УРОВЕНЬ УТЕЧКИ САЛЬНИКА КЛАПАНА

Утечка в промышленных клапанах обычно делится на две категории: внутренняя утечка и внешняя утечка. Внутренняя утечка относится к прохождению среды через уплотнительные поверхности после закрытия клапана, что влияет на функцию перекрытия системы. Внешняя утечка относится к выходу среды во внешнюю среду через соединения, такие как сальниковые уплотнения штока клапана и прокладки фланцев, и является основным источником летучих выбросов.

Важно уточнить различие при обнаружении утечек в клапанах. Традиционная оценка внешней утечки основана на визуальном наблюдении невооруженным глазом — то есть, есть ли какое-либо выделение среды, капание или образование пузырьков на штоке или фланцевых соединениях при визуальном осмотре. Это стандарт, который обычно используется для определения "нулевой утечки" во время гидростатических или пневматических испытаний.

Летучие утечки, с другой стороны, относятся к микроскопическим (следовым), невидимым утечкам. Такие утечки невозможно обнаружить невооруженным глазом, и они выявляются только с помощью высокочувствительных приборов. Они возникают в основном в зоне динамического уплотнения сальниковой набивки штока и в зоне статического уплотнения прокладок. Поскольку соединение прокладки в корпусе клапана является статическим уплотнением, относительно легко соответствовать стандартам низких утечек. Однако сальниковая набивка штока клапана является динамическим уплотнением — шток непрерывно трется о набивку во время движения, что может легко привести к переносу частиц и колебаниям силы уплотнения. Следовательно, зона набивки является основным источником трудностей в контроле летучих выбросов от клапанов.

В ответ на строгий контроль за неорганизованными выбросами летучих органических соединений (ЛОС) была создана относительно полная международная система стандартов.

Метод 21 EPA — это стандартный метод обнаружения, разработанный Агентством по охране окружающей среды США (EPA) для обнаружения утечек летучих органических соединений (ЛОС) из клапанов, насосов, фланцев и других компонентов оборудования и трубопроводов с использованием портативных приборов. Важно отметить, что Метод 21 EPA является стандартом метода обнаружения, а не стандартом предельно допустимых выбросов. Он определяет технические требования к приборам обнаружения, процедурам сканирования зондом, процедурам калибровки и методам записи данных. Он широко используется в программах обнаружения и устранения утечек (LDAR), а также служит основой метода обнаружения для стандартов испытаний клапанов, таких как API 624 и API 641. Закон США о чистом воздухе (CAA), основанный на результатах испытаний по Методу 21 EPA в сочетании с типом технологической среды, устанавливает соответствующие пределы утечек и сроки устранения неисправностей, причем конкретные требования зависят от типа среды, которую обслуживает клапан.

Немецкие нормы TA-Luft (Технические инструкции по контролю качества воздуха) и VDI 2440 вместе составляют важные технические правила по контролю неорганизованных выбросов в Европейском Союзе. Согласно TA-Luft и VDI 2440, скорость утечки для фланцевых соединений при испытательном давлении 1 бар не должна превышать 10⁻⁴ мбар·л/(с·м). Кроме того, предельные значения уточняются в зависимости от температуры: 10⁻⁴ мбар·л/(с·м) для температур ниже 250°C и 10⁻² мбар·л/(с·м) для температур выше 250°C. VDI 2200 определяет процедуры выбора, расчета, проектирования, монтажа и испытаний фланцевых соединений на болтах. Испытания обычно проводятся с использованием гелиевого масс-спектрометра с испытательной средой, состоящей на 97% из гелия, а скорость утечки считывается непосредственно с детектора утечки — в отличие от американской системы, которая использует метан в качестве среды и предельные концентрации (ppmv) в качестве индикатора.

API 622 — это стандарт испытаний для оценки герметичности уплотнительного материала от утечек. Перед подачей заявки на сертификацию по API 624 или API 641 необходимо сначала получить сертификат API 622 для уплотнительного материала. Условия испытаний охватывают комплексные факторы, такие как температура, давление, термические и механические циклы, при этом скорость утечки уплотнительного материала не должна превышать 100 ppm при заданных условиях испытаний.

API 624 — это стандарт испытаний на тип утечек для клапанов с выдвижным штоком (например, задвижек, регулирующих клапанов), оснащенных графитовой набивкой. Этот стандарт предписывает использование метана чистотой не менее 97% в качестве испытательной среды. Во время испытания клапан должен пройти 310 механических циклов и 3 термических цикла (высокая температура 260°C ± 14°C) при давлении испытания 41,4 бар изб. (600 psig) при высокой температуре.

API 641 — это стандарт испытаний на выбросы летучих веществ для четвертьоборотных клапанов (например, шаровых кранов, пробковых клапанов). В качестве среды также используется метан чистотой не менее 97%, и испытываемый клапан должен пройти 610 механических циклов и 3 термических цикла.

Критерии приемки для API 624 и API 641 одинаковы: значение утечки не должно превышать 100 ppmv на протяжении всего испытания, и регулировка уплотнительной системы во время испытания не допускается. Этот предел в 100 ppmv обеспечивает четкое определение допустимой скорости утечки из динамического уплотнения штока при расчетных условиях, служа ориентиром для инженерного проектирования.

ISO 15848 — это международный промышленный стандарт для клапанов, устанавливающий процедуры измерения, испытаний и квалификации для определения летучих выбросов. Он состоит из двух частей: ISO 15848-1 определяет процедуры типовых испытаний и системы классификации клапанов, а ISO 15848-2 определяет процедуры приемочных испытаний клапанов в производстве.

ISO 15848-1 классифицирует уплотнения штока на три класса герметичности на основе измеренной скорости утечки (мг/(с·м)): Класс A ≤ 10⁻⁶ мг/(с·м), Класс B ≤ 10⁻⁴ мг/(с·м) и Класс C ≤ 10⁻² мг/(с·м). Как правило, клапаны с сильфонным уплотнением или некоторые специально разработанные четвертьоборотные клапаны могут соответствовать Классу A; штоки с уплотнениями из ПТФЭ или эластомерной резины могут соответствовать Классу B; в то время как штоки с набивкой из гибкого графита обычно соответствуют Классу C.

Поскольку единица измерения скорости утечки по ISO 15848 (мг/(с·м)) и единица измерения концентрации по стандартам API (ppmv) имеют разный физический смысл, между ними нет простой зависимости для пересчета. ISO 15848 характеризует утечку по массе среды, вытекающей в секунду на единицу длины штока, в то время как стандарты API характеризуют ее по объемной концентрации утекающего газа в воздухе, отражая разные аспекты оценки.

API 624 и API 641 включили принципы метода обнаружения EPA Method 21 в свои системы типовых испытаний. Однако требования к пределу в API 624 и API 641 в основном основаны на испытаниях с метаном. Их применимость к газам с малыми молекулами, таким как водород и гелий, должна оцениваться отдельно, поскольку газы с малыми молекулами более проницаемы и могут приводить к более высоким фактическим скоростям утечки, чем метан, при одинаковых условиях герметизации.