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机械密封基础‖基于风险的离心泵密封选择方法（下）机械密封基础‖基于风险的离心泵密封选择方法（下）James Fairburn 雪佛龙公司高级流程风险工程师 有毒物质泄漏 基于风险的易燃物泄漏密封选择方法也适用于含有有毒成分的流体。因有毒物质意外泄漏而导致死亡的IR可接受水平的公式为： 请注意，在上述公式中，删除了参数 Pign，因为它与有毒物质泄漏无关。在缺乏历史数据分析的情况下，作为保守假设，建议采用比火灾泄漏大一个数量级的脆弱性值（V），即在影响距离内每次意外有毒物质泄漏造成0.1人死亡。由于单一值并非在所有情况下都合理，因此可能需要通过QRA和风险评估来确定毒性泄漏对总IR的影响。 人们认识到，计算出的毒性泄漏频率更有可能是LEVEL 3泄漏，特别是在占用概率相对较高或范围内有大量毒性泄漏源的情况下。表4中已经指出，LEVEL 3故障与密封布置方式无关，因此，如果发现布置方式1 密封会带来不可接受的有毒蒸汽云风险，那么如果遵循这种基于风险的方法，同样也适用于增强型密封布置方式。在这种情况下，可以指定布置方式3 密封，并进行进一步的风险分析，以确定需要采取的额外风险缓解措施，例如泄漏报警。不过，只应将计算出的有毒物质泄漏量与相关的Tier 1物质阈值进行比较。因此，泵送流体中有毒成分的浓度越低，发生T-1 PSE的可能性就越小。 例1：最大允许工作压力为10 bar的LPG泵 - 泵位于室外，泵送介质为异丁烷，最大允许工作压力为 10 bar，介质温度为20 ℃。 - 最易受伤害的个体100 %的时间（即40小时 * 48周）都在危险区域工作，该区域有许多泄漏源，工厂边界有中等点火源。 输入数据 - 闪点 -107 ℃，沸点 -12 ℃ - Pocc = 0.220（即1920/8760），Nrange = 30 - Pign = 0.1 第1步： 异丁烷属于阈值泄漏为Category（类别）5，因此阈值为500 kg。 第2步： 因此，为LEVEL 2泄漏频率（查表4，上述计算值应为LEVEL 3，原文有误 – 泵沙龙注）。 第3步： 等效孔径（单封）= 5 mm 第4步： IP石油Class 0，EI15 流体Category A 泄漏率 = 0.4 kg/s 第5步： 0.4 kg/s或每小时1440 kg > 500 kg，因此布置方式1密封存在不可接受的蒸汽云或火灾风险。 第6步： 等效孔径（双封）=2 mm 泄漏率 = 0.06 kg/s 0.06 kg/s或每小时216 kg < 500 kg，因此，布置方式2密封不会产生不可接受的蒸汽云或火灾风险，可以选择布置方式2密封，除非其它因素，例如可靠性或排放需要采用增强型密封布置方式。 这种选择与密封选择逻辑的结果相吻合，该选择逻辑是根据API 682中材料安全数据表信息提出的替代密封布置选择方法，适用于SG <0.7且在泵送流体温度下闪烁的Group Ⅲ液体。在英国，为这种应用指定双封也很常见，尽管在世界其它地区不太常见。 然而，在完全相同的流程工况下对不同的泵进行评估，但具有不同的暴露 (Exp) ，例如 Nrange = 1，则有可能从基于风险的方法中选择不同的密封布置方式，例如布置方式1密封。设备可能希望通过规定某些应用的最低标准来避免这些不一致，这将简化其它操作方面，如操作员的知识、能力、备件等。 相反，对于50 bar的理论最大允许工作压力，基于风险的方法将选择布置方式3密封，而在这种情况下，API 682 替代密封布置方式选择方法将显得不够保守。 例2：最大含油量为 1 wt % 的采出水泵 - 泵位于室外，最大允许工作压力为 5 bar，介质温度为40 ℃。 - 最易受伤害的个体100 % 的时间都在危险区域工作，该区域有许多泄漏源，工厂边界有受控的点火源。 输入数据 - 假设稳定原油的闪点 < 21 ℃，沸点 > 35 ℃ - Pocc = 0.220，Nrange = 30 - Pign = 0.003 第1步： 阈值泄漏为Category（类别）6，因此阈值为1000 kg。 第2步： 根据现有的区域分类，已经确定为LEVEL 1的泄漏频率。 第3步： 等效孔径（单封）= 2 mm。 第4步： 泄漏率 = 0.06 kg/s（假设EI15流体为Category A）产出水或6.0E-4 kg/s稳定原油。 第5步： 6.0E-4 kg/s或每小时 2 kg < 1,000 kg，因此，布置方式1密封不会带来不可接受的蒸汽云或火灾风险，而且可能是生命周期成本较低的解决方案。然而，有时会为潜在的脏污服务指定布置方式2密封，因此存在相关的可靠性问题。 例3：氢氟酸泵 - 泵位于室外，最大允许工作压力为10 bar，介质温度为40 ℃。 - 最易受影响的个体平均每天在危险区域工作5小时，该区域范围内有多个泄漏源。 输入数据 Pocc = 0.13，Nrange = 5 第1步： 氢氟酸属于Packing Group 1 Material（阈值泄漏Category 5），因此阈值为500 kg。 第2步： 已进行了QRA，确定在含有氢氟酸的工厂区域附近暴露程度最高的个体的IR约为1.0E-4/年，毒性事件的贡献率为20%。 因此，Ftoxic = 0.2 * 1.0E-4/yr) / 0.13*0.1*5 = 3.08E-4/年，即LEVEL 3的泄漏频率 第3步： 等效孔径 = 10 mm。 第4步： 泄漏率 = 1.7 kg/s（假设 EI15 流体为Category C） 第5步： 1.7 kg/s或6120 kg，每小时>500 kg，因此布置方式1密封存在不可接受的蒸汽云或火灾风险。可以指定采用布置方式3的密封，并进行进一步的风险分析，以确定是否需要额外的风险缓解措施。 该选择与密封选择逻辑的结果相吻合，密封选择逻辑是使用API 682中的材料安全数据表信息的替代密封布置方式选择方法，适用于组分质量分数为100 % 的Group II液体，且该组分8小时时间加权平均值为2.5 mg/m3的阈值限值。 许多公司都会在事故发生后收集和报告流程安全指标，特别是 T-1 PSE，并将其表现与同行业的其他公司进行比较。其中一些数据表明，有机会减少未来泵密封故障的发生。 T-1 PSE被定义为代表后果更严重的事故，因此，尽管在设备设计理念（如泵密封选择）中使用此定义的决定是任意的，但它似乎是合乎逻辑的：可以设计一种泵密封布置方式来避免T-1 PSE，从而防止后果更严重的事故发生，进而提高流程安全性能。本文提出的基于风险的方法采用了T-2 PSE定义，与行业实践相比，该定义往往会严重过度指定密封布置。相反，与替代密封选择程序和当前的行业实践相比，本文中介绍的示例或按照本文介绍的方法生成的示例似乎是合理的，在某些情况下还比较保守。 要了解泵密封失效的潜在风险，需要了解流体的固有危险、设备的运行工况和其它现场特定因素，并需要与既定的风险标准进行比较。替代密封选择程序似乎并没有全面考虑所有这些因素，而且过去也并不总是应用合格的流程安全专业知识。 这种基于风险的密封选择方法促进了一致的、可重复的选择过程，简单易用，并与现有已发布的良好实践“一脉相承”。它可用作密封选择的流程安全基础，或支持对供应商推荐的密封布置方式进行验证。 密封的选择是一个涉及多方面的问题。这种基于风险的方法只考虑了密封布置方式选择的流程安全方面。供应商和最终用户还需要良好的工程实践，同时考虑可靠性、环境和健康问题以及成本。这些方面似乎已经得到了很好的照顾。在设计阶段正确选择密封，可以对泵组未来的安全、可靠和高效运行产生积极影响。 值得注意的是，可以为离心压缩机的密封选择开发类似的基于风险的方法。 |
