逸散泄漏是溫室氣體的重要源頭之一。大氣中的甲烷具有很大的潛在威脅，因為它的蓄熱能力是二氧化碳的28倍。在整座煉油廠的甲烷逸散泄漏總量中，閥門的逸散泄漏一般占60%，其中80%的泄漏發(fā)生在閥桿部位。

源于閥門的甲烷等物質(zhì)的泄漏，范圍和規(guī)模都大得驚人。想象一下單是一座煉油廠就有成百上千臺閥門，通常都是24小時不間斷運行。全世界的油氣生產(chǎn)和下游行業(yè)估計每年都會泄漏1.05億噸甲烷。

為此，諸如油氣行業(yè)氣候倡議組織(OGCI) 等機構(gòu)早已行動起來，在全球最大規(guī)模的石油和天然氣生產(chǎn)商們的配合下，致力于降低上游甲烷泄漏。OGCI的宗旨就是要在2025年前，將成員企業(yè)的上游甲烷排放總量降低三分之一以上。這意味著每年雲(yún)要減小60萬噸甲烷逸散泄漏。

API 641和ISO 15848標準

針對低泄漏認證有著基于不同體系的標準。本文關(guān)注的主要是API 641和ISO15848-1:2015標準。

API 641主要是針對直角回轉(zhuǎn)閥最常用的工業(yè)閥門。API 641適用于所有閥桿密封材料，并將最大允許泄漏率設定為較為苛刻的100ppmv (ppmv: 百萬分之一體積單位)。同時它也規(guī)定，試驗必須進行610次機械循環(huán)和3次熱循環(huán)，在此基礎上測試閥門達到5年預期壽命時的泄漏情況。根據(jù)A組試驗標準，試驗過程中溫度會在常溫和500F/260C之間交替變化，同時按照每組100次循環(huán)，分階段進行閥門開/關(guān)循環(huán)。整個試驗過程中壓力始終保持在600psig。每次進行閥門開/關(guān)循環(huán)前進行1次靜態(tài)泄漏測量，完成一-組閥門循環(huán)之后進行14次靜態(tài)泄漏測量。整個試驗過程中，伴隨溫度的變化進行7次動態(tài)泄漏測量。

如果閥門]采用的是石墨基盤根，必須先對盤根進行API 622試驗，然后再對閥門進行API 641試驗。當然如果未規(guī)定盤根需要達到API 622標準，也就無需進行這樣的試驗了，比如PTFE等材質(zhì)的盤根就不用做試驗。根據(jù)API 641標準，無論盤根是何種材質(zhì)，整個試驗過程中都不允許對閥門盤根進行任何調(diào)整或重新緊固。

再看ISO 15848-1:2015，工 業(yè)閥門關(guān)于逸散泄漏的測量、試驗及鑒定規(guī)程，它對于隔離閥和控制閥都適用，并闡明了閥桿/閥軸密封、閥體密封部位的泄漏測量規(guī)程。根據(jù)這些具體標準，控制閥必須在40%和60%開度之間循環(huán)。對于密封等級、耐久等級和溫度等級也都有專門的定義。

密封等級的測試可以用氦氣或甲烷作為試驗介質(zhì)。當然后者更切合溫室氣體排放問題，也是各個密封等級的最大允許泄漏率的標準測試介質(zhì)。CM級的允許泄漏率是≤500ppmv，B M級是≤100ppmv, AM級則是全世界最苛刻的甲烷泄漏標準≤50ppmv。值得注意的是，上述標準都是針對閥桿密封的泄漏。控制閥閥體密封的甲烷泄漏必須≤50ppmv才能通過認證。

耐久等級對于隔離閥和控制閥有著不同的標準。CC1級耐久等級的標準是:控制閥在完成2萬次操作循環(huán)后，至少能夠達到相應密封等級對泄漏率的最低要求。CC2級耐久等級要求完成6萬次操作循環(huán)，CC3級要求完成10萬次循環(huán)，并且都至少能達到密封等級對泄漏率的最低要求。

此外，ISO 15848-1針對逸散泄露測量，也闡明了溫度等級的定義:t-196°C，t-46°C ( 從-46°C到室溫)，tRT (從29°C到+40°C)，t200°C (從室溫到200°C)，t400°C(從室溫到+400°C)。顯然各個溫度等級同存在部分重量的區(qū)間，而且每個等級中都會出現(xiàn)“室溫”,有些是作為最高溫度，有些則是最低溫度。

控制閥需要新的設計

如前文所述，無論是哪座煉油廠，閥門都是甲烷逸散泄漏的主要源頭。此外源于閥桿以及驅(qū)動閥門的膜式執(zhí)行器的泄露，最高可達80%。暫不去說排放大量甲烷的執(zhí)行器，下文先講一講控制閥本身的設計。

煉油廠常用于工藝控制的截止閥一-般都是多回轉(zhuǎn)閥桿，或是通過上下移動在全開/全關(guān)之間循環(huán)的線性運動閥桿。為了使盤根有效實現(xiàn)密封，填料函螺栓必須充分緊固，從而壓縮下方的法蘭、彈簧和隨動件，進而將壓力傳遞給盤根，并在閥桿周圍實現(xiàn)緊密的密封。填料函壓蓋螺栓的緊固扭矩，是決定盤根承受的載荷的關(guān)鍵因素。

即使盤根得到了充分載荷，截止閥閥帽和閥桿固有的幾何結(jié)構(gòu)，仍使它們具有容易泄漏的特性。制造商手里的所謂“低泄漏”閥門，通常泄漏率都是500ppmVe之所以每年都有無數(shù)噸產(chǎn)品流失到大氣環(huán)境中，這些閥門的泄漏就是根源之一。執(zhí)行器工作時輸出的巨大扭矩，閥桿的縱向移動，這些因素都對盤根的密封機制具有破壞效應，因此需要進行日常的現(xiàn)場檢查和調(diào)整。

為了緩解上述負面效應，Clarke閥門公司設計開發(fā)了一種新的控制閥，它的幾何結(jié)構(gòu)以及功能性操作，與目前全世界普遍使用的截止閥不同。這種新設計的百葉閥從緊密關(guān)閉到全開，只需閥桿直角轉(zhuǎn)動九十度。通過一套小齒輪和齒圈，將閥桿的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成三個連鎖活瓣的繞樞軸轉(zhuǎn)動。這三個連鎖活瓣控制著閥門的流道孔徑。這意味著閥桿無需任何上下位移，而且閥桿轉(zhuǎn)動的角行程，也遠小于截止閥。

百葉閥的閥帽也具有輔助保持系統(tǒng)壓力的功能和特性，有助于避免閥門頂部接口處的逸散泄漏。閥帽向下施加載荷，將彈簀蓄能密封元件緊壓在下方盤根環(huán)組件上。盤根環(huán)組件由一組堆疊放置的標準0型圈和PTFE (聚四氟乙烯)軸套構(gòu)成，彈簧蓄能密封元件位于組件頂端，受到壓力時能有效膨脹。這樣的設計避免了一般閥門都會需要的盤根螺栓、螺母、彈簧、隨動件，而且不需要在現(xiàn)場進行任何調(diào)整或重新緊固。此外閥體和閥帽接口處也用一個O型圈密封 。

百葉閥只需一臺低扭矩、高能效的電動執(zhí)行器就可以驅(qū)動，擺脫了原先那種笨重、高扭矩，而且每次驅(qū)動閥門都會向大氣環(huán)境排放甲烷的執(zhí)行器。三個連鎖活瓣的開啟方向垂直于工藝介質(zhì)的流動方向，因此閥門開啟或關(guān)閉時，部件受到的流體阻力明顯降低。

總結(jié)

根據(jù)Yarmouth科研技術(shù)有限公司所做的獨立試驗，設計他待的百葉閥既符合API641直角回轉(zhuǎn)閥標準。也符合ISO 15848-1:2015工業(yè)控制閥標準。在進行API 641試驗時，閥門的平均淮清率是6.25ppmv,輕松滿足了低于100ppmv的要求。進行ISO 15848-1試驗時，閥門在執(zhí)行10萬次機械循環(huán)的過程中，泄漏率始終低于10ppmv。

閥門的設計性能如此卓越，自然吸引了油氣行業(yè)氣候倡議組織(OGCI) 等相關(guān)機構(gòu)的關(guān)注。事實上OGCI已于2018年,對Clarke公司的防泄漏技術(shù)投入了550萬美元。新的設計能將每臺閥門的甲烷排放減少95%。油氣生產(chǎn)商們正在加快步伐，用新技術(shù)新產(chǎn)品替代數(shù)百萬臺在役的截止閥。照此趨勢，業(yè)界無疑有望在更短時間內(nèi)，實現(xiàn)OGCI及其它相關(guān)機構(gòu)制定的逸散泄漏降低目標。