適切な API 6A ゲート バルブを選択するには?サイズ、圧力、材質のガイド

の API 6A ゲートバルブ は、上流の石油およびガス産業における高圧流量制御の基礎です。これらのバルブは、坑口およびクリスマス ツリー システム向けに特別に設計されており、高圧高温 (HPHT) 貯留層から腐食性の高い酸性ガス環境に至るまで、地球上で最も過酷な条件下で動作するように設計されています。 API 6A 仕様の技術的な複雑さを理解することは、単に準拠の問題ではありません。これは、人員の安全を確保し、環境を保護し、油田資産のライフサイクルコストを最適化するための重要な要件です。

技術仕様: ボアサイズと圧力定格

の 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.

公称ボアサイズとフルボア形状

API 6A ゲート バルブは、公称口径サイズによって分類されており、通常は 1-13/16 インチから 7-1/16 インチの範囲であり、大容量システムにはより大きな特殊サイズも利用できます。標準的な工業用バルブとは異なり、ほとんどの API 6A バルブは「フルボア」貫通導管設計を採用しています。これは、バルブの内径がパイプの内径と完全に一致し、流体のスムーズで障害物のない経路を作り出すことを意味します。この設計は、「ピギング」作業やワイヤーラインまたはコイル状のチューブツールの展開にとって重要です。ボア内に制限があると、致命的な工具の閉じ込めや、高速の乱流による局所的な浸食が発生する可能性があります。サイズを指定するとき、エンジニアは「ドリフト」直径も考慮し、井戸の生産期間中にバルブを通過する予定のツールの最大外径をバルブが確実に収容できるようにする必要があります。

使用圧力定格と静水圧試験

の 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.

腐食性および酸性環境向けの材料の選択

の 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 マテリアル クラスと NACE への準拠

API 6A は、AA (一般サービス) から HH (高腐食性サービス) までの材料クラスを定義します。腐食が問題にならない一般的なサービスには、炭素鋼または低合金鋼で十分です。ただし、CO2 濃度が増加すると、急速な孔食を引き起こす可能性のある「甘い腐食」を防ぐために、材質クラス CC (ステンレス鋼) が必要になります。最も困難な環境には、H2S が存在する「サワー サービス」が含まれます。このような場合、材料は NACE MR0175/ISO 15156 規格に準拠する必要があります。 H2S は高張力鋼の硫化物応力亀裂 (SSC) を引き起こし、突然の脆性破壊を引き起こす可能性があります。材料クラス DD から HH までは、特殊な熱処理プロセスを利用して鋼の硬度を制御し、通常は 22 HRC 未満に保ちます。クラス HH は最も過酷な条件向けに予約されており、多くの場合、自動溶接プロセスを通じてバルブの内部キャビティをインコネル 625 などの高ニッケル合金で被覆する必要があります。

性能要件レベル (PR) と温度定格

化学を超えて、材料の物理的状態は性能要件レベル、特に PR1 と PR2 を通じてテストされます。 PR2 定格のバルブは、現場での耐用年数をシミュレートするために、温度サイクルや高圧/低圧サイクルなど、より厳密なテストを受けます。これは多くの場合、文字 (K ～ V) で指定される温度定格と組み合わせられます。たとえば、温度クラス U は、摂氏 -18 度から摂氏 121 度の範囲をカバーします。不適切な温度定格のバルブを選択すると、エラストマー シール (O リングやバックアップ リングなど) が破損したり、金属部品の構造的延性が失われたりする可能性があります。亜北極または深海環境では、コールドスタート動作中の脆性破壊を防ぐために、低温靱性 (シャルピー V ノッチ試験) が必須の要件となります。

運用上の違い: API 6A 対 API 6D 標準

工業用調達においてよく混乱するのは、API 6A ゲート バルブと API 6D ゲート バルブの区別です。どちらも流体の制御に使用されますが、エネルギー バリュー チェーンのまったく異なるセクターにサービスを提供し、異なる安全哲学に基づいて設計されています。

上流エンジニアリングと中流エンジニアリング

API 6A バルブは「上流」機器です。これらは、圧力が最も高く、流体が「生」である坑口に設置されます。坑井から戻ってくる砂や固体（プロパント）を処理する必要があるため、内部シール表面は多くの場合、炭化タングステンコーティングで硬化されています。逆に、API 6D バルブは「中間」または「パイプライン」バルブです。精製または濾過された製品を長距離にわたって取り扱います。 API 6D バルブは数千マイルのパイプラインにわたる「気泡の侵入を防ぐ」遮断に重点を置いているのに対し、API 6A バルブは極度の圧力下での「封じ込め」と「耐浸食性」に重点を置いています。 API 6D バルブは、坑口には決して使用しないでください。そのシールと本体の厚さは、坑井原流体の動的なスパイクや摩耗性の性質に対処できるように設計されていないからです。

製品仕様レベル (PSL 1 ～ PSL 4)

API 6A 標準内で最も重要な差別化要因の 1 つは、製品仕様レベル (PSL) です。これは、バルブに対して実行される品質管理と非破壊検査 (NDT) のレベルを定義します。 PSL 1 は基本レベルで、リスクの低い陸上の井戸に適しています。海洋プラットフォーム、海底施設、人口密集地域の近くにある井戸など、リスク プロファイルが増加すると、PSL レベルが増加します。 PSL 3 または PSL 4 バルブには、すべての鋳造品の 100% 放射線検査、鍛造品の超音波検査、および包括的な材料トレーサビリティが必要です。 PSL 3G (ガス) には、最小のガス分子に対するシールの完全性を保証するための追加のガス圧力テストが含まれています。 PSL レベルが高くなると、バルブのコストが大幅に増加しますが、リスクが高く、結果が大きい操作に必要な保証が提供されます。

API 6A 技術仕様の概要

よくある質問 (FAQ)

スラブ ゲート バルブがエキスパンディング ゲートと比較して優れている点は何ですか?

スラブ ゲート バルブは、頑丈な一体型ゲートを使用します。実際の流体圧力に基づいてゲートを下流側シートに押し付けてシールを形成します。よりシンプルで、高圧サービスに非常に効果的です。エキスパンディング ゲート バルブは、バルブが閉じているときにシートに対して機械的に拡張する 2 つの部品で構成され、非常に低い圧力またはゼロ圧力でも確実なシールを提供します。

API 6A ゲート バルブはどのくらいの頻度でメンテナンスする必要がありますか?

の 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 バルブを手動から作動式に変換できますか?

はい。ほとんどの API 6A ゲート バルブは、手動ハンドホイールを油圧または空圧アクチュエータに置き換えることができる標準化されたボンネット インターフェイスを備えて設計されています。これは、緊急時に自動的に閉じる必要がある「表面安全弁」（SSV）によく見られます。

参考文献と規格

1. API仕様6A: 坑口およびツリー装置の仕様 (第 21 版)。
2. NACE MR0175 / ISO 15156: 石油およびガス生産における H2S を含む環境で使用するための材料。
3. API仕様6D: パイプラインおよび配管バルブの仕様。
4. ANSI/ASME B16.34: バルブ - フランジ付き、ネジ付き、溶接端。