چگونه شیر دروازه ای API 6A مناسب را انتخاب کنیم؟ راهنمای اندازه، فشار و مواد

را شیر دروازه ای API 6A سنگ بنای کنترل جریان فشار بالا در صنایع بالادستی نفت و گاز است. این شیرها که به طور خاص برای سیستم های سرچاهی و درخت کریسمس طراحی شده اند، به گونه ای طراحی شده اند که تحت طاقت فرساترین شرایط روی زمین کار کنند - از مخازن فشار بالا و دمای بالا (HPHT) تا محیط های گاز ترش بسیار خورنده. درک پیچیدگی های فنی مشخصات API 6A صرفاً یک موضوع انطباق نیست. این یک نیاز حیاتی برای تضمین ایمنی پرسنل، حفاظت از محیط زیست، و بهینه سازی هزینه های چرخه عمر دارایی های میدان نفتی است.

مشخصات فنی: اندازه سوراخ و رتبه بندی فشار

را sizing and pressure classification of an API 6A gate valve are fundamentally different from those used in midstream or downstream piping (such as ASME or API 6D). In the context of wellhead equipment, the valve must maintain a seamless interface with the tubing and casing strings that extend miles underground. Selecting the correct size and pressure rating is the first step in maintaining the mechanical integrity of the entire well-bore pressure envelope.

اندازه های حفره اسمی و هندسه تمام سوراخ

دریچه های دروازه ای API 6A بر اساس اندازه های حفره اسمی خود طبقه بندی می شوند که معمولاً از 1-13/16 اینچ تا 7-1/16 اینچ متغیر است و اندازه های تخصصی بزرگتر برای سیستم های با ظرفیت بالا در دسترس است. برخلاف شیرهای صنعتی استاندارد، اکثر شیرهای API 6A از طراحی مجرای "تمام سوراخ" استفاده می کنند. این بدان معنی است که قطر داخلی شیر کاملاً با قطر داخلی لوله هماهنگ است و یک مسیر صاف و بدون مانع برای سیال ایجاد می کند. این طرح برای عملیات "پیگینگ" و برای استقرار ابزارهای لوله سیمی یا سیم پیچی حیاتی است. هر گونه محدودیت در سوراخ می تواند منجر به گیر افتادن ابزار فاجعه آمیز یا فرسایش موضعی ناشی از جریان آشفته در سرعت های بالا شود. هنگام تعیین اندازه، مهندسان باید قطر «دریفت» را نیز در نظر بگیرند و اطمینان حاصل کنند که شیر می‌تواند حداکثر قطر بیرونی هر ابزاری را که در طول عمر تولیدی چاه از آن عبور می‌کند، در خود جای دهد.

رتبه بندی فشار کاری و تست هیدرواستاتیک

را pressure ratings in API 6A are standardized into direct increments: 2,000, 3,000, 5,000, 10,000, 15,000, and 20,000 psi. These ratings represent the maximum allowable working pressure (MAWP) at which the valve can operate continuously. However, the engineering safety factor built into these valves is substantial. During the manufacturing process, each valve undergoes rigorous hydrostatic shell testing at 1.5 times its rated pressure to ensure there are no casting or forging defects. Furthermore, the seat test—often performed with nitrogen gas for high-pressure applications—verifies that the metal-to-metal seals can maintain zero leakage even when the valve is subjected to its full rated differential pressure. For HPHT (High-Pressure High-Temperature) wells, the pressure rating must be derated based on the operating temperature, a calculation that is vital for preventing the mechanical yielding of the valve body or bonnet.

انتخاب مواد برای محیط های خورنده و ترش

را chemical composition of the fluid produced from a well is rarely pure. It often contains a mixture of oil, gas, brine, sand, and corrosive gases such as Hydrogen Sulfide (H2S) and Carbon Dioxide (CO2). Consequently, the material selection for an API 6A gate valve is categorized into “Material Classes” that dictate the metallurgy of the wetted parts and the body.

کلاس های مواد API 6A و انطباق با NACE

API 6A کلاس های مواد را از AA (سرویس عمومی) تا HH (سرویس بسیار خورنده) تعریف می کند. برای سرویس های عمومی که در آن خوردگی نگران کننده نیست، فولاد کربنی یا فولادهای کم آلیاژ کافی است. با این حال، با افزایش غلظت CO2، مواد کلاس CC (فولاد ضد زنگ) برای جلوگیری از "خوردگی شیرین" مورد نیاز است که می تواند باعث ایجاد حفره سریع شود. چالش برانگیزترین محیط ها شامل «Sour Service» است که در آن H2S وجود دارد. در این موارد، مواد باید با استانداردهای NACE MR0175/ISO 15156 مطابقت داشته باشند. H2S می تواند باعث ایجاد ترک خوردگی استرس سولفیدی (SSC) در فولادهای با استحکام بالا شود که منجر به شکست ناگهانی و شکننده می شود. کلاس های مواد DD تا HH از فرآیندهای عملیات حرارتی ویژه برای کنترل سختی فولاد استفاده می کنند که معمولاً آن را زیر 22 HRC نگه می دارند. کلاس HH برای شدیدترین شرایط در نظر گرفته شده است، که اغلب نیاز به پوشاندن حفره های داخلی شیر با آلیاژهای نیکل بالا مانند Inconel 625 از طریق فرآیند جوشکاری خودکار دارد.

سطوح مورد نیاز عملکرد (PR) و درجه بندی دما

فراتر از شیمی، وضعیت فیزیکی مواد از طریق سطوح مورد نیاز عملکرد، به ویژه PR1 و PR2 آزمایش می شود. یک دریچه دارای رتبه PR2 تحت آزمایش های بسیار دقیق تری قرار می گیرد، از جمله چرخه دما و چرخه فشار بالا، برای شبیه سازی طول عمر خدمات در میدان. این اغلب با درجه بندی دما که با حروف (K تا V) تعیین می شود، همراه است. به عنوان مثال، درجه حرارت U محدوده ای از -18 درجه سانتیگراد تا 121 درجه سانتیگراد را پوشش می دهد. انتخاب دریچه ای با درجه حرارت نامناسب می تواند منجر به خرابی درزگیرهای الاستومری (مانند حلقه های O و حلقه های پشتیبان) یا از بین رفتن شکل پذیری ساختاری در اجزای فلزی شود. در محیط‌های زیر قطبی یا آب‌های عمیق، چقرمگی در دمای پایین (تست Charpy V-Notch) به یک الزام اجباری برای جلوگیری از شکستگی شکننده در طول عملیات شروع سرد تبدیل می‌شود.

تمایزات عملیاتی: API 6A در مقابل استانداردهای API 6D

یک زمینه رایج سردرگمی در تدارکات صنعتی، تمایز بین شیرهای دروازه ای API 6A و API 6D است. در حالی که هر دو برای کنترل سیال استفاده می‌شوند، بخش‌های کاملاً متفاوتی از زنجیره ارزش انرژی را خدمت می‌کنند و با فلسفه‌های ایمنی متفاوتی طراحی شده‌اند.

بالادستی در مقابل مهندسی میان جریان

شیرهای API 6A تجهیزات «بالادست» هستند. آنها در دهانه چاهی نصب می شوند که در آن فشار بالاترین و سیال "خام" است. از آنجایی که آنها باید شن و ماسه و مواد جامد (پروپ) را که از چاه باز می گردند کنترل کنند، سطوح آب بندی داخلی اغلب با پوشش های تنگستن کاربید سخت می شوند. دریچه‌های API 6D برعکس، دریچه‌های Midstream یا Pipeline هستند. آنها محصولات تصفیه شده یا فیلتر شده را در فواصل طولانی مدیریت می کنند. در حالی که دریچه‌های API 6D بر روی خاموشی «حباب‌دار» در طول هزاران مایل خط لوله تمرکز می‌کنند، دریچه‌های API 6A بر روی «محافظت» و «مقاومت در برابر فرسایش» تحت فشار شدید تمرکز می‌کنند. دریچه API 6D هرگز نباید روی سر چاه استفاده شود، زیرا مهر و موم و ضخامت بدنه آن برای رسیدگی به میخ های پویا و ماهیت ساینده سیالات خام چاه طراحی نشده است.

سطوح مشخصات محصول (PSL 1 تا PSL 4)

یکی از مهم ترین تمایزها در استاندارد API 6A، سطح مشخصات محصول (PSL) است. این سطح کنترل کیفیت و تست غیر مخرب (NDT) انجام شده بر روی شیر را مشخص می کند. PSL 1 سطح پایه است که برای چاه های خشکی کم خطر مناسب است. با افزایش مشخصات ریسک - مانند سکوهای دریایی، تاسیسات زیردریایی یا چاه های واقع در نزدیکی مناطق پرجمعیت - سطح PSL افزایش می یابد. یک دریچه PSL 3 یا PSL 4 به بازرسی 100 درصدی رادیوگرافی از همه قطعات ریخته گری، آزمایش اولتراسونیک آهنگری و قابلیت ردیابی جامع مواد نیاز دارد. PSL 3G (گاز) شامل آزمایش فشار گاز اضافی برای اطمینان از یکپارچگی مهر و موم ها در برابر کوچکترین مولکول های گاز است. سطوح بالاتر PSL به طور قابل توجهی هزینه شیر را افزایش می دهد اما اطمینان لازم را برای عملیات پرخطر و پیامد بالا فراهم می کند.

خلاصه مشخصات فنی API 6A

سوالات متداول (سؤالات متداول)

مزیت شیر اسلب گیت نسبت به گیت گسترش دهنده چیست؟

شیر Slab Gate از یک دریچه محکم و یک تکه استفاده می کند. این به فشار واقعی سیال متکی است تا دروازه را به سمت صندلی پایین دست فشار دهد تا آب بندی ایجاد کند. برای خدمات فشار بالا ساده تر و بسیار موثر است. یک شیر اکسپندینگ گیت از دو قطعه تشکیل شده است که در هنگام بسته شدن شیر به طور مکانیکی در برابر صندلی ها منبسط می شوند و حتی در فشار بسیار کم یا صفر یک آب بندی مثبت ایجاد می کنند.

هر چند وقت یکبار باید یک شیر دروازه ای API 6A سرویس شود؟

را service interval depends on the “Performance Requirement” (PR) level and the well conditions. For wells with high sand content or corrosive fluids, a quarterly inspection of the stem packing and greasing of the seat area is recommended. Most API 6A valves feature grease injection ports to allow for maintenance while the valve is in service.

آیا می توان شیر API 6A را از حالت دستی به فعال تبدیل کرد؟

بله. اکثر شیرهای دروازه ای API 6A با رابط استاندارد درب کاپوت طراحی شده اند که امکان تعویض چرخ دستی دستی با یک محرک هیدرولیک یا پنوماتیک را فراهم می کند. این امر برای «شیرهای ایمنی سطحی» (SSV) که باید در مواقع اضطراری به طور خودکار بسته شوند، رایج است.

مراجع و استانداردها

1. مشخصات API 6A: مشخصات تجهیزات سر چاه و درخت (نسخه بیست و یکم).
2. NACE MR0175 / ISO 15156: مواد برای استفاده در محیط های حاوی H2S در تولید نفت و گاز.
3. مشخصات API 6D: مشخصات خط لوله و شیرهای لوله کشی
4. ANSI/ASME B16.34: سوپاپ - فلنج دار، رزوه دار و انتهای جوش.