再制造技術在油田注水泵中的應用

謝光偉，桑科中，張哲

（渤海石油裝備制造有限公司，天津 300457）

1 再制造技術的定義

注水泵再制造是指以實現(xiàn)廢舊配件性能提升為目標，以先進技術和產業(yè)化生產為手段進行修復、改造廢舊配件的一系列技術措施的總稱。

再制造技術不同于傳統(tǒng)模式的維修，維修是指為了保證設備可靠運行而采取的維護修理措施，體現(xiàn)出隨機性、原位性、動態(tài)化、應急性的特點[1]。再制造不僅具有生產制造的特點，而且是將傳統(tǒng)意義上的維修加以延伸，可以為理解為是維修的高級階段。維修針對存在故障、難以穩(wěn)定運行的設備，多采用更換零部件的方式，難以實現(xiàn)工業(yè)化；且單個零部件在更換后難以保證整個設備的原始性能，無法保證整體質量。而再制造的實施是基于報廢零部件，采用表面處理的方式進行修復，同時能保證修復后的零部件與其他零部件的配合關系，有利于提升產品性能、延長產品使用壽命。

2 注水泵再制造技術

2.1 再制造方法的設計

廢舊設備應用再制造技術要考慮到總體設計，明確再制造方法、再制造的工藝設計，保證設備再制造后具有最大化的效益。再制造設計要考慮到多種影響因素，如工藝方法的選擇要保證廢舊零部件易于拆卸及分析再制造后的經濟效果。再制造技術應用的關鍵是保證質量控制效果，核心為成型技術與表面技術。

注水泵再制造流程一般為：拆解注水泵→損壞原因分析→再制造工藝優(yōu)選→表面處理技術優(yōu)選→新型合金材料優(yōu)選→修復及試驗

2.2 動力端再制造技術

注水泵報廢的主要原因是動力端各部位摩擦副磨損嚴重導致存在異響和泵效下降等現(xiàn)象，而其他承接部件可能依然無損，具有使用價值。注水泵動力端為曲柄連桿機構，所涉及的大型零部件有箱體、曲軸、連桿、滑塊等，考慮到零件的可再制造性和成本因素，動力端僅考慮箱體、曲軸的再制造技術。

2.2.1 箱體再制造

箱體一般為鑄鐵件，主要起支撐架的作用，其主要磨損點在于滑塊配合的滑道部位，如果滑道部位無明顯損壞，只需打磨拋光即可；如果拉傷痕跡明顯則需要通過珩磨對其重新研磨，并配備相應的滑塊以保證其配合間隙，最后進行除銹、除砂、噴涂防銹底漆和面漆。

2.2.2 曲軸再制造技術

曲軸為動力端關鍵承載部件，首先必須對舊曲軸進行探傷，如果無結構性破壞可進行降級大修處理，為減少額外的制造成本和保證其可靠性，曲軸拐徑最多降級1 mm 并配備相應的加厚連桿瓦。如果曲軸為鋼件且表面上有明顯的凹槽或磨損過多，可以利用鐵基激光熔覆層方面應用激光熔覆技術對損壞部位進行修復，試驗表明，熔覆層硬度約為基體硬度的3 倍[2]，然后再進行機加工，達到原品裝配尺寸。

2.3 易損件的再制造技術的應用

柱塞、閥組是注水泵中的主要易損件，直接影響著注水泵的性能。通常情況下，易損件本身制造成本較低但其失效后對整個泵組的正常運行影響較大。尤其是在工況比較惡劣的泵站，每年更換的柱塞和閥組數(shù)量巨大，導致成本居高不下且勞動強度大，影響運行時效。在研究易損件的再制造工藝時，首先必須分析其損壞原因。本文將結合注水泵易損件失效情況進行現(xiàn)場調研和測試，對失效形式進行統(tǒng)計分析，結合相關失效分析理論，分析注水泵易損件失效原因，并介紹易損件再制造工藝。

2.3.1 易損件失效機理分析

（1）水質分析。對易損件壽命較低的長慶、大港油田區(qū)塊水質化驗分析（表1），機械雜質最高達115 mg/L（為國標的5.8 倍），礦化度高達32 252 mg/L（為國標的3 倍），Cl-濃度高到18 961 mg/L，腐蝕性較強。

表1 水質分析

（2）閥組、柱塞等零部件的失效形式及機理見表2。

表2 閥組和柱塞的失效形式及機理

2.3.2 易損件的再制造技術應用

激光熔覆采用激光輻照在被熔覆基體表面上，得到稀釋度極低、與基體成冶金結合的表面涂層，能顯著改善材料表面的耐磨、耐腐蝕、耐熱等特性。與堆焊、噴涂等常規(guī)柱塞加工技術相比，激光熔覆有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結合好、適合熔覆材料多等特點，能顯著提高基體表面結合力，達到修舊利廢、延長壽命的目的。

（1）柱塞的再制造技術應用。通過柱塞表面軸向劃痕、表面銹蝕表象分析，造成柱塞損傷的原因是介質中含有固相顆粒且有較強的腐蝕性；通過柱塞表面麻點分析，造成損傷的原因是柱塞基體與涂層的結合力不夠且涂層硬度較低，磨損和腐蝕是柱塞的損壞原因。主要表現(xiàn)在表面坑槽、劃痕以及涂層脫落，從而造成密封性下降，注水壓力不足，但本體基本完好。損壞的柱塞經過機加工、噴砂等處理后，再通過激光熔覆Ni 基粉圖層后，采用96 h 鹽霧腐蝕實驗對比，表面的耐腐蝕性得到明顯提高，硬度方面也有明顯提升[3]。

（2）閥體的再制造技術應用。從閥組高壓端密封面放射性溝槽、表面銹蝕凹坑，引起刺漏，導致組合閥密封失效、注水壓力不足，使用壽命大幅降低。報廢的閥體經過機加工、噴砂等處理后，再通過激光熔覆鐵基粉末涂層后，采用96 h 鹽霧腐蝕實驗對比，表面的耐腐蝕性明顯提高，硬度也遠高于原品[4]。

通過優(yōu)選激光熔覆參數(shù)及涂層材料，形成易損件的修復技術，對注水泵損壞柱易損件進行再制造修復后，應用于長慶油田某注水站。經過對比，再制造后的易損件使用壽命至少可延長50%，成本降低38%以上，大大降低了全油田設備維護成本，減少原材料消耗，提高設備運行效率，為降本增效提供技術支持。

2.4 電機再制造

報廢電機通過再制造技術，可將注水泵普通電機升級為永磁節(jié)能電機，進一步升級可以將注水泵的皮帶連接轉換為永磁直驅連接。電機再制造技術將永磁體植入轉子，徹底消除勵磁電流，當電機的定子繞組通入交流電后，將產生一個同步旋轉磁場，此磁場與轉子永磁磁場相互作用，驅動電機旋轉并進行能量轉換，降低電機運轉時的損耗。由于轉子不產生鐵損耗和渦流損耗，所以降低了電機的自身損耗，同時高功率因數(shù)使得定子電流和定子繞組電阻損耗減小，從而實現(xiàn)提高效率、節(jié)能降耗目的。

注水泵電機再制造后，其節(jié)電率與負載有很大關系，一般情況下負載在70%以下的，電機經過再制造后節(jié)電率應不低于10%；負載在75%以上或近乎滿載的，電機經過再制造后節(jié)電率應不低于7%。

由于直驅電機的轉速不受負載影響，因此節(jié)電率較高。

3 建議

注水泵再制造技術分為兩種形式，一種是功能提升再制造，另一種是性能提升再制造。

（1）功能提升再制造。對注水泵箱體、曲軸、連桿、十字頭等結構件進行檢測，通過先進工藝對有缺陷結構件進行補強達到性能提升；對電機、皮帶輪、軸承等關鍵部件按標準檢修或更換；特殊部件進行升級改造；對老舊部件表面噴砂噴漆，修舊如新，恢復注水泵常規(guī)性能質量。

（2）性能提升再制造，具體細化為節(jié)能改造和智能改造。其中，節(jié)能改造轉變注水泵傳動方式，由皮帶傳動升級為永磁直驅傳動，節(jié)能12%左右；智能改造可以在注水泵上增加溫度、電流、電壓、流量、壓力、漏失量、振動等傳感器和無線傳送模塊實現(xiàn)遠程傳輸、控制等功能，滿足油田建設智慧油田、數(shù)字化油田的需求（圖1～圖2）。

圖1 注水泵智能診斷監(jiān)控系統(tǒng)工作界面

圖2 注水泵數(shù)字化應用現(xiàn)場

4 結語

再制造技術對注水泵零部件實施修復是一項具有綜合效果的優(yōu)勢產業(yè)。油田柱塞式注水泵應用再制造技術，不僅可修復動力端部分，使之達到新泵標準，解決動力端零部件因磨損造成的間隙過大等問題，而且可使注水泵廢舊柱塞、組合閥得到重復利用，大大降低生產成本，實現(xiàn)了修舊利廢的目的，為生產單位節(jié)省成本、降低人員勞動強度起到重要作用。同時為油田其他設備部件再制造技術的形式起到技術引領的作用，促使設備管理理念轉變，全面提高油田設備質量，全方位實現(xiàn)油田設備降本增效，顯著提高經濟效益。