什么是逸散 (fugitive emission) ?大多数的逸散来源于工业生产活动, 由于压力容器阀门等密封处的泄漏或者是无意识、不规律的气体和蒸汽的释放。EPA (United States Environmental Protection Agency) 定义的逸散是指装置或者生产活动等无意识的排放到空气中, 不能通过烟筒、放空管或者其他类似的放空形式排放。
自从上世纪90年代以来, 对于逸散性的泄露 (法兰处、阀门阀杆填料处的泄露) 监管的法规越来越严格, 对于石油和化工行业一直在寻找具有重要意义的标准, 按照这样的标准执行能让阀门的逸散性介质泄漏符合法规的监管要求。其中重点关注的还是阀门阀杆填料处的泄漏。
在石化和化工领域, 各种各样的大量的阀门应用到工艺和公用工程管线上。有阀门就会有静密封 (阀门压盖法兰) 和动密封 (阀杆填料密封处) , 就存在着向环境中泄漏介质的风险, 对于逸散性的泄漏可以说随时在发生着。随着我国环保保护意识的增强, 像雾霾频发等社会事件也令人们的安全环保意识增强, 对石化、化工装置中允许的泄漏等级要求也是越来越高。
工业高度发达的国家, 出于对节约能源和环境保护的需求 (另外还有科技进步对逸散的检测和监测技术如果有大幅提高, 监管要求很可能也会提高) , 对于上述的逸散的要求越来越高。如美国早在70年代就制定了相关的法律限制很多化学品的逸散。90年代又进行修订, 其中主要目标是减少多种 (184) 化学品的90%的逸散。
美国环保署使用其规定的21号方法 (定义了检测的基本要求和具体的检测设备的要求) 来对阀门的逸散进行检测。自1963年以来, EPA和API规定的测试要求已经成为工业上对于阀门逸散要求的共识性标准。此外, 德国的净化空气法规“TA-Luft”和欧盟的污染物防止和控制指南 (IPPC) 都规定了危险和有毒污染物向大气逸散的要求。在国际上进行工程设计也需要了解当地的法律和法规, 以免不满足当地的法律要求, 需要替换大量合格的阀门, 会带来经济上或者是安全上的具大风险。
我国《环境保护法》和《大气污染防治法》也提出很多防治环境污染, 改善环境质量的要求。很多涉及到逸散的控制要求的标准也在制定中。例如:《挥发性有机物无组织排放控制标准》目前是征求意见稿, 不久的将来也会颁布实施。其中5.2条提出了对动静密封点进行泄漏检测与控制, 阀门就属于被监测的范围。当泄漏检测值大于等于2000μmol/mol。则认定发生了泄漏。
GB20801最新的征求意见稿中的描述, 对于GC1级的阀门的选用应采用低逸散结构, 控制阀杆填料处的泄漏。我们国家也根据ISO-15848的标准制定了我国《阀门逸散性试验分类和坚定程序》。
国际上多个公司经过评估当前的工业标准并且根据具体的应用需求精心制定了测试工具。然而, 随着工业的进步, 终端用户和阀门制造商应该仔细考虑使用适合他们的标准。下面我们来看看这些标准究竟说些什么。
国际标准组织 (ISO) 编制了ISO-15848-1和ISO-15848-2。这两部分的标准使用的信息来源于广泛的工业阀门的应用。该标准包含了对于手动阀门和控制阀门的测试。该标准的描述是:工业阀门-逸散性介质泄漏的测量、试验和坚定程序
第一部分阀门的分类体系和型式试验鉴定程序
第二部分阀门产品的验收试验
标准的第一部分
用于完全组装好的阀门, 取决于所使用的附件以及阀门的类型和种类, 使用真空法、包裹法、吸气法 (EPA方法21) 进行测试。图1-图3大概表示了几种方法。
标准使用氦气或者甲烷作为测试介质并且在每次的循环测试 (每个评估阶段) 时只允许进行一次阀杆密封力的机械调整。
阀门型式试验时可以选择垂直或者水平进行测试, 循环等级取决于阀门的类型是隔离阀还是控制阀。阀杆填料处的泄漏等级分为A, B, C, 无论测试介质是氦气还是甲烷, A等级都是最低的泄漏水平。
可接受的泄漏量是由制造商或买方预先确定的, 而氦和甲烷的泄漏之间的差异是不相关的。用于隔离阀的机械循环的数量被分为CO1-500、CO2-1500和CO3-2500。控制阀的机械循环数量是CC1-20, 000, CC2-60000和CC3-100, 000。温度等级在零下196摄氏度到400摄氏度之间, 通过测试组合来确定服务的最终范围。
标准的第二部分
阀门的产品验收试验定义了一种测试评估阀门逸散性泄漏的方法, 测试的对象是通过了ISO-15848-1型式试验的阀门。抽样比例应根据生产商和买方之间的协议, 最少每批抽样1台, 从每批生产的每一阀门类型、压力等级和口径的阀门中随机选择。唯一允许的试验介质应为纯度 (体积比) 最低97%的氦气。除非生产商和买方另有约定, 试验压力应为6bar。
产品验收试验在室温下进行, 阀门半开, 加压, 按照ISO15848-1的吸气法测量阀杆密封件泄漏。然后全开全闭加压后的阀门五次。经上述操作机械循环后, 半开阀门, 测量阀杆密封泄漏。
目前最新版本的 (第二版2015) 已经发布, 最重要的修改在为:
阀杆密封泄漏等级A 50ppmv B 100ppmv C 200ppmv, 最后一个等级原来的值是1000ppmv
在测试的过程中超过规定的泄漏量就认为是不合格的产品, 标准建议了一项修正措施且需要和买家达成一致, 否则的话这批阀门拒收。
为了满足石油和化工行业的需要, API开发了标准API622。第一个版本的API 622被设计用于测试阀门阀杆填料处的泄漏, 但该标准也允许阀门厂家或填料制造商测试一个组装好的阀门。
该测试标准在2011年进行了修订, 第二版于2011年11月出版。新版本取消了使用标准阀门进行测试试验, 现在要求测试设备使用一种测试仪器或装备来模拟4英寸的CLASS300压力级别阀门的提升阀杆结构或提升-旋转阀杆结构。见图4
该测试要求5个热循环, 温度从环境温度到260摄氏度 (500华氏度) , 一共进行1, 510次机械循环, 使用甲烷作为测试气体。每个热循环温度都是从环境温度上升到260度再回到环境温度, 期间进行300次机械循环。最后的10个循环, 进行的泄漏测量才是结果测量。标准改进的另一个重要组成部分是对柔性石墨填料材料的氧化测试。
氧化试验测试按照FSA-G-604-07的方法B进行, 规定24小时的测试时间内最高15%的氧化 (材料丢重超过15%认为是不合格) 。第二版的其他部分规定了一些环境温度下和高温下的腐蚀, 并进行对填料材料化学成分和属性的评估。泄漏的限制是500ppm, 只允许一次调整填料压力。
随着API622取消了测试组装好的阀门, API决定编制一个新的标准来规定提升阀杆和提升-转动阀杆的阀门。这个标准就是API624, 标准的名称为柔性石墨填料提升阀杆阀门的逸散性型式试验。该标准将使用EPA (美国环境保护署) 21号方法作为对泄漏气体的评估的基础, 其泄漏限制为100ppm甲烷。API624测试的组装好的阀门, 该阀门所装配的填料结构必须按照API622进行过测试, 并且适用于温度-29度到538度。
按照API624的要求测试阀门应该完全组装然后进行测试。测试用的阀门应该从制造商或经销商的真实存在的库存中随机选择。对于阀门不属于库存的阀门, 制造商应保证测试阀门不以任何方式针对测试进行修改, 并且是制造商的库存产品的典型代表。另外测试阀门选择应得到买方的批准。
根据已公布的制造商的安装规范, 对阀盖和压盖螺栓扭矩进行验证。在进行型式试验之前, 允许操作试验阀门 (在环境温度和压力下) , 以确保填料在填料盒中正确安装和加固。阀门总共有310个机械循环和3个热循环, 机械循环从阀门的环境温度开始。
与ISO 15848-1一样, 阀门测试完成后需要对阀门进行拆解。必须对密封材料进行拍照, 并对阀门部件进行评估。填料的制造商的任何改变, 包括填料的类型或型号, 或阀门设计的改变影响了阀门的密封性能, 有上述情况的阀门都需要重新进行测试。
与API624类似, API641是测试组装好的阀门, 该标准定义1/4旋转阀杆阀门的测试需求和接受标准。
大于NPS 24或者超过B16.34规定的1500LB的阀门不在此标准规定的测试范围内。阀门在常温下压力等级低于100ps的也不在测试范围内。
本章小结
API标准采用的测试气体是甲烷、存在爆炸的危险性, 所以对于试验室的要求可能要高一些, 另外由于采用甲烷测试的问题也可能受到限制。
对比这些标准的结果不是说哪个标准更好, 而是让工程设计人员了解执行哪个标准更适合。另外成功的试验结果也并能保证阀门将来不会泄漏。因为测试结果毕竟和真实工厂的实际操作有很大的不同, 现实的工程中可能会存在热应力问题、管道的应力对阀门带来的影响、流体的腐蚀冲刷对阀杆填料的影响、震动的影响、机械磨损、时间和操作环境变化等等。
本文主要对比了ISO标准和API标准对低逸散阀门的要求。文中没有讨论壳牌石油公司《SHELL MESC SPE 77/312工业阀门:低泄漏测量、分级系统、资格认定程序及开关阀和控制阀的型式认可和产品试验》这个标准。我国的阀门公司给其他国家也供货了很多按照这个标准检测和试验的阀门, 相当多阀门的厂家对这个标准也是想当熟悉和推崇的。
目前国内工程公司对于低逸散阀门的认识也在不断提高, 其应用的范围也在不断地扩大。低逸散阀门的应用将大大降低装置中有毒、可燃、挥发性有机物介质的排放, 避免安全事故的发生和环境的破坏。据美国的数据表明如果进行环保控制, 采用低逸散阀门 (还有其他逸散排放源例如:泵、设备等) 可以减少70%左右排放。
对于工程公司来讲, 熟悉这样的标准, 了解各国法律对于低逸散阀门的要求, 有利于降低项目执行中对于环境保护方面的风险。另外了解ISO和API的标准也有利于选择适合项目的标准进行执行。
另外我们国家对于环保的要求也是越来越高, 我们工程设计人员也要有环保意识, 应主动在工程设计中采用低逸散阀门, 随着人们环保意识的提高, 这也是必然的趋势。
摘要：随着工业高度发展, 科技不断进步, 对节约能源和环境保护的要求也越来越高, 低逸散阀门的应用在降低装置中有毒、可燃、挥发性有机物介质的排放中起到重要的作用。随着国内外工程公司对低逸散阀门的认识水平不断提高, 其应用范围也越来越广泛。因此, 对工程设计中低逸散阀门标准的了解颇为重要。本文以此出发, 对国内外工程设计中的低逸散阀门的标准做了简要收集和对比。
关键词：阀门,低逸散,低逸散阀门
[1] ISO 15848-1 and ISO 15848-2 Industrial valves—Measurement, test and qualification procedures for fugitive emissions—Part 1:Classification system and qualification procedures for type testing of valves Part 2:Production acceptance test of valves.
[2] API STD 622.Type Testing of Process Valve Packing for Fugitive Emissions, Second Edition
[3] API Std 624 Type Testing of Rising Stem Valves Equipped with Graphite Packing for Fugitive Emissions, First Edition.
[4] API Std 641 Type Testing of Quarter-turn Valves for Fugitive Emissions, First Edition.
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