閥門微泄漏等級的選用

陳彥

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

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閥門微泄漏等級的選用

陳彥

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

摘 要管閥外泄漏是化工裝置最主要的VOCs無組織排放源之一，微泄漏閥門的應(yīng)用可以在源頭上控制VOCs的產(chǎn)生。目前我國微泄漏閥門的選用尚缺乏明確的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，設(shè)計單位主要根據(jù)物料的毒性危險屬性進行閥門泄漏等級的確定，通常未考慮物料的閥門外泄露對環(huán)境的污染。針對這一問題，提出在微泄漏閥門泄漏等級的確定中，除了參考毒性危險屬性外，還應(yīng)該綜合考慮物料的環(huán)境污染屬性，即光化學(xué)臭氧生成潛勢（POCP）、臭氧損耗潛勢(ODP)、全球變暖潛勢（GWP）三項指標(biāo)，從而既保護人類健康又保護了環(huán)境。

關(guān)鍵詞閥門；密封技術(shù)；泄漏等級；毒性；環(huán)境污染

2014年12月5日環(huán)境保護部印發(fā)了《石化行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合整治方案》的通知，通知要求全面開展石化行業(yè)揮發(fā)性有機物（Volatile Organic Compounds，VOCs）綜合整治，大幅減少石化行業(yè)VOCs排放，促進環(huán)境空氣質(zhì)量改善。嚴(yán)格控制工藝廢氣排放、生產(chǎn)設(shè)備密封點泄漏、儲罐和裝卸過程揮發(fā)損失。VOCs排放總量較2014年削減30 %以上[1]。石化行業(yè)VOCs排放源主要包括設(shè)備與管閥件泄漏、各類貯罐的呼吸與泄漏、油品裝卸逸散等[2]。全球每年通過閥門、法蘭、及泵泄漏的物料合計高達一百萬噸，采用微泄漏閥門等密封措施，盡管會增加建設(shè)成本，但是長期來看，這些措施不但會減少VOCs泄漏，同時還會降低企業(yè)運行成本，起到保護資源和環(huán)境的雙重作用[3]。

基于此，近些年來微泄漏閥門的應(yīng)用獲得了廣泛的認(rèn)可，目前設(shè)計人員主要依據(jù)物料的“毒性危險”屬性進行確定泄漏等級，如對極度危害或高度危害的毒性物料（苯、氯乙烯、 丙烯睛、光氣等）選用微泄漏閥門。但實際上，很多物料不單單具有“毒性危險”屬性，還具有“環(huán)境污染”屬性，比如化工行業(yè)的基礎(chǔ)原料，乙烯、丙烯等，盡管屬于低毒性物料，但是其均具有顯著的環(huán)境污染屬性，尤其是在大氣污染日益加重的今天，我們更應(yīng)該重視物料的“環(huán)境污染”屬性，以期在源頭控制VOCs的產(chǎn)生。

1 VOCs對于環(huán)境的影響及控制對策

1.1 VOCs對環(huán)境的影響

世界衛(wèi)生組織（WHO）對揮發(fā)性有機物（VOCs）定義為：室溫下飽和蒸汽壓超過133.322 Pa、沸點在50～260 ℃之間的易揮發(fā)性有機化合物[4]。VOCs 對環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在三個方面，分別是光化學(xué)反應(yīng)特性、臭氧層破壞、溫室效應(yīng)。

大部分的VOCs具有高度的光化學(xué)反應(yīng)性[5]。在陽光下經(jīng)由紫外線照射，這些VOCs與大氣中其它化學(xué)成分，如NO反應(yīng)，形成高濃度的臭氧及其它過氧化物，如PANs[6]，其產(chǎn)物還加劇了酸雨和霧霾現(xiàn)象，危害人類和環(huán)境安全。VOCs的光化學(xué)反應(yīng)性可以通過光化學(xué)臭氧生成潛勢（ Photochemical ozone creation potential，POCP）、最大增量反應(yīng)活性和等效丙烯濃度等來評價[7]。

部分VOCs（主要是氟氯化碳類物質(zhì)）對臭氧層具有破壞作用。進入大氣平流層后，在太陽紫外線作用下，與臭氧發(fā)生作用，臭氧分子被分解為普通的氧分子和一氧化氯，降低了臭氧的濃度[4]。VOCs對臭氧層的破壞作用可以通過消耗臭氧潛能值（Ozne depleting potential，ODP）來評價。

部分VOCs也是全球溫室效應(yīng)的貢獻者。VOCs分子具有大氣長波輻射能量吸收能力，進入大氣后減少了地表和大氣放出的長波輻射，造成了地氣系統(tǒng)的增溫。VOCs對溫室效應(yīng)的影響可以通過全球變暖潛勢（Global worming potential ，GWP）來評價[8]。

1.2 VOCs的分級控制策略

基于VOCs對人類健康和環(huán)境安全的威脅，國際上已實施了控制VOCs排放的戰(zhàn)略，并由此形成了國際性的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，有許多方面值得我國借鑒。如歐洲一些國家實施VOCs排放分級控制標(biāo)準(zhǔn)策略就值得我國借鑒，我國目前關(guān)于逸散控制的標(biāo)準(zhǔn)還過于籠統(tǒng)。

VOCs排放分級控制標(biāo)準(zhǔn)是由歐洲一些國家，如德國、英國、荷蘭等首先建立的[9]。這一標(biāo)準(zhǔn)的提出是因為VOCs種類繁多，行業(yè)排放情況復(fù)雜，不可能針對每個行業(yè)都制訂專項排放標(biāo)準(zhǔn)，排放標(biāo)準(zhǔn)也不可能涵蓋所有的污染物。因此，這些國家提出按VOCs的健康毒性（ 如致癌性、感官刺激性）或其他環(huán)境危害（光化學(xué)臭氧生成潛勢、平流層臭氧耗損潛勢，以及全球變暖潛勢）大小，實施分類分級控制，這樣既提高了污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的制訂和實施效率，保證了監(jiān)控體系的嚴(yán)密，又極大地適應(yīng)了環(huán)境管理需求的不斷變化。

2 國內(nèi)外微泄漏閥門選擇規(guī)定

2.1 微泄漏閥門的檢驗標(biāo)準(zhǔn)及泄漏等級

目前中國石油化工行業(yè)普遍采用的中國和國際標(biāo)準(zhǔn)有下列幾種：《閥門的逸散性試驗》（GB/T 26481—2011）；《工業(yè)閥門微泄漏測量、試驗和鑒定程序第二部分：閥門產(chǎn)品驗收試驗》（ISO 15848—2：2006）；殼牌石油公司《閥門外漏的測試及分類》（SHELL MESC SPE 77/312 （2007））（對ISO 15848—2：2006的修改和補充）。中國標(biāo)準(zhǔn)GB/T 26481—2011和殼牌石油公司規(guī)定SHELL MESC SPE 77/312 （2007）都是在國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 15848—2：2006的基礎(chǔ)上的修改和補充，修改和補充后的標(biāo)準(zhǔn)對微泄漏閥門的檢驗方法和泄漏標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定各有不同。其中ISO 15848—2：2006閥桿密封處的泄漏等級分為A、B、C三個等級，具體見表1[10]。

2.2 國外微泄漏閥門的選用規(guī)定

表1 閥桿密封處泄漏等級Tab. 1 Fugitive emission classes for stem seals

許多發(fā)達國家早已制定了有關(guān)閥門泄漏規(guī)定，檢測方法和鑒定標(biāo)準(zhǔn)，以保護大氣免遭污染和保護人身安全。EPA（美國國家環(huán)境保護局）規(guī)定：石油化工廠的生產(chǎn)設(shè)備（包括閥門）在正常的生產(chǎn)過程中其外漏量不得超過0.05 % （體積分?jǐn)?shù)）[11]。美國加利福尼亞、得克薩斯、路易斯安那等州制定了比聯(lián)邦更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，如加利福尼亞州灣區(qū)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定閥和接頭的泄漏標(biāo)準(zhǔn)值為100 μL/L，同時規(guī)定不可修復(fù)的閥和接頭數(shù)量不得超過閥和接頭總數(shù)的0.3 %，長期泄漏（超過45日）閥不得超過閥總數(shù)的0.025 %，長期泄漏泵和壓縮機、壓力釋放裝置不得超過各自總數(shù)的1.0 %[12]。

此外個別公司也對微泄漏閥門提出了公司控制標(biāo)準(zhǔn)。如SHELL公司規(guī)定對供應(yīng)SHELL公司項目的閥門應(yīng)進行閥門外漏的型式試驗和產(chǎn)品試驗，且對于一般的烴類介質(zhì)，其泄漏量應(yīng)不大于100 mL/m3。 BP公司規(guī)定：對供應(yīng)BP公司項目的所有工藝介質(zhì)閥門其泄漏量應(yīng)不大于50 mL/m3[11]。

2.3 國內(nèi)微泄漏閥門的選用規(guī)定

國內(nèi)相關(guān)閥門逸散性的標(biāo)準(zhǔn)也先后發(fā)布和得到貫徹執(zhí)行，越來越被用戶所接受。

2015年5月我國環(huán)境保護部頒布了三項涉及管件閥門逸散性的國家標(biāo)準(zhǔn)，分別是《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31570—2015）、《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31571—2015）、《合成樹脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31572—2015）；在此之前北京和天津也都先后制訂了相關(guān)的地方標(biāo)準(zhǔn)。三項國標(biāo)中均對泄漏情況認(rèn)定做出了如下的規(guī)定：有機氣體和揮發(fā)性有機液體流經(jīng)的設(shè)備與管線組件，泄漏檢測值大于等于2 000 μmol/mol；其他揮發(fā)性有機物流經(jīng)的設(shè)備與管線組件，泄漏檢測值大于等于500 μmol/mol；同時閥門、開口閥等每3個月檢測1次[13-15]。

北京市頒布的《煉油與石油化學(xué)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 11/447—2007）在國內(nèi)最先規(guī)定了管線組件的泄漏標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備與管線組件的揮發(fā)性有機物泄漏最高允許值規(guī)定為：現(xiàn)有源泄漏凈檢測值2 000 μL/L （以甲烷計），新源500 μL/L （以甲烷計），每三個月檢測一次；檢測記錄至少應(yīng)保留1年[16]。

天津市頒布的《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》（DB 12/524—2014）中規(guī)定：自標(biāo)準(zhǔn)實施之日起至2015年12月31日止，現(xiàn)有管線組件的VOCs泄漏凈檢測值不得超過規(guī)定的現(xiàn)有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)限值（1 000 ppmv）。自2016年1月1日起，現(xiàn)有企業(yè)管線組件的VOCs泄漏凈檢測值不得超過規(guī)定的新建企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)限值（500 ppmv）；自標(biāo)準(zhǔn)實施之日起，新建管線組件的VOCs泄漏凈檢測值不得超過規(guī)定的新建企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)限值（500 ppmv）[17]。

上述國家及地方標(biāo)準(zhǔn)的推出，為微泄漏閥門的選用提供了更多的依據(jù)，在具體設(shè)計過程中，可以結(jié)合閥門泄漏等級標(biāo)準(zhǔn)和管件泄漏控制標(biāo)準(zhǔn)，以及物料的“毒性危險”和“環(huán)境污染”屬性進行綜合考量。

3 微泄漏閥門在化工裝置中的選用

在微泄漏閥門選型過程中，以毒性危害屬性為基礎(chǔ)，同時兼顧環(huán)境污染屬性。其中毒性危害屬性以我國的《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》（GBZ 230—2010）中規(guī)定的毒性等級為參考[18]。

環(huán)境污染屬性借鑒歐洲國家VOCs分類方法中，環(huán)境影響考察的方法，主要考察物料的光化學(xué)臭氧生成潛勢（POCP）、臭氧損耗潛勢（ODP）、全球變暖潛勢（GWP）三項指標(biāo)。

當(dāng)閥門根據(jù)毒性原則選擇了A、B級閥門后，已經(jīng)能滿足國內(nèi)外現(xiàn)有VOCs控制標(biāo)準(zhǔn)，因此“環(huán)境污染”屬性的修正主要針對C級閥門進行，即如果物料具有環(huán)境危害，則將閥門由C級閥門升級為B級閥門。具體選擇流程參見圖1。

圖 1 閥門等級確定線路Fig.1 Categorisation decision tree for vavles

按照圖1流程對乙烯、丙烯應(yīng)選用的閥門等級進行確定。首先按照《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》（GBZ 230—2010）計算二者的THI指數(shù)，二者THI指數(shù)均小于35，屬于輕度危害物質(zhì)，按照以往慣例應(yīng)選用C級閥門。但是查閱相關(guān)數(shù)據(jù)可知，二者的POCP值分別為100和108，大于85，應(yīng)判定為具有環(huán)境危害物質(zhì)，因此建議選用B級閥門。

4 結(jié)論

在化工裝置設(shè)計、改造過程中，為了更科學(xué)、準(zhǔn)確進行微泄漏閥門的選用，在微泄漏閥門的選用過程中，除了考慮物料毒性屬性外，還應(yīng)該考慮物料的環(huán)境污染屬性，這樣才能更好地保護人類，保護環(huán)境，造福后人。

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中圖分類號：TQ 055.8+1

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-817X（2016）02-005-000

收稿日期：2015-08-27

作者簡介：陳彥（1981—），女，工程師（碩士），從事管道材料設(shè)計工作。

Selection of Valve Fugitive Emission Class

Chen Yan
（SINOPEC Shanghai Engineering Co., Ltd, Shanghai 200120）

Abstract:External leak occurred in pipe valve is one of the most serious VOCs fugitive emission sources in chemical equipment, while the application of valve sealing technology can control the root causes of the generation of VOCs. At present, the selection of valve fugitive emission class is still lack of clear criteria, the fugitive emission class is determined on the basis of the toxic and hazard properties of fluids by designers, but the environmental pollution induced from external leak occurred in valve is often out of consideration. To solve this problem, it was proposed in this article that besides referring to the toxic and hazard properties of fluids, environmental pollution from the leakage of fluids should be taken into account, including photochemical ozone creation potential (POCP), ozone depleting potential (ODP) and global warming potential (GWP), then both human health and environment protection are ensured.

Keywords:valve; sealing technology; emission class; toxicity; environmental pollution