Cum să alegi valva API 6A potrivită? Un ghid pentru dimensiune, presiune și material

The Supapă cu poartă API 6A este piatra de temelie a controlului debitului de înaltă presiune în industria de petrol și gaze din amonte. Proiectate special pentru sistemele de cap de puț și de pom de Crăciun, aceste supape sunt proiectate să funcționeze în cele mai istovitoare condiții de pe pământ – de la rezervoare de înaltă presiune și temperatură înaltă (HPHT) până la medii cu gaz acidulat extrem de corozive. Înțelegerea complexităților tehnice ale specificațiilor API 6A nu este doar o chestiune de conformitate; este o cerință critică pentru asigurarea siguranței personalului, protejarea mediului și optimizarea costurilor ciclului de viață al activelor câmpurilor petroliere.

Specificații tehnice: Dimensiunile alezajului și valorile de presiune

Dimensionarea și clasificarea presiunii unei supape cu poartă API 6A sunt fundamental diferite de cele utilizate în conductele din mijloc sau din aval (cum ar fi ASME sau API 6D). În contextul echipamentului pentru capul puțului, supapa trebuie să mențină o interfață fără sudură cu tuburile și șirurile de tubaj care se extind pe kilometri sub pământ. Selectarea dimensiunii corecte și a presiunii nominale este primul pas în menținerea integrității mecanice a întregului anvelopă de presiune al sondei.

Dimensiunile nominale ale alezajului și geometria alezajului complet

Supapele cu poartă API 6A sunt clasificate după dimensiunile lor nominale ale alezajului, care variază de obicei de la 1-13/16 inch la 7-1/16 inch, cu dimensiuni mai mari specializate disponibile pentru sistemele de mare capacitate. Spre deosebire de supapele industriale standard, cele mai multe supape API 6A utilizează un design de conductă „cu pasaj complet”. Aceasta înseamnă că diametrul intern al supapei este perfect aliniat cu diametrul intern al țevii, creând o cale netedă, neobstrucționată pentru fluid. Acest design este esențial pentru operațiunile de „pigging” și pentru desfășurarea instrumentelor cu fir sau cu tuburi spiralate. Orice restricție în gaură ar putea duce la blocarea catastrofală a sculei sau la eroziune localizată cauzată de curgerea turbulentă la viteze mari. Atunci când specifică dimensiunea, inginerii trebuie să ia în considerare și diametrul „deriva”, asigurându-se că supapa poate găzdui diametrul exterior maxim al oricărei scule destinate să treacă prin ea în timpul vieții productive a sondei.

Evaluări ale presiunii de lucru și testare hidrostatică

Valorile de presiune din API 6A sunt standardizate în trepte directe: 2.000, 3.000, 5.000, 10.000, 15.000 și 20.000 psi. Aceste valori nominale reprezintă presiunea maximă de lucru admisibilă (MAWP) la care supapa poate funcționa continuu. Cu toate acestea, factorul de siguranță inginerească încorporat în aceste supape este substanțial. În timpul procesului de fabricație, fiecare supapă este supusă testării riguroase a carcasei hidrostatice la de 1,5 ori presiunea sa nominală pentru a se asigura că nu există defecte de turnare sau forjare. Mai mult decât atât, testul scaunului - des efectuat cu azot gazos pentru aplicații de înaltă presiune - verifică că etanșările metal-metal pot menține scurgeri zero chiar și atunci când supapa este supusă presiunii diferențiale nominale maxime. Pentru sondele HPHT (High-Pressure High-Temperature), presiunea nominală trebuie redusă în funcție de temperatura de funcționare, un calcul care este vital pentru prevenirea cedării mecanice a corpului supapei sau a capacului.

Selectarea materialelor pentru medii corozive și acidulate

Compoziția chimică a fluidului produs dintr-un puț este rareori pură. Conține adesea un amestec de petrol, gaz, saramură, nisip și gaze corozive precum hidrogen sulfurat (H2S) și dioxid de carbon (CO2). În consecință, selecția materialului pentru o supapă API 6A este clasificată în „Clasele de materiale” care dictează metalurgia părților umede și a corpului.

Clasele de materiale API 6A și conformitatea NACE

API 6A definește clase de materiale de la AA (Serviciul general) la HH (Serviciul extrem de coroziv). Pentru serviciul general în care coroziunea nu este o problemă, sunt suficiente oțel carbon sau oțeluri slab aliate. Cu toate acestea, pe măsură ce concentrația de CO2 crește, este necesară clasa de material CC (oțel inoxidabil) pentru a preveni „coroziunea dulce”, care poate provoca pitting rapid. Cele mai provocatoare medii implică „Sour Service”, în care H2S este prezent. În aceste cazuri, materialele trebuie să respecte standardele NACE MR0175/ISO 15156. H2S poate declanșa fisurarea la stres cu sulfuri (SSC) în oțelurile de înaltă rezistență, ceea ce duce la defecțiuni bruște, fragile. Clasele de materiale DD până la HH utilizează procese specializate de tratare termică pentru a controla duritatea oțelului, menținând-o de obicei sub 22 HRC. Clasa HH este rezervată celor mai extreme condiții, necesitând adesea cavitățile interne ale supapei să fie placate cu aliaje cu conținut ridicat de nichel, cum ar fi Inconel 625, printr-un proces de sudare automatizat.

Niveluri de cerințe de performanță (PR) și evaluări de temperatură

Dincolo de chimie, starea fizică a materialului este testată prin niveluri de cerințe de performanță, în special PR1 și PR2. O supapă cu rating PR2 este supusă unor teste mult mai riguroase, inclusiv cicluri de temperatură și cicluri de presiune înaltă/低, pentru a simula o durată de viață de serviciu pe teren. Aceasta este adesea cuplată cu evaluarea temperaturii, desemnată prin litere (K până la V). De exemplu, clasa de temperatură U acoperă un interval de la -18 grade Celsius la 121 de grade Celsius. Selectarea unei supape cu o temperatură nominală necorespunzătoare poate duce la defectarea etanșărilor elastomerice (cum ar fi inelele O și inelele de rezervă) sau la pierderea ductilității structurale a componentelor metalice. În mediile sub-arctice sau de adâncime, rezistența la temperatură scăzută (testarea Charpy V-Notch) devine o cerință obligatorie pentru a preveni fracturile fragile în timpul operațiunilor de pornire la rece.

Distincții operaționale: Standarde API 6A vs. API 6D

O zonă comună de confuzie în achizițiile industriale este diferența dintre robinetele API 6A și API 6D. Deși ambele sunt folosite pentru a controla fluidul, ele deservesc sectoare complet diferite ale lanțului valoric energetic și sunt proiectate cu filozofii de siguranță diferite.

Upstream vs. Midstream Engineering

Vanele API 6A sunt echipamente „în amonte”. Acestea sunt instalate la capul sondei unde presiunea este cea mai mare și fluidul este „brut”. Deoarece trebuie să se ocupe de nisip și solide (agent de susținere) care se întorc din puț, suprafețele de etanșare interioare sunt adesea întărite cu acoperiri cu carbură de tungsten. Supapele API 6D, dimpotrivă, sunt supape „Midstream” sau „Pipeline”. Ei manipulează produse rafinate sau filtrate pe distanțe lungi. În timp ce supapele API 6D se concentrează pe închiderea „etanșă la bule” pe mii de mile de conducte, supapele API 6A se concentrează pe „izolvare” și „rezistența la eroziune” la presiune extremă. O supapă API 6D nu trebuie utilizată niciodată pe un cap de sondă, deoarece etanșările și grosimea corpului nu sunt proiectate pentru a face față vârfurilor dinamice și naturii abrazive a fluidelor brute din sondă.

Niveluri de specificații ale produsului (PSL 1 până la PSL 4)

Unul dintre cei mai critici diferențieri din standardul API 6A este nivelul de specificație a produsului (PSL). Aceasta definește nivelul de control al calității și testări nedistructive (NDT) efectuate pe supapă. PSL 1 este nivelul de bază, potrivit pentru sondele de pe uscat cu risc scăzut. Pe măsură ce profilul de risc crește, cum ar fi platformele offshore, instalațiile submarine sau puțurile situate în apropierea zonelor populate, nivelul PSL crește. O supapă PSL 3 sau PSL 4 necesită inspecție radiografică de 100% a tuturor pieselor turnate, testarea cu ultrasunete a pieselor forjate și trasabilitatea completă a materialului. PSL 3G (gaz) include testarea suplimentară a presiunii gazului pentru a asigura integritatea etanșărilor împotriva celor mai mici molecule de gaz. Nivelurile PSL mai ridicate cresc semnificativ costul supapei, dar oferă asigurarea necesară pentru operațiuni cu risc ridicat, cu consecințe mari.

Rezumatul specificațiilor tehnice API 6A

Întrebări frecvente (FAQ)

Care este avantajul unei supape cu portiță din plăci față de o poartă extensibilă?

O supapă Slab Gate utilizează o poartă solidă, dintr-o singură bucată. Se bazează pe presiunea reală a fluidului pentru a împinge poarta împotriva scaunului din aval pentru a crea o etanșare. Este mai simplu și foarte eficient pentru serviciul de înaltă presiune. O supapă extensibilă constă din două piese care se extind mecanic împotriva scaunelor atunci când supapa este închisă, oferind o etanșare pozitivă chiar și la presiune foarte scăzută sau zero.

Cât de des trebuie întreținută o supapă de tip API 6A?

Intervalul de service depinde de nivelul „Cerințe de performanță” (PR) și de condițiile puțului. Pentru puțurile cu conținut ridicat de nisip sau fluide corozive, se recomandă o inspecție trimestrială a garniturii tijei și ungere a zonei scaunului. Majoritatea supapelor API 6A au orificii de injecție a grăsimii pentru a permite întreținerea în timp ce supapa este în funcțiune.

Poate fi convertită o supapă API 6A din manual în acţionat?

Da. Cele mai multe supape cu poartă API 6A sunt proiectate cu o interfață de capotă standardizată care permite înlocuirea roții de mână manuală cu un actuator hidraulic sau pneumatic. Acest lucru este obișnuit pentru „Supapele de siguranță de suprafață” (SSV) care trebuie să se închidă automat în caz de urgență.

Referințe și standarde

1. Specificația API 6A: Specificații pentru echipamentele pentru cap de puț și copac (ediția a 21-a).
2. NACE MR0175 / ISO 15156: Materiale pentru utilizare în medii care conțin H2S în producția de petrol și gaze.
3. Specificația API 6D: Specificații pentru conducte și supape de conducte.
4. ANSI/ASME B16.34: Supape - Capăt cu flanșă, filetat și sudat.