного покрытия применяется установка ТСЗП-МF-P-1000. В установке используется аргон, дополнительно – азот, водород или гелий. Производительность при напылении оксидов и карбидов составляет 3–10 кг/ч, при напылении металлов и сплавов – 2–5 кг/ч. Толщина слоя покрытия составляет 0,05–20 мм при напылении металлов и сплавов и 0,05–5 мм – при напылении керамики.

Плазменное покрытие получается более пористым по сравнению с покрытием, полученным методом высокоскоростного напыления (табл. 2).Керамические покрытия применяются в разных отраслях промышленности. В частности, в энергетике их используют для защиты лопаток газотурбинных двигателей, газоперекачивающих и прочих узлов.

Таблица 2. Характеристики покрытий, нанесенных методом плазменного напыления
Таблица 2. Характеристики покрытий, нанесенных методом плазменного напыления

ДЕТОНАЦИОННОЕ НАПЫЛЕНИЕ И СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ

Процесс детонационного напыления в общих чертах схож с процессом высокоскоростного напыления, но технология детонации предполагает использование выбросного режима частотой примерно 10 выбросов в секунду. Использование детонационных установок позволяет восстановить посадочные места рабочих колес и направляющих аппаратов. К плюсам данного покрытия можно отнести относительно низкую себестоимость.

В установке детонационного напыления «Дракон» топливом служит ацетилен класса А, окислителем – кислород, а рабочим газом – азот. Длина ствола установки составляет до 1 м, скорострельность – до 10 выстрелов в секунду, производительность – до 3 кг/ч, полезное использование порошка – до 70%.

Характеристики покрытия, получаемого методом детонационного напыления, в целом схожи с таковыми покрытия, наносимого путем высокоскоростного напыления, но имеют некоторые особенности (табл. 3).

Таблица 3. Основные характеристики покрытий, нанесенных методом детонационного напыления
Таблица 3. Основные характеристики покрытий, нанесенных методом детонационного напыления

ГАЗОПЛАМЕННОЕ НАПЫЛЕНИЕ И СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ

Газопламенное напыление позволяет восстановить геометрию деталей, в том числе в случаях сильного износа. Работы проводятся как на производственных площадках ЗАО «Плакарт», так и при больших размерах и массе детали – на площадке заказчика. Этим методом наносятся углеродистые, легированные, нержавеющие стали и баббиты (табл. 4).

Таблица 4. Основные характеристики покрытий, нанесенных методом газоплазменного напыления
Таблица 4. Основные характеристики покрытий, нанесенных методом газоплазменного напыления

Это покрытие применяется для защиты рабочих колес и восстановления баббитовых подшипников, но его нельзя использовать для защиты корпусов УЭЦН. При нанесении баббита на подшипники получается заданная пористость 7–8%, затем подшипники опускаются в масло, разогретое до 70–80°С и выдерживаются в нем несколько часов. Такая технология позволяет исключить режим сухого трения во время работы компрессоров.

ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ И СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ

Рис. 4. Электродуговое металлизационное напыление
Рис. 4. Электродуговое металлизационное напыление
Рис. 5. Электродуговая металлизация
Рис. 5. Электродуговая металлизация

ЭДМ представляет собой нанесение коррозионностойких покрытий анодного типа на крупные стальные объекты и дает возможность обеспечить покрытия на больших площадях, так как эффективный КПД распылителя достигает 70–90% – самый высокий показатель среди способов газотермического напыления (рис. 4, 5). Производительность при напылении цинка составляет 30 кг/ч, алюминия – 9 кг/ч. С помощью этого метода также можно создавать покрытия на основе цинкоалюминиевого сплава, меди, железа. ЭДМ используется для защиты оборудования, производимого на заводах «Борец», «Ойлпамп Сервис», «Алнас».

Установки для ЭДМ ТСЗП-LD/U2 300 и ТСЗП-SPARK 400 разработаны ООО «ТСЗП» и отличаются высокими надежностью, качеством получаемых покрытий и производительностью. Данные установки могут быть поставлены в комплекте с роботом KUKA KR-16 грузоподъемностью на «руке» 16 кг. Регулируется на диаметр проволоки 1,6/2,0/2,5 мм.

Электродуговое металлизационное напыление имеет прочность сцепления 20–50 МПа, пористость – 5–25%, микротвердость — 150–330 HV. В качестве материалов используются проволоки сплошного сечения, композиты, в качестве рабочего газа применяется воздух и другие газы.

При выборе того или иного вида газотермического покрытия необходимо исходить из основных коммерчески значимых характеристик (табл. 5).

Таблица 5. Основные коммерчески значимые методы ГТН и их характеристики*
Таблица 5. Основные коммерчески значимые методы ГТН и их характеристики*

НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ ПОКРЫТИЯ

Среди новых разработок ЗАО «Плакарт» следует отметить наноструктурированные покрытия из карбида вольфрама с оксидом алюминия. Они позволяют увеличить износостойкость и повысить трибологические свойства деталей и узлов, а также дополнительно уменьшить вероятность схватывания.

Эти покрытия увеличивают срок службы деталей машин и приборов, уменьшают расходы на материалы и обработку, создают защиту от коррозии, эрозии, износа, влияния высоких температур.

Может быть создан практически любой состав нанопокрытия с толщиной от сотых долей миллиметра до нескольких миллиметров. При нанесении этих покрытий основной материал нагревается обычно до температуры 70–150°С, при этом структура материала не изменяется и не происходит его коробление. Наноструктурированные покрытия можно наносить на детали из различных материалов вне зависимости от их размеров. Также нанозернистое покрытие имеет идеальные свойства для последующего создания многослойных покрытий.

Показать выдержки из обсуждения

ВЫДЕРЖКИ ИЗ ОБСУЖДЕНИЯ

Вопрос: Александр Зямович, Вы сказали, что для защиты корпусов УЭЦН от коррозии покрытия можно наносить как методом электродуговой металлизации, так и высокоскоростным способом. Исходя из каких факторов определяется целесообразность применения того или иного способа нанесения?
Александр Лурье: При правильно проведенном спуске ЭЦН, соблюдении правил эксплуатации и наличии центратора качество покрытий, нанесенных посредством ЭДМ, ничуть не уступает качеству покрытий, созданных высокоскоростным напылением. В более жестких условиях эксплуатации лучше применять высокоскоростное напыление, так оно позволяет полностью исключить подпленочную коррозию.
Вопрос: Ваша компания постоянно расширяет ассортимент покрытий. Не опасаетесь ли вы, что потребитель может перестать ориентироваться в этом многообразии? Может быть, стоит сосредоточиться на нескольких основных видах покрытий?
А.Л.: Не могу согласиться с тем, что многообразие продукции может причинять какие-то неудобства для потребителя. Ведь у каждого производственника стоит своя специфическая задача, и чем более адресно мы ее сможем решить, тем больше будет эффект от применения нашей продукции.
Комментарии

Эту публикацию еще никто не прокомментировал. Станьте первым, поделитесь своим мнением.

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Надежность энергоэффективного оборудования «Новомет» при повышенном содержании мехпримесей
Стратегия повышения эффективности механизированной добычи. Достигнутые результаты, цели и задачи
Свежий выпуск
Инженерная практика №07-08/2024

Инженерная практика

Выпуск №07-08/2024

Строительство и ремонт скважинТехнологии нефтедобычиБорьба с АСПО и коррозиейЭксплуатация трубопроводов
Новые технологии бурения скважинСпособы повышения эффективности нефтедобычиСистемы защиты от коррозии и АСПО Оценка стойкости ГПАТ
Ближайшее совещание
БУРЕНИЕ ‘2025
Ежегодное отраслевое производственное техническое Совещание (Конференция)

БУРЕНИЕ ‘2025: Лучшие практики и новые технические решения

27 февраля 2025 года, г. Москва
27 февраля 2025 года в городе Москве ООО «Инженерная практика» планирует провести ежегодное производственное - техническое совещание «БУРЕНИЕ ‘2025: Лучшие практики и новые технические решения». Мероприятие будет проходить в очном презентационно – дискуссионном формате в зале «Цюрих» отеля «Swissotel Красные холмы» (г. Москва, Космодамианская наб., 52, стр. 6). Приглашаем к участию экспертов и специалистов.