本文關(guān)鍵詞：籠套式節(jié)流閥閥芯失效機(jī)理分析與改進(jìn)研究

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【摘要】：隨著西氣東輸這項(xiàng)偉大能源工程的不斷開展,作為西氣東輸排頭兵的國內(nèi)某大型氣田是該工程的主要能源供應(yīng)地,在國民經(jīng)濟(jì)和國家安全中都承擔(dān)著重大的責(zé)任。在該氣田開采過程中,采用籠套式節(jié)流閥(油田上俗稱“油嘴”)這種特殊專用裝置來平衡井底高壓氣體與輸送處理廠前管道允許壓力值間的壓差,但高壓氣體對節(jié)流閥閥芯硬質(zhì)合金的沖蝕磨損而導(dǎo)致的失效越來越頻繁,嚴(yán)重影響了氣田的安全生產(chǎn)要求,不斷更換節(jié)流閥閥芯也使運(yùn)營維護(hù)成本大大增加。為了保證氣田生產(chǎn)的穩(wěn)定性,降低頻繁更換閥芯而增加的成本,研究氣體對籠套式節(jié)流閥閥芯的失效分析就顯得尤為重要,本文主要研究閥芯硬質(zhì)合金沖蝕形貌特征進(jìn)而分析其失效機(jī)理,并根據(jù)失效機(jī)理提出增強(qiáng)閥芯抗沖蝕能力及抑制氧化現(xiàn)象的改進(jìn)技術(shù)。 本文應(yīng)用失效分析理論及方法,在了解該氣田工況條件的基礎(chǔ)上,針對閥芯沖蝕嚴(yán)重部位進(jìn)行失效分析,運(yùn)用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察和分析硬質(zhì)合金表面失效形貌,采用EDS能譜儀,結(jié)合掃描電鏡觀察失效部位元素成分,利用X射線衍射儀對表面物相進(jìn)行分析,通過以上三種分析方法,探究節(jié)流閥閥芯硬質(zhì)合金表面失效形式以及特征,判斷沖蝕類型及失效原因,進(jìn)而得出失效機(jī)理。 根據(jù)失效分析,總結(jié)出天然氣對閥芯在節(jié)流過程中是以疲勞裂紋、沖刷作用以及氧化反應(yīng)這三種形式引起材料表面損耗導(dǎo)致失效。根據(jù)氣體對閥芯硬質(zhì)合金沖蝕所導(dǎo)致失效的機(jī)理,提出采用表面涂層來提高閥芯硬質(zhì)合金表面抗沖蝕性能以及抑制氧化現(xiàn)象,根據(jù)不同種涂層材料的物理、力學(xué)性能以及與基體匹配性研究分析選擇適用于現(xiàn)場工況條件的TiN涂層材料。 對PVD、PCVD以及CVD技術(shù)沉積TiN涂層進(jìn)行組織結(jié)構(gòu)及物理機(jī)械性能測試,采用X射線衍射儀分析涂層表面物相和晶面擇優(yōu)取向,運(yùn)用掃描電子顯微鏡觀察表面組織形貌和能譜儀分析表面元素組成,采用數(shù)字式顯微硬度計對表面涂層硬度進(jìn)行測量,并根據(jù)載荷-壓痕深度值計算出涂層彈性模量,使用MFT-4000型多功能材料表面性能試驗(yàn)機(jī)在涂層表面上運(yùn)用劃痕法來測量涂層與基體結(jié)合力,并根據(jù)劃痕形貌分析膜-基結(jié)合機(jī)制。 通過對涂層的沖蝕磨損試驗(yàn),分析了兩種基體上不同涂層沉積工藝的沖蝕磨損特性,揭示了涂層結(jié)合力、硬度及彈性模量綜合對沖蝕磨損性能的影響以及基體硬度對沖蝕磨損性能的影響。
【關(guān)鍵詞】：籠套式節(jié)流閥閥芯 失效分析 TiN涂層 實(shí)驗(yàn)分析
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TE974.9;TG174.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-15
• 1.1 研究背景及意義8-9
• 1.1.1 研究背景8
• 1.1.2 研究目的意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-14
• 1.2.1 節(jié)流閥簡介及沖蝕磨損概述9-10
• 1.2.2 國外沖蝕問題研究狀況10-12
• 1.2.3 國內(nèi)沖蝕問題研究狀況12-13
• 1.2.4 硬質(zhì)合金沖蝕問題研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 研究內(nèi)容14-15
• 第2章 節(jié)流閥閥芯失效研究分析15-43
• 2.1 失效分析目的以及步驟15-16
• 2.1.1 失效分析目的15-16
• 2.1.2 失效分析步驟16
• 2.2 節(jié)流閥硬質(zhì)合金使用工作環(huán)境16-17
• 2.3 節(jié)流閥中氣體節(jié)流特點(diǎn)及對材料表面沖擊時力學(xué)分析17-18
• 2.3.1 氣體節(jié)流特點(diǎn)17
• 2.3.2 氣體對靶材沖擊時的力學(xué)分析17-18
• 2.4 節(jié)流閥硬質(zhì)合金基體組織結(jié)構(gòu)及成分分析18-25
• 2.5 節(jié)流閥硬質(zhì)合金表面材料成分分析以及硬度測試25-27
• 2.6 節(jié)流閥硬質(zhì)合金失效宏觀分析27-29
• 2.7 節(jié)流閥硬質(zhì)合金失效表面材料微觀形貌以及能譜分析29-39
• 2.8 節(jié)流閥硬質(zhì)合金失效表面材料X射線衍射分析39-40
• 2.9 氣體沖蝕磨損機(jī)理分析40-41
• 2.10 本章小結(jié)41-43
• 第3章 硬質(zhì)合金涂層設(shè)計與制備43-56
• 3.1 硬質(zhì)合金表面涂層材料選擇43-48
• 3.1.1 硬質(zhì)合金涂層材料選擇原理43-44
• 3.1.2 常用硬質(zhì)合金涂層材料44-46
• 3.1.3 硬質(zhì)合金涂層與基體匹配性研究46-48
• 3.2 硬質(zhì)合金涂層工藝方法的選擇48-49
• 3.3 TIN硬質(zhì)涂層的制備49-52
• 3.3.1 物理氣相沉積法(PVD)49-50
• 3.3.2 化學(xué)氣相沉積法(CVD)50-51
• 3.3.3 等離子體化學(xué)氣相沉積法(PCVD)51-52
• 3.4 TIN硬質(zhì)涂層性能檢測手段52-55
• 3.4.1 硬度與彈性模量測量52-53
• 3.4.2 涂層厚度測量53
• 3.4.3 膜-基(涂層與基體間)結(jié)合強(qiáng)度測量53-55
• 3.5 本章小結(jié)55-56
• 第4章 氮化鈦涂層組織結(jié)構(gòu)及物理機(jī)械性能研究56-69
• 4.1 涂層的物相分析56-59
• 4.2 涂層微觀結(jié)構(gòu)分析59-60
• 4.3 涂層的物理機(jī)械性能60-67
• 4.3.1 涂層硬質(zhì)合金顯微硬度及彈性模量60-62
• 4.3.2 涂層厚度測試62
• 4.3.3 涂層與基體的結(jié)合力62-67
• 4.4 本章小結(jié)67-69
• 第5章 氮化鈦涂層沖蝕磨損試驗(yàn)分析69-81
• 5.1 TIN涂層沖蝕磨損試驗(yàn)方法69-71
• 5.1.1 沖蝕磨損試驗(yàn)裝置69-70
• 5.1.2 沖蝕磨損量的測量70-71
• 5.2 TIN涂層沖蝕磨損特性71-74
• 5.3 TIN涂層沖蝕磨損特性分析74-80
• 5.3.1 涂層結(jié)合力對沖蝕磨損性能影響74-76
• 5.3.2 涂層硬度對沖蝕磨損性能影響76-77
• 5.3.3 涂層硬度與彈性模量比值對沖蝕磨損性能影響77-79
• 5.3.4 基體硬度對沖蝕磨損性能影響79-80
• 5.4 本章小結(jié)80-81
• 第6章 結(jié)論及展望81-83
• 6.1 結(jié)論81-82
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)82
• 6.3 展望82-83
• 致謝83-84
• 參考文獻(xiàn)84-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果87

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 張曉東;賈國超;吳臣德;;空氣鉆井鉆具沖蝕磨損機(jī)理的分析[J];西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2009年02期

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3 馬淳安,褚有群,黃輝,成旦紅,周邦新;WC-Co硬質(zhì)合金的相組成及其相變[J];浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2003年01期

本文編號：828705