排放閥填料技術(shù)不斷發(fā)展，可減少甲烷泄漏

甲烷（CH ₄）是美國排放的第二大溫室氣體。2013年，CH ₄占美國人類活動(dòng)溫室氣體排放總量的約10％。甲烷在大氣中的半衰期比二氧化碳（CO ₂）短得多。但是，它在捕獲輻射方面效率更高。一磅一磅，在100年中，CH ₄對(duì)氣候變化的相對(duì)影響是CO _2的 25倍。

導(dǎo)致CH ₄升高的一個(gè)原因是石油和天然氣領(lǐng)域的設(shè)備泄漏。造成這種泄漏的主要因素是閥門從腺體泄漏出CH ₄和稱為揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的亞衍生物。

在過去的30年中，政府機(jī)構(gòu)與行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者合作，通過增加新技術(shù)的實(shí)施來解決這些漏洞。這種關(guān)注促使包裝制造商加大了對(duì)新材料的研究和開發(fā)。州和聯(lián)邦機(jī)構(gòu)還嚴(yán)格了VOC值最大泄漏率測量的標(biāo)準(zhǔn)，從20年前的10,000 ppm（百萬分之一）到如今在美國大部分地區(qū)的100 ppm。相比之下，這就像將公司對(duì)汽車的平均每加侖英里（mpg）的平均燃油經(jīng)濟(jì)性（CAFE）限制從1990年的27.5 mpg的水平更改為2750 mpg的水平一樣。

業(yè)界需要克服的主要挑戰(zhàn)之一是缺乏統(tǒng)一的測試標(biāo)準(zhǔn)。二十五年前，許多煉油廠和包裝制造商使用了自己的測試標(biāo)準(zhǔn)，這些測試標(biāo)準(zhǔn)使用了不同的介質(zhì)（不同濃度的氮?dú)猓饣蚣淄椋瑴囟确秶蜔嵫h(huán)。這些變化使得難以比較閥排放填料的有效性。一些標(biāo)準(zhǔn)組織針對(duì)此問題創(chuàng)建了閥門排放測試。

美國石油學(xué)會(huì)（API）是一個(gè)專門研究甲烷填充性能的詳細(xì)測試程序的組織。由于多種原因，API 622標(biāo)準(zhǔn)已成為美國包裝性能的基準(zhǔn)，其中包括環(huán)境保護(hù)署（EPA）堅(jiān)持使用甲烷代替其他氣體進(jìn)行包裝性能測試。該標(biāo)準(zhǔn)成為了研發(fā)工作的催化劑，以創(chuàng)建可以滿足低于100 ppm要求的閥門填料。

使用甲烷作為測試氣體，API 622需要從環(huán)境溫度到260攝氏度（500華氏度）的五個(gè)熱循環(huán)以及1,510個(gè)機(jī)械循環(huán)。熱循環(huán)每天完成一次，分為300個(gè)機(jī)械循環(huán)（在環(huán)境溫度下為150，在260°C下為150）。在環(huán)境溫度下完成最后的10個(gè)機(jī)械循環(huán)，然后進(jìn)行最終的泄漏測量。該測試需要大量的機(jī)械和熱循環(huán)，旨在挑戰(zhàn)包裝制造商以提高開發(fā)效率。

在2015年ISA泄漏檢測與維修（LDAR）研討會(huì)上，Sage Environmental的Buzz Harris發(fā)表了一篇論文，重點(diǎn)關(guān)注煉油廠泄漏的排放因子。他的主要工作是將API 622的測試數(shù)據(jù)與當(dāng)前的通用限制進(jìn)行比較。他得出的結(jié)論是，在精煉氣和蒸氣服務(wù)中，排放因子將從2.6 x 10 ^-2減少到1.0 x 10 ^-5 kg /小時(shí)/源-減少了1000倍以上。

重要的一點(diǎn)是，API 622不是閥門測試，而是填料測試。假設(shè)所有閥門在相同的填料下都具有相同的性能，那將是一個(gè)錯(cuò)誤。這是因?yàn)樗虚y門都有其獨(dú)特的設(shè)計(jì)特征，這些特征會(huì)影響整體密封，主要是公差和獨(dú)特的閥門設(shè)計(jì)特征。結(jié)果，API創(chuàng)建了一個(gè)測試協(xié)議API 624，該協(xié)議側(cè)重于閥門設(shè)計(jì)和閥門制造商的排放能力（參見圖1）。

圖1.閥門測試

閥門測試要注意的另一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）15848。

該標(biāo)準(zhǔn)最初指定將氦氣作為測試氣體，并將質(zhì)量流量作為測量協(xié)議，但在今年早些時(shí)候進(jìn)行了修改，包括使用濃度測量方法對(duì)甲烷氣體進(jìn)行測試。

API標(biāo)準(zhǔn)通常相互補(bǔ)充，并以先前的工作為基礎(chǔ)。對(duì)于API 624，先決條件之一是所用的包裝材料已經(jīng)過API 622標(biāo)準(zhǔn)的測試。這是API 624具有比API 622更少的熱循環(huán)和閥桿致動(dòng)的原因之一（624測試程序需要310個(gè)機(jī)械循環(huán)和三個(gè)熱循環(huán)，達(dá)到260 C [500 F]）。API還發(fā)布了其他類型閥門的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（例如API 600和602）。這些標(biāo)準(zhǔn)是現(xiàn)成的文件，通過審核后，它們還將參考低排放閥的API 622和API 624標(biāo)準(zhǔn)。這對(duì)幫助石油行業(yè)減少整體甲烷排放具有重要意義。

從API 624汲取的一些教訓(xùn)集中在組件的加工公差上。與蒸汽和其他介質(zhì)相比，甲烷分子相對(duì)較小，并且會(huì)通過較小的間隙迅速泄漏。這意味著用戶不應(yīng)在排放應(yīng)用中為蒸汽服務(wù)使用標(biāo)準(zhǔn)的壓蓋和閥門尺寸。需要關(guān)注的主要領(lǐng)域是閥桿和閥箱尺寸公差，填料函與填料函和閥桿之間的填料壓蓋間隙以及閥桿與填料函底部的內(nèi)徑之間的間隙。所有這些尺寸對(duì)于成功密封排放至關(guān)重要（見圖1）。