工业管道阀门逸散排放技术要求解析

何耀罡，应道宴，蔡仁良

(1.苏州纽威阀门股份有限公司，江苏 苏州 215129；2.全国化工设备设计技术中心站, 上海 200040；3.华东理工大学机械与动力工程学院, 上海 200237)

1 控制有毒有害物质逸散排放的背景

进入新世纪以来，工业发达国家对环境的保护意识越来越增强。环境保护也是我国非常重要的课题，而大气污染是环境保护的重中之重，其中，从石油、化工工厂排出的不可见有机挥发物占较大比例。挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是指参与大气光化学反应的有机化合物，包括非甲烷烃类(烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等)、含氧有机物(醛、酮、醇、醚等)、含氯有机物、含氮有机物、含硫有机物等，是形成臭氧(O3)和细颗粒物(PM2.5)污染的重要载体。早在上世纪70年，美国、欧洲等国家率先研究、立法，对VOCs的逸散排放(Fugitive Emmision，或称“逸散性”、“低泄漏”、“低逸散”、“微泄漏”)进行控制，我国近年也持续更新或新出台相应法律法规，约束有毒、有害、易燃易爆、VOCs的逸散排放(逸散排放是指工业场所设备发生的非预期或不易察觉的化学品或化学混合物的物理性泄漏)。满足相应逸散性排放标准的工业阀门，被称为“低逸散阀门”。

GB/T 37822—2019《挥发性有机物无组织排放标准》规定，新建企业自2019年7月1日起，现有企业自2020年7月1日起执行。该标准要求重点地区气态VOCs物料泄漏认定浓度≤2 000 mg/m3。

GB/T 20801—2020《压力管道规范 工业管道》第3部分第5.1.11.8 章节也明确指出，用于毒性、易燃以及挥发性有机物的阀门应采用低逸散结构，控制泄漏。

伴随着GB/T 40079—2021《阀门逸散性试验分类和鉴定程序》的生效，规定低逸散性阀门分类方法，补充和完善了我国工业阀门低逸散控制的规范体系。

2021年8年4日，生态环境部出台环大气〔2021〕65号《关于加快解决当前挥发性有机物治理突出问题的通知》，落实相关法律法规标准要求，加快解决当前VOCs治理存在的突出问题，推动环境空气质量持续改善和“十四五”VOCs减排目标顺利完成。据统计，通过阀门VOCs的逸散排放占有较高的比例。

本文就工业阀门逸散排放技术要求中经常遇到的问题，从实际应用角度作出解读。

2 逸散排放技术规范的对比

国际上的逸散排放性阀门标准有：ISO 15848 工业阀门——逸散性检测、试验、认证，第1部分——分类和型式试验，第2部分——产品试验。地方性的标准有：EPA Method 21 美国环保署-VOC泄漏的测定；TA-LUFT空气污染控制的技术指导-德国；GB/T 26481 阀门的逸散性试验。协会标准有：API622工艺阀门填料逸散性型式试验；API624 带石墨填料的升降杆阀门逸散性型式试验；API641 1/4回转阀门逸散性型式试验。终端用户标准有：SHELL MESC SPE 77/300阀门(DVT)设计验证试验程序和技术规范和77/312 阀门逸散性泄漏测量。国内外阀门逸散排放标准的对比见表1。

表1 国内外阀门逸散排放标准的对比

API系列逸散排放标准均以甲烷为测试媒介。甲烷是最简单的烃类物质，成本也低，再加上易燃的属性，属于较为常见的一种挥发性有机化合物，被用来模拟实际工况具有一定的试验价值。另一方面，出于安全的考虑，甲烷试验的温度不超过260℃，压力不超过4.14MPa；基本能模拟150LB、300LB管道的实际工况。压力越高，对于工业阀门密封性能的挑战也越高，但对于600LB及以上的工况，API系列逸散性试验的检测效果比较有限。

型式试验可以验证产品模型在当前设计、材料选择、制造工艺下当前规格的性能参数，若要验证批量产品的性能，还需要以抽检或全检的形式对产品进行测试。API系列标准暂时没有产品测试的规定。如需检验订单产品的逸散排放性能，还需要参照ISO 15848-2、GB/T 26481或者SHELL MESC SPE 77/312标准进行。

ISO15848、GB/T 40079和GB/T 26481、SHELL MESC SPE 77/300和312系列均有完整体系的型式试验和产品试验标准，作为从样机到订单产品的逸散排放性能、质量控制闭环的质量控制操作指导。GB/T 40079和GB/T 26481分别修改采用ISO 15848-1 型式试验和ISO 15848-2 产品试验标准，关键指标和参数相同。ISO、GB/T、SHELL系列型式试验，采用氦气或甲烷为示漏介质，氦气的安全性和操作性较甲烷好，相对API标准验证范围温度和压力均可扩展到设计温度和设计压力，验证更为接近实际使用工况。ISO 15848-1和GB/T 40079是逸散排放性试验专项规范，SHELL MESC SPE 77-300除了逸散排放性能测试，还包括阀门内漏、操作性、耐用性等综合性能检测。

ISO15848-2、GB/T 26481和 SHELL MESC SPE 77/312产品试验，若无特殊规定，应常温下进行，默认试验压力0.6MPa；特殊情况下，试验压力可以根据订单要求应用到最高设计压力；实际应用中，检漏仪器是设计在常温下工作，所以被测试阀门也可以是高温或者低温，操作过程中注意使用耐温管延长吸枪进气管路，以保护检漏吸枪和仪器。

3 低逸散阀门技术要求选用建议

一台工业阀门生命周期中涉及的工艺环节颇多，低逸散性阀门更是如此，包含选型、设计、零部件管控、生产、产品验收、应用、维护方面等完整的管理体系，主要从以下几个方面探讨低逸散阀门技术要求的选用原则。

3.1 工况是否需要低逸散

确定是否需要控制逸散排放，是工业阀门低逸散技术要求选用的开始。如果出现大规模逸散排放会对安全、健康、环境产生恶劣影响，就应该控制逸散排放。

阀门使用工况介质的危险特性，决定了其是否会危及人身安全和健康。危险特性是指对生态环境和人体健康具有毒性、腐蚀性、易燃性、反应性和感染性；有毒有害介质的工业管道，应作最高级别严格要求，控制逸散排放。

生态环境部、国家发展和改革委员会、公安部、交通运输部、国家卫生健康委员会联合签署的《国家危险废物名录(2021 年版)》规定了相应行业不同工艺环节的产物是否属于危险类别。例如，精炼石油产品制造行业、石油产品加氢精制过程中产生的废催化剂就属于有毒介质；工业生产中作为清洗剂、萃取剂、溶剂或反应介质使用后废弃的有机溶剂，包括苯、苯乙烯、丁醇、丙酮、正己烷、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、1，2，4-三甲苯、乙苯、乙醇、异丙醇、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种或多种上述溶剂的混合/调和溶剂，就属于有毒、易燃的介质。

介质毒害性的级别在由国务院安全生产监督管理部门会同国务院工业和信息化、公安、环境保护、卫生、质量监督检验检疫、交通运输、铁路、民用航空、农业主管等部门公布的《危险化学品目录》中查询。

常用有毒介质、可燃介质的毒害严重程度也可参照SH/T 3501—2021《石油化工有毒、可燃介质钢制管道工程施工及验收规范》附录A。

3.2 选用低逸散标准和等级

如果介质是具有毒害、腐蚀、爆炸、燃烧、助燃等性质，对人体、设施、环境具有危害的剧毒化学品和其他化学品，那么就需要选择合适的标准进行逸散排放。

结合国内外项目经验，对普通危害(助燃、间接污染环境的工况)宜选用API624、API 641系列逸散排放要求的产品，需要追溯阀杆填料使用的是API 622工艺要求的填料，以及和型式试验样机相同的制造工艺。

按急性毒性类别划分为危害类别1和危害类别2的气体化学品，以及局部空间(封闭或类封闭空间)使用的危害类别3的气体化学品或易燃易爆气体介质，考虑其危害的严重性，推荐选用ISO 15848或GB/T 40079标准A级逸散排放要求的工业阀门，并对订单产品进行100%的低逸散试验。

以上两种情况外的危害介质建议选用ISO 15848或GB/T 40079标准B级逸散排放要求，由采购方和制造方商议对订单产品进行抽样低逸散试验的比例，以检查和确保批量订单产品，具有和型式试验样机同等的低逸散性能。

对于频繁开关，且对低逸散阀门使用寿命有特殊要求的工况，还可以增加寿命等级要求，ISO 15848或GB/T 40079 CO2、CO3级或者CC2、CC3级。通常选用逸散排放技术要求温度级别，应能涵盖实际使用的温度范围。例如，实际使用工况300℃，就不提倡选用API系列低逸散标准(最高验证温度260℃)。

3.3 检查逸散等级覆盖

在资料审查期间，对于涉及低逸散要求的项目，应综合评估制造厂低逸散产品设计和质量控制能力，并检查项目订单所有低逸散产品是否都有权威第三方见证的低逸散型式认证证书覆盖。

ISO 15848、 GB/T 40079和API系列逸散排放标准，分别都有对应的型式认证覆盖原则。API系列有推荐取证覆盖表，方便读者检索；对于尺寸大于NPS 4 的阀门，测试阀门可覆盖比测试阀门小2 个和大1个公称尺寸等级，以及低1个压力等级的阀门。

ISO 15848、 GB/T 40079型式试样覆盖原则，与温度、压力、阀杆直径、寿命等都直接相关。试验样机可以覆盖阀杆直径为样机阀杆直径50%～200%的阀门，温度和压力均不超过型式试验温度和压力范围，且密封等级等于或低于试验样机的阀门。

无论ISO 15848、 GB/T 40079，或者API系列逸散排放标准的覆盖原则，都需要具有相同的阀门型式，阀杆密封与阀体密封都应使用和样机相同的材料、设计方案和结构，施加于密封零件上的密封应力与样机类似，阀杆的运动方式一致，所有影响阀门密封部位的零件的公差与表面粗糙度与样机一致。

3.4 产品验收和质量保证

制造商应具备完善的低逸散阀门质量大纲，对设计、制造等环节进行管控。从源头上对原材料供应、零件加工、检验、密封件等零件进行管控；在生产过程中，制定安装作业指导，对安装顺序、安装力矩等做到规范一致；在检验中，除了详尽的过程检验、成品常规水压试验、高压气试验，还应抽检订单产品，按照ISO15848-2或者 SHELL MESC 77/312等规范进行低逸散产品试验，记录报告形成数据库；并通过数据分析，追踪和管控低逸散产品质量。在工厂审核或产品监造的过程中，检查制造商是否拥有标准填料安装操作说明(SOP)，现场操作时，订单产品的紧固扭矩是否与SOP一致；对于易发生应力松弛的不锈钢阀门，有什么有效措施确保密封性能持久可靠，等等。

工业阀门实现逸散排放要求的最难点是阀杆处(动态)密封，尤其是高危害性工况的A级逸散排放要求的工业阀门。A级阀门的阀杆密封，如有条件可选择波纹管密封；或者A级密封效果的石墨填料密封，加之活载式填料预紧结构，密封效果更佳。除了设计和选型特殊控制外，另应对订单产品进行100%的低逸散试验，同时规定低逸散试验压力为1.1倍常温下设计压力。对于12”(30.48cm)以上阀门，考虑到氦气的成本因素，可以使用低纯度的氦气替代。如97%工业氦气，或者体积比为10%的氦气和90%氮气的混合气体，测试仪器重新使用标漏孔标定，或按照体积比计算实际泄漏率。其他危害类别的产品试验按照ISO15848-2 、GB/T 26481 B级检查供应商资质和产品设计，抽检比例建议为10%或更低，按照0.6MPa或者常温设计压力，进行产品试验压力即可。

除了低逸散阀门产品制造过程本身，制造商还应在客户低逸散阀门选型、使用、维护方面，提供标准的全面咨询服务，并保证低逸散阀门产品适用工况。在北美市场，通常普通阀门产品的质保期是12～18个月；对于低逸散阀门，部分知名阀门制造厂向市场承诺：按照制造厂指导的安装和维护方法，低逸散阀门在5年的超长质保期内，外漏不超过100mg/m3。以上质量保证与承诺值得在行业内推广和借鉴。

4 结语

工业管道阀门逸散排放技术要求应围绕以下4个主题展开：确定是否需要逸散排放控制、选用逸散排放标准、型式试验和认证覆盖性、组织产品和质量保证，参照表2逸散排放技术要求检查执行。

表2 阀门逸散排放技术要求

若工业管道介质是剧毒、腐蚀、爆炸、燃烧、助燃等性质，且对人体、设施、环境具有危害的剧毒化学品和其他化学品，那么就需要选择合适的标准进行逸散排放控制。

所有急性毒性类别危害类别1和危害类别2的气体化学品，以及局部空间(封闭或类封闭空间)使用危害类别3的气体化学品或易燃易爆气体介质，建议选用ISO 15848、GB/T 40079 逸散排放A级的工业阀门，动态密封选用波纹管或同等密封效果的石墨填料，并对订单产品进行100%比例、试验压力为1.1倍常温下设计压力的逸散排放试验。

普通危害类别：助燃、间接污染环境的工况，宜选用满足API624、API 641的逸散排放要求的阀门产品。其他危害类别的工况，选用ISO 15848或GB/T 40079的逸散排放要求B级，由采购方和制造方商议对订单产品按抽样比例进行逸散排放试验；产品试验按照ISO15848-2 或者SHELL MESC SPE 77/312标准，默认试验压力为0.6MPa或者常温下设计压力进行，密封等级按照管道要求的对应逸散排放级别接受。

通过阀门逸散排放控制，最终实现行业内有逸散排放要求的产品在5年的超长质保期内，逸散排放泄漏量不超过100mg/m3，让工业管道设施更加安全和健康。