逸散性介质：如何检测您无法看到或闻到的泄漏介质

逸散性介质是通过油气处理装置中的设备或管道排放或泄漏到大气中的物质。炼油厂及石油天然气发电厂中的阀门和填料密封圈已被确定为这类介质的主要来源。 最好的情况下，通过工艺设备意外泄漏及随后排放到大气中的逸散性泄漏物质“仅”会在工厂内外产生一股难闻的气味，抑或扰乱工厂周围社区居民生活。 然而更危险的情况是，无明显异味的泄漏气体会对现场人员和当地居民产生巨大危害。 例如排放富含H2S的气体(如酸气，一般位于气体提炼装置的上游)。尽管这类介质可能符合规定的浓度限值(这些限值因地制宜，不同地方的限值也可能相互矛盾)，但其长期影响尚不清楚。即使气体的浓度值位于5至10 ppm(百万分之5至10)之间也可能直接对人体造成严重的影响，有关数据已证明持续暴露在远低于1 ppm限制值的H2S环境下会导致工人和附近居民患严重的慢性疾病。 据南加州大学的研究显示，暴露在H2S环境影响下的人更容易出现抑郁、愤怒、疲劳、紧张、意识混乱等症状和呼吸道疾病。限制导致大气污染的介质排放的重要性是显而易见的，这不仅是出于健康和安全考虑，同时也降低了个人、工会和附近居民向出现泄露问题的工厂提出法律诉讼的可能性。 欧洲密封协会对炼油厂泄漏物的主要来源进行了调查，发现高达70%的排放物是由于阀门控制不到位或泄露导致。 基于这个发现，严苛工况控制阀在生产过程中至关重要，因为角行程类阀和关断类阀在使用过程中受到填料的冲击和磨损较小，因此对这些阀门进行连续泄漏检测至关重要。 泄漏检测技术 目前减少介质排放的维护技术建立在采用嗅探器、红外热像仪和超声波泄漏检测进行定期检查(“故障维修”)的基础上。然而，这些技术并非100%的可靠和客观。 例如，嗅探器可以检测空气中浓度相近的特定污染物，但这一浓度测量会受到风力、质谱仪类型、嗅探器位置和外界温度等因素的严重影响。这些因素使得嗅探器几乎无法精确地测量浓度值低于10ppm的物质，在某些情况下，甚至无法检测泄露的源头。为此，嗅探器通常与红外LDAR(泄漏检测及修复)热像仪相结合使用。超声波检漏仪和红外热像仪不能作为测量的定量方法，仅能粗略地查找泄漏的源头。 这些系统的资金投入成本非常高，在人员资格认证和培训方面也会耗费大量时间，这使得该解决方案的吸引力大大降低。 尽管存在这些不足，但实际上连续两个泄漏检测环节之间的间隔可以很长，这意味着中间发生任何泄漏都会对现场造成严重的安全问题。正因如此，有些工厂的限制区在工人进入前需要戴呼吸装置并接受培训。 延长密封圈的使用寿命并监测状态 一旦确定了泄漏源，通常需要停机并采取安全补救措施。最大限度地延长填料密封圈的使用寿命是减少停机次数的关键，至少有助于采用预测性维护措施。正因如此，许多终端用户在关键阀门上串联了主密封圈和次级密封圈(图1)。 主密封圈可以防止阀门泄漏，当主密封圈失效时，次级密封圈将作为备用解决方案。套环和检漏端口将两个密封圈隔开，可以嗅探并检测排气孔排放出的介质。 然而，这种配置有两大限制。首先，如果检漏端口没有塞住(图2)，阀门会继续将有害的挥发性有机化合物(VOC)排放到大气中，直到问题被发现。如果泄露情况严重，可塞住端口启用次级密封圈。采用这种方式控制介质排放非常昂贵，因为需要有资质的工作人员定期检查整个工厂的数百个阀门。即使系统只是部分运行，严重的安全问题也会迫使工作人员进行手动泄漏检测。此外，检测过程很大程度上受阀门运动、速度、方向和传感器位置的影响，这意味着操作者会因嗅探器是插在端口或远距离使用而得到不同的测量结果。 通常端口会一直塞住，只有在检查泄漏时会被拔掉。然而，如果泄漏端口一直塞住(图3)，主密封圈的介质会挤压两个密封圈之间的空间，同时压力积聚在套环内会导致次级密封圈持续运行，这意味着它在主密封圈破损之前就会造致损坏。常用于应急的次级密封圈会在未知情况下持续运行，因此会将更多的介质排放到大气中。 然而主要的问题在于，在LDAR(泄漏检测及修复)期间，在端口未被塞住的情况下探测套环的容量时，只检查主密封圈的状态，这意味着LDAR(泄漏检测及修复)并不起作用。 最后但同样重要的是，如果不是每天进行LDAR(泄漏检测及修复)，那么污染物的排放量将会非常高而且无法预测。 解决方案 最新的系统由一个智能化大规格的微流量计组成。该系统通过测量流经阀门的主密封圈的有效泄漏物可以连续地自动监测控制阀密封圈的性能。测量大流量非常精确，每秒可测量1-50立方毫米的标准量，相当于5至500 ppm或每秒0.5至5毫米的气泡大小。 如果超过预设的可置入定位器的限制值，该系统会发送命令至泄漏端口，关闭排气口，并自动切换到次级密封圈进行密封操作。 该系统还能关联泄漏来源的运动方向和速度值，这样可以真正地理解数据测量，避免产生假警报。它还能实现密封圈状态和操作员之间的通信，对于简单的报警模式可以通过HART、Foundation Fieldbus或Profibus通信协议控制整个控制室。这意味着它在降低密封圈泄漏危害方面能发挥关键作用，并能大大提高工厂内外的安全性。 欲知详情，可访问www.imi-critical.com 关于IMI关键流体技术事业部 作为IMI集团的一部分，IMI关键流体技术事业部是提供关键流体控制解决方案的世界领先供应商，使不可或缺的能源和制造行业能够安全、清洁、可靠及更高效地运行。IMI关键流体技术事业部现有员工4000多人，全球服务网络遍及12个国家，均设有工厂。我们拥有丰富的技术知识、工程设计能力和应用经验，为客户提供定制化的产品，我们的产品具有优异的耐久性、安全性和良好的性能。(作者为IMI关键流体技术事业部新产品开发总监Fabio Giove)