如何脱碳和减少逸散性排放
探索脱碳和减少逸散性排放的有效策略
Mike Aughenbaugh，世伟洛克目标市场副经理
各种因素交织在一起，推动着整个石油和天然气行业的变革。对脱碳工作的广泛宣传和美国环境保护署 (EPA) 的同意法令导致业主公司迫切需要识别和消除逸散性排放。
对于业主公司来说，逸散性排放不仅仅是一个环境问题 - 如果不加以控制，它们会严重影响公司的盈利能力，而且遵守现行的排放法规可能需要改变供应链和升级项目。此外，如果您设施中的气体或液体具有危险性，逸散性排放可能会给您的工人带来环境、健康和安全方面的重大影响。
但消除逸散性排放和实施低排放 (low-E) 协议可能是一项复杂的工作。这篇文章将涵盖您需要了解的基础知识，以及一些有关如何查找和减少逸散性排放的有效策略。
什么是逸散性排放？
逸散性排放是主要由于不需要的泄漏而导致的来自工艺设备的非受控的气体排放。苯、甲烷和乙醇等挥发性有机化合物 (VOC) 是广受关注的几种主要气体。VOC 会危害空气质量，从而导致形成臭氧。因此，政府机构为逸散性排放制定了明确的限制，违反这些规定可能会遭受高额罚款。
在典型设施中，阀门造成 62% 的未受控制的 VOC 排放。
阀门、泵和法兰连接件上的动态和静态密封是逸散性排放的主要源头，在一个典型的设施中，阀门预计占非受控 VOC 排放总量的 62％。通过测试表明，安装低排放 (Low-E) 阀门可以尽可能地减少逸散性排放，并且这也是整个行业普遍采用的解决方案。
什么是泄漏检测和修复计划？
泄漏检测和维修 (LDAR) 计划试图效仿美国环保署的定期泄漏检测和监督方法。对于阀门来说，EPA 审核包括针对排放的书面审核以及现场测试。实施增强型 LDAR 计划的工厂主要通过以下方法力图减少 VOC 排放：
- 制定全面的计划，使用 EPA 方法 21 对阀门和其他连接件进行原位测试来识别泄漏
- 在规定时间内确定、记录和修复泄漏
- 降低阀门、连接件和泵的容许泄漏极限
值得注意的是，EPA 方法 21 的目的只是对当前安装的阀门上的泄漏进行定位和分类——它不能用作单个源的质量排放率的直接测量，也不能用于证明阀门是否可以归类为低排放。此外，EPA 方法 21 并不是逸散性排放的有效现场测试。
什么是低排放阀门？
随着 LDAR 计划的实施，如前所述，同意法令可能会规定，为未来维护、修理和运营 (MRO) 以及新项目采购的任何阀门都必须是低排放阀门。然而，许多 EPA 同意法令中均把构成低排放阀要素的确定方法留给工厂。通常有几种方法可将阀门归类为低排放阀。工厂决定承认符合以下任一条件的阀门制造商：
- 证明阀门泄漏率五年内不会超过万分之一的书面保证
- 证明阀门已经按照公认的良好工程实践进行了测试且泄漏率不超过 100 ppm 的书面保证、专业认证或等效文件
证明购买低排放阀的一种看似简单的解决方案是让制造商提供书面保证，以确保其阀门泄漏率五年内不会超出万分之一。但是，如果阀门确实泄漏，则工厂操作员应考虑到后果。如果阀门泄漏，则应提供什么补偿？保证书是否仅限于更换泄漏的阀门？是否可补偿更换阀门的相关费用？
依赖于制造商的保修保障，不论愿意与否，工厂对于制造商可能继续提供泄漏率超过万分之一的阀门持开放性态度。在许多工厂运营中，用一些测试方法来确定阀门是否满足所要求的泄露率，仅依赖制造商的保证，存在过多的不确定性。
低排放测试
EPA 同意法令中的语言允许阀门制造商提供保证书，以确保该阀“已经按照公认的良好工程实践进行了测试且泄漏率不超过 100 ppm”。这意味着工厂和环境工程师可以确定构成“公认的良好工程实践”的要素，而不论制造商是否诚心诚意地进行了测试以及测试是否复制了工艺条件。由制造商建立和执行的测试可能会使工厂面临风险，从而为试图确定某阀门是否确实为低排放阀的专业人员带来了不确定性。
幸运的是，美国石油协会 (API) 和国际标准化组织 (ISO) 可以进行行业测试，以确定该阀门是否应归类为“低排放阀门”。它们包括：
API 624。这涵盖了采用甲烷作为测试介质的升杆式阀测试。阀门必须执行 310 次循环以及三次热循环（分别在环境温度、高温下然后再在环境温度下对阀门进行测试），甲烷的泄漏率应低于万分之一 (ppm)。
API 641。这详细介绍了使用甲烷作为测试介质的球阀测试。每个受测试阀门必须执行 610 次循环以及三次热循环，且甲烷的泄漏率应低于 100 ppm。
ISO 15848-1。该测试程序评估阀杆密封件（或轴）以及隔离阀和控制阀的阀体接头的外部泄漏。它涉及通过阀门泵入氦气或甲烷，并以数字化方式测量任何逸出的气体。由于它适用于密封件和接头，因此被视为“整个阀门”测试。它为逸散性排放提供了可接受的测量、测试和鉴定程序。然而，由于该测试不是在典型的工艺条件下运行，因此结果可能会产生误导。
API 测试提供一个简单的合格或不合格结果。阀门或通过或未通过低排放阀认证。然而，阀门购买者应注意，ISO 测试方法允许在测试中，对阀门的性能进行各种“等级”评定。ISO 等级可将阀门视为并标记为“低排放”，但仍未达到 EPA 规定的“等于或小于 100 ppm”的泄漏率要求。例如，“密封性等级 CM”将“低排放”阀门描述为甲烷泄漏量超过 100 ppm 但低于 500 ppm 的阀门。
此外，根据 ISO 的规定，“当测试流体为氦气（AH、BH、CH 级）和当测试流体为甲烷（AM、BM、CM 级）时，气密性等级之间无预期相关性。”部分原因是，对于不同的流体，采集的测试数据也是不同的。如果采用氦气而非甲烷对阀门进行测试，则结果报告的泄漏率与阀杆直径成正比。该流量表示为大气立方厘米/秒 (atm-cm3/s)，尽管该度量标准更准确地定义为泄漏率而不是测得的百万分之几的浓度 (ppm)，但是不存在将 atm-cm3/s 转换为观察到的百万分之几浓度的方法。这使得在用氦气进行测试时难以解释是否符合 EPA“等于或小于 100 ppm”的表达方式。
理想情况下，应在第三方实验室进行此类测试，而不应由阀门制造商进行测试。当阀门制造商聘请独立的第三方进行测试时，应由公正的机构证明阀门符合测试标准的要求。然后应从阀门制造商处获得阀门证书，包括来自第三方实验室的证明、测试位置和结果的文档。
降低逸散性排放的优秀实践
除了遵循上述选择低排放阀门的指南外，您还可以参照许多优秀的操作实践来降低设施中泄漏和逸散性排放的可能性：
根据预防性维护计划进行包装调整。例如，在寒冷气候条件下，需要增加包装间隔。
实施锁定装置有助于防止 BV 节流和意外启动。
减少现场可用的非低排放阀门的数量，以防止关键应用中的意外安装。
出于安全目的使用双关断和排放 (DBB) 阀。
处理轻端气体（例如氢气）时，请考虑使用波纹管密封件。
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无论您是设计新系统还是寻求改善 LDAR 计划，均请选择通过认证的低排放阀以应对逸散性排放的要求。如果在采取任何环境强制措施之前积极主动并指定通过认证的低排放阀，则可以避免代价高昂的改造难题并有助于与现行的优秀环境实践保持一致。
为了帮助您确定适合您运营的低排放解决方案，考虑通过世伟洛克的评估和咨询服务与经验丰富的流体系统专业人员合作。我们也提供多种经认证的低排放工艺阀、仪表阀、球阀、针阀、提升旋塞阀和排放阀，这些阀门均已通过适用的 API 低排放测试且无需进行任何设计修改，并且在测试期间，甲烷泄漏率绝不会超过 100 ppm。如果您打算将其中的任何一款产品集成到您的流体系统中，请随时与授权的销售与服务中心联系，以获取适用的低排放认证或在此过程中您可能需要的任何其他支持。
