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排放阀填料技术不断发展,可减少甲烷泄漏(1)

发布时间2019-10-21人气:59

排放阀填料技术不断发展,可减少甲烷泄漏


甲烷(CH 4)是美国排放的第二大温室气体。2013年,CH 4占美国人类活动温室气体排放总量的约10%。甲烷在大气中的半衰期比二氧化碳(CO 2短得多但是,它在捕获辐射方面效率更高。一磅一磅,在100年中,CH 4对气候变化的相对影响是CO 2的 25倍

导致CH 4升高的一个原因是石油和天然气领域的设备泄漏。造成这种泄漏的主要因素是阀门从腺体泄漏出CH 4和称为挥发性有机化合物(VOC)的亚衍生物。

在过去的30年中,政府机构与行业领导者合作,通过增加新技术的实施来解决这些漏洞。这种关注促使包装制造商加大了对新材料的研究和开发。州和联邦机构还严格了VOC值最大泄漏率测量的标准,从20年前的10,000 ppm(百万分之一)到如今在美国大部分地区的100 ppm。相比之下,这就像将公司对汽车的平均每加仑英里(mpg)的平均燃油经济性(CAFE)限制从1990年的27.5 mpg的水平更改为2750 mpg的水平一样。

业界需要克服的主要挑战之一是缺乏统一的测试标准。二十五年前,许多炼油厂和包装制造商使用了自己的测试标准,这些测试标准使用了不同的介质(不同浓度的氮气,氦气或甲烷),温度范围和热循环。这些变化使得难以比较阀排放填料的有效性。一些标准组织针对此问题创建了阀门排放测试。

美国石油学会(API)是一个专门研究甲烷填充性能的详细测试程序的组织。由于多种原因,API 622标准已成为美国包装性能的基准,其中包括环境保护署(EPA)坚持使用甲烷代替其他气体进行包装性能测试。该标准成为了研发工作的催化剂,以创建可以满足低于100 ppm要求的阀门填料。


使用甲烷作为测试气体,API 622需要从环境温度到260摄氏度(500华氏度)的五个热循环以及1,510个机械循环。热循环每天完成一次,分为300个机械循环(在环境温度下为150,在260°C下为150)。在环境温度下完成最后的10个机械循环,然后进行最终的泄漏测量。该测试需要大量的机械和热循环,旨在挑战包装制造商以提高开发效率。

在2015年ISA泄漏检测与维修(LDAR)研讨会上,Sage Environmental的Buzz Harris发表了一篇论文,重点关注炼油厂泄漏的排放因子。他的主要工作是将API 622的测试数据与当前的通用限制进行比较。他得出的结论是,在精炼气和蒸气服务中,排放因子将从2.6 x 10 -2减少到1.0 x 10 -5 kg /小时/源-减少了1000倍以上。

重要的一点是,API 622不是阀门测试,而是填料测试。假设所有阀门在相同的填料下都具有相同的性能,那将是一个错误。这是因为所有阀门都有其独特的设计特征,这些特征会影响整体密封,主要是公差和独特的阀门设计特征。结果,API创建了一个测试协议API 624,该协议侧重于阀门设计和阀门制造商的排放能力(参见图1)。

图1.阀门测试(图片和图形由FSA提供) 图1.阀门测试

阀门测试要注意的另一个重要标准是国际标准化组织(ISO)15848。

该标准最初指定将氦气作为测试气体,并将质量流量作为测量协议,但在今年早些时候进行了修改,包括使用浓度测量方法对甲烷气体进行测试。


API标准通常相互补充,并以先前的工作为基础。对于API 624,先决条件之一是所用的包装材料已经过API 622标准的测试。这是API 624具有比API 622更少的热循环和阀杆致动的原因之一(624测试程序需要310个机械循环和三个热循环,达到260 C [500 F])。API还发布了其他类型阀门的设计标准(例如API 600和602)。这些标准是现成的文件,通过审核后,它们还将参考低排放阀的API 622和API 624标准。这对帮助石油行业减少整体甲烷排放具有重要意义。

从API 624汲取的一些教训集中在组件的加工公差上。与蒸汽和其他介质相比,甲烷分子相对较小,并且会通过较小的间隙迅速泄漏。这意味着用户不应在排放应用中为蒸汽服务使用标准的压盖和阀门尺寸。需要关注的主要领域是阀杆和阀箱尺寸公差,填料函与填料函和阀杆之间的填料压盖间隙以及阀杆与填料函底部的内径之间的间隙。所有这些尺寸对于成功密封排放至关重要(见图1)。




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