超低泄漏呼吸阀和紧急泄压阀节能减排技术

——南京普瑞泰格安全设备工程有限公司

技术介绍

随着大气污染防治工作的不断推进，常规大气污染物（如颗粒物、SO₂、NOₓ等）的排放量已得到有效控制，VOCs（挥发性有机化合物）污染问题逐渐成为制约环境空气质量改善的关键因素。因此，国家在“十四五”规划中将其列为约束性指标。石化行业作为VOCs排放的主要来源之一，在“十四五”期间需进一步加强管控，挖掘减排潜力。

石油化工企业的污染物排放分为有组织排放源和无组织排放源。有组织排放源主要包括工艺加热炉、裂解炉等燃烧设备，主要污染物为二氧化硫、氮氧化物及工艺尾气中的VOCs。无组织排放源则包括储罐呼吸排气、设备阀门泄漏、采样过程、序批式反应器进出料过程、检维修过程及非正常工况等，主要污染物同样是VOCs。

随着产业结构优化调整，我国石油化工行业发展呈现基地化、一体化和园区化的发展模式，产业集中度进一步提高，同时也带来了区域复合型大气环境污染的规模效应。石油炼制企业作为石油化工行业的上游环节，不仅决定了行业的发展方向和规模，也是VOCs排放的主要源头。据2003年美国石油企业的调查报告，储罐区VOCs排放量占各类污染源排放总量的29%。根据《石油化工企业卫生防护距离》（SH-3093）对典型炼化企业无组织排放源的统计，储运环节的VOCs排放量占总排放量的60%。北京环境科学研究院也指出，储罐VOCs排放量占总排放量的16%。因此，石油化工企业储罐区的无组织排放是VOCs排放的重点监管对象。

技术特点

（一）普瑞泰格技术产品与传统产品对比

在石油、化工、医药、食品等行业中，常压和低压储罐通常用于储存液体介质。呼吸阀是常压和低压储罐重要的安全附件，保护储罐在正常操作情况下不受超压和真空破坏，同时能减少介质挥发损耗。紧急泄压阀是保护储罐在紧急工况下，如外部发生火灾时的压力释放。

目前普通呼吸阀和紧急泄压阀存在的主要问题，一是持续排放，二是持续泄漏。

在第11届国际工艺安全大会上发表的文章《Influence of Overpressure in Pressure Vacuum Safety Valves on Emission Reduction and Explosion Risk Minimization of Atmospheric Storage Tanks》指出，一台普通呼吸阀因持续排放造成的物料损失可高达9.78吨/年。上海环境科学研究院对储罐呼吸阀和紧急泄压阀的检测数据显示，普通呼吸阀和紧急泄放阀泄漏严重，浓度基本在5000ppm，甚至超过10000ppm。阀门的持续排放和泄漏，不仅造成严重的环境污染，而且造成了介质耗损。

目前，许多企业引入油气回收技术治理储罐VOCs排放，储罐通常采用氮气保护。呼吸阀和紧急泄压阀存在的持续排放和泄漏问题，将严重影响油气回收系统的效能，比如导致油气无法收集，氮气消耗居高不下，造成资源浪费和经济损失。

普通呼吸阀和紧急泄压阀持续排放的主要原因是使用高超压值100%的平板式阀盘。此类阀盘的灵敏度低，开启后需要1倍于设定开启压力的压力增值，才能达到全开启。因此，普通阀门的设定开启压力低，导致阀门在储罐正常操作压力下即开启排放。

普通呼吸阀和紧急泄压阀持续泄漏的主要原因是采用聚四氟乙烯（PTFE）作为密封材质，PTFE表面粗糙，密封性不好；表面容易形成压痕；在储罐操作压力和外界温度影响下易变形，加剧泄漏。

此外，普通呼吸阀和紧急泄压阀的阀座是和阀体整体铸造而成，阀座一旦损坏，将无法被修复或更换，必须整体更换阀门，增加了企业重复采购成本。

南京普瑞泰格安全设备工程有限公司（以下简称“普瑞泰格”）是国内高端工业储罐LDAR服务商和精密设备制造企业，引进德国先进的制造和检验服务技术，为石油化工、低温行业、仓储码头、船舶等行业的常压和低压储罐提供安全环保技术，包括安全阻火器、环保呼吸阀和紧急泄放阀等。

针对普通呼吸阀和紧急泄压阀存在的安全和环保问题，普瑞泰格研发了高灵敏度低超压值10%翼型阀盘技术，使呼吸阀在0.1倍压力增值下即可实现全开启，提高了储罐操作压力，减少了呼吸阀排放频率。相比普通呼吸阀，采用10%超压阀盘技术的呼吸阀，每台可减少4.47吨/年的排放量。

同时，普瑞泰格创新研发了呼吸阀不锈钢金属面密封和FEP气垫式密封技术；同时研发了紧急泄放阀内嵌式线性O型圈密封。这些技术的应用能够大幅度减少呼吸阀和紧急泄压阀的泄漏量，平均每台阀门每年可减少3391立方米（折合2.7吨）的无组织排放。

普瑞泰格研发出了分体式不锈钢阀座技术，即使阀座受损，可以通过研磨技术修复，并恢复到出厂状态，避免了企业重复采购。

国家生态环境部发展中心对普瑞泰格超低泄漏环保呼吸阀及紧急泄压阀技术进行了技术评估，认为该项技术有效解决了普通呼吸阀和紧急泄压阀的持续排放和泄漏问题。普瑞泰格超低泄漏环保呼吸阀，平均每台阀门每年可减少7吨的排放量。一台储罐通常配备两台呼吸阀和一台紧急泄压阀，全国有几十万台储罐，总减排量十分可观。

（二）普瑞泰格创新技术特点

A.超低泄漏呼吸阀的主要技术特点

1.高灵敏度10%超压翼型阀盘技术

该技术通过阀盘上下表面的压力差实现快速开启，采用数字仿真和流体动力学模拟仿真，对帽檐翼型阀盘面积以及帽檐件的高度进行优化。10%翼型阀盘的全开启压力仅为设定压力的1.1倍，即呼吸阀仅需10%压力增量即可达到全开启，提高了呼吸阀的设定开启压力，提高了储罐操作压力，解决了呼吸阀频繁起跳，持续排放的难题。

低超压值10%阀盘开启快、回座快。经试验测试，高超压100%的平板式阀盘开启到重新密封时间为18秒，而10%翼型阀盘从开启到重新密封只需9秒。

2.金属面密封技术

该技术基于金属密封面的紧密接触和弹性变形。当阀门关闭时，阀盘与阀座的金属密封面紧密贴合，密封面发生弹性或局部变形，填补表面微观不平度。通过精密研磨技术提高密封面的表面质量，表面粗糙度达到镜面级水平（0.04µm），从而实现高效密封。

介质蒸发后遇金属表面冷却液化，形成一层液膜密封层，液膜分子固有的表面张力对结合面起到显著的密封增效作用。在0.9倍设定开启压力下，通过对表面粗糙度为0.04µm的阀盘分别进行湿润和干燥状态的密封对比试验，湿润状态（液膜密封层）下测得呼吸阀泄漏量为0.19sccm，干燥状态下测得呼吸阀泄漏量为2.55sccm，这表明有液膜存在的状态下密封效果显著增强了，进一步验证了液膜密封层的增效作用。

试验数据证明，在0.9倍设定开启压力下，普通阀门的泄漏量为0.14 m3/h，采用金属面密封的呼吸阀泄漏量不超过0.0017m3/h（尺寸小于等于DN150的阀门）和0.0030m3/h （尺寸DN200-DN400），满足《在役立式圆筒钢制焊接储罐安全附件检验技术规范》（T/TASEI 026-2023）表C.2呼吸阀/紧急泄压阀超低泄漏要求。

3.气垫式FEP密封技术

气垫式FEP密封技术在阀罩上设计有凸缘，阀罩与膜片间形成气垫空间而不直接碰撞，撞击因气垫空间得到缓冲，膜片具有更长的使用寿命。阀盘未开启时，FEP膜片弹性补偿保持呼吸阀密封，减少VOCs无组织排放。气垫式FEP密封技术的呼吸阀，DN200-DN400阀门最大泄漏量不超过0.0030m3/h，不大于DN150阀门最大泄漏量不超过0.0017m3/h，满足《在役立式圆筒钢制焊接储罐安全附件检验技术规范》（T/TASEI 026-2023）表C.2呼吸阀/紧急泄压阀超低泄漏要求。

4.分体式不锈钢阀座技术

分体式不锈钢阀座可以通过精密研磨，使得表面粗糙度达到镜面级水平（0.04µm），提高密封性。不锈钢材质耐腐蚀性能好，使用寿命长。分体阀座模块化设计，支持独立更换，节省成本，保证设备的全生命周期。

B.高效环保超低泄漏紧急泄压阀主要技术特点

1. O型圈密封技术

采用的O型圈自密封技术能显著提高密封性能，普通阀门在0.85倍设定开启压力下的泄漏量为0.4 m3/h，采用O型圈的紧急泄放阀泄漏量不超过0.0045m3/h，满足《在役立式圆筒钢制焊接储罐安全附件检验技术规范》（T/TASEI 026-2023）表C.2呼吸阀/紧急泄压阀超低泄漏要求。

2. 不锈钢燕尾槽阀座技术

燕尾槽技术具备O型圈受到环境因素（如温度、化学介质）影响时的变形补偿特性。

3.阀盘防飞脱安全技术

普瑞泰格研发的阀盘防飞脱和限位装置，采用内置式十字型筋板对拉设计，筋板整体焊接后安装在阀盘上，通过控制筋板和阀座内径距离，为阀盘开启提供导向作用，并限制阀盘开启方向；此外，阀座内设置有限位杆机构，用于限制阀盘的最大开启高度。通过从方向和开启高度两个维度对阀盘动作进行精确控制，该设计保证了阀盘的安全性和自动回座能力，从而实现本质安全。

4.高灵敏度10%超压翼型阀盘技术

高灵敏度10%超压翼型阀盘技术，能够提升紧急泄压阀的设定开启压力，避免因阀门设定开启压力过低，造成阀门频繁开启的现象。

技术适用性

本技术经过多年的研发和实践，已在石油、化工、医药、食品等行业用生产装置、罐区、码头各类储罐以及低温储罐、船舶等领域成功应用，积累了丰富的经验。其成熟性和稳定性得到了充分验证，适用于各类石油化工企业的VOCs治理。特别是在储罐区无组织排放的治理方面，表现尤为突出。技术的应用范围广泛，不仅限于新建项目，也可用于现有设施的技术改造，具有较强的适应性和推广价值。

本技术产品已经形成规模性应用，国内中高端市场占有率达到85%以上。从2018年到2024年国内共计完成大约6100个工程应用项目，应用产品数量26000余台，2021-2024年实现销售收入超10亿元。

该技术在中石化沧州炼化、中石化天津石化、中石化燕山石化、中石化齐鲁分公司等VOCs治理项目中成功应用，并取得了显著成效。

（一）中石化燕山石化项目应用情况

2020年，北京中科华航检测技术有限公司受中石化北京燕山分公司委托对燕山石化储运厂东流水罐区石脑油罐进行了废气检测，检测报告显示“呼吸阀和紧急泄压阀泄漏量小于10mg/m3”。

（二）中石化天津石化项目应用情况

2021年，北京天衡诚信环境评价中心受中石化天津分公司委托对天津分公司油品车间进行了非甲烷总烃检测，检测报告显示“呼吸阀泄漏量小于1mg/m3、紧急泄放阀泄漏量小于50mg/m3”。

2021-2023年，普瑞泰格高效环保超低泄呼吸阀和紧急泄压阀累计年减少 VOCs排放近4860吨，预计可节约费用900万元。项目产品VOCs泄漏量均符合并超出了GB 31570-2015《石油炼制工业污染物排放标准》和DB11/447-2007《炼油与石油化学工业大气污染物排放标准》的要求。该项技术的发展和成果对环境质量的改善产生直接的影响，促进生态文明建设，推动经济的可持续发展。

应用效果

2018年11月，普瑞泰格完成了沧州炼化56个储罐，97台超低泄漏呼吸阀和紧急泄压阀的更换。设备运行后沧州炼化委托中国石化集团中原石油勘探局有限公司石油轻烃检测中心依据GB 31570-2015《石油炼制工业污染物排放标准》，同时借鉴 DB11-447-2007《炼油与石油化学工业大气污染物排放标准》，对设备进行了全面检测，检测结果显示：“因原先大多数呼吸阀不保压，泄漏严重，呼吸阀现场LDAR检测结果多数大于3000ppm，个别石脑油罐甚至高达10000ppm。严重超过国家和地方标准要求。到2018年11月完成97台呼吸阀和紧急泄放人孔（紧急泄压阀）的更换，LDAR现场测试最高检测值不超过20ppm。新型一体式阻火呼吸阀数据稳定，基本接近零排放，现场密封效果良好。”

同时，节约氮气消耗，根据应用报告数据显示：安装呼吸阀后，氮气消耗明显降低。投用后三个月氮气月均消耗681267Nm3；投用前六个月氮月均消723662Nm3；投用后较投用前氮气月均消耗减少5.86%；氮气价格1.17元/Nm3，月均节约费用：(723662-681267)*1.17=49601元，经济效益显著。

中石化沧州炼化罐区VOCs治理项目使用普瑞泰格高效环保超低泄漏呼吸阀及紧急泄压阀，取得良好的效果，入选中国环境保护产业协会2023年生态环境示范工程，中国石化新闻联播进行了专题报道。

2022年10月，中国石化齐鲁分公司炼油厂66台重质油储罐和24台轻质油储罐的VOCs治理项目中，采用普瑞泰格环保呼吸阀和紧急泄放阀取得良好效果。储罐在静止状态无泄压时呼吸阀VOCs泄漏检测值从之前的1000-8000ppm降低至100ppm以下，储罐VOCs排放量大幅减少，效果满足当前国家标准规范和重污染天气重点行业绩效评级A级企业要求。