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

1. Introduktion
API 6A Gate Valves er en kritisk komponent i olie- og gasbrøndhovedkontroludstyr, der er vidt brugt i juletræer, gasbrøndhoveder, wellhead manifolds og brudssystemer.
Under faktiske olie- og gasfeltforhold skal ventiler modstå følgende udfordringer:
Højt tryk: Op til 20.000 psi (138 MPa)
Høj temperatur: op til 177 ° C
Meget ætsende medier: indeholdende H₂s (hydrogensulfid), CO₂ (kuldioxid) og chlorider (CL⁻)
Marine miljøer: høj luftfugtighed, saltspray -korrosion og store temperatursvingninger
Mekanisk slid: Erosion af faste partikler og friktion på forseglingsoverfladen fra gentagen åbnings- og lukningsoperationer
Derfor bestemmer valget af materiale og forbedring af korrosionsbestandighed direkte sikkerheden, levetiden og vedligeholdelsesomkostningerne ved API 6A -portventiler.

2. Materielle krav i API 6A
API 6A har strenge regler om gateventilmaterialer, især hvad angår egnetheden af ​​materialer til forskellige PSL (produktspecifikationsniveau), PR (ydelseskrav) og temperaturklasser. Almindelige materialekategorier og egenskaber
Kulstofstål
Almindelig klasse: AISI 4130 (slukket og hærdet)
Fordele: lave omkostninger, høj styrke
Anvendelser: lavt korrosive gasfelter, ferskvandsbrøndhoveder
Lavlegeringsstål
Almindelig karakter: AISI 8630 MOD
Fordele: høj styrke, høj sejhed og bedre slidstyrke end kulstofstål
Anvendelser: Højtryksbrøndhoveder (≥10.000 psi)
Martensitisk rustfrit stål
Almindelige kvaliteter: 410SS, 420SS
Fordele: Slidbestandighed, egnet til forsegling af forseglinger
Anvendelser: co₂-indeholdende, lave H₂S-miljøer
Austenitisk rustfrit stål
Almindelige kvaliteter: 316SS, 304SS
Fordele: god co₂-korrosionsbestandighed, fremragende lavtemperatur sejhed
Anvendelser: Gasfelter med lav temperatur, sure gasbrønde
Duplex rustfrit stål = stål)
Almindelige kvaliteter: 2205, 2507
Fordele: Høj styrke, god modstand mod chloridbøjningskorrosion
Anvendelser: Offshore olie- og gasfelter, miljøer med høj chlorid
Nikkelbaseret legering
Almindelige kvaliteter: Inconel 625, Incoloy 825
Fordele: Modstand mod H₂s, CO₂ og chloridstress korrosion krakning
Anvendelser: Høj H₂s, High CO₂, dybhavsbrøndhoveder

3. Materialeudvælgelsesstrategi
(1) Valg baseret på medium sammensætning
Høje H₂S-arbejdsforhold: Skal opfylde NACE MR0175/ISO 15156 standarder, og vælg lav hårdhed (≤22 HRC) Nikkelbaserede legeringer eller duplex-rustfrie stål for at undgå sulfidstresskorrosionskrakning (SSC).
Høj CO₂ Arbejdsforhold: Austenitisk rustfrit stål, duplex-stål eller nikkelbaserede legeringer er mere effektive og kan forhindre udgydelse af metalcarbonater forårsaget af CO₂-korrosion. Høj chloridionmiljø: Duplex rustfrit stål, super austenitisk rustfrit stål (såsom 254smo) eller nikkelbaserede legeringer skal vælges for at forhindre pitting og spredningskorrosion.
(2) Vælg i henhold til trykniveauet
2000–10000 psi: Low Alloy Steel ENP (elektroløs nikkelbelægning) eller hård legering overlay
> 10000 psi: Høj styrke Lavlegeringsstål eller nikkelbaseret legering er påkrævet for at sikre træthedsstyrke og sejhed
(3) Vælg efter temperaturniveau
Lav temperatur (–60 ° F / –51 ° C): god lav temperatur sejhed, austenitisk rustfrit stål eller lavtemperatur kulstofstål (LTC'er)
Høj temperatur (350 ° F / 177 ° C): En legering med god termisk stabilitet, såsom Inconel 718

4. metoder til forbedring af korrosionsbestandighed
(1) Overfladebehandling og belægning
ENP (elektroløs nikkelbelægning): Kemisk nikkelbelægning, korrosionsbestandighed og slidstyrke
HVOF (High Velocity Oxy-Fuel) wolframcarbidsprøjtning: Superhård og erosionsbestandig
Nitriding: Forbedre overfladehårdhed og korrosionsbestandighed
(2) Forsegling af overfladehærdning
Stellite Overlay Welding: Cobalt-baseret cementeret carbide, slidbestandig og korrosionsbestandig
PTA (plasma overført ARC) Svejsning: Højbindingsstyrke, ensartet densitet
(3) katodisk beskyttelse
Marinebrøndhoveder kan bruge offeranoder (zink, aluminium) eller imponeret aktuelle systemer til at hæmme elektrokemisk korrosion
(4) Strukturoptimering
Reducer væske døde hjørner og huller, reducer spredningskorrosion
Forbedre flowkanal finish, reducer partikelaflejring

5. Sagsanalyse
I et bestemt offshore høje H₂s (> 10%) højt CO₂ (> 15%) gasfeltprojekt:
Ventilkropsmaterialet er Inconel 625 (integreret smedning)
Ventilstammen er ENP-nikkelbelagt AISI 8630 mod under hensyntagen til både styrke og korrosionsbestandighed
Ventilsædet er overlejret med wolframcarbid for at forbedre erosionsmodstand
Resultaterne viser, at ventilen har været i tjeneste i 5 år uden alvorlig korrosionssvigt, hvilket er 3-5 gange længere end for traditionelt lavlegeret stål, og vedligeholdelsesomkostningerne reduceres med mere end 40%.

6. Konklusion og anbefalinger
Valg af materiale skal være baseret på en analyse af driftsbetingelser: Mediasammensætning, tryk og temperatur og væske erosionsegenskaber er alle vigtige.
Overhold internationale standarder, især API 6A og NACE MR0175, for at sikre sikkerhed.
Omfattende korrosionsbestandighedsforanstaltninger: Materialer, overfladebehandling, katodisk beskyttelse og strukturel optimering bør implementeres på en koordineret måde.
Livscyklusstyring: Regelmæssig inspektion og vedligeholdelse er mere økonomiske og pålidelige end at stole udelukkende på avancerede materialer.