阀门逸散泄露相关浅析

近代工业革命以来,全球经济实现跨越式发展,与此同时,人类付出了较为惨痛的环境代价。伴随着温室气体排放的增多,极端天气已愈来愈常见,似乎成为了人类不可逃脱的命运。

环境污染和温室效应的罪魁祸首是排放于大气中的工业温室气体和污染物。为缓解全球工业化发展对环境的影响,国际上已实施了控制挥发性气体排放的战略,并由此形成了国际性的标准或规范。在一些经济发达国家已走在环境控制的前列的同时,我们也先后发布并贯彻落实相关阀门逸散性的标准,且越来越被用户所接受。每两年一届的“逸散泄露中国研讨峰会”更是云集全球工业界的专家,就逸散泄漏控制以及LDAR实践话题分享他们的经验、技术以及创新。正是由于此类相关标准的发布及活动的举办,逸散性标准化工作得到了更为广泛的研究和发展。

逸散性排放(Fugitive emission)是指工业场所的设备未曾预料到的或不真实的泄漏以任一物理形态的任一化学物质或化合物的逸散性排放,科学词典将逸散性排放定义为由于泄漏、蒸发或风的作用泄放到大气中的污染物,同时还有与之相关的几个概念,如低排放挥发的有机化合物等。其中比较典型的化工厂泄漏来源包括阀门(填料、阀盖连接)、泵密封、压缩机、法兰/接头及安全/泄压装置等部位。

阀门的泄漏包括外漏和内漏,一般阀门的外漏评价标准是阀门的可见泄漏。而逸散性泄漏严格意义上讲是指不可见的泄漏,需要借助仪器检测,经常是指填料区域和垫片区域的泄漏。垫片区域一般为静密封,逸散性泄漏容易控制。填料处为动密封,由于阀杆的运动容易造成填料处泄漏。

通常,影响阀门填料逸散性的因素主要分为:

1.温度

在高温下填料的膨胀值大于与其接触的金属件,填料被压缩。填料如果在常温下能通过逸散性试验,在高温情况下(填料自身的烧失率很小)也能通过逸散性试验,所以填料在第一次常温和第一次高温时容易通过逸散性试验。如果从第一次高温400℃降到第二次室温试验,填料的收缩比金属件大,但与第一次室温情况相比填料的空腔不变,理论上讲石墨填料的体积也不变。但经过高温后,填料存在一定的烧失,因而填料的内部会变松,填料的回弹性下降,容易出现高温降到常温后填料内部的应力降低,测量压板螺栓的扭矩降低,容易引起渗漏。但通过施加填料至第一次室温时的扭矩值,又可以满足原来的泄漏率。

2.阀门形位公差

对填料逸散性试验有影响的零件形位公差有:阀杆的直线度,阀盖、阀杆螺母的加工形位公差和装配误差。误差的积累最终导致阀杆与填料偏斜一个角度,阀杆在往复运动中对填料的侧压力不断变化,在侧压力小的地方易导致泄漏。同时阀杆在一定次数的往复运动后,对填料不断的挤压使填料内孔的有效间隙变大,导致更加容易泄漏。

3.阀杆、填料函表面粗糙度

阀杆和填料函越光滑,填料越容易密封。石墨填充金属表面的微小不平更加容易。从满足密封和阀门制造的经济性分析,阀杆表面粗糙度Ra值一般为0.4~0.6μm,填料函的表面粗糙度Ra 值则一般设定为1.6~3.2μm。

 

4.压套与阀杆间隙和填料箱与压套间隙

阀门设计和制造时应保证压套与阀杆的间隙大于填料箱与压套间隙,保证阀杆在运动中不会与压套咬伤。虽然压套与阀杆的间隙越小,填料越容易密封,但压套与阀杆的间隙也不宜过小,由于阀门的制造误差,过小的间隙容易导致阀杆的咬伤。由于填料端部编制环的存在,压套与阀杆的间隙保持适当的间隙也不会导致填料泄漏超过标准。

阀门在使用过程中对环境的影响是评价阀门性能的重要指标,其中,阀门低泄漏指标是评价阀门环保性的重要参数,阀门低泄漏要求已成为阀门设计和制造的基本要求。

2015年,在阀门行业广泛使用的API 600标准首次将阀门的低泄漏试验要求API 624加入了标准正文。中国国家标准(GB)加氢处理装置用阀门标准中也已明确要求按照ISO 15848进行低泄漏检测。 

ISO 15848、VDI 2440、API 624、MESC SPE77/312等是阀门领域广泛使用的低泄露标准。这些标准以氦气或甲烷气体作为检漏介质,以质子光谱探测的方式进行,灵敏度通常在10-12Pa*m3*s-1水平。

逸散泄漏并不是一个全新的话题。尽管社会对空气质量和环境问题的关注持续升温,石化工业对低泄漏控制以及泄漏检测与修复技术的应用却是从近几年来刚刚起步。无疑,低泄漏检测和评价要求,推动了工业发展水平不断提高。就阀门行业而言,加工精度和密封件质量的不断精进,低泄漏阀门将逐步成为高端阀门市场的主流。