工業管道閥門逸散排放技術要求解析

何耀罡，應道宴，蔡仁良

(1.蘇州紐威閥門股份有限公司，江蘇 蘇州 215129；2.全國化工設備設計技術中心站, 上海 200040；3.華東理工大學機械與動力工程學院, 上海 200237)

1 控制有毒有害物質逸散排放的背景

進入新世紀以來，工業發達國家對環境的保護意識越來越增強。環境保護也是我國非常重要的課題，而大氣污染是環境保護的重中之重，其中，從石油、化工工廠排出的不可見有機揮發物占較大比例。揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是指參與大氣光化學反應的有機化合物，包括非甲烷烴類(烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴等)、含氧有機物(醛、酮、醇、醚等)、含氯有機物、含氮有機物、含硫有機物等，是形成臭氧(O3)和細顆粒物(PM2.5)污染的重要載體。早在上世紀70年，美國、歐洲等國家率先研究、立法，對VOCs的逸散排放(Fugitive Emmision，或稱“逸散性”、“低泄漏”、“低逸散”、“微泄漏”)進行控制，我國近年也持續更新或新出臺相應法律法規，約束有毒、有害、易燃易爆、VOCs的逸散排放(逸散排放是指工業場所設備發生的非預期或不易察覺的化學品或化學混合物的物理性泄漏)。滿足相應逸散性排放標準的工業閥門，被稱為“低逸散閥門”。

GB/T 37822—2019《揮發性有機物無組織排放標準》規定，新建企業自2019年7月1日起，現有企業自2020年7月1日起執行。該標準要求重點地區氣態VOCs物料泄漏認定濃度≤2 000 mg/m3。

GB/T 20801—2020《壓力管道規范 工業管道》第3部分第5.1.11.8 章節也明確指出，用于毒性、易燃以及揮發性有機物的閥門應采用低逸散結構，控制泄漏。

伴隨著GB/T 40079—2021《閥門逸散性試驗分類和鑒定程序》的生效，規定低逸散性閥門分類方法，補充和完善了我國工業閥門低逸散控制的規范體系。

2021年8年4日，生態環境部出臺環大氣〔2021〕65號《關于加快解決當前揮發性有機物治理突出問題的通知》，落實相關法律法規標準要求，加快解決當前VOCs治理存在的突出問題，推動環境空氣質量持續改善和“十四五”VOCs減排目標順利完成。據統計，通過閥門VOCs的逸散排放占有較高的比例。

本文就工業閥門逸散排放技術要求中經常遇到的問題，從實際應用角度作出解讀。

2 逸散排放技術規范的對比

國際上的逸散排放性閥門標準有：ISO 15848 工業閥門——逸散性檢測、試驗、認證，第1部分——分類和型式試驗，第2部分——產品試驗。地方性的標準有：EPA Method 21 美國環保署-VOC泄漏的測定；TA-LUFT空氣污染控制的技術指導-德國；GB/T 26481 閥門的逸散性試驗。協會標準有：API622工藝閥門填料逸散性型式試驗；API624 帶石墨填料的升降桿閥門逸散性型式試驗；API641 1/4回轉閥門逸散性型式試驗。終端用戶標準有：SHELL MESC SPE 77/300閥門(DVT)設計驗證試驗程序和技術規范和77/312 閥門逸散性泄漏測量。國內外閥門逸散排放標準的對比見表1。

表1 國內外閥門逸散排放標準的對比

API系列逸散排放標準均以甲烷為測試媒介。甲烷是最簡單的烴類物質，成本也低，再加上易燃的屬性，屬于較為常見的一種揮發性有機化合物，被用來模擬實際工況具有一定的試驗價值。另一方面，出于安全的考慮，甲烷試驗的溫度不超過260℃，壓力不超過4.14MPa；基本能模擬150LB、300LB管道的實際工況。壓力越高，對于工業閥門密封性能的挑戰也越高，但對于600LB及以上的工況，API系列逸散性試驗的檢測效果比較有限。

型式試驗可以驗證產品模型在當前設計、材料選擇、制造工藝下當前規格的性能參數，若要驗證批量產品的性能，還需要以抽檢或全檢的形式對產品進行測試。API系列標準暫時沒有產品測試的規定。如需檢驗訂單產品的逸散排放性能，還需要參照ISO 15848-2、GB/T 26481或者SHELL MESC SPE 77/312標準進行。

ISO15848、GB/T 40079和GB/T 26481、SHELL MESC SPE 77/300和312系列均有完整體系的型式試驗和產品試驗標準，作為從樣機到訂單產品的逸散排放性能、質量控制閉環的質量控制操作指導。GB/T 40079和GB/T 26481分別修改采用ISO 15848-1 型式試驗和ISO 15848-2 產品試驗標準，關鍵指標和參數相同。ISO、GB/T、SHELL系列型式試驗，采用氦氣或甲烷為示漏介質，氦氣的安全性和操作性較甲烷好，相對API標準驗證范圍溫度和壓力均可擴展到設計溫度和設計壓力，驗證更為接近實際使用工況。ISO 15848-1和GB/T 40079是逸散排放性試驗專項規范，SHELL MESC SPE 77-300除了逸散排放性能測試，還包括閥門內漏、操作性、耐用性等綜合性能檢測。

ISO15848-2、GB/T 26481和 SHELL MESC SPE 77/312產品試驗，若無特殊規定，應常溫下進行，默認試驗壓力0.6MPa；特殊情況下，試驗壓力可以根據訂單要求應用到最高設計壓力；實際應用中，檢漏儀器是設計在常溫下工作，所以被測試閥門也可以是高溫或者低溫，操作過程中注意使用耐溫管延長吸槍進氣管路，以保護檢漏吸槍和儀器。

3 低逸散閥門技術要求選用建議

一臺工業閥門生命周期中涉及的工藝環節頗多，低逸散性閥門更是如此，包含選型、設計、零部件管控、生產、產品驗收、應用、維護方面等完整的管理體系，主要從以下幾個方面探討低逸散閥門技術要求的選用原則。

3.1 工況是否需要低逸散

確定是否需要控制逸散排放，是工業閥門低逸散技術要求選用的開始。如果出現大規模逸散排放會對安全、健康、環境產生惡劣影響，就應該控制逸散排放。

閥門使用工況介質的危險特性，決定了其是否會危及人身安全和健康。危險特性是指對生態環境和人體健康具有毒性、腐蝕性、易燃性、反應性和感染性；有毒有害介質的工業管道，應作最高級別嚴格要求，控制逸散排放。

生態環境部、國家發展和改革委員會、公安部、交通運輸部、國家衛生健康委員會聯合簽署的《國家危險廢物名錄(2021 年版)》規定了相應行業不同工藝環節的產物是否屬于危險類別。例如，精煉石油產品制造行業、石油產品加氫精制過程中產生的廢催化劑就屬于有毒介質；工業生產中作為清洗劑、萃取劑、溶劑或反應介質使用后廢棄的有機溶劑，包括苯、苯乙烯、丁醇、丙酮、正己烷、甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯、1，2，4-三甲苯、乙苯、乙醇、異丙醇、乙醚、丙醚、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酸丁酯、苯酚，以及在使用前混合的含有一種或多種上述溶劑的混合/調和溶劑，就屬于有毒、易燃的介質。

介質毒害性的級別在由國務院安全生產監督管理部門會同國務院工業和信息化、公安、環境保護、衛生、質量監督檢驗檢疫、交通運輸、鐵路、民用航空、農業主管等部門公布的《危險化學品目錄》中查詢。

常用有毒介質、可燃介質的毒害嚴重程度也可參照SH/T 3501—2021《石油化工有毒、可燃介質鋼制管道工程施工及驗收規范》附錄A。

3.2 選用低逸散標準和等級

如果介質是具有毒害、腐蝕、爆炸、燃燒、助燃等性質，對人體、設施、環境具有危害的劇毒化學品和其他化學品，那么就需要選擇合適的標準進行逸散排放。

結合國內外項目經驗，對普通危害(助燃、間接污染環境的工況)宜選用API624、API 641系列逸散排放要求的產品，需要追溯閥桿填料使用的是API 622工藝要求的填料，以及和型式試驗樣機相同的制造工藝。

按急性毒性類別劃分為危害類別1和危害類別2的氣體化學品，以及局部空間(封閉或類封閉空間)使用的危害類別3的氣體化學品或易燃易爆氣體介質，考慮其危害的嚴重性，推薦選用ISO 15848或GB/T 40079標準A級逸散排放要求的工業閥門，并對訂單產品進行100%的低逸散試驗。

以上兩種情況外的危害介質建議選用ISO 15848或GB/T 40079標準B級逸散排放要求，由采購方和制造方商議對訂單產品進行抽樣低逸散試驗的比例，以檢查和確保批量訂單產品，具有和型式試驗樣機同等的低逸散性能。

對于頻繁開關，且對低逸散閥門使用壽命有特殊要求的工況，還可以增加壽命等級要求，ISO 15848或GB/T 40079 CO2、CO3級或者CC2、CC3級。通常選用逸散排放技術要求溫度級別，應能涵蓋實際使用的溫度范圍。例如，實際使用工況300℃，就不提倡選用API系列低逸散標準(最高驗證溫度260℃)。

3.3 檢查逸散等級覆蓋

在資料審查期間，對于涉及低逸散要求的項目，應綜合評估制造廠低逸散產品設計和質量控制能力，并檢查項目訂單所有低逸散產品是否都有權威第三方見證的低逸散型式認證證書覆蓋。

ISO 15848、 GB/T 40079和API系列逸散排放標準，分別都有對應的型式認證覆蓋原則。API系列有推薦取證覆蓋表，方便讀者檢索；對于尺寸大于NPS 4 的閥門，測試閥門可覆蓋比測試閥門小2 個和大1個公稱尺寸等級，以及低1個壓力等級的閥門。

ISO 15848、 GB/T 40079型式試樣覆蓋原則，與溫度、壓力、閥桿直徑、壽命等都直接相關。試驗樣機可以覆蓋閥桿直徑為樣機閥桿直徑50%～200%的閥門，溫度和壓力均不超過型式試驗溫度和壓力范圍，且密封等級等于或低于試驗樣機的閥門。

無論ISO 15848、 GB/T 40079，或者API系列逸散排放標準的覆蓋原則，都需要具有相同的閥門型式，閥桿密封與閥體密封都應使用和樣機相同的材料、設計方案和結構，施加于密封零件上的密封應力與樣機類似，閥桿的運動方式一致，所有影響閥門密封部位的零件的公差與表面粗糙度與樣機一致。

3.4 產品驗收和質量保證

制造商應具備完善的低逸散閥門質量大綱，對設計、制造等環節進行管控。從源頭上對原材料供應、零件加工、檢驗、密封件等零件進行管控；在生產過程中，制定安裝作業指導，對安裝順序、安裝力矩等做到規范一致；在檢驗中，除了詳盡的過程檢驗、成品常規水壓試驗、高壓氣試驗，還應抽檢訂單產品，按照ISO15848-2或者 SHELL MESC 77/312等規范進行低逸散產品試驗，記錄報告形成數據庫；并通過數據分析，追蹤和管控低逸散產品質量。在工廠審核或產品監造的過程中，檢查制造商是否擁有標準填料安裝操作說明(SOP)，現場操作時，訂單產品的緊固扭矩是否與SOP一致；對于易發生應力松弛的不銹鋼閥門，有什么有效措施確保密封性能持久可靠，等等。

工業閥門實現逸散排放要求的最難點是閥桿處(動態)密封，尤其是高危害性工況的A級逸散排放要求的工業閥門。A級閥門的閥桿密封，如有條件可選擇波紋管密封；或者A級密封效果的石墨填料密封，加之活載式填料預緊結構，密封效果更佳。除了設計和選型特殊控制外，另應對訂單產品進行100%的低逸散試驗，同時規定低逸散試驗壓力為1.1倍常溫下設計壓力。對于12”(30.48cm)以上閥門，考慮到氦氣的成本因素，可以使用低純度的氦氣替代。如97%工業氦氣，或者體積比為10%的氦氣和90%氮氣的混合氣體，測試儀器重新使用標漏孔標定，或按照體積比計算實際泄漏率。其他危害類別的產品試驗按照ISO15848-2 、GB/T 26481 B級檢查供應商資質和產品設計，抽檢比例建議為10%或更低，按照0.6MPa或者常溫設計壓力，進行產品試驗壓力即可。

除了低逸散閥門產品制造過程本身，制造商還應在客戶低逸散閥門選型、使用、維護方面，提供標準的全面咨詢服務，并保證低逸散閥門產品適用工況。在北美市場，通常普通閥門產品的質保期是12～18個月；對于低逸散閥門，部分知名閥門制造廠向市場承諾：按照制造廠指導的安裝和維護方法，低逸散閥門在5年的超長質保期內，外漏不超過100mg/m3。以上質量保證與承諾值得在行業內推廣和借鑒。

4 結語

工業管道閥門逸散排放技術要求應圍繞以下4個主題展開：確定是否需要逸散排放控制、選用逸散排放標準、型式試驗和認證覆蓋性、組織產品和質量保證，參照表2逸散排放技術要求檢查執行。

表2 閥門逸散排放技術要求

若工業管道介質是劇毒、腐蝕、爆炸、燃燒、助燃等性質，且對人體、設施、環境具有危害的劇毒化學品和其他化學品，那么就需要選擇合適的標準進行逸散排放控制。

所有急性毒性類別危害類別1和危害類別2的氣體化學品，以及局部空間(封閉或類封閉空間)使用危害類別3的氣體化學品或易燃易爆氣體介質，建議選用ISO 15848、GB/T 40079 逸散排放A級的工業閥門，動態密封選用波紋管或同等密封效果的石墨填料，并對訂單產品進行100%比例、試驗壓力為1.1倍常溫下設計壓力的逸散排放試驗。

普通危害類別：助燃、間接污染環境的工況，宜選用滿足API624、API 641的逸散排放要求的閥門產品。其他危害類別的工況，選用ISO 15848或GB/T 40079的逸散排放要求B級，由采購方和制造方商議對訂單產品按抽樣比例進行逸散排放試驗；產品試驗按照ISO15848-2 或者SHELL MESC SPE 77/312標準，默認試驗壓力為0.6MPa或者常溫下設計壓力進行，密封等級按照管道要求的對應逸散排放級別接受。

通過閥門逸散排放控制，最終實現行業內有逸散排放要求的產品在5年的超長質保期內，逸散排放泄漏量不超過100mg/m3，讓工業管道設施更加安全和健康。