Výběr materiálu ventilu API 6A a strategie zlepšení odolnosti proti korozi

1. Úvod
API 6A brány ventily jsou kritickou součástí zařízení pro ovládání ropy a plynu, které jsou široce používány v vánočních stromech, plynových hlavic, vrtů a lomových systémech.
Ve skutečných podmínkách olejového a plynového pole musí ventily vydržet následující výzvy:
Vysoký tlak: Až 20 000 psi (138 MPa)
Vysoká teplota: až 350 ° F (177 ° C)
Vysoce korozivní média: obsahující H₂S (sirovodík), CO₂ (oxid uhličitý) a chloridy (CL⁻)
Mořské prostředí: vysoká vlhkost, koroze smláka a velké teplotní kolísání
Mechanické opotřebení: Eroze pevnými částicemi a třením na těsnicím povrchu od opakovaného otevíracího a uzavíracího operací
Proto výběr materiálu a zlepšení odolnosti proti korozi přímo určují bezpečnostní, životnost a náklady na údržbu v bráně API 6A.

2. materiální požadavky v API 6A
API 6A má přísná předpisy o materiálech ventilu brány, zejména pokud jde o vhodnost materiálů pro různé PSL (úroveň specifikace produktu), PR (požadavek na výkon) a třídy teploty. Běžné kategorie a charakteristiky materiálu
Uhlíková ocel
Obyčejný stupeň: AISI 4130 (zhášené a temperované)
Výhody: nízké náklady, vysoká síla
Aplikace: Léna s nízkým korozivním plynem, sladkovodní studny
Nízkou slitinovou ocel
Společný stupeň: AISI 8630 MOD
Výhody: Vysoká pevnost, vysoká houževnatost a lepší odolnost proti opotřebení než uhlíková ocel
Aplikace: Vysokotlaké hlavy (≥ 10 000 psi)
Martensitická nerezová ocel
Společné známky: 410SS, 420SSS
Výhody: Odolnost proti opotřebení, vhodné pro těsnění sedadla ventilu
Aplikace: KO₂ obsahující prostředí s nízkým H₂S
Austenitická nerezová ocel
Společné známky: 316SS, 304SSS
Výhody: Dobrá odolnost proti korozi, vynikající nízkoteplotní houževnatost
Aplikace: Plynová pole s nízkou teplotou, kyselé plynové studny
Duplexní nerezová ocel = ocel)
Společné známky: 2205, 2507
Výhody: Vysoká pevnost, dobrá odolnost vůči korozi chloridu
Aplikace: Polí na moře na moři, prostředí s vysokým chloridem
Slitina založená na niklu
Obyčejné známky: Inconel 625, incoloy 825
Výhody: Odolnost vůči korozi napětí H₂S, CO₂ a chloridu
Aplikace: Vysoká H₂S, vysoká hlavy, hluboké mořské hlavy

3. strategie výběru materiálu
(1) Výběr založený na střední složení
Vysoké pracovní podmínky H₂S: Musí splňovat standardy NACE MR0175/ISO 15156 a vybrat slitiny na bázi niklu na bázi niklu (≤22 hodin) nebo duplexní nerezové oceli, aby se zabránilo praskání korozi sulfidového napětí (SSC).
Vysoké pracovní podmínky: Austenitická nerezová ocel, duplexní ocel nebo slitiny na bázi niklu jsou účinnější a mohou zabránit uvolňování kovových uhličitanů způsobených korozí. Aby se zabránilo důchodu a štěrbinovou korozi, měly by být vybrány prostředí iontů s vysokým obsahem chloridu: duplexní nerezová ocel, super austenitická nerezová ocel (jako je 254SMO) nebo slitiny na bázi niklu.
(2) Vyberte podle úrovně tlaku
2000–10000 PSI: Nízko slitinovou ocelovou ENP (bezpodmínevý ponik) nebo překrytí tvrdé slitiny
> 10000 psi: K zajištění únavové pevnosti a houževnatosti je nutná vysoká pevnost nízká slitinová slitina nebo slitina na bázi niklu
(3) Vyberte podle úrovně teploty
Nízká teplota (–60 ° F / –51 ° C): dobrá nízkou teplotu, austenitická nerezová ocel nebo uhlíková ocel s nízkou teplotou (LTC)
Vysoká teplota (350 ° F / 177 ° C): slitina s dobrou tepelnou stabilitou, jako je Inconel 718

4. Metody ke zlepšení odolnosti proti korozi
(1) Ošetření a povlak
ENP (Electroless Nickel Plating): Chemické pokovování niklu, odolnost proti korozi a odolnost proti opotřebení
HVOF (vysoká rychlost oxy-paliva) wolframový karbid postřik: super tvrdý a odolný proti erozi
Nitriding: Zlepšete tvrdost povrchu a odolnost proti korozi
(2) Kalení těsnění povrchu
Stellite Overlay Svařování: Cementovaný karbid na bázi kobaltu, odolný vůči oděvu a odolný vůči korozi
Svařování PTA (plazma přenesená oblouk): Vysoká vazebná síla, jednotná hustota
(3) Katodická ochrana
Marine hlavy mohou používat obětní anody (zinkový, hliník) nebo ohromené současné systémy k inhibici elektrochemické koroze
(4) Strukturální optimalizace
Snižte plynulé mrtvé rohy a mezery, snižte korozi štěrbiny
Zlepšete povrchovou úpravu průtokového kanálu a snižte depozici částic

5. analýza případů
V určitém pobřežním vysokém H₂S (> 10%) vysoko vysokých (> 15%) plynových polních projektu:
Materiál těla ventilu je Inconel 625 (integrální kování)
Stonek ventilu je MOS ENP Nickel-Plated AISI 8630, s ohledem na odolnost vůči síle i korozi
Sedadlo ventilu je překryto s karbidem wolframu, aby se zlepšil odolnost proti erozi
Výsledky ukazují, že ventil je v provozu po dobu 5 let bez vážného selhání koroze, což je 3-5krát delší než u tradiční nízkolegické oceli a náklady na údržbu se sníží o více než 40%.

6. Závěry a doporučení
Výběr materiálu musí být založen na analýze provozních podmínek: Složení médií, tlak a teplota a charakteristiky eroze tekutin jsou nezbytné.
Dodržujte mezinárodní standardy, zejména API 6A a NACE MR0175, aby byla zajištěna bezpečnost.
Opatření odolnosti proti korozi: Materiály, povrchová ošetření, katodická ochrana a strukturální optimalizace by měly být prováděny koordinovaným způsobem.
Správa životního cyklu: Pravidelná inspekce a údržba jsou ekonomičtější a spolehlivější než spoléhat se pouze na špičkové materiály.