逸散性介質(zhì)是通過油氣處理裝置中的設(shè)備或管道排放或泄漏到大氣中的物質(zhì)。煉油廠及石油天然氣發(fā)電廠中的閥門和填料密封圈已被確定為這類介質(zhì)的主要來源。
最好的情況下，通過工藝設(shè)備意外泄漏及隨后排放到大氣中的逸散性泄漏物質(zhì)“僅”會在工廠內(nèi)外產(chǎn)生一股難聞的氣味，抑或擾亂工廠周圍社區(qū)居民生活。
然而更危險的情況是，無明顯異味的泄漏氣體會對現(xiàn)場人員和當(dāng)?shù)鼐用癞a(chǎn)生巨大危害。
例如排放富含H2S的氣體(如酸氣，一般位于氣體提煉裝置的上游)。盡管這類介質(zhì)可能符合規(guī)定的濃度限值(這些限值因地制宜，不同地方的限值也可能相互矛盾)，但其長期影響尚不清楚。即使氣體的濃度值位于5至10 ppm(百萬分之5至10)之間也可能直接對人體造成嚴(yán)重的影響，有關(guān)數(shù)據(jù)已證明持續(xù)暴露在遠(yuǎn)低于1ppm限制值的H2S環(huán)境下會導(dǎo)致工人和附近居民患嚴(yán)重的慢性疾病。
據(jù)南加州大學(xué)的研究顯示，暴露在H2S環(huán)境影響下的人更容易出現(xiàn)抑郁、憤怒、疲勞、緊張、意識混亂等癥狀和呼吸道疾病。限制導(dǎo)致大氣污染的介質(zhì)排放的重要性是顯而易見的，這不僅是出于健康和安全考慮，同時也降低了個人、工會和附近居民向出現(xiàn)泄露問題的工廠提出法律訴訟的可能性。
歐洲密封協(xié)會對煉油廠泄漏物的主要來源進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)高達(dá)70%的排放物是由于閥門控制不到位或泄露導(dǎo)致。
基于這個發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)苛工況控制閥在生產(chǎn)過程中至關(guān)重要，因為角行程類閥和關(guān)斷類閥在使用過程中受到填料的沖擊和磨損較小，因此對這些閥門進行連續(xù)泄漏檢測至關(guān)重要。
泄漏檢測技術(shù)
目前減少介質(zhì)排放的維護技術(shù)建立在采用嗅探器、紅外熱像儀和超聲波泄漏檢測進行定期檢查(“故障維修”)的基礎(chǔ)上。然而，這些技術(shù)并非100%的可靠和客觀。
例如，嗅探器可以檢測空氣中濃度相近的特定污染物，但這一濃度測量會受到風(fēng)力、質(zhì)譜儀類型、嗅探器位置和外界溫度等因素的嚴(yán)重影響。這些因素使得嗅探器幾乎無法精確地測量濃度值低于10ppm的物質(zhì)，在某些情況下，甚至無法檢測泄露的源頭。為此，嗅探器通常與紅外LDAR(泄漏檢測及修復(fù))熱像儀相結(jié)合使用。超聲波檢漏儀和紅外熱像儀不能作為測量的定量方法，僅能粗略地查找泄漏的源頭。
這些系統(tǒng)的資金投入成本非常高，在人員資格認(rèn)證和培訓(xùn)方面也會耗費大量時間，這使得該解決方案的吸引力大大降低。
盡管存在這些不足，但實際上連續(xù)兩個泄漏檢測環(huán)節(jié)之間的間隔可以很長，這意味著中間發(fā)生任何泄漏都會對現(xiàn)場造成嚴(yán)重的安全問題。正因如此，有些工廠的限制區(qū)在工人進入前需要戴呼吸裝置并接受培訓(xùn)。
延長密封圈的使用壽命并監(jiān)測狀態(tài)
一旦確定了泄漏源，通常需要停機并采取安全補救措施。最大限度地延長填料密封圈的使用壽命是減少停機次數(shù)的關(guān)鍵，至少有助于采用預(yù)測性維護措施。正因如此，許多終端用戶在關(guān)鍵閥門上串聯(lián)了主密封圈和次級密封圈(圖1)。
圖1
主密封圈可以防止閥門泄漏，當(dāng)主密封圈失效時，次級密封圈將作為備用解決方案。套環(huán)和檢漏端口將兩個密封圈隔開，可以嗅探并檢測排氣孔排放出的介質(zhì)。
然而，這種配置有兩大限制。首先，如果檢漏端口沒有塞住(圖2)，閥門會繼續(xù)將有害的揮發(fā)性有機化合物(VOC)排放到大氣中，直到問題被發(fā)現(xiàn)。如果泄露情況嚴(yán)重，可塞住端口啟用次級密封圈。采用這種方式控制介質(zhì)排放非常昂貴，因為需要有資質(zhì)的工作人員定期檢查整個工廠的數(shù)百個閥門。即使系統(tǒng)只是部分運行，嚴(yán)重的安全問題也會迫使工作人員進行手動泄漏檢測。此外，檢測過程很大程度上受閥門運動、速度、方向和傳感器位置的影響，這意味著操作者會因嗅探器是插在端口或遠(yuǎn)距離使用而得到不同的測量結(jié)果。
圖2
通常端口會一直塞住，只有在檢查泄漏時會被拔掉。然而，如果泄漏端口一直塞住(圖3)，主密封圈的介質(zhì)會擠壓兩個密封圈之間的空間，同時壓力積聚在套環(huán)內(nèi)會導(dǎo)致次級密封圈持續(xù)運行，這意味著它在主密封圈破損之前就會造致?lián)p壞。常用于應(yīng)急的次級密封圈會在未知情況下持續(xù)運行，因此會將更多的介質(zhì)排放到大氣中。
圖3
然而主要的問題在于，在LDAR(泄漏檢測及修復(fù))期間，在端口未被塞住的情況下探測套環(huán)的容量時，只檢查主密封圈的狀態(tài)，這意味著LDAR(泄漏檢測及修復(fù))并不起作用。
最后但同樣重要的是，如果不是每天進行LDAR(泄漏檢測及修復(fù))，那么污染物的排放量將會非常高而且無法預(yù)測。
解決方案
最新的系統(tǒng)由一個智能化大規(guī)格的微流量計組成。該系統(tǒng)通過測量流經(jīng)閥門的主密封圈的有效泄漏物可以連續(xù)地自動監(jiān)測控制閥密封圈的性能。測量大流量非常精確，每秒可測量1-50立方毫米的標(biāo)準(zhǔn)量，相當(dāng)于5至500ppm或每秒0.5至5毫米的氣泡大小。
如果超過預(yù)設(shè)的可置入定位器的限制值，該系統(tǒng)會發(fā)送命令至泄漏端口，關(guān)閉排氣口，并自動切換到次級密封圈進行密封操作。
該系統(tǒng)還能關(guān)聯(lián)泄漏來源的運動方向和速度值，這樣可以真正地理解數(shù)據(jù)測量，避免產(chǎn)生假警報。它還能實現(xiàn)密封圈狀態(tài)和操作員之間的通信，對于簡單的報警模式可以通過HART、Foundation Fieldbus或 Profibus通信協(xié)議控制整個控制室。這意味著它在降低密封圈泄漏危害方面能發(fā)揮關(guān)鍵作用，并能大大提高工廠內(nèi)外的安全性。
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