近代工業(yè)革命以來,全球經(jīng)濟實現(xiàn)跨越式發(fā)展,與此同時,人類付出了較為慘痛的環(huán)境代價。伴隨著溫室氣體排放的增多,極端天氣已愈來愈常見,似乎成為了人類不可逃脫的命運。
環(huán)境污染和溫室效應的罪魁禍首是排放于大氣中的工業(yè)溫室氣體和污染物。為緩解全球工業(yè)化發(fā)展對環(huán)境的影響,國際上已實施了控制揮發(fā)性氣體排放的戰(zhàn)略,并由此形成了國際性的標準或規(guī)范。在一些經(jīng)濟發(fā)達國家已走在環(huán)境控制的前列的同時,我們也先后發(fā)布并貫徹落實相關閥門逸散性的標準,且越來越被用戶所接受。每兩年一屆的“逸散泄露中國研討峰會”更是云集全球工業(yè)界的專家,就逸散泄漏控制以及LDAR實踐話題分享他們的經(jīng)驗、技術以及創(chuàng)新。正是由于此類相關標準的發(fā)布及活動的舉辦,逸散性標準化工作得到了更為廣泛的研究和發(fā)展。
逸散性排放(Fugitive emission)是指工業(yè)場所的設備未曾預料到的或不真實的泄漏以任一物理形態(tài)的任一化學物質(zhì)或化合物的逸散性排放,科學詞典將逸散性排放定義為由于泄漏、蒸發(fā)或風的作用泄放到大氣中的污染物,同時還有與之相關的幾個概念,如低排放揮發(fā)的有機化合物等。其中比較典型的化工廠泄漏來源包括閥門(填料、閥蓋連接)、泵密封、壓縮機、法蘭/接頭及安全/泄壓裝置等部位。
閥門的泄漏包括外漏和內(nèi)漏,一般閥門的外漏評價標準是閥門的可見泄漏。而逸散性泄漏嚴格意義上講是指不可見的泄漏,需要借助儀器檢測,經(jīng)常是指填料區(qū)域和墊片區(qū)域的泄漏。墊片區(qū)域一般為靜密封,逸散性泄漏容易控制。填料處為動密封,由于閥桿的運動容易造成填料處泄漏。
通常,影響閥門填料逸散性的因素主要分為:
1.溫度
在高溫下填料的膨脹值大于與其接觸的金屬件,填料被壓縮。填料如果在常溫下能通過逸散性試驗,在高溫情況下(填料自身的燒失率很?。┮材芡ㄟ^逸散性試驗,所以填料在第一次常溫和第一次高溫時容易通過逸散性試驗。如果從第一次高溫400℃降到第二次室溫試驗,填料的收縮比金屬件大,但與第一次室溫情況相比填料的空腔不變,理論上講石墨填料的體積也不變。但經(jīng)過高溫后,填料存在一定的燒失,因而填料的內(nèi)部會變松,填料的回彈性下降,容易出現(xiàn)高溫降到常溫后填料內(nèi)部的應力降低,測量壓板螺栓的扭矩降低,容易引起滲漏。但通過施加填料至第一次室溫時的扭矩值,又可以滿足原來的泄漏率。
2.閥門形位公差
對填料逸散性試驗有影響的零件形位公差有:閥桿的直線度,閥蓋、閥桿螺母的加工形位公差和裝配誤差。誤差的積累最終導致閥桿與填料偏斜一個角度,閥桿在往復運動中對填料的側(cè)壓力不斷變化,在側(cè)壓力小的地方易導致泄漏。同時閥桿在一定次數(shù)的往復運動后,對填料不斷的擠壓使填料內(nèi)孔的有效間隙變大,導致更加容易泄漏。
3.閥桿、填料函表面粗糙度
閥桿和填料函越光滑,填料越容易密封。石墨填充金屬表面的微小不平更加容易。從滿足密封和閥門制造的經(jīng)濟性分析,閥桿表面粗糙度Ra值一般為0.4~0.6μm,填料函的表面粗糙度Ra 值則一般設定為1.6~3.2μm。
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4.壓套與閥桿間隙和填料箱與壓套間隙
閥門設計和制造時應保證壓套與閥桿的間隙大于填料箱與壓套間隙,保證閥桿在運動中不會與壓套咬傷。雖然壓套與閥桿的間隙越小,填料越容易密封,但壓套與閥桿的間隙也不宜過小,由于閥門的制造誤差,過小的間隙容易導致閥桿的咬傷。由于填料端部編制環(huán)的存在,壓套與閥桿的間隙保持適當?shù)拈g隙也不會導致填料泄漏超過標準。
閥門在使用過程中對環(huán)境的影響是評價閥門性能的重要指標,其中,閥門低泄漏指標是評價閥門環(huán)保性的重要參數(shù),閥門低泄漏要求已成為閥門設計和制造的基本要求。
2015年,在閥門行業(yè)廣泛使用的API 600標準首次將閥門的低泄漏試驗要求API 624加入了標準正文。中國國家標準(GB)加氫處理裝置用閥門標準中也已明確要求按照ISO 15848進行低泄漏檢測。?
ISO 15848、VDI 2440、API 624、MESC SPE77/312等是閥門領域廣泛使用的低泄露標準。這些標準以氦氣或甲烷氣體作為檢漏介質(zhì),以質(zhì)子光譜探測的方式進行,靈敏度通常在10-12Pa*m3*s-1水平。
逸散泄漏并不是一個全新的話題。盡管社會對空氣質(zhì)量和環(huán)境問題的關注持續(xù)升溫,石化工業(yè)對低泄漏控制以及泄漏檢測與修復技術的應用卻是從近幾年來剛剛起步。無疑,低泄漏檢測和評價要求,推動了工業(yè)發(fā)展水平不斷提高。就閥門行業(yè)而言,加工精度和密封件質(zhì)量的不斷精進,低泄漏閥門將逐步成為高端閥門市場的主流。