API 6A GATE VALVE การเลือกวัสดุและกลยุทธ์การปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน

1. บทนำ
วาล์วประตู API 6A เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของอุปกรณ์ควบคุมน้ำมันและก๊าซที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในต้นคริสต์มาสบ่อแก๊สหลุมน้ำเดี่ยวและระบบการแตกหัก
ในสภาพน้ำมันและก๊าซจริงวาล์วจะต้องทนต่อความท้าทายดังต่อไปนี้:
แรงดันสูง: สูงถึง 20,000 psi (138 MPa)
อุณหภูมิสูง: สูงถึง 350 ° F (177 ° C)
สื่อที่มีการกัดกร่อนสูง: มีH₂S (ไฮโดรเจนซัลไฟด์), CO₂ (คาร์บอนไดออกไซด์) และคลอไรด์ (Cl⁻)
สภาพแวดล้อมทางทะเล: ความชื้นสูงการกัดกร่อนสเปรย์เกลือและความผันผวนของอุณหภูมิขนาดใหญ่
การสึกหรอเชิงกล: การกัดเซาะโดยอนุภาคที่เป็นของแข็งและแรงเสียดทานบนพื้นผิวการปิดผนึกจากการเปิดและการปิดซ้ำ ๆ
ดังนั้นการเลือกวัสดุและการปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนโดยตรงจะกำหนดความปลอดภัยอายุการใช้งานและค่าบำรุงรักษาของวาล์วประตู API 6A

2. ข้อกำหนดของวัสดุใน API 6A
API 6A มีกฎระเบียบที่เข้มงวดเกี่ยวกับวัสดุวาล์วประตูโดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับความเหมาะสมของวัสดุสำหรับ PSL ที่แตกต่างกัน (ระดับข้อมูลจำเพาะผลิตภัณฑ์), PR (ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ) และคลาสอุณหภูมิ หมวดหมู่และลักษณะวัสดุทั่วไป
เหล็กคาร์บอน
เกรดทั่วไป: AISI 4130 (ดับและอารมณ์)
ข้อดี: ต้นทุนต่ำความแข็งแรงสูง
แอปพลิเคชัน: แหล่งก๊าซที่มีการกัดกร่อนต่ำบ่อน้ำจืด
เหล็กอัลลอยด์ต่ำ
เกรดสามัญ: AISI 8630 mod
ข้อดี: ความแข็งแรงสูงความทนทานสูงและความต้านทานการสึกหรอที่ดีกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน
แอปพลิเคชัน: หลุมแรงดันสูง (≥10,000 psi)
สแตนเลสมาร์เทนซิติก
เกรดทั่วไป: 410SS, 420SS
ข้อดี: ความต้านทานการสึกหรอเหมาะสำหรับพื้นผิวการปิดผนึกที่นั่งวาล์ว
แอพพลิเคชั่น: สภาพแวดล้อมที่มีส่วนผสมของCO₂, ต่ำ
สแตนเลสออสเทนนิติก
เกรดทั่วไป: 316SS, 304SS
ข้อดี: ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี, ความเหนียวอุณหภูมิต่ำที่ยอดเยี่ยม
การใช้งาน: แหล่งก๊าซอุณหภูมิต่ำบ่อก๊าซเปรี้ยว
สแตนเลสเพล็กซ์ = เหล็ก)
เกรดทั่วไป: 2205, 2507
ข้อดี: ความแข็งแรงสูงความต้านทานที่ดีต่อการกัดกร่อนของคลอไรด์
การใช้งาน: แหล่งน้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่งสภาพแวดล้อมคลอไรด์สูง
อัลลอยด์นิกเกิล
เกรดทั่วไป: Inconel 625, Incoloy 825
ข้อดี: ความต้านทานต่อh₂s, co₂และคลอไรด์ความเครียด
แอปพลิเคชัน: High H₂s, High Co₂, Deep-Sea Wellheads

3. กลยุทธ์การเลือกวัสดุ
(1) การเลือกตามองค์ประกอบขนาดกลาง
สภาพการทำงาน High H₂s: ต้องเป็นไปตามมาตรฐาน NACE MR0175/ISO 15156 และเลือกความแข็งต่ำ (≤22 HRC) โลหะผสมนิกเกิลหรือเหล็กกล้าไร้สนิมเพล็กซ์เพื่อหลีกเลี่ยงการกัดกร่อนความเครียดจากซัลไฟด์ (SSC)
สภาพการทำงานของCO₂สูง: สแตนเลสสตีลออสเทนนิติกเหล็กเพล็กซ์หรือโลหะผสมที่ใช้นิกเกิลมีประสิทธิภาพมากขึ้นและสามารถป้องกันการไหลของโลหะคาร์บอเนตที่เกิดจากการกัดกร่อนของCO₂ สภาพแวดล้อมของคลอไรด์ไอออนสูง: สแตนเลสเพล็กซ์, สแตนเลสสแตนเลสสุดยอด (เช่น 254SMO) หรือโลหะผสมที่ใช้นิกเกิลควรได้รับการคัดเลือกเพื่อป้องกันการกัดกร่อนของหลุมและรอยแยก
(2) เลือกตามระดับความดัน
2000–10000 psi: เหล็กโลหะผสมต่ำ ENP (การชุบนิกเกิลอิเล็กโทรไลซ์) หรือซ้อนทับโลหะผสมแข็ง
> 10,000 psi: จำเป็นต้องมีเหล็กโลหะผสมต่ำหรือโลหะผสมที่ใช้นิกเกิลเพื่อให้แน่ใจว่ามีความแข็งแรงและความทนทานต่อความเหนื่อยล้า
(3) เลือกตามระดับอุณหภูมิ
อุณหภูมิต่ำ (–60 ° F / –51 ° C): ความเหนียวอุณหภูมิต่ำที่ดี, สแตนเลสออสเทนนิติกหรือเหล็กคาร์บอนอุณหภูมิต่ำ (LTCs)
อุณหภูมิสูง (350 ° F / 177 ° C): โลหะผสมที่มีความเสถียรทางความร้อนที่ดีเช่น Inconel 718

4. วิธีการปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน
(1) การรักษาพื้นผิวและการเคลือบผิว
ENP (การชุบนิกเกิลอิเล็กโทรไลซ์): การชุบนิกเกิลเคมี, ความต้านทานการกัดกร่อนและความต้านทานการสึกหรอ
HVOF (ความเร็วสูงออกซิเจน) ทังสเตนคาร์ไบด์สเปรย์: ทนต่อการกัดเซาะมากและทนต่อการกัดเซาะ
ไนเตรท: ปรับปรุงความแข็งของพื้นผิวและความต้านทานการกัดกร่อน
(2) การทำให้พื้นผิวของการปิดผนึกแข็งตัว
การเชื่อม Overlay Stellite: คาร์ไบด์ซีเมนต์ที่ใช้โคบอลต์, ทนต่อการสึกหรอและทนต่อการกัดกร่อน
การเชื่อม PTA (พลาสมาถ่ายโอนส่วนโค้ง): ความแข็งแรงของพันธะสูง, ความหนาแน่นสม่ำเสมอ
(3) การป้องกัน cathodic
Marine Wellheads สามารถใช้ anodes เสียสละ (สังกะสี, อลูมิเนียม) หรือระบบปัจจุบันที่น่าประทับใจในการยับยั้งการกัดกร่อนทางเคมี
(4) การเพิ่มประสิทธิภาพเชิงโครงสร้าง
ลดมุมที่ตายแล้วของเหลวและช่องว่างลดการกัดกร่อนของรอยแยก
ปรับปรุงการไหลของช่องทางลดการสะสมของอนุภาค

5. การวิเคราะห์กรณี
ในโครงการ High Highs นอกชายฝั่ง (> 10%) โครงการสนามก๊าซสูง (> 15%):
วัสดุร่างกายของวาล์วนั้นไม่สามารถทำได้ 625 (การปลอมแปลงอินทิกรัล)
ก้านวาล์วคือ ENP ชุบนิกเกิล AISI 8630 MOD โดยคำนึงถึงความต้านทานและความต้านทานการกัดกร่อน
ที่นั่งวาล์วถูกซ้อนทับด้วยทังสเตนคาร์ไบด์เพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดเซาะ
ผลการศึกษาพบว่าวาล์วให้บริการเป็นเวลา 5 ปีโดยไม่มีการกัดกร่อนอย่างรุนแรงซึ่งนานกว่าเหล็กกล้าอัลลอยด์ต่ำแบบดั้งเดิม 3-5 เท่าและค่าบำรุงรักษาลดลงมากกว่า 40%

6. บทสรุปและคำแนะนำ
การเลือกวัสดุจะต้องขึ้นอยู่กับการวิเคราะห์สภาพการทำงาน: องค์ประกอบของสื่อความดันและอุณหภูมิและลักษณะการกัดเซาะของของไหลล้วนเป็นสิ่งจำเป็น
ปฏิบัติตามมาตรฐานสากลโดยเฉพาะ API 6A และ NACE MR0175 เพื่อความปลอดภัย
มาตรการความต้านทานการกัดกร่อนที่ครอบคลุม: วัสดุการรักษาพื้นผิวการป้องกันแคโทดและการเพิ่มประสิทธิภาพเชิงโครงสร้างควรดำเนินการในลักษณะที่ประสานงานกัน
การจัดการวงจรชีวิต: การตรวจสอบและบำรุงรักษาเป็นประจำประหยัดและเชื่อถือได้มากกว่าการพึ่งพาวัสดุระดับสูงเพียงอย่างเดียว