API 6A GATER VENTIL Výber materiálu a stratégia zlepšenia odolnosti proti korózii

1. Úvod
API 6A bránové ventily sú kritickou súčasťou zariadenia na riadenie ropných a plynových vrtov, ktoré sa bežne používajú na vianočných stromoch, plynových vrtoch, vrtových potrubiach a systémov štiepenia.
V skutočných podmienkach ropného a plynového poľa musia ventily vydržať nasledujúce výzvy:
Vysoký tlak: až 20 000 psi (138 MPa)
Vysoká teplota: až 350 ° F)
Vysoko korozívne médium: obsahujúce H₂S (sulfid vodíka), CO₂ (oxid uhličitý) a chloridy (CL⁻)
Morské prostredie: vysoká vlhkosť, korózia soľného spreja a veľké kolísanie teploty
Mechanické opotrebenie: erózia pomocou tuhých častíc a trenie na tesniacom povrchu z opakovaného otvorenia a zatvárania operácií
Výber materiálu a zlepšenie odporu korózie preto priamo určujú bezpečnosť, životnosť a náklady na údržbu bránových ventilov API 6A.

2. Požiadavky na materiál v API 6A
API 6A má prísne predpisy o materiáloch garárových ventilov, najmä pokiaľ ide o vhodnosť materiálov pre rôzne PSL (úroveň špecifikácie produktu), PR (požiadavka na výkon) a triedy teploty. Bežné kategórie materiálov a vlastnosti
Uhlíková oceľ
Spoločná trieda: AISI 4130 (ochladené a temperované)
Výhody: nízka cena, vysoká sila
Aplikácie: nízkokorozívne plynové polia, sladkovodné vrty
Nízka legová oceľ
Spoločná trieda: AISI 8630 Mod
Výhody: vysoká pevnosť, vysoká húževnatosť a lepšia odolnosť proti opotrebeniu ako uhlíková oceľ
Aplikácie: vysokotlakové vrty (≥ 10 000 psi)
Martenzitická nehrdzavejúca oceľ
Bežné známky: 410SS, 420SS
Výhody: Odolnosť voči opotrebovaniu, vhodné pre povrchy tesnenia sedadla ventilu
Aplikácie: prostredie s nízkym H₂S obsahujúcim, nízke H₂S
Austenitická nehrdzavejúca oceľ
Bežné známky: 316SS, 304SS
Výhody: Dobrý odpor korózie, vynikajúca nízka teplota húževnatia
Aplikácie: nízkoteplotné plynové polia, kyslé plynové studne
Duplexová nehrdzavejúca oceľ = oceľ)
Bežné stupne: 2205, 2507
Výhody: Vysoká pevnosť, dobrá odolnosť voči chloridu Korózia
Aplikácie: Offshore ropné a plynové polia, prostredie s vysokým obsahom chloridu
Zliatina
Bežné stupne: Inconel 625, Incoloy 825
Výhody: Odolnosť proti praskaniu korózie H₂s, Co₂ a chloridu
Aplikácie: vysoké H₂s, vysoké co₂, hlbokomorské vrstvy

3. Stratégia výberu materiálu
(1) Výber založený na strednom zložení
Vysoké pracovné podmienky H₂S: Musia splniť NACE MR0175/ISO 15156 Normy a vyberte nízku tvrdosť (≤ 22 HRC) zliatiny na báze niklu alebo duplexné nehrdzavejúce ocele, aby ste zabránili praskaniu korózie sulfidu (SSC).
Vysoké pracovné podmienky: Austenitická nehrdzavejúca oceľ, duplexná oceľ alebo zliatiny na báze niklu sú účinnejšie a môžu zabrániť odlupovaniu kovových uhličitanov spôsobených koróziou CO₂. Vysoké chloridové iónové prostredie: duplexná nehrdzavejúca oceľ, super austenitická nehrdzavejúca oceľ (napríklad 254SMO) alebo zliatiny na báze niklu, aby sa zabránilo korózii jamiek a trhliny.
(2) Vyberte podľa úrovne tlaku
2000–10000 PSI: Low zliatinová oceľ ENP (Electroless Plating) alebo tvrdá zliatina prekrytia
> 10000 psi: Na zabezpečenie únavovej pevnosti a húževnatosti je potrebná nízka zliatina s nízkou legickou oceľ alebo zliatinu niklu
(3) Vyberte podľa úrovne teploty
Nízka teplota (–60 ° F / –51 ° C): dobrá húževnatosť s nízkou teplotou, austenitická nehrdzavejúca oceľ alebo nízka teplota uhlíkovej ocele (LTC)
Vysoká teplota (350 ° F / 177 ° C): zliatina s dobrou tepelnou stabilitou, ako je napríklad Inconel 718

4. Metódy na zlepšenie odolnosti proti korózii
(1) povrchové ošetrenie a povlaky
ENP (ELEESS NIKELSKÉ PLATING): Chemické pokovovanie niklu, odolnosť proti korózii a odolnosť proti opotrebeniu
HVOF (vysoko rýchlosť oxy-paliva) striekanie karbidu volfrámu: super tvrdé a erózne odolné
Nitriding: Zlepšiť tvrdosť povrchu a odolnosť proti korózii
(2) tvrdenie tesnenia povrchu
Zváranie už otrasom: Cobalt Cementovaný karbid, rezistentný na opotrebenie a koróziu odolné voči korózii
PTA (Plazma prenesené oblúk) Zváranie: vysoká pevnosť viazania, jednotná hustota
(3) katódová ochrana
Morské vrty môžu používať obetné anódy (zinok, hliník) alebo ohromiť prúdové systémy na inhibíciu elektrochemickej korózie
(4) Štrukturálna optimalizácia
Znížte tekuté mŕtve rohy a medzery, znížte koróziu trhliny
Vylepšite povrchovú úpravu prietokového kanála, znížte ukladanie častíc

5. Analýza prípadov
V určitom pobrežnom projekte vysokých H₂S (> 10%) vysokého CO₂ (> 15%) plynového poľa:
Materiál tela ventilu je Inconel 625 (integrálne kovanie)
Stonka ventilu je ENP Nickel-Panlated AISI 8630 MOD, berúc do úvahy pevnosť aj odpor korózie
Sedadlo ventilu je prekrývané karbidom volfrámu, aby sa zlepšila odolnosť proti erózii
Výsledky ukazujú, že ventil je v prevádzke 5 rokov bez vážneho zlyhania korózie, čo je 3 až 5-krát dlhšie ako u tradičnej ocele s nízkym zliatinou a náklady na údržbu sa znižujú o viac ako 40%.

6. Záver a odporúčania
Výber materiálu musí byť založený na analýze prevádzkových podmienok: zloženie média, tlak a teplota a charakteristiky erózie tekutín sú nevyhnutné.
Dodržiavajte medzinárodné normy, najmä API 6A a NACE MR0175, aby sa zaistila bezpečnosť.
Komplexné opatrenia odolnosti proti korózii: materiály, povrchové spracovanie, katódová ochrana a štrukturálna optimalizácia by sa mali implementovať koordinovaným spôsobom.
Správa životného cyklu: Pravidelná kontrola a údržba sú ekonomickejšie a spoľahlivejšie ako spoliehanie sa výlučne na špičkové materiály.