API 6A Gate Valve Material Sélection et stratégie d'amélioration de la résistance à la corrosion

1. Introduction
Vannes de porte API 6A sont un élément essentiel de l'équipement de contrôle des puits de pétrole et de gaz, largement utilisé dans les arbres de Noël, les têtes de puits de gaz, les collecteurs de puits et les systèmes de fracturation.
Dans les conditions réelles du champ pétrolier et gazier, les vannes doivent résister aux défis suivants:
Haute pression: jusqu'à 20 000 psi (138 MPa)
Température élevée: jusqu'à 350 ° F (177 ° C)
Médium hautement corrosif: contenant des H₂s (sulfure d'hydrogène), du CO₂ (dioxyde de carbone) et des chlorures (Cl⁻)
Environnements marins: humidité élevée, corrosion par pulvérisation de sel et grandes fluctuations de température
Usure mécanique: Érosion par des particules solides et frottement sur la surface d'étanchéité des opérations d'ouverture et de fermeture répétées
Par conséquent, le choix du matériau et l'amélioration de la résistance à la corrosion déterminent directement la sécurité, la durée de vie et les coûts de maintenance des vannes de la porte API 6A.

2. Exigences matérielles dans l'API 6A
L'API 6A a des réglementations strictes sur les matériaux de soupape de porte, en particulier en ce qui concerne la pertinence des matériaux pour différents PSL (niveau de spécification du produit), PR (exigence de performance) et classes de température. Catégories et caractéristiques de matériaux communs
Carbone
Grade commun: AISI 4130 (éteint et tempéré)
Avantages: faible coût, haute résistance
Applications: champs de gaz peu corrosifs, puits d'eau douce
Acier à faible alliage
Grade commun: mod AISI 8630
Avantages: haute résistance, ténacité élevée et meilleure résistance à l'usure que l'acier au carbone
Applications: Placons à haute pression (≥10 000 psi)
Acier inoxydable martensitique
Grades communs: 410SS, 420SS
Avantages: résistance à l'usure, adapté aux surfaces d'étanchéité des sièges de valve
Applications: Environnements H₂s à faible teneur en co-contenant
Acier inoxydable austénitique
Grades communs: 316SS, 304SS
Avantages: bonne résistance à la corrosion du CO, excellente ténacité à basse température
Applications: champs de gaz à basse température, puits de gaz aigre
Acier inoxydable duplex = acier)
Grades communs: 2205, 2507
Avantages: haute résistance, bonne résistance à la corrosion des piqûres de chlorure
Applications: champs de pétrole et de gaz offshore, environnements de chlorure élevé
Alliage à base de nickel
Grades communs: Inconel 625, Incoloy 825
Avantages: résistance aux h₂s, au co₂ et au chlorure Corrosion Crosion Cracking
Applications: High H₂s, High Co₂, puits de mer profonde

3. Stratégie de sélection des matériaux
(1) sélection basée sur la composition moyenne
Conditions de travail H₂S élevées: Doit répondre aux normes NACE MR0175 / ISO 15156 et sélectionner les alliages à base de nickel à faible dureté (≤22 HRC) ou les aciers inoxydables duplex pour éviter la fissuration de corrosion de contrainte de sulfure (SSC).
Conditions de travail élevées: en acier inoxydable austénitique, en acier duplex ou en nickel sont plus efficaces et peuvent empêcher la perte de carbonates métalliques causés par la corrosion de la co₂. Environnement d'ions chlorure élevé: acier inoxydable duplex, en acier inoxydable super austénitique (tel que 254SMO) ou en alliages à base de nickel doit être sélectionné pour éviter les piqûres et la corrosion des crevasses.
(2) Sélectionnez en fonction du niveau de pression
2000–10000 PSI: ENP en acier à faible alliage (placage nickel électronique) ou superposition en alliage dur
> 10000 psi: Alliage à faible alliage à haute résistance ou alliage à base de nickel est nécessaire pour assurer la résistance et la ténacité à la fatigue
(3) Sélectionner en fonction du niveau de température
Basse température (–60 ° F / –51 ° C): bonne ténacité à basse température, acier inoxydable austénitique ou en acier au carbone à basse température (LTC)
Température élevée (350 ° F / 177 ° C): un alliage avec une bonne stabilité thermique, comme Inconel 718

4. Méthodes pour améliorer la résistance à la corrosion
(1) traitement et revêtement en surface
ENP (placage de nickel électrolaire): placage chimique en nickel, résistance à la corrosion et résistance à l'usure
HVOF (Spaption de carbure de tungstène à grande vitesse): super dur et résistant à l'érosion
Nitrade: améliorer la dureté de surface et la résistance à la corrosion
(2) durcissement de la surface d'étanchéité
Soudage de superposition stellite: carbure cimenté à base de cobalt, résistant à l'usure et résistant à la corrosion
Soudage PTA (arc transféré au plasma): résistance élevée à la liaison, densité uniforme
(3) Protection cathodique
Les puits marins peuvent utiliser des anodes sacrificielles (zinc, aluminium) ou des systèmes de courant impressionnés pour inhiber la corrosion électrochimique
(4) Optimisation structurelle
Réduire les coins et les lacunes mortes, réduire la corrosion des crevasses
Améliorer la finition du canal d'écoulement, réduire le dépôt de particules

5. Analyse de cas
Dans un certain Haut H₂s (> 10%) High CO₂ (> 15%) Projet de champ de gaz:
Le matériau du corps de la valve est Inconel 625 (forge intégral)
La tige de soupape est mod AISI 8630 en nickel en nickel, en tenant compte à la fois de la résistance et de la résistance à la corrosion
Le siège de la valve est superposé avec du carbure de tungstène pour améliorer la résistance à l'érosion
Les résultats montrent que la valve est en service depuis 5 ans sans une grave défaillance de corrosion, qui est 3 à 5 fois plus longue que celle de l'acier traditionnel à faible alliage, et le coût de maintenance est réduit de plus de 40%.

6. Conclusion et recommandations
La sélection des matériaux doit être basée sur une analyse des conditions de fonctionnement: la composition des milieux, la pression et la température et les caractéristiques de l'érosion des fluides sont toutes essentielles.
Respectez les normes internationales, en particulier l'API 6A et NACE MR0175, pour assurer la sécurité.
Mesures complètes de la résistance à la corrosion: les matériaux, le traitement de surface, la protection cathodique et l'optimisation structurelle doivent être mis en œuvre de manière coordonnée.
Gestion du cycle de vie: l'inspection et la maintenance régulières sont plus économiques et fiables que de s'appuyer uniquement sur des matériaux haut de gamme.