올바른 API 6A 게이트 밸브를 선택하는 방법은 무엇입니까? 크기, 압력 ​​및 재료에 대한 가이드

는 API 6A 게이트 밸브 업스트림 석유 및 가스 산업의 고압 유량 제어의 초석입니다. 웰헤드 및 크리스마스 트리 시스템용으로 특별히 설계된 이 밸브는 고압, 고온(HPHT) 저장소부터 부식성이 강한 산성 가스 환경에 이르기까지 지구상에서 가장 가혹한 조건에서 작동하도록 설계되었습니다. API 6A 사양의 기술적 복잡성을 이해하는 것은 단순히 규정 준수의 문제가 아닙니다. 이는 직원의 안전을 보장하고 환경을 보호하며 유전 자산의 수명주기 비용을 최적화하는 데 중요한 요구 사항입니다.

기술 사양: 보어 크기 및 압력 등급

는 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.

공칭 보어 크기 및 풀 보어 형상

API 6A 게이트 밸브는 일반적으로 1-13/16인치에서 7-1/16인치 범위의 공칭 보어 크기에 따라 분류되며 고용량 시스템에 사용할 수 있는 더 큰 특수 크기도 있습니다. 표준 산업용 밸브와 달리 대부분의 API 6A 밸브는 "전체 구멍" 관통 도관 설계를 활용합니다. 이는 밸브의 내부 직경이 파이프의 내부 직경과 완벽하게 정렬되어 유체가 원활하고 방해받지 않는 경로를 생성한다는 것을 의미합니다. 이 설계는 "피깅(pigging)" 작업과 유선 또는 코일형 튜빙 도구 배포에 중요합니다. 보어의 모든 제한은 높은 속도의 난류로 인해 심각한 도구 끼임이나 국부적인 침식을 초래할 수 있습니다. 크기를 지정할 때 엔지니어는 "드리프트" 직경도 고려해야 하며, 유정의 생산 수명 동안 밸브가 통과할 모든 도구의 최대 외경을 수용할 수 있는지 확인해야 합니다.

작동 압력 등급 및 수압 테스트

는 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.

부식성 및 산성 환경을 위한 재료 선택

는 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.

API 6A 재료 등급 및 NACE 규정 준수

API 6A는 AA(일반 서비스)에서 HH(고부식성 서비스)까지의 재료 등급을 정의합니다. 부식이 걱정되지 않는 일반 용도에는 탄소강이나 저합금강이면 충분합니다. 그러나 CO2 농도가 증가함에 따라 급속한 공식이 발생할 수 있는 "달콤한 부식"을 방지하기 위해 재료 등급 CC(스테인레스 스틸)가 필요합니다. 가장 까다로운 환경에는 H2S가 존재하는 "Sour Service"가 포함됩니다. 이러한 경우 재료는 NACE MR0175/ISO 15156 표준을 준수해야 합니다. H2S는 고강도 강철에서 황화물 응력 균열(SSC)을 유발하여 갑작스럽고 부서지기 쉬운 파손을 초래할 수 있습니다. DD부터 HH까지의 재료 등급은 특수 열처리 공정을 활용하여 강철의 경도를 제어하며 일반적으로 경도를 22HRC 미만으로 유지합니다. 클래스 HH는 가장 극한의 조건을 위해 예약되어 있으며, 자동화된 용접 공정을 통해 밸브의 내부 공동을 인코넬 625와 같은 고니켈 합금으로 피복해야 하는 경우가 많습니다.

성능 요구 사항 수준(PR) 및 온도 등급

화학 외에도 재료의 물리적 상태는 성능 요구 사항 수준, 특히 PR1 및 PR2를 통해 테스트됩니다. PR2 등급 밸브는 현장에서 사용 수명을 시뮬레이션하기 위해 온도 사이클링 및 고압/저압 사이클을 포함하여 훨씬 더 엄격한 테스트를 거칩니다. 이는 문자(K~V)로 지정된 온도 등급과 결합되는 경우가 많습니다. 예를 들어, 온도 등급 U는 섭씨 -18도부터 121도까지의 범위를 포괄합니다. 온도 등급이 부적절한 밸브를 선택하면 탄성 씰(예: O-링 및 백업 링)이 손상되거나 금속 부품의 구조적 연성이 손실될 수 있습니다. 아북극 또는 심해 환경에서는 냉간 시동 작업 중 취성 파괴를 방지하기 위해 저온 인성(샤르피 V-노치 테스트)이 필수 요구 사항이 됩니다.

운영상의 차이점: API 6A 및 API 6D 표준

산업 조달에서 흔히 혼동되는 영역은 API 6A와 API 6D 게이트 밸브를 구별하는 것입니다. 둘 다 유체 제어에 사용되지만 에너지 가치 사슬의 완전히 다른 부문에 사용되며 서로 다른 안전 철학으로 설계되었습니다.

업스트림 및 미드스트림 엔지니어링

API 6A 밸브는 "업스트림" 장비입니다. 이는 압력이 가장 높고 유체가 "원시"인 유정에 설치됩니다. 유정에서 되돌아오는 모래와 고체(프로판트)를 처리해야 하기 때문에 내부 밀봉 표면은 종종 텅스텐 카바이드 코팅으로 경화됩니다. 반대로 API 6D 밸브는 "미드스트림" 또는 "파이프라인" 밸브입니다. 장거리에 걸쳐 정제되거나 필터링된 제품을 처리합니다. API 6D 밸브는 수천 마일에 달하는 파이프라인에 대한 "기포 차단" 차단에 초점을 맞춘 반면, API 6A 밸브는 극심한 압력 하에서의 "봉쇄" 및 "침식 저항"에 중점을 둡니다. API 6D 밸브는 웰헤드에 사용해서는 안 됩니다. 씰과 몸체 두께가 원시 유정 유체의 동적 스파이크와 마모성을 처리하도록 설계되지 않았기 때문입니다.

제품 사양 수준(PSL 1~PSL 4)

API 6A 표준 내에서 가장 중요한 차별화 요소 중 하나는 제품 사양 수준(PSL)입니다. 이는 밸브에 대해 수행되는 품질 관리 및 비파괴 테스트(NDT) 수준을 정의합니다. PSL 1은 위험도가 낮은 육상 유정에 적합한 기본 수준입니다. 해양 플랫폼, 해저 설치 또는 인구 밀집 지역 근처에 위치한 유정과 같이 위험 프로필이 증가함에 따라 PSL 수준도 높아집니다. PSL 3 또는 PSL 4 밸브에는 모든 주조품에 대한 100% 방사선 검사, 단조품의 초음파 테스트 및 포괄적인 재료 추적성이 필요합니다. PSL 3G(가스)에는 가장 작은 가스 분자에 대한 씰의 무결성을 보장하기 위한 추가 가스 압력 테스트가 포함되어 있습니다. PSL 수준이 높을수록 밸브 비용이 크게 증가하지만 위험도가 높고 결과가 큰 작업에 필요한 보증을 제공합니다.

API 6A 기술 사양 요약

자주 묻는 질문(FAQ)

확장 게이트에 비해 슬래브 게이트 밸브의 장점은 무엇입니까?

슬래브 게이트 밸브는 견고한 일체형 게이트를 사용합니다. 이는 실제 유체 압력에 의존하여 게이트를 다운스트림 시트에 밀어서 밀봉을 만듭니다. 고압 서비스에 더 간단하고 매우 효과적입니다. 확장 게이트 밸브는 밸브가 닫힐 때 시트에 대해 기계적으로 팽창하는 두 부분으로 구성되어 매우 낮거나 0의 압력에서도 확실한 밀봉을 제공합니다.

API 6A 게이트 밸브는 얼마나 자주 서비스를 받아야 합니까?

는 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.

API 6A 밸브를 수동에서 작동으로 전환할 수 있습니까?

예. 대부분의 API 6A 게이트 밸브는 수동 핸드휠을 유압 또는 공압 액추에이터로 교체할 수 있는 표준화된 보닛 인터페이스로 설계되었습니다. 이는 비상 시 자동으로 닫혀야 하는 "표면 안전 밸브"(SSV)에 일반적입니다.

참고자료 및 표준

1. API 사양 6A: 수원 및 나무 장비 사양(21판).
2. NACE MR0175 / ISO 15156: 석유 및 가스 생산 시 H2S 함유 환경에 사용되는 재료.
3. API 사양 6D: 파이프라인 및 배관 밸브 사양.
4. ANSI/ASME B16.34: 밸브 - 플랜지형, 나사형 및 용접 끝부분.