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        石油鉆桿熱處理中的質(zhì)量管理研究

        2021-06-10 01:37:28劉聰
        中國設(shè)備工程 2021年10期
        關(guān)鍵詞:熱處理爐管體淬火

        劉聰

        (渤海裝備鉆井裝備公司科技質(zhì)量中心,河北 滄州 062658)

        石油鉆桿應(yīng)用于鉆井行業(yè),鉆桿是鉆井的主要工具,連接在方鉆桿的下端,鉆鋌或加重鉆桿的上方,起到傳遞動力、輸送鉆井液的作用。鉆桿在鉆井時承受著拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲以及沖擊載荷等各種交變應(yīng)力的作用,其內(nèi)孔還受到高壓鉆井液的沖刷和腐蝕,在有H2S、CO2的油氣田里,還要求能抗H2S、CO2腐蝕。API Spec 5DP-2009鉆桿規(guī)范對鉆桿的要求非常嚴格,分別從拉伸強度、斷后延伸率、硬度和沖擊韌性等幾個方面進行了詳細的規(guī)定,而且波動范圍比較窄,這些都對鉆桿材料的熱處理工藝提出了很高要求。

        熱處理工藝過程中質(zhì)量管理工作的重點和活動場所都在車間,因此熱處理質(zhì)量的好壞在很大程度上取決于車間技術(shù)能力及管理水平,本文就石油鉆桿熱處理中的質(zhì)量管理工作進行討論,石油鉆桿熱處理建立在了金屬熱處理相關(guān)標準規(guī)范、熱處理手冊、鉆桿產(chǎn)品標準、熱處理爐標準等標準規(guī)范基礎(chǔ)上。建議廠家采用全國熱處理標準化技術(shù)委員會正在會標的“熱處理質(zhì)量控制體系”標準進行相關(guān)質(zhì)量控制體系建設(shè)。

        熱處理工藝過程中質(zhì)量管理的主要任務(wù)是按照有關(guān)技術(shù)標準對影響質(zhì)量的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)嚴加控制,保證熱處理質(zhì)量達到技術(shù)要求。因此要嚴格執(zhí)行工藝規(guī)范,加強工藝紀律檢查,抓好生產(chǎn)環(huán)節(jié)批次連接,不斷提高生產(chǎn)質(zhì)量。

        1 待熱處理的加厚管體檢查

        在管體進行熱處理前,應(yīng)進行待處理管體的檢查,該檢查主要有2個方面:

        一是管體狀態(tài)、加厚端尺寸、數(shù)量、材質(zhì)、外觀質(zhì)量等產(chǎn)品質(zhì)量檢查。該條款主要是生產(chǎn)指令確認、生產(chǎn)工藝確認、生產(chǎn)管體確認、管體狀態(tài)確認等方面,保證待熱處理管體準確無誤。石油鉆桿的管體均是兩端帶加厚的無縫鋼管,材質(zhì)、狀態(tài)外觀無法辨識,加厚成型作業(yè)也不具備逐支編號的條件,熱處理前的檢查能夠防止不合格品、不同材質(zhì)等混料,造成熱處理質(zhì)量事故。

        二是生產(chǎn)標識轉(zhuǎn)移,主要是便于產(chǎn)品質(zhì)量追溯。該條款主要是在API 5DP鉆桿規(guī)范中可追溯性要求,熱處理前的管體加厚成型工序?qū)雍穸擞袠俗R,熱處理前記錄下來,熱處理后外觀檢測時逐支管體編號,建立對應(yīng)關(guān)系,形成可追溯性。

        2 確定工序質(zhì)量管理點,進行重點監(jiān)控

        工序管理的目的是對工藝過程中影響質(zhì)量的因素進行控制,使工序始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。開展工序控制的方法很多,建立工序質(zhì)量管理點是常用的方法之一。

        生產(chǎn)中針對工件的質(zhì)量問題,把關(guān)鍵工序或存在問題的工序作為質(zhì)量管理點,將它們的某些質(zhì)量特性管起來,就可以達到質(zhì)量管理的目的。在公司車間是按照工藝要素設(shè)置的工序質(zhì)量管理點,主要工藝要素有:熱處理爐加熱溫度、加熱時間、淬火液溫度、淬火前管體溫度等。

        作為工序質(zhì)量管理點的關(guān)鍵質(zhì)量特性、工藝要素、檢測手段、檢測位置、測量方法等,均在熱處理作業(yè)指導(dǎo)書中進行了明確規(guī)定。

        為做好工藝管理,工序質(zhì)量管理點還應(yīng)做好以下工作:

        (1)熱處理操作人員必須經(jīng)過培訓(xùn),培訓(xùn)包括工藝培訓(xùn)、質(zhì)量培訓(xùn)、安全培訓(xùn)、設(shè)備管理培訓(xùn),并經(jīng)過考核合格才能上崗。

        (2)操作人員應(yīng)明確知道操作工序的質(zhì)量要求和影響質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

        (3)操作人員應(yīng)熟知設(shè)備操作規(guī)程、工藝規(guī)程、作業(yè)指導(dǎo)書,生產(chǎn)過程中嚴格執(zhí)行操作規(guī)程和工藝規(guī)程。

        (4)熟練掌握工序所用數(shù)據(jù)記錄表、檢測設(shè)備,按照要求進行工藝巡檢工作,做好相關(guān)記錄,這也是API 5DP中要求的質(zhì)量追溯性要求。

        (5)生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量有異常波動,應(yīng)及時分析原因,采用有效措施,穩(wěn)定管體熱處理質(zhì)量,仍不能解決,應(yīng)及時報告給車間生產(chǎn)調(diào)度。

        (6)鉆桿管體批量生產(chǎn)時,對于新材料、跨度比較大的規(guī)格等必須進行工藝確認,首批生產(chǎn)時也應(yīng)有技術(shù)人員、質(zhì)量檢驗員和操作員一起進行現(xiàn)場各工序點確認,以此來保證鉆桿管體熱處理后機械性能符合要求。

        工序質(zhì)量管理點,主要是以點帶面,通過工序重點監(jiān)測、質(zhì)量管理來保證機械性能符合要求。產(chǎn)品完成后,按照API 5DP中的規(guī)定對管體進行檢測,外觀檢測、尺寸測量在線完成,抽檢機械性能,相關(guān)記錄按照追溯性要求進行保存。

        3 車間設(shè)備管理

        車間設(shè)備是保證熱處理質(zhì)量穩(wěn)定的關(guān)鍵,隨著機械自動化程度的不斷提高,熱處理質(zhì)量受設(shè)備影響更大,加強設(shè)備管理能夠使鉆桿管體質(zhì)量更加穩(wěn)定。

        鉆桿熱處理設(shè)備主要有熱處理爐(淬火爐、回火爐)2臺,臺架式淬火機1臺、六輥管材矯直機1臺。

        熱處理爐爐型:蓄熱式步進梁箱式結(jié)構(gòu),處理鋼管規(guī)格為φ63mm~φ177.8mm,最大長度12.5m,采用爐內(nèi)水冷卻懸臂輥端進,翻轉(zhuǎn)式爐門側(cè)出。

        (1)熱處理爐。行業(yè)內(nèi)熱處理爐多采用燃氣式熱處理爐,應(yīng)該按照“GB/T 9452熱處理爐有效加熱區(qū)測定方法”進行加熱區(qū)測量,也可以參考“JB/T 10175熱處理質(zhì)量控制要求”,正在會標的“燃氣熱處理爐爐溫均勻性測試方法”和“熱處理溫度測量”也可以參考,進行熱處理爐的分級管理和使用。

        (2)淬火機。行業(yè)內(nèi)多采用臺架式淬火機(圖1),它是把鋼管放在淬火臺架上壓緊,在鋼管旋轉(zhuǎn)的同時,對鋼管進行內(nèi)表面軸流冷卻、外表面層流冷卻的水淬技術(shù)。

        圖1 臺架式淬火機

        該淬火技術(shù),優(yōu)勢在于淬火后管體外形尺寸合格率高、組織性能比較均勻。

        (3)設(shè)備的檢查與維修。設(shè)備在使用過程中,發(fā)生磨損、腐蝕、氧化等現(xiàn)象,使用一段時間后,設(shè)備的精度、可靠性及性能都將下降,嚴重時影響熱處理質(zhì)量。車間必須建立設(shè)備的維護保養(yǎng)管理規(guī)定,制定熱處理設(shè)備維修計劃表,以便及時發(fā)現(xiàn)問題,更換零部件或者進行修理。

        淬火機使用環(huán)境潮濕,其上的徑向輪、壓輥、電機等屬于易損件,使用過程中磨損也快,應(yīng)該及時調(diào)整、更換,避免其影響淬火后的管體直線度。

        4 車間作業(yè)環(huán)境管理

        熱處理生產(chǎn)的作業(yè)環(huán)境包括廠房、環(huán)境溫度、噪聲等,這些環(huán)境條件直接或間接影響熱處理質(zhì)量,還關(guān)系到熱處理生產(chǎn)安全和環(huán)境保護,熱處理作業(yè)環(huán)境應(yīng)符合“GB 15735金屬熱處理生產(chǎn)過程安全衛(wèi)生要求”

        (1)環(huán)境溫度。熱處理的加熱和冷卻對環(huán)境有要求,同時生產(chǎn)環(huán)境的溫度也影響熱處理工藝的正確實施。如果環(huán)境溫度過高,對淬火液降溫不利。連續(xù)生產(chǎn)時淬火液升溫,使熱處理質(zhì)量穩(wěn)定性變差,嚴重時出現(xiàn)管體拉伸性能不合格。車間溫度可以采用JB/T 10175熱處理質(zhì)量控制要求中不低于10℃的要求。

        (2)通風。作業(yè)場所應(yīng)具備良好的通風條件。熱處理設(shè)備均布置在車間內(nèi),管體回火后的降溫過程也在車間內(nèi)完成,熱處理爐熱量損失,淬火前管體降溫等都會使車間溫度升高,因此良好的通風條件是必要的。

        5 熱處理節(jié)能管理

        鉆桿管體熱處理天然氣、電能等消耗比較大,可以按照“GB/Z 18718熱處理節(jié)能技術(shù)導(dǎo)則”進行節(jié)能措施實施。

        (1)合理安排生產(chǎn),將鉆桿管體加厚成型后進行存料,集中過線,提高設(shè)備利用率。

        (2)生產(chǎn)過程中,對熱處理工藝進行試驗,對加熱溫度、保溫時間等進行調(diào)整,提高生產(chǎn)效率。

        (3)對熱處理生產(chǎn)能耗進行監(jiān)控,可以參照“GB/T 24562燃料熱處理爐節(jié)能監(jiān)測”進行能耗指標監(jiān)測,燃料消耗采用GB/T 19944、電耗采用GB/T 17358等標準進行計量。

        6 結(jié)語

        熱處理在鉆桿生產(chǎn)中屬于特殊工序,特殊工序生產(chǎn)中無法直接測量,只能生產(chǎn)后對管體進行破壞性試驗得出數(shù)據(jù),因此對生產(chǎn)過程中質(zhì)量控制要求比較高。

        (1)熱處理生產(chǎn)應(yīng)建立工序質(zhì)量管理點,通過重點監(jiān)控,確保工藝參數(shù)符合要求。

        (2)熱處理爐設(shè)備的管理應(yīng)進行分級管理,制定維修、檢定計劃表,及時處置。

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