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最新型直角回转控制阀达到API641和ISO 15848低泄露标准

作者: 得锐自动化发表时间:2019-12-26 15:10:04浏览量:737

耐久等级对于隔离阀和控制阀有着不同的标准。CC1级耐久等级的标准是:控制阀在完成2万次操作循环后,至少能够达到相应密封等级对泄漏率的最低要求。CC2级耐久等级要求完成6万次操作循环,CC3级要求完成10万次循环,并且都至少能达到密封等级对泄漏率的最低要求。

 


逸散泄漏是温室气体的重要源头之一。大气中的甲烷具有很大的潜在威胁,因为它的蓄热能力是二氧化碳的28倍。在整座炼油厂的甲烷逸散泄漏总量中,阀门的逸散泄漏一般占60%,其中80%的泄漏发生在阀杆部位。

 

源于阀门的甲烷等物质的泄漏,范围和规模都大得惊人。想象一下单是一座炼油厂就有成百上千台阀门,通常都是24小时不间断运行。全世界的油气生产和下游行业估计每年都会泄漏1.05亿吨甲烷。

 

为此,诸如油气行业气候倡议组织(OGCI) 等机构早已行动起来,在全球最大规模的石油和天然气生产商们的配合下,致力于降低上游甲烷泄漏。OGCI的宗旨就是要在2025年前,将成员企业的上游甲烷排放总量降低三分之一以上。这意味着每年雲要减小60万吨甲烷逸散泄漏。

 

API 641和ISO 15848标准

 

针对低泄漏认证有着基于不同体系的标准。本文关注的主要是API 641和ISO15848-1:2015标准。

 

API 641主要是针对直角回转阀最常用的工业阀门。API 641适用于所有阀杆密封材料,并将最大允许泄漏率设定为较为苛刻的100ppmv (ppmv: 百万分之一体积单位)。同时它也规定,试验必须进行610次机械循环和3次热循环,在此基础上测试阀门达到5年预期寿命时的泄漏情况。根据A组试验标准,试验过程中温度会在常温和500F/260C之间交替变化,同时按照每组100次循环,分阶段进行阀门开/关循环。整个试验过程中压力始终保持在600psig。每次进行阀门开/关循环前进行1次静态泄漏测量,完成一-组阀门循环之后进行14次静态泄漏测量。整个试验过程中,伴随温度的变化进行7次动态泄漏测量。

 

如果阀门]采用的是石墨基盘根,必须先对盘根进行API 622试验,然后再对阀门进行API 641试验。当然如果未规定盘根需要达到API 622标准,也就无需进行这样的试验了,比如PTFE等材质的盘根就不用做试验。根据API 641标准,无论盘根是何种材质,整个试验过程中都不允许对阀门盘根进行任何调整或重新紧固。

 

再看ISO 15848-1:2015,工 业阀门关于逸散泄漏的测量、试验及鉴定规程,它对于隔离阀和控制阀都适用,并阐明了阀杆/阀轴密封、阀体密封部位的泄漏测量规程。根据这些具体标准,控制阀必须在40%和60%开度之间循环。对于密封等级、耐久等级和温度等级也都有专门的定义。

 

密封等级的测试可以用氦气或甲烷作为试验介质。当然后者更切合温室气体排放问题,也是各个密封等级的最大允许泄漏率的标准测试介质。CM级的允许泄漏率是≤500ppmv,B M级是≤100ppmv, AM级则是全世界最苛刻的甲烷泄漏标准≤50ppmv。值得注意的是,上述标准都是针对阀杆密封的泄漏。控制阀阀体密封的甲烷泄漏必须≤50ppmv才能通过认证。

 

耐久等级对于隔离阀和控制阀有着不同的标准。CC1级耐久等级的标准是:控制阀在完成2万次操作循环后,至少能够达到相应密封等级对泄漏率的最低要求。CC2级耐久等级要求完成6万次操作循环,CC3级要求完成10万次循环,并且都至少能达到密封等级对泄漏率的最低要求。

 

此外,ISO 15848-1针对逸散泄露测量,也阐明了温度等级的定义:t-196°C,t-46°C ( 从-46°C到室温),tRT (从29°C到+40°C),t200°C (从室温到200°C),t400°C(从室温到+400°C)。显然各个温度等级同存在部分重量的区间,而且每个等级中都会出现“室温”,有些是作为最高温度,有些则是最低温度。

 

控制阀需要新的设计

 

如前文所述,无论是哪座炼油厂,阀门都是甲烷逸散泄漏的主要源头。此外源于阀杆以及驱动阀门的膜式执行器的泄露,最高可达80%。暂不去说排放大量甲烷的执行器,下文先讲一讲控制阀本身的设计。

 

炼油厂常用于工艺控制的截止阀一-般都是多回转阀杆,或是通过上下移动在全开/全关之间循环的线性运动阀杆。为了使盘根有效实现密封,填料函螺栓必须充分紧固,从而压缩下方的法兰、弹簧和随动件,进而将压力传递给盘根,并在阀杆周围实现紧密的密封。填料函压盖螺栓的紧固扭矩,是决定盘根承受的载荷的关键因素。

 

即使盘根得到了充分载荷,截止阀阀帽和阀杆固有的几何结构,仍使它们具有容易泄漏的特性。制造商手里的所谓“低泄漏”阀门,通常泄漏率都是500ppmVe之所以每年都有无数吨产品流失到大气环境中,这些阀门的泄漏就是根源之一。执行器工作时输出的巨大扭矩,阀杆的纵向移动,这些因素都对盘根的密封机制具有破坏效应,因此需要进行日常的现场检查和调整。

 

为了缓解上述负面效应,Clarke阀门公司设计开发了一种新的控制阀,它的几何结构以及功能性操作,与目前全世界普遍使用的截止阀不同。这种新设计的百叶阀从紧密关闭到全开,只需阀杆直角转动九十度。通过一套小齿轮和齿圈,将阀杆的旋转运动转变成三个连锁活瓣的绕枢轴转动。这三个连锁活瓣控制着阀门的流道孔径。这意味着阀杆无需任何上下位移,而且阀杆转动的角行程,也远小于截止阀。

 

百叶阀的阀帽也具有辅助保持系统压力的功能和特性,有助于避免阀门顶部接口处的逸散泄漏。阀帽向下施加载荷,将弹簀蓄能密封元件紧压在下方盘根环组件上。盘根环组件由一组堆叠放置的标准0型圈和PTFE (聚四氟乙烯)轴套构成,弹簧蓄能密封元件位于组件顶端,受到压力时能有效膨胀。这样的设计避免了一般阀门都会需要的盘根螺栓、螺母、弹簧、随动件,而且不需要在现场进行任何调整或重新紧固。此外阀体和阀帽接口处也用一个O型圈密封 。

 

百叶阀只需一台低扭矩、高能效的电动执行器就可以驱动,摆脱了原先那种笨重、高扭矩,而且每次驱动阀门都会向大气环境排放甲烷的执行器。三个连锁活瓣的开启方向垂直于工艺介质的流动方向,因此阀门开启或关闭时,部件受到的流体阻力明显降低。

控制阀

 

总结

 

根据Yarmouth科研技术有限公司所做的独立试验,设计他待的百叶阀既符合API641直角回转阀标准。也符合ISO 15848-1:2015工业控制阀标准。在进行API 641试验时,阀门的平均淮清率是6.25ppmv,轻松满足了低于100ppmv的要求。进行ISO 15848-1试验时,阀门在执行10万次机械循环的过程中,泄漏率始终低于10ppmv。

 

阀门的设计性能如此卓越,自然吸引了油气行业气候倡议组织(OGCI) 等相关机构的关注。事实上OGCI已于2018年,对Clarke公司的防泄漏技术投入了550万美元。新的设计能将每台阀门的甲烷排放减少95%。油气生产商们正在加快步伐,用新技术新产品替代数百万台在役的截止阀。照此趋势,业界无疑有望在更短时间内,实现OGCI及其它相关机构制定的逸散泄漏降低目标。

 

 

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