影響螺桿泵定子質(zhì)量環(huán)境因素分析

趙國(guó)江，趙國(guó)強(qiáng)，孫 雙

(1.大慶油田力神泵業(yè)有限公司，黑龍江 大慶 163311；2.大慶油田有限責(zé)任公司 第四采油廠，黑龍江 大慶 163511)①

·開(kāi)發(fā)應(yīng)用·

影響螺桿泵定子質(zhì)量環(huán)境因素分析

趙國(guó)江1，趙國(guó)強(qiáng)2，孫 雙1

(1.大慶油田力神泵業(yè)有限公司，黑龍江 大慶 163311；2.大慶油田有限責(zé)任公司 第四采油廠，黑龍江 大慶 163511)①

針對(duì)螺桿泵定子制造的特點(diǎn)，按照其工藝過(guò)程，從溫度、濕度和清潔度等方面分析了環(huán)境因素對(duì)螺桿泵定子制造質(zhì)量的影響。探討了管理及改進(jìn)環(huán)境因素的方式，提出了提高螺桿泵定子質(zhì)量的方法?？蔀槁輻U泵的制造提供參考。

螺桿泵；定子；質(zhì)量；環(huán)境因素

隨著螺桿泵人工舉升技術(shù)的不斷發(fā)展，螺桿泵已在稠油井開(kāi)采、煤層氣井排水采氣、含砂井開(kāi)采等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并且取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。螺桿泵定子質(zhì)量是影響螺桿泵經(jīng)濟(jì)性的重要因素，因此螺桿泵制造商通常從人員、設(shè)備、原料及工藝等方面來(lái)提高定子質(zhì)量，但忽視了環(huán)境因素對(duì)定子制造質(zhì)量的影響，從而導(dǎo)致定子質(zhì)量出現(xiàn)波動(dòng)。本文針對(duì)螺桿泵定子的制造特點(diǎn)，從溫度、濕度和清潔度等方面深入分析環(huán)境因素對(duì)螺桿泵定子質(zhì)量的影響，為提高定子質(zhì)量提出具體方法。

螺桿泵定子制造工藝主要包括橡膠混煉、定子管加工、注膠及硫化等過(guò)程。

1 影響橡膠混煉質(zhì)量的環(huán)境因素分析

橡膠混煉是指生膠經(jīng)塑煉后按順序加入各種配合劑(如炭黑、硫黃、促進(jìn)劑和其他填充劑)，經(jīng)過(guò)翻煉達(dá)到均勻分散，然后出片冷卻、停放的全過(guò)程[1]。該過(guò)程是橡膠加工中的重要工序，對(duì)螺桿泵定子的質(zhì)量影響很大。因此螺桿泵定子橡膠的混煉要求生膠及各種配合劑在混煉時(shí)質(zhì)量完好，而這些膠料都是化工類產(chǎn)品，對(duì)貯存環(huán)境條件有明確的要求，螺桿泵定子丁腈橡膠膠料貯存環(huán)境的要求如表1。

從表1可以看出，各種膠料對(duì)陰涼、干燥、避光、通風(fēng)、溫度和濕度等條件都有明確要求，尤其是溫度和濕度要求得非常具體，這就要求膠料必須貯存在可監(jiān)控、可調(diào)整溫度和濕度的庫(kù)房?jī)?nèi)，確保膠料質(zhì)量狀態(tài)持續(xù)完好，滿足橡膠混煉中“均勻分散”的基本要求?；鞜捪鹉z質(zhì)量不穩(wěn)定，除了膠料自身質(zhì)量不穩(wěn)定以外，膠料貯存環(huán)境條件不滿足要求是一個(gè)重要而又容易忽視的原因。

表1 丁腈橡膠膠料貯存環(huán)境要求

2 影響定子管加工質(zhì)量的環(huán)境因素分析

定子管加工包括下料、車螺紋、鉆孔、噴砂和噴膠等工藝過(guò)程。該工藝過(guò)程中，下料、車螺紋和鉆孔一般不受環(huán)境因素影響，而噴砂和噴膠對(duì)環(huán)境因素則比較敏感。噴砂的主要用途是涂裝前的表面清理[2]，它是利用壓縮空氣將鋼砂噴向油管內(nèi)壁，沖刷其表面的鐵銹、氧化皮或者其他污染雜質(zhì)，以確保油管內(nèi)壁呈現(xiàn)金屬本色，滿足粗糙度和清潔度要求，為粘接劑噴涂奠定良好基礎(chǔ)。噴膠是利用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)工具高速旋轉(zhuǎn)將粘接劑霧化后噴向金屬表面，形成厚度均勻的粘接層。

噴砂和噴膠過(guò)程都需要應(yīng)用壓縮空氣，雖然空氣壓縮機(jī)一般與干燥、除油和除塵等過(guò)濾裝置配合使用，但是工廠環(huán)境、設(shè)備故障和長(zhǎng)距離的空氣運(yùn)輸管線都會(huì)導(dǎo)致壓縮空氣中含有水分和粉塵，甚至是含油，這必將污染粘接劑，導(dǎo)致粘接強(qiáng)度下降乃至粘接失效。這就要求壓縮空氣運(yùn)輸管線盡量采用不銹鋼材質(zhì)，同時(shí)在壓縮空氣運(yùn)輸?shù)淖钅┒?使用最前端)增加小型空氣干燥、除油和除塵等過(guò)濾裝置，最大程度地降低壓縮空氣中水、油和粉塵的含量，為提高粘接強(qiáng)度奠定基礎(chǔ)。另外為了防止噴砂粉塵污染噴膠過(guò)程，噴膠過(guò)程與噴砂過(guò)程一定要有效隔離或距離較遠(yuǎn)。

螺桿泵定子管材料通常采用J55或N80油管，如果貯存防護(hù)不當(dāng)，材料生銹使噴砂車間空氣中的粉塵含量大幅增加，進(jìn)而影響噴砂質(zhì)量；鋼砂同樣會(huì)在貯存防護(hù)不當(dāng)時(shí)生銹。因此應(yīng)重視原料的貯存條件，減少銹蝕的發(fā)生。另外，油管螺紋處的絲扣油對(duì)后續(xù)噴膠有重大影響，當(dāng)油管絲扣油污染嚴(yán)重時(shí)，需要二次清洗或者重新加工螺紋，避免絲扣油污染鋼砂、噴砂設(shè)備和油管內(nèi)壁。

噴砂結(jié)束后，已經(jīng)呈現(xiàn)金屬本色的油管內(nèi)壁直接暴露在空氣中，從理論上講，噴砂結(jié)束后油管內(nèi)壁就開(kāi)始(氧化)生銹，尤其是當(dāng)溫度和濕度較高時(shí)，生銹速度就會(huì)加快。因此噴砂結(jié)束后要盡快清洗并噴膠，只要粘接劑完全覆蓋了金屬表面，阻斷金屬表面與空氣直接接觸，阻止油管生銹，否則由于油管內(nèi)壁二次生銹，將會(huì)導(dǎo)致粘接失效。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，如果廠房?jī)?nèi)溫度和濕度無(wú)法控制，且溫度在25 ℃以下，相對(duì)濕度≤80%，噴砂結(jié)束后30 min內(nèi)噴膠，可以確保粘接質(zhì)量，長(zhǎng)時(shí)間的停留將導(dǎo)致粘接強(qiáng)度下降或粘接失效。尤其需要注意，一是不要將水與油管內(nèi)壁直接接觸，否則即使在20 ℃時(shí)，油管也會(huì)在6～8 min生銹；二是當(dāng)相對(duì)濕度>85%，待涂工件表面容易產(chǎn)生凝露[3]，這對(duì)粘接的影響是致命的，務(wù)必避免。

噴膠過(guò)程中使用的原料包括粘接劑、稀釋劑和清洗劑。清洗劑用于油管內(nèi)壁表面清洗脫脂；稀釋劑用于調(diào)整粘接劑粘度，確保其符合工藝要求。這3種原材料均是化工類產(chǎn)品，對(duì)貯存環(huán)境條件有明確的要求。表2為 Chemlok粘接劑、三氯乙烯清洗劑及稀釋劑的貯存環(huán)境要求。

表2 Chemlok粘接劑、三氯乙烯清洗劑及稀釋劑貯存環(huán)境要求

需要強(qiáng)調(diào)是，粘接劑推薦的貯存溫度條件(21～27 ℃)比較苛刻，尤其是Chemlok205的保質(zhì)期僅為1 a，因此應(yīng)將粘接劑存放在空調(diào)庫(kù)房?jī)?nèi)，避免因貯存不當(dāng)或超保質(zhì)期導(dǎo)致粘接強(qiáng)度下降。

噴膠需要在一定溫度范圍內(nèi)將特定粘度的粘接劑噴涂至油管內(nèi)壁，確保形成浸潤(rùn)良好、厚度均勻、無(wú)桔皮、無(wú)干噴、無(wú)發(fā)花、無(wú)流掛的涂層。粘接劑的粘度與溫度密切相關(guān)，而多數(shù)噴涂問(wèn)題均與粘接劑粘度相關(guān)，因此，噴膠車間溫度以21～25 ℃為宜，這樣粘接劑的臨時(shí)存放、攪拌、輸送、霧化和敷料等環(huán)節(jié)就完全可控。

噴膠結(jié)束后，粘接劑的干燥是一個(gè)需要關(guān)注的環(huán)節(jié)。干燥時(shí)間取決于溫度、濕度、車間其他條件和季節(jié)的變化等。干燥不充分將會(huì)導(dǎo)致氣泡和粘接強(qiáng)度下降的現(xiàn)象，尤其是雙體系粘接時(shí)，底涂粘接劑干燥不充分就進(jìn)行面涂將直接導(dǎo)致粘接失效。實(shí)際生產(chǎn)中，可將油管進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度30 ℃～38 ℃，這樣既減小了溫度因素的影響，又獲得更好的浸潤(rùn)性和粘接效果。采用預(yù)熱方式就需要考慮預(yù)熱系統(tǒng)的清潔問(wèn)題，尤其是采用熱風(fēng)機(jī)對(duì)定子管預(yù)熱時(shí)，建議將熱風(fēng)機(jī)空氣吸入口接入到壓縮空氣運(yùn)輸最末端的過(guò)濾裝置上。對(duì)于粘接劑未干的油管內(nèi)壁，嚴(yán)禁用手或手套等去接觸，以防膠粘劑被污染或誤擦；對(duì)于粘接劑干透的油管，應(yīng)當(dāng)用塑料或布防護(hù)起來(lái)，保護(hù)粘接劑表面，避免粘接劑表面被空氣中的粉塵污染。另外，由于空氣(粉塵及灰塵)和固化粘接劑的共同影響，噴槍及槍桿會(huì)比較臟，因此應(yīng)當(dāng)及時(shí)清理噴槍及槍桿，避免再次噴膠時(shí)污染油管內(nèi)壁。

總之，所有粘接失效類型的原因都包括污染，環(huán)境清潔度是直接影響表面噴涂質(zhì)量的重要因素[4]，因此要重視各類污染，確保螺桿泵定子管粘接質(zhì)量。

3 影響定子注膠及硫化質(zhì)量的環(huán)境因素分析

注膠及硫化工藝包括裝模、預(yù)熱、注塑、硫化等過(guò)程，是定子制造最復(fù)雜的工藝過(guò)程。

1) 裝模的環(huán)境因素。水、油、灰塵、粉塵及其他污物都可能污染模具和各種工裝，因此要及時(shí)清理裝模過(guò)程中用到的模具和工裝。模具要定期清理和維護(hù)。在模具裝入油管內(nèi)部前，一定要用干凈的白布清理模具表面的水、灰塵和粉塵。在裝模過(guò)程中，嚴(yán)禁用手或手套等去接觸粘接劑表面，防止粘接劑被污染。

2) 預(yù)熱過(guò)程的環(huán)境因素。①油管外部的銹蝕或者其他污物，空氣中的水、灰塵和粉塵等會(huì)導(dǎo)致預(yù)熱設(shè)備內(nèi)有水、油、粉塵或其他污物，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常清理預(yù)熱設(shè)備內(nèi)部；②油管要合理防護(hù)或清除外部銹蝕或污物，預(yù)熱設(shè)備空氣進(jìn)入前端安裝小型干燥、除油和除塵的過(guò)濾裝置；③為了確保橡膠在油管及模具組成的型腔內(nèi)順利流動(dòng)，需要對(duì)油管和模具進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度應(yīng)當(dāng)考慮粘接劑使用說(shuō)明的要求，綜合考慮預(yù)熱設(shè)備的加熱特點(diǎn)和車間溫度，避免超溫引起的粘接劑提前活化，同時(shí)還要確保充分利用預(yù)熱設(shè)備中的熱風(fēng)循環(huán)，使得油管和模具充分均勻受熱，以獲得最佳的預(yù)熱效果。以開(kāi)姆洛克(Chemlok)為例，開(kāi)姆洛克膠粘接系列作為一種熱硫化型膠粘接[5]，其活化溫度在120℃左右，推薦預(yù)熱溫度65～93 ℃，考慮到不同季節(jié)條件下的散熱速度，確保注膠的一致性，夏季預(yù)熱溫度可為70～75 ℃，春秋季預(yù)熱溫度75～80 ℃，冬季預(yù)熱溫度80～85 ℃。

3) 注塑過(guò)程的環(huán)境因素。雖然在預(yù)熱過(guò)程中可以通過(guò)調(diào)整不同季節(jié)條件下的預(yù)熱溫度，但無(wú)法根本消除散熱速度不同導(dǎo)致的實(shí)際注塑溫度不一致的問(wèn)題。模具溫度會(huì)影響表面質(zhì)量、流動(dòng)性、收縮率，注塑周期以及變形等方面[6]，實(shí)際注塑溫度不一致是定子內(nèi)腔尺寸的重要影響因素，因此建議在注塑生產(chǎn)過(guò)程中采取保溫措施，削弱實(shí)際注塑溫度不一致的影響。

4 結(jié)論

1) 為了減少螺桿泵定子質(zhì)量波動(dòng)，提高定子制造質(zhì)量，應(yīng)重視和研究環(huán)境因素對(duì)定子制造質(zhì)量的影響。

2) 采取有效措施控制、管理和改進(jìn)影響產(chǎn)品質(zhì)量的環(huán)境因素。①鋼管、橡膠混煉膠料和粘接劑等原料務(wù)必按照要求貯存在溫度和濕度適宜的環(huán)境中；②壓縮空氣和預(yù)熱空氣使用前盡量清除其中的水、粉塵和油等；③噴砂和噴膠過(guò)程中控制好溫度和濕度，防止二次銹蝕，特別是要防止凝露；④注膠和硫化過(guò)程中強(qiáng)化工裝的清潔，防止涂層污染，管控好溫度，提高定子內(nèi)腔尺寸穩(wěn)定性。

[1] 馮新德，張中岳，施良和，等.高分子辭典[K].北京：中國(guó)石化出版社，1998：39-42.

[2] 李欽奉.噴砂技術(shù)及其表面清理效率的研究[J].中國(guó)修船，2000，13(3)：24-24.

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[5] 張恩波.開(kāi)姆洛克膠粘劑性能及應(yīng)用工藝[J].石家莊化工，1995(2)：22-23.

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Analysis of Environmental Factors Influence to the Quality of PCP’s Stator

ZHAO Guojiang1，ZHAO Guoqiang2，SUN Shuang1

(1.Daqing Oilfield Powerlift Pump Industry Co.，Ltd.，Daqing 163311，China；2.No.4OilProductionPlant，DaqingOilfieldCo.，Ltd.，Daqing163511，China)

In view of the manufacturing characteristics of stator in progressing cavity pump(PCP)，this article deeply analyses the influences of environmental factors to the quality of stator in PCP from temperature，humidity and clearance on the basis of progress，and discusses the way of management and improvement of environmental factors，thereby puts forward suggestions in details on improving the quality of PCP’s.It can be used as reference for the manufacturing of the PCP.

progressing cavity pump；stator；quality；environmental factor

1001-3482(2016)12-0040-04

2016-07-18

趙國(guó)江(1976-)，男，黑龍江大慶人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事螺桿泵技術(shù)管理工作，E-mail：zhaogj@cnpc.com.cn。

TE933.3

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2016.12.011