再制造技术在油田注水泵中的应用

谢光伟，桑科中，张哲

（渤海石油装备制造有限公司，天津 300457）

1 再制造技术的定义

注水泵再制造是指以实现废旧配件性能提升为目标，以先进技术和产业化生产为手段进行修复、改造废旧配件的一系列技术措施的总称。

再制造技术不同于传统模式的维修，维修是指为了保证设备可靠运行而采取的维护修理措施，体现出随机性、原位性、动态化、应急性的特点[1]。再制造不仅具有生产制造的特点，而且是将传统意义上的维修加以延伸，可以为理解为是维修的高级阶段。维修针对存在故障、难以稳定运行的设备，多采用更换零部件的方式，难以实现工业化；且单个零部件在更换后难以保证整个设备的原始性能，无法保证整体质量。而再制造的实施是基于报废零部件，采用表面处理的方式进行修复，同时能保证修复后的零部件与其他零部件的配合关系，有利于提升产品性能、延长产品使用寿命。

2 注水泵再制造技术

2.1 再制造方法的设计

废旧设备应用再制造技术要考虑到总体设计，明确再制造方法、再制造的工艺设计，保证设备再制造后具有最大化的效益。再制造设计要考虑到多种影响因素，如工艺方法的选择要保证废旧零部件易于拆卸及分析再制造后的经济效果。再制造技术应用的关键是保证质量控制效果，核心为成型技术与表面技术。

注水泵再制造流程一般为：拆解注水泵→损坏原因分析→再制造工艺优选→表面处理技术优选→新型合金材料优选→修复及试验

2.2 动力端再制造技术

注水泵报废的主要原因是动力端各部位摩擦副磨损严重导致存在异响和泵效下降等现象，而其他承接部件可能依然无损，具有使用价值。注水泵动力端为曲柄连杆机构，所涉及的大型零部件有箱体、曲轴、连杆、滑块等，考虑到零件的可再制造性和成本因素，动力端仅考虑箱体、曲轴的再制造技术。

2.2.1 箱体再制造

箱体一般为铸铁件，主要起支撑架的作用，其主要磨损点在于滑块配合的滑道部位，如果滑道部位无明显损坏，只需打磨抛光即可；如果拉伤痕迹明显则需要通过珩磨对其重新研磨，并配备相应的滑块以保证其配合间隙，最后进行除锈、除砂、喷涂防锈底漆和面漆。

2.2.2 曲轴再制造技术

曲轴为动力端关键承载部件，首先必须对旧曲轴进行探伤，如果无结构性破坏可进行降级大修处理，为减少额外的制造成本和保证其可靠性，曲轴拐径最多降级1 mm 并配备相应的加厚连杆瓦。如果曲轴为钢件且表面上有明显的凹槽或磨损过多，可以利用铁基激光熔覆层方面应用激光熔覆技术对损坏部位进行修复，试验表明，熔覆层硬度约为基体硬度的3 倍[2]，然后再进行机加工，达到原品装配尺寸。

2.3 易损件的再制造技术的应用

柱塞、阀组是注水泵中的主要易损件，直接影响着注水泵的性能。通常情况下，易损件本身制造成本较低但其失效后对整个泵组的正常运行影响较大。尤其是在工况比较恶劣的泵站，每年更换的柱塞和阀组数量巨大，导致成本居高不下且劳动强度大，影响运行时效。在研究易损件的再制造工艺时，首先必须分析其损坏原因。本文将结合注水泵易损件失效情况进行现场调研和测试，对失效形式进行统计分析，结合相关失效分析理论，分析注水泵易损件失效原因，并介绍易损件再制造工艺。

2.3.1 易损件失效机理分析

（1）水质分析。对易损件寿命较低的长庆、大港油田区块水质化验分析（表1），机械杂质最高达115 mg/L（为国标的5.8 倍），矿化度高达32 252 mg/L（为国标的3 倍），Cl-浓度高到18 961 mg/L，腐蚀性较强。

表1 水质分析

（2）阀组、柱塞等零部件的失效形式及机理见表2。

表2 阀组和柱塞的失效形式及机理

2.3.2 易损件的再制造技术应用

激光熔覆采用激光辐照在被熔覆基体表面上，得到稀释度极低、与基体成冶金结合的表面涂层，能显著改善材料表面的耐磨、耐腐蚀、耐热等特性。与堆焊、喷涂等常规柱塞加工技术相比，激光熔覆有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多等特点，能显著提高基体表面结合力，达到修旧利废、延长寿命的目的。

（1）柱塞的再制造技术应用。通过柱塞表面轴向划痕、表面锈蚀表象分析，造成柱塞损伤的原因是介质中含有固相颗粒且有较强的腐蚀性；通过柱塞表面麻点分析，造成损伤的原因是柱塞基体与涂层的结合力不够且涂层硬度较低，磨损和腐蚀是柱塞的损坏原因。主要表现在表面坑槽、划痕以及涂层脱落，从而造成密封性下降，注水压力不足，但本体基本完好。损坏的柱塞经过机加工、喷砂等处理后，再通过激光熔覆Ni 基粉图层后，采用96 h 盐雾腐蚀实验对比，表面的耐腐蚀性得到明显提高，硬度方面也有明显提升[3]。

（2）阀体的再制造技术应用。从阀组高压端密封面放射性沟槽、表面锈蚀凹坑，引起刺漏，导致组合阀密封失效、注水压力不足，使用寿命大幅降低。报废的阀体经过机加工、喷砂等处理后，再通过激光熔覆铁基粉末涂层后，采用96 h 盐雾腐蚀实验对比，表面的耐腐蚀性明显提高，硬度也远高于原品[4]。

通过优选激光熔覆参数及涂层材料，形成易损件的修复技术，对注水泵损坏柱易损件进行再制造修复后，应用于长庆油田某注水站。经过对比，再制造后的易损件使用寿命至少可延长50%，成本降低38%以上，大大降低了全油田设备维护成本，减少原材料消耗，提高设备运行效率，为降本增效提供技术支持。

2.4 电机再制造

报废电机通过再制造技术，可将注水泵普通电机升级为永磁节能电机，进一步升级可以将注水泵的皮带连接转换为永磁直驱连接。电机再制造技术将永磁体植入转子，彻底消除励磁电流，当电机的定子绕组通入交流电后，将产生一个同步旋转磁场，此磁场与转子永磁磁场相互作用，驱动电机旋转并进行能量转换，降低电机运转时的损耗。由于转子不产生铁损耗和涡流损耗，所以降低了电机的自身损耗，同时高功率因数使得定子电流和定子绕组电阻损耗减小，从而实现提高效率、节能降耗目的。

注水泵电机再制造后，其节电率与负载有很大关系，一般情况下负载在70%以下的，电机经过再制造后节电率应不低于10%；负载在75%以上或近乎满载的，电机经过再制造后节电率应不低于7%。

由于直驱电机的转速不受负载影响，因此节电率较高。

3 建议

注水泵再制造技术分为两种形式，一种是功能提升再制造，另一种是性能提升再制造。

（1）功能提升再制造。对注水泵箱体、曲轴、连杆、十字头等结构件进行检测，通过先进工艺对有缺陷结构件进行补强达到性能提升；对电机、皮带轮、轴承等关键部件按标准检修或更换；特殊部件进行升级改造；对老旧部件表面喷砂喷漆，修旧如新，恢复注水泵常规性能质量。

（2）性能提升再制造，具体细化为节能改造和智能改造。其中，节能改造转变注水泵传动方式，由皮带传动升级为永磁直驱传动，节能12%左右；智能改造可以在注水泵上增加温度、电流、电压、流量、压力、漏失量、振动等传感器和无线传送模块实现远程传输、控制等功能，满足油田建设智慧油田、数字化油田的需求（图1～图2）。

图1 注水泵智能诊断监控系统工作界面

图2 注水泵数字化应用现场

4 结语

再制造技术对注水泵零部件实施修复是一项具有综合效果的优势产业。油田柱塞式注水泵应用再制造技术，不仅可修复动力端部分，使之达到新泵标准，解决动力端零部件因磨损造成的间隙过大等问题，而且可使注水泵废旧柱塞、组合阀得到重复利用，大大降低生产成本，实现了修旧利废的目的，为生产单位节省成本、降低人员劳动强度起到重要作用。同时为油田其他设备部件再制造技术的形式起到技术引领的作用，促使设备管理理念转变，全面提高油田设备质量，全方位实现油田设备降本增效，显著提高经济效益。