API 6A Gate Valve Material Selection and Corrosion Resistance Improving Strategy

1. Innledning
API 6A portventiler er en kritisk komponent av olje- og gassbrønnhodekontrollutstyr, mye brukt i juletrær, gassbrønnhoder, brønnhodemanifolder og bruddsystemer.
I faktiske forhold til olje og gass må ventiler tåle følgende utfordringer:
Høyt trykk: Opptil 20 000 psi (138 MPa)
Høy temperatur: Opptil 177 ° C)
Svært etsende medier: inneholder H₂s (hydrogensulfid), CO₂ (karbondioksid) og klorider (CL⁻)
Marine miljøer: høy luftfuktighet, salt spray korrosjon og store temperatursvingninger
Mekanisk slitasje: Erosjon av faste partikler og friksjon på tetningsoverflaten fra gjentatt åpning og lukking av operasjoner
Derfor bestemmer valg av materiale og forbedring av korrosjonsmotstand direkte sikkerhet, levetid og vedlikeholdskostnader for API 6A -portventiler.

2. Materielle krav i API 6A
API 6A har strenge forskrifter om portventilmaterialer, spesielt når det gjelder egnetheten til materialer for forskjellige PSL (produktspesifikasjonsnivå), PR (ytelseskrav) og temperaturklasser. Vanlige materialkategorier og egenskaper
Karbonstål
Vanlig karakter: AISI 4130 (slukket og temperert)
Fordeler: lave kostnader, høy styrke
Bruksområder: Lavkorrosive gassfelt, brønnvannsbrønnhoder
Lav legeringsstål
Vanlig karakter: AISI 8630 Mod
Fordeler: høy styrke, høy seighet og bedre slitasje enn karbonstål
Bruksområder: Høytrykksbrønnhoder (≥10 000 psi)
Martensittisk rustfritt stål
Vanlige karakterer: 410SS, 420SS
Fordeler: Slitestyrke, egnet for tetningsflater for ventilseter
Bruksområder: CO₂-holdige, lave H₂s miljøer
Austenittisk rustfritt stål
Vanlige karakterer: 316SS, 304SS
Fordeler: God co₂ korrosjonsmotstand, utmerket seighet med lav temperatur
Bruksområder: Gassfelt med lav temperatur, sure gassbrønner
Duplex rustfritt stål = stål)
Vanlige karakterer: 2205, 2507
Fordeler: Høy styrke, god motstand mot kloridpitting korrosjon
Bruksområder: Offshore olje- og gassfelt, høye kloridmiljøer
Nikkelbasert legering
Vanlige karakterer: Inconel 625, Incoloy 825
Fordeler: Motstand mot H₂s, CO₂ og kloridstresskorrosjonsprekker
Bruksområder: høye H₂s, høye CO₂, dyphavsbrønnhoder

3. Materiell utvalgsstrategi
(1) Valg basert på middels sammensetning
Høye Hks arbeidsforhold: Må oppfylle NACE MR0175/ISO 15156 standarder, og velge lav hardhet (≤22 HRC) nikkelbaserte legeringer eller dupleks rustfrie stål for å unngå sulfidspenningskorrosjonsprekker (SSC).
Høye CO₂-arbeidsforhold: Austenittisk rustfritt stål, dupleksstål eller nikkelbaserte legeringer er mer effektive og kan forhindre kassering av metallkarbonater forårsaket av CO₂-korrosjon. Høyt kloridionmiljø: Duplex rustfritt stål, super austenittisk rustfritt stål (for eksempel 254SMO), eller nikkelbaserte legeringer, bør velges for å forhindre pitting og sprekkkorrosjon.
(2) Velg i henhold til trykknivå
2000–10000 psi: Lav legeringsstål ENP (elektroløs nikkelplatting) eller hard legeringsoverlegg
> 10000 psi: høy styrke lav legeringsstål eller nikkelbasert legering er nødvendig for å sikre utmattelsesstyrke og seighet
(3) Velg i henhold til temperaturnivået
Lav temperatur (–60 ° F / –51 ° C): God lav temperatur, austenittisk rustfritt stål eller karbonstål med lavt temperatur (LTC)
Høy temperatur (350 ° F / 177 ° C): En legering med god termisk stabilitet, for eksempel Inconel 718

4. Metoder for å forbedre korrosjonsmotstanden
(1) Overflatebehandling og belegg
ENP (elektroløs nikkelplatting): Kjemisk nikkelplatering, korrosjonsmotstand og slitestyrke
HVOF (høy hastighet oksy-brensel) wolframkarbidsprøyting: super hardt og erosjonsresistent
Nitriding: Forbedre overflatens hardhet og korrosjonsmotstand
(2) Forseglingsoverflateherding
Stellittoverleggssveising: koboltbasert sementert karbid, slitasjebestandig og korrosjonsbestandig
PTA (plasma overført lysbue) sveising: høy bindingsstyrke, ensartet tetthet
(3) Katodisk beskyttelse
Marine brønnhoder kan bruke offeranoder (sink, aluminium) eller imponert nåværende systemer for å hemme elektrokjemisk korrosjon
(4) Strukturell optimalisering
Reduser væskedøde hjørner og hull, reduser sprekk korrosjon
Forbedre strømningskanalens finish, redusere partikkelavsetning

5. Saksanalyse
I en viss offshore høye H₂s (> 10%) Høy CO₂ (> 15%) Gassfeltprosjekt:
Ventilkroppsmaterialet er Inconel 625 (integrert smiing)
Ventilstammen er ENP nikkelbelagt AISI 8630 MOD, under hensyntagen til både styrke- og korrosjonsmotstand
Ventilsetet er lagt over med wolframkarbid for å forbedre erosjonsmotstanden
Resultatene viser at ventilen har vært i tjeneste i 5 år uten alvorlig korrosjonssvikt, som er 3-5 ganger lengre enn for tradisjonell lavlegert stål, og vedlikeholdskostnadene reduseres med mer enn 40%.

6. Konklusjon og anbefalinger
Materialvalg må være basert på en analyse av driftsforhold: mediesammensetning, trykk og temperatur og fluid erosjonskarakteristikker er alle viktige.
Følg internasjonale standarder, spesielt API 6A og NACE MR0175, for å sikre sikkerhet.
Omfattende korrosjonsmotstandstiltak: materialer, overflatebehandling, katodisk beskyttelse og strukturell optimalisering bør implementeres på en koordinert måte.
Livssyklusstyring: Regelmessig inspeksjon og vedlikehold er mer økonomisk og pålitelig enn å stole utelukkende på avanserte materialer.