张海洋

（大庆油田工程有限公司，黑龙江大庆 163712）

0 引言

在石油工业中，油田开发过程中使用的石油机械热处理技术是需要攻克的主要难题，传统的热处理工艺落后，能源耗费较大，环境污染严重，已无法适应新形势下低碳经济的要求。节能高效的新技术，资源利用率高，环境污染小，生产工艺先进，为石油工业提供长期、安全、高效的生产环境，是石油机械热处理技术的发展趋势。

1 石油机械设备热处理技术

石油机械热处理技术是指在特定条件下，对石油机械设施的重要金属零部件进行加热、冷却等技术操作，使金属表面或内部获得耐磨损耐高温性能。传统的石油机械热处理技术主要采用马氏体强化、碳氮共渗、离子渗氮、高铬耐磨铸铁热处理等工艺，但是传统的热处理技术工艺落后，能源耗费较大，环境污染严重。整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。在石油机械产品中，需要进行热处理的部件主要包括石油钻头、钻机齿轮、转盘齿轮等，包括一些钻探工具，如吊环、吊钳等。科技进步促使热处理技术不断发展，目前较先进的石油机械部件的热处理技术主要有3种。

1.1 无氧化热处理

据不完全统计，无氧化技术在先进工业国家石油机械金属热处理中所占比重达到80%，氧化环境下的热处理现已非常稀少，较大程度上提高了石油机械设施的使用寿命。无氧化热处理技术的主要内容是对加工零件进行可控气氛热处理和真空热处理，并在无氧的条件下冷却，处理过程中避免氧化脱碳，从而提高金属部件的强度、硬度、耐用性及设备的使用寿命。

1.2 低压渗碳热处理

低碳钢、低合金钢采用低压渗碳热处理技术，是因为部件材料中碳元素含量低，硬度指标不够。该技术处理方式是将加工部件放在活性炭介质条件下，将温度加热到（900～950）℃，保温一段时间，使介质中碳原子分解渗透到加工部件，使其获得很高的硬度和耐磨性，满足使用标准和生产要求。

1.3 激光热处理

激光热处理技术是对石油机械设备中精细部件进行表面热处理，提高金属表面硬度，使金属表面合金化，提升精密设备表面的耐磨性能、耐腐蚀性和抗氧化性，提高设备的使用效率和寿命。因为加工时间短、加工性能好、表面处理结合性能高等诸多优点，突破了传统金属部件热处理技术无法实现的技术难题，使激光热处理技术受到世界各国石油机械设备制造专家的特别关注，促进了该技术的长足发展。

伴随信息技术、网络技术、自动化技术的迅速发展和广泛应用，单一的热处理方式已经难以满足我国石油工业的需求，石油机械设备热处理方式正朝着现代化、集成化、精密化、自动化的目标发展，不仅构建了节能环保、优质高效、功能强大的热处理系统，还实现了工业生产自动化、工业管理信息化目标。

2 石油机械设备热处理技术发展现状

2.1 热处理设备落后

现阶段热处理加热设施以二次能源电为主要动力，局部使用煤和天然气，因此能源消耗高，工艺设备差，热处理大多在有氧环境下进行，导致产品氧化脱碳严重，质量出现偏差，加大了后续加工作业量，造成整个工艺制造成本高。因此需要研究开发更有效的生产设备，降低资源能耗，引进先进技术，提升产品的品质，减少工作量，降低工艺制造成本。

2.2 生产不专业、设备使用寿命短

石油机械设备生产行业竞争激烈，产品形成了“多品种、小批量”的特点，产品型号花样繁多，生产规模小，难以实现专业化生产；反复周期的工作方式，大大增加了工人的劳动量，同时处理不同的产品，造成产品质量下降；通常采用人工抛扔的模式装出炉，招致热处理炉早期损坏，缩短了设备的使用寿命。对此进行行业整改，把控生产标准指标，加强专业化生产环节，普及自动化流水线，实现产品量化生产、品质高效的工艺流程。

2.3 忽略冷却循环系统

目前多数热处理厂缺乏对冷却循环系统的深层次认知，仍采用静置冷却的方式，冷却环节投入力度小。介质使用过程中对温度、浓度、时间、循环模式等把控不够精确，自动控制和强制冷却循环环节有待加强和提高。通过正视存在的问题，在冷却循环系统下功夫，监测控制操作流程中需要注重的指标，保证冷却循环系统的高质、高效。

2.4 热处理质量控制水平低，检测手段落后

热处理产品用事后试验棒和产品表面硬度来测试产品质量。产品种类多，数量大，材料成分不一，使产品返工修正率增大，生产周期变长，生产效率和产品质量和降低，热处理成本因此增加。冷却循环过程人为操作控制，冷却介质缺乏有效的监测手段，很大程度上影响产品质量。要保证产品质量，就要对热处理和冷却工艺过程进行严格控制，学习开发先进的检测手段，提升质量检测效率，逐渐完善热处理产品控制和检测机制，建立一套优质完善的处理体系。

2.5 环境污染问题日趋严重

随着工业化程度越来越高，环境保护成为焦点问题。诸多热处理工厂盲目追求产量和利益，忽视生产过程中废料、废气、废水的处理，对空气环境、土地资源、水资源带来了严重污染，造成不可估量的损失。因此要增强保护环境的意识，改进和完善工业排放处理机制，达到国家规定的废弃物排放标准，不给环境和社会造成负担。

3 石油机械设备热处理技术发展趋势

3.1 研究推广节能技术

各种高效的节能技术在各种工艺流程中得到应用，比如通过远红外技术、硅酸铝纤维等对电阻炉进行改造，达到节约能耗的目的；控制燃料合理充分燃烧的控制方法以及废料、废气、废水的循环利用，提高资源利用效率；利用碳素钢的零保温加热、亚温淬火、低压渗碳、真空高温渗碳等先进技术，在热处理环节中降低能耗；选用节能效果好、质量高的热处理设备。

3.2 推广少无氧化热处理技术

少无氧化热处理技术的普及程度是评估热处理水平的重要指标。因此，应着力宣传少无氧化热处理技术节约能源、节约材料、零件热处理质量稳定、无污染等诸多优点，深化管理层对新技术的认知和重视。同时，加大对固定资产的投入力度，普及发展新技术新设备的使用，从关键零件入手，逐步增加我国石油机械热处理少无氧化热处理技术的生产比重。

3.3 提高专业化生产水平

石油机械设备产品多品种、小批量，导致热处理专业化生产能力处于较低的水平，热处理专业化生产水平急需发展和提高。优化石油机械设备生产厂家的资源配置构造，加深各个企业之间的协同管理，推陈出新，踊跃创造，将石油机械设备生产规模化、专业化、综合化。建立完善的生产流水线，构建健全的监测、质检机制，向机械化、自动化、数字化的方向全面发展。实现工业管理信息化、高效化，提升机械制造的精密程度。

3.4 提高控制和冷却技术水平

在金属热处理过程中，控制水平尤为重要，因为产品的质量主要依靠生产过程中准确无误的控制。诸多的控制操作尽量采用自动化、机械化的方式进行，以减少人为因素对产品质量的影响。不应忽略冷却技术的重要性，改进热处理技术时，加强对相关设备和介质的研究和监测，以确保条件恒定不变，不断发展和改进加工技术，在实践中稳步推广普及。

4 石油机械设备热处理的潜在问题及解决方案

4.1 污染问题

工业的迅速发展，带来经济效益的同时也涌现出许多问题，目前，环境污染问题已经成为全球面临的最大挑战。传统的石油工业中的热处理技术无论在能源耗费上还是在环境污染上都给社会造成了庞大的压力。石油机械热处理产生的废气、废渣、废水、油烟等大批量排放，需要更多的人力、物力、财力进行清洁治理，机械发出的噪声严重影响着人们的身心健康。应加强保护环境意识，革新技术，从污染的根源进行减排治理，从根本上降低工业制造业对环境的污染。

4.2 生产技术落后设备陈旧

我国石油热处理一直延用70年代的技术，设备也沿用70年代的设备，技术和设备都缺乏创新，导致生产力处于世界低端水平。因此应大力引进国外先进热处理技术，在实践中不断摸索，研发出自己的新技术。在固定资产上加大投资力度，更新淘汰老旧设备，最大程度提升生产效率，提高产品质量，加速工业经济的发展壮大，持续创新，早日达到国际先进水平。

4.3 自动化、机械化程度较低

石油机械设备热处理工艺流程中，人工劳动量大的因素，严重影响着产品的质量和设备的寿命。应加强系统自动化，大力开发和推广计算机模拟仿真和控制技术在大型石油机械零件热处理中的应用。建立健全的数据库，通过计算机监测控制热处理过程数据指标，实现石油机械设备生产与组装的自动化、智能化，节省人工成本，降低产品制造成本。

4.4 专业技术人才匮乏

科学是第一生产力，而人是生产力中最活跃的因素。要达到国际先进水平就要进行技术的革新和创造，但技术发展需要人为推动，培养和发掘新型技术人才，提高人才的职业素养，要坚持以人为本，因材施教，以多种途径和方式不断提高热处理职工群体的整体水平。宣传先进热处理技术的诸多优点，吸引更多的新鲜血液融入石油机械设备制造业，弥补石油行业技术人才匮乏的短板，为振兴石油工业做好人才储备。