阀门微泄漏等级的选用

陈彦

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）



阀门微泄漏等级的选用

陈彦

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

摘 要管阀外泄漏是化工装置最主要的VOCs无组织排放源之一，微泄漏阀门的应用可以在源头上控制VOCs的产生。目前我国微泄漏阀门的选用尚缺乏明确的标准依据，设计单位主要根据物料的毒性危险属性进行阀门泄漏等级的确定，通常未考虑物料的阀门外泄露对环境的污染。针对这一问题，提出在微泄漏阀门泄漏等级的确定中，除了参考毒性危险属性外，还应该综合考虑物料的环境污染属性，即光化学臭氧生成潜势（POCP）、臭氧损耗潜势(ODP)、全球变暖潜势（GWP）三项指标，从而既保护人类健康又保护了环境。

关键词阀门；密封技术；泄漏等级；毒性；环境污染

2014年12月5日环境保护部印发了《石化行业挥发性有机物综合整治方案》的通知，通知要求全面开展石化行业挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs）综合整治，大幅减少石化行业VOCs排放，促进环境空气质量改善。严格控制工艺废气排放、生产设备密封点泄漏、储罐和装卸过程挥发损失。VOCs排放总量较2014年削减30 %以上[1]。石化行业VOCs排放源主要包括设备与管阀件泄漏、各类贮罐的呼吸与泄漏、油品装卸逸散等[2]。全球每年通过阀门、法兰、及泵泄漏的物料合计高达一百万吨，采用微泄漏阀门等密封措施，尽管会增加建设成本，但是长期来看，这些措施不但会减少VOCs泄漏，同时还会降低企业运行成本，起到保护资源和环境的双重作用[3]。

基于此，近些年来微泄漏阀门的应用获得了广泛的认可，目前设计人员主要依据物料的“毒性危险”属性进行确定泄漏等级，如对极度危害或高度危害的毒性物料（苯、氯乙烯、 丙烯睛、光气等）选用微泄漏阀门。但实际上，很多物料不单单具有“毒性危险”属性，还具有“环境污染”属性，比如化工行业的基础原料，乙烯、丙烯等，尽管属于低毒性物料，但是其均具有显著的环境污染属性，尤其是在大气污染日益加重的今天，我们更应该重视物料的“环境污染”属性，以期在源头控制VOCs的产生。

1 VOCs对于环境的影响及控制对策

1.1 VOCs对环境的影响

世界卫生组织（WHO）对挥发性有机物（VOCs）定义为：室温下饱和蒸汽压超过133.322 Pa、沸点在50～260 ℃之间的易挥发性有机化合物[4]。VOCs 对环境的影响主要体现在三个方面，分别是光化学反应特性、臭氧层破坏、温室效应。

大部分的VOCs具有高度的光化学反应性[5]。在阳光下经由紫外线照射，这些VOCs与大气中其它化学成分，如NO反应，形成高浓度的臭氧及其它过氧化物，如PANs[6]，其产物还加剧了酸雨和雾霾现象，危害人类和环境安全。VOCs的光化学反应性可以通过光化学臭氧生成潜势（ Photochemical ozone creation potential，POCP）、最大增量反应活性和等效丙烯浓度等来评价[7]。

部分VOCs（主要是氟氯化碳类物质）对臭氧层具有破坏作用。进入大气平流层后，在太阳紫外线作用下，与臭氧发生作用，臭氧分子被分解为普通的氧分子和一氧化氯，降低了臭氧的浓度[4]。VOCs对臭氧层的破坏作用可以通过消耗臭氧潜能值（Ozne depleting potential，ODP）来评价。

部分VOCs也是全球温室效应的贡献者。VOCs分子具有大气长波辐射能量吸收能力，进入大气后减少了地表和大气放出的长波辐射，造成了地气系统的增温。VOCs对温室效应的影响可以通过全球变暖潜势（Global worming potential ，GWP）来评价[8]。

1.2 VOCs的分级控制策略

基于VOCs对人类健康和环境安全的威胁，国际上已实施了控制VOCs排放的战略，并由此形成了国际性的标准或规范，有许多方面值得我国借鉴。如欧洲一些国家实施VOCs排放分级控制标准策略就值得我国借鉴，我国目前关于逸散控制的标准还过于笼统。

VOCs排放分级控制标准是由欧洲一些国家，如德国、英国、荷兰等首先建立的[9]。这一标准的提出是因为VOCs种类繁多，行业排放情况复杂，不可能针对每个行业都制订专项排放标准，排放标准也不可能涵盖所有的污染物。因此，这些国家提出按VOCs的健康毒性（ 如致癌性、感官刺激性）或其他环境危害（光化学臭氧生成潜势、平流层臭氧耗损潜势，以及全球变暖潜势）大小，实施分类分级控制，这样既提高了污染物排放标准的制订和实施效率，保证了监控体系的严密，又极大地适应了环境管理需求的不断变化。

2 国内外微泄漏阀门选择规定

2.1 微泄漏阀门的检验标准及泄漏等级

目前中国石油化工行业普遍采用的中国和国际标准有下列几种：《阀门的逸散性试验》（GB/T 26481—2011）；《工业阀门微泄漏测量、试验和鉴定程序第二部分：阀门产品验收试验》（ISO 15848—2：2006）；壳牌石油公司《阀门外漏的测试及分类》（SHELL MESC SPE 77/312 （2007））（对ISO 15848—2：2006的修改和补充）。中国标准GB/T 26481—2011和壳牌石油公司规定SHELL MESC SPE 77/312 （2007）都是在国际标准ISO 15848—2：2006的基础上的修改和补充，修改和补充后的标准对微泄漏阀门的检验方法和泄漏标准规定各有不同。其中ISO 15848—2：2006阀杆密封处的泄漏等级分为A、B、C三个等级，具体见表1[10]。

2.2 国外微泄漏阀门的选用规定

表1 阀杆密封处泄漏等级Tab. 1 Fugitive emission classes for stem seals

许多发达国家早已制定了有关阀门泄漏规定，检测方法和鉴定标准，以保护大气免遭污染和保护人身安全。EPA（美国国家环境保护局）规定：石油化工厂的生产设备（包括阀门）在正常的生产过程中其外漏量不得超过0.05 % （体积分数）[11]。美国加利福尼亚、得克萨斯、路易斯安那等州制定了比联邦更严格的标准，如加利福尼亚州湾区空气质量标准规定阀和接头的泄漏标准值为100 μL/L，同时规定不可修复的阀和接头数量不得超过阀和接头总数的0.3 %，长期泄漏（超过45日）阀不得超过阀总数的0.025 %，长期泄漏泵和压缩机、压力释放装置不得超过各自总数的1.0 %[12]。

此外个别公司也对微泄漏阀门提出了公司控制标准。如SHELL公司规定对供应SHELL公司项目的阀门应进行阀门外漏的型式试验和产品试验，且对于一般的烃类介质，其泄漏量应不大于100 mL/m3。 BP公司规定：对供应BP公司项目的所有工艺介质阀门其泄漏量应不大于50 mL/m3[11]。

2.3 国内微泄漏阀门的选用规定

国内相关阀门逸散性的标准也先后发布和得到贯彻执行，越来越被用户所接受。

2015年5月我国环境保护部颁布了三项涉及管件阀门逸散性的国家标准，分别是《石油炼制工业污染物排放标准》（GB 31570—2015）、《石油化学工业污染物排放标准》（GB 31571—2015）、《合成树脂工业污染物排放标准》（GB 31572—2015）；在此之前北京和天津也都先后制订了相关的地方标准。三项国标中均对泄漏情况认定做出了如下的规定：有机气体和挥发性有机液体流经的设备与管线组件，泄漏检测值大于等于2 000 μmol/mol；其他挥发性有机物流经的设备与管线组件，泄漏检测值大于等于500 μmol/mol；同时阀门、开口阀等每3个月检测1次[13-15]。

北京市颁布的《炼油与石油化学工业大气污染物排放标准》（DB 11/447—2007）在国内最先规定了管线组件的泄漏标准。设备与管线组件的挥发性有机物泄漏最高允许值规定为：现有源泄漏净检测值2 000 μL/L （以甲烷计），新源500 μL/L （以甲烷计），每三个月检测一次；检测记录至少应保留1年[16]。

天津市颁布的《工业企业挥发性有机物排放控制标准》（DB 12/524—2014）中规定：自标准实施之日起至2015年12月31日止，现有管线组件的VOCs泄漏净检测值不得超过规定的现有企业标准限值（1 000 ppmv）。自2016年1月1日起，现有企业管线组件的VOCs泄漏净检测值不得超过规定的新建企业标准限值（500 ppmv）；自标准实施之日起，新建管线组件的VOCs泄漏净检测值不得超过规定的新建企业标准限值（500 ppmv）[17]。

上述国家及地方标准的推出，为微泄漏阀门的选用提供了更多的依据，在具体设计过程中，可以结合阀门泄漏等级标准和管件泄漏控制标准，以及物料的“毒性危险”和“环境污染”属性进行综合考量。

3 微泄漏阀门在化工装置中的选用

在微泄漏阀门选型过程中，以毒性危害属性为基础，同时兼顾环境污染属性。其中毒性危害属性以我国的《职业性接触毒物危害程度分级》（GBZ 230—2010）中规定的毒性等级为参考[18]。

环境污染属性借鉴欧洲国家VOCs分类方法中，环境影响考察的方法，主要考察物料的光化学臭氧生成潜势（POCP）、臭氧损耗潜势（ODP）、全球变暖潜势（GWP）三项指标。

当阀门根据毒性原则选择了A、B级阀门后，已经能满足国内外现有VOCs控制标准，因此“环境污染”属性的修正主要针对C级阀门进行，即如果物料具有环境危害，则将阀门由C级阀门升级为B级阀门。具体选择流程参见图1。

图 1 阀门等级确定线路Fig.1 Categorisation decision tree for vavles

按照图1流程对乙烯、丙烯应选用的阀门等级进行确定。首先按照《职业性接触毒物危害程度分级》（GBZ 230—2010）计算二者的THI指数，二者THI指数均小于35，属于轻度危害物质，按照以往惯例应选用C级阀门。但是查阅相关数据可知，二者的POCP值分别为100和108，大于85，应判定为具有环境危害物质，因此建议选用B级阀门。

4 结论

在化工装置设计、改造过程中，为了更科学、准确进行微泄漏阀门的选用，在微泄漏阀门的选用过程中，除了考虑物料毒性属性外，还应该考虑物料的环境污染属性，这样才能更好地保护人类，保护环境，造福后人。

参考文献

[1]关于印发《石化行业挥发性有机物综合整治方案》的通知[EB/OL]. http：//www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201412/t20 141211_292842.htm.

[2]李凌波，刘忠生，方向晨. 炼油厂VOC排放控制策略——储运、废水处理、工艺尾气、冷却塔及火炬[J]. 当代石油石化，2013： 4-12.

[3]Onat A. The effects of sealing materials on elimination of fugitive emissions[J]. Materials & Design，2008，29（2）： 533-538.

[4]杨新兴，李世莲，尉鹏，等. 环境中的VOCs及其危害[J]. 前沿科学，2013： 21-35.

[5]江梅，张国宁，任春，等. 挥发性有机污染物排放控制标准制订中的关键技术问题研究[J]. 环境科学，2013： 4747-4750.

[6]Geng F，Tie X，Xu J，et al. Characterizations of ozone，NOx，and VOCs measured in Shanghai，China[J]. Atmospheric Environment，2008，42（29）： 6873-6883.

[7]Derwent R G，Jenkin M E，Passant N R，et al. Photochemical ozone creation potentials（ POCPs）for different emission sourcesof organic compounds under European conditions estimated with a Master Chemical Mechanism[J]. Atmospheric Environment，2007，41（12）： 2570-2579.

[8]修光利，徐捷，李莉. 氯代挥发性有机物（VOCs）的环境风险及污染防治对策[J]. 中国涂料，2006： 25-28.

[9]江梅，张国宁，邹兰，等. 挥发性有机污染物排放控制标准体系的建立与完善[J]. 环境科学，2013： 4751-4755.

[10]高开科. 阀门逸散性相关标准规定的比较与分析[J]. 阀门，2012： 33-37.

[11]杨兴有. 阀门的微泄漏等级及工业应用[J]. 化工设备与管道，2013： 59-62.

[12]李凌波，刘忠生，方向晨，等. 炼油厂VOC排放控制策略—设备与管阀件泄漏[J]. 当代石油石化，2013： 1-9.

[13]GB 31570—2015，石油炼制工业污染物排放标准 [S].

[14]GB 31571—2015，石油化学工业污染物排放标准[S].

[15]GB 31572—2015，合成树脂工业污染物排放标准[S].

[16]DB 11/447—2007，炼油与石油化学工业大气污染物排放标准 [S].

[17]DB 12/524-2014，工业企业挥发性有机物排放控制标准[S].

[18]徐海娟，李来玉，黄汉林，等. 职业性接触毒物危害程度分级解读[J]. 中国卫生标准管理，2010： 59-63.

中图分类号：TQ 055.8+1

文献标识码：A

文章编号：2095-817X（2016）02-005-000

收稿日期：2015-08-27

作者简介：陈彦（1981—），女，工程师（硕士），从事管道材料设计工作。

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