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油套管磷化装置工艺介绍

 石油油套管磷化工艺的节能改进

经过改革开放几十年的努力,我国经济快速增长,各项建设取得巨大成就,综合国力得到显著提高,但伴随着经济的发展我们也付出了巨大的资源和环境代价,经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐,环境污染问题对人们的生活和身体健康都产生了巨大危害,资源缺乏也越来越制约着经济的发展。这种状况与经济结构不合理、增长方式粗放直接相关。不加快调整经济结构、转变增长方式,资源支撑不住,环境容纳不下,社会承受不起,经济发展难以为继。只有坚持节约发展、清洁发展、安全发展,才能实现经济又好又快发展。
  接箍磷化是套管加工中一项重要的生产工序,磷化的目的主要是减少摩擦起到润滑的作用,防止管体与接箍拧接时出现粘扣现象,提高接箍的耐腐蚀性能。磷化工艺按处理温度可分为常温、低温、中温、高温四类。常温磷化就是不加温磷化,低温磷化一般处理温度在30~45℃,中温磷化一般在50~70℃, 温度范围偏高偏低一些也可属于中温磷化之列,高温磷化一般要大于80℃。
  1.几种磷化处理方式及各自的优劣
  采用的高温磷化,磷化后膜层硬度高、抗蚀性、耐热性和结合力较好,但是操作温度高,加温时间长,能耗大,而且溶液挥发量大, 成分变化快,磷化膜结晶粗细不均, 容易夹杂沉淀物。在磷化中保持一定的Fe2+ 含量能提高磷化膜厚度和抗蚀性, 有利于加速磷化过程和细化结晶,但Fe2+ 含量过高会导致磷化膜结晶粗大,表面有白色浮灰, 耐蚀性和耐热性降低。在高温磷化时Fe2+ 不稳定, 容易被氧化成Fe3+ 并转化为磷酸铁盐沉淀, 从而导致溶液浑浊, 沉渣多, 游离酸度升高,需要经常进行调整,目前工业中已较少应用高温磷化。
  从节省能源、改善劳动环境、降低生产成本、化学反应速度、处理时间和生产速度要求出发,在生产应用中普遍采用的是低温或中温前处理工艺。
  目前工业中最常用的是中温磷化,优点是游离酸度稳定,易掌握,磷化时间短,生产效率高,耐蚀性与高温磷化膜基本相同,应用较广。适宜的温度能使所形成的磷化膜结晶细致,厚度适宜,膜间很少夹杂沉渣物,吸漆量少,涂层光泽度好,可大大改善涂层的附着力、柔韧性、抗冲击性等,更能满足涂层对磷化膜的要求。
  既然要节能,为什么不选用常低温磷化呢?这是因为常、低温磷化溶液配制较繁,处理时间会延长,得到的磷化膜就过薄过细了,甚至在规定的时间内(如流水线作业)生不成完整的磷化膜,接箍在空气中容易被氧化生锈,而且工件除有液态油污外,还有少量固态油脂,尽管磷化前有除油工序,但油脂很难去除干净,选择中温范围还可以进一步除去未除净的油脂。
  因此,在油套管生产加工过程中选用中温磷化具有较明显的优势,不仅能提高磷化质量,提高了磷化液使用率,而且磷化时间和磷化温度适中,减少了能耗,降低了生产成本。
  2.磷化过程中的热量计算
  石油油套管生产加工过程中接箍需要磷化处理,每天都要给磷化池预热,一直加热到相应磷化处理的温度,而且在整个磷化过程中都需要保温,使磷化液维持在相应温度范围内,耗费了大量的电能。
  浸渍式设备的热力计算应首先计算槽液工作时的热损耗量和槽液升温时的热损耗量
  (1) 热损耗量的计算
  1) 工作时热损耗量的计算工作时槽液每小时总的热损耗量可按下式计算:
  Qh=k(Qh1+Qh2+Qh3+Qh4)
  式中Qh     ——工作时槽液总的热损耗量(W);
  Qh1——工作时通过槽壁散失的热损耗量(W);
  Qh2——工作时加热工件的热损耗量(W);
  Qh3——工作时槽液蒸发时的热损耗量(W);
  Qh4——工作时补充新鲜槽液的热损耗量(W);
  k——其它未估计到的热损耗量系数,一般情况下k=1.1--1.2。
  其中 Qh1=KF1(tc-tc0) Qh2=GC1(tc-tc0)
  Qh3=1.824(α+0.0174v)(P2-P1)F2r
  Qh4=V1ρyC2(tc-tc0)
  式中K---槽液的传热系数,对于80-100mm,矿渣棉保温厚度的槽壁,K=0.82-1.165W/(m2 •℃);
  F1---槽壁(侧壁和底壁)的表面积之和(m2);
  G---按质量计算的较大生产率(kg/h);
  C1---工件的比热容[J/(kg•℃)];
  α---周围空气在温度为15-30℃是的重力流动因素,一般情况下α=0.025-0.03;
  v---槽液面的空气流速(m/s),一般情况下v=0.25-0.4m/s;
  P2---相应于周围空气温度下饱和空气的水蒸气分压(kPa);
  P1---相应于槽液蒸发表面温度下饱和空气的水蒸气分压(kPa);
  F2---槽液蒸发表面积(m2);
  r---水的蒸发焓(kJ/kg),一般取2259 kJ/kg;
  V1---平均每小时补充新鲜槽液的容量(L/h);
  ρy---槽液的密度(kg/dm3);
  C2---槽液的比热容[J/(kg•℃)];
  tc---槽液的工作温度(℃);
  tc0---车间环境温度(℃)。
  2)槽液从初始温度升温到工作温度是的热损耗量计算槽液从初始温度升温到工作温度是的热损耗量计算按下式计算:
  Qh´=VρyC2(tc-tc0)/t +(Qh1+Qh2)/2
  式中Qh´---槽液升温时总的热损耗量(W);
  V---槽液量(L);
  t---升温时间(h)。
  以将高温磷化改造成中温磷化为例,中温磷化温度选用60℃,高温磷化选用90℃,室温为20℃,每天工作8小时,磷化过程中需要全程保温。磷化工艺改造后,一年按300天计算,节省电量大约29000千瓦时,仅此一项改造就节约了相当的能源。
  此外,在磷化池四周填充聚氨酯,增加用聚氨酯填充的保温盖,这样能更好地起到保温的作用,减少能量浪费。这样,把高温磷化改造成中温磷化,不管是从降低能耗方面,还是从提高磷化液使用率,提高磷化质量等方面看都是有很大好处,

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