燃氣調壓站的噪聲源和降噪措施

1   概述
 
 
 
燃氣調壓站在運行過程中會產生很多噪聲，如果不加以控制，會對調壓站內的工作人員和調壓站外的居民造成嚴重的干擾。
 
 
 
隨著全社會環保意識的增強，調壓站的噪聲問題也引起了各方的高度關注［1-2］。根據GB 12348--2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》和GB/T 15190--2014《聲環境功能區劃分技術規范》的要求，“以工業生產、倉儲物流為主要功能，需要防止工業噪聲對周圍環境產生嚴重影響的區域，工業企業廠界環境噪聲晝間不得高于65 dB，夜間不得高于55 dB?！?br/> 
 
 
因此，降低調壓站的噪聲，是我們迫切需要解決的問題。
 
 
 
2   噪聲源的分析和降噪措施
 
 
 
調壓站中的噪聲主要來自高速流動的氣體、很大的氣體壓力降和氣流方向突變時產生的湍流，需要在調壓站的設計中采取相應的措施以降低調壓站的噪聲。
 
 
 
2.1  管道產生的噪聲
 
 
 
調壓站管道內的噪聲主要來自管道內高速流動的氣體與管道內壁的摩擦與碰撞。氣體流速越快，管道內產生的噪聲越大。針對管道內產生的噪聲，我們可以采取以下措施。
 
 
 
①控制氣體流速
 
 
 
在給定的設計流量下，燃氣調壓站管道內的氣體流速取決于管道的口徑。故增大管道口徑是降低氣體流速的不二選擇。
 
 
 
但是增大管道口徑時，管道上的閥門和壓力容器的接管也要相應增大口徑，這樣會大大增加調壓站的建設成本。而如果管道口徑太小，不僅會造成管道噪聲過大的問題，高速流動的氣體還會對管道和設備的內壁造成嚴重的沖蝕而影響調壓站的使用壽命，并且增大管道內氣體的壓力損失。
 
 
 
因此，要綜合考慮上述因素的影響來確定管道的口徑。根據國內外的工程經驗，調壓站內的管道流速一般控制在25 m/s以內。
 
 
 
②增加管道壁厚
 
 
 
管道壁厚對噪聲的傳播具有衰減作用，管道壁厚越厚，噪聲衰減越大。根據計算，每增加一個壁厚系列，管道內氣體的噪聲的等效聲級約能降低2 dB。
 
 
 
③增加管道內涂層
 
 
 
調壓站內的露天管道通常只是在管道外側涂刷油漆用于防腐及美觀需要。管道內側由于不接觸空氣，一般不考慮做內涂層防腐。
 
 
 
通過給管道做內涂層，可以有效降低管道內壁的粗糙度，降低氣體與管道內壁的摩擦，從而降低噪聲。
 
 
 
④選擇與管道內徑一致的閥門
 
 
 
調壓站內有大量的閥門與管道相連，如果兩者的內徑不一致，在它們的連接處氣流會產生強烈的紊流。
 
 
 
所以在選擇閥門時盡量選擇與管道的內徑一致的閥門，也可以降低管道內產生的噪聲。
 
 
 
2.2  匯管產生的噪聲
 
 
 
匯管也是調壓站的重要組成部分，通常設置在調壓站的進口和出口處，與閥門和管道相連接。匯管具備分配氣流和多路匯氣的作用。匯管內的氣流方向非常復雜，會產生劇烈的湍動。因此匯管內會產生較大的噪聲，是調壓站內的主要噪聲源之一。
 
 
 
①匯管的制造工藝對噪聲的影響
 
 
 
匯管主要由筒體和支管構成。筒體通常由無縫鋼管或板材卷制加工而成。支管的制造通常有兩種制造工藝。一種是在筒體上用氣割的方式直接開孔，然后焊接短管制造而成。另一種是在筒體上模壓拔制開孔，然后焊接短管制造而成。模壓拔制開孔的支管與筒體之間形成了圓弧面過渡，而氣割開孔的支管與筒體之間沒有過渡面而是相互垂直的形式。所以，前者的氣流比后者更加平緩，形成的噪聲也較小。另外，由于拔制開孔時孔壁會被拉伸變薄，為了保證設計強度，會選擇較厚的筒體壁厚。所以在相同設計壓力下，拔制匯管的筒體相對較厚，產生的噪聲也就更低。
 
 
 
②匯管的筒體直徑對噪聲的影響
 
 
 
氣體從支管進入筒體是流速減小的過程，氣體從筒體進入支管是流速增大的過程。如果要降低噪聲，通常要確保兩點。
 
 
 
首先，匯管的入口支管的截面積之和與出口支管的截面積之和基本相等。
 
 
 
其次，匯管筒體的截面積至少是入口支管截面積之和或者出口支管截面積之和的1.5倍。
 
 
 
③匯管支管的布置方式對噪聲的影響
 
 
 
匯管根據工藝需要，通常其支管有4種布置方式，見1。
 
 
 
 
 
1   匯管支管的布置方式
 
 
 
第一種布置方式，入口支管和出口支管在同一軸線上。
 
 
 
第二種布置方式，入口支管和出口支管不在同一軸線上，相互錯開一定的距離。
 
 
 
第三種布置方式，入口支管和出口支管分別設置在兩根匯管上，匯管之間再用一根管道相連接。
 
 
 
第四種布置方式，入口支管和出口支管集中布置在匯管的同側或異側。
 
 
 
從氣體流態上分析，第三和第四種布置方式，氣體分別通過不同的支管進入匯管筒體匯總后，再經過出口支管分別流出。第一和第二種布置方式，氣體進入筒體后并沒有進行匯總就直接從出口支管流出，其氣體流態是比較紊亂的。所以，第三和第四種布置方式的噪聲更小。
 
 
 
2.3  調壓器產生的噪聲
 
 
 
調壓器是調壓站的核心部件。由于調壓器是依靠節流來實現降低壓力的目的，故其產生的噪聲非常大，是調壓站噪聲的主要來源。
 
 
 
2.3.1 調壓器噪聲的分類
 
 
 
調壓器產生的噪聲主要有三類。
 
 
 
①機械振動噪聲
 
 
 
機械振動噪聲是指機械類振動、固有頻率振動和由閥芯振蕩性位移引起流體的壓力波動而產生的噪聲。這一類噪聲產生的原因與調壓器的設計、零部件材料、加工工藝、裝配質量有關。
 
 
 
②流體動力學噪聲
 
 
 
流體動力學噪聲是由流體通過調壓器的閥口之后的湍流及渦流所產生，即由湍流流體與調壓器或管道內表面相互作用而產生的噪聲。
 
 
 
③空氣動力學噪聲
 
 
 
當天然氣通過調壓器內的減壓部位和調壓器出口擴徑部位時，流體的機械能轉換為聲能而產生的噪聲稱為空氣動力學噪聲。這種噪聲在調壓器噪聲中所占比例較大。該噪聲的頻率約1 000～8 000 Hz，一般沒有特別陡尖的峰值頻率。這種噪聲產生的原因主要是流體湍流及由于流體達到臨界流速而引起的激波。
 
 
 
空氣動力學噪聲不能完全被消除，但可以采取一定的技術措施予以降低。
 
 
 
2.3.2 調壓器的降噪措施
 
 
 
目前應用最為廣泛的兩種調壓器類型分別是截止閥式調壓器和軸流式調壓器。
 
 
 
對于截止閥式調壓器，其噪聲源主要是在調壓器閥口處，故可在其閥口處安裝消聲器來消除部分噪聲。這種消聲器一般是多通道多流式結構［3］，見2。
 
 
 
 
 
2   截止閥式調壓器的消聲器
 
 
 
消聲器的原理是當氣體經過籠狀圓筒內的小縫隙時其流速會快速增加至聲速，從而產生頻率大于8 000 Hz的聲波。這種聲波易于被周圍的吸聲材料所吸收，這樣可以阻止噪聲發射并傳遞至調壓器下游。這種消聲器可降低噪聲10～20 dB。
 
 
 
對于軸流式調壓器，其噪聲源主要是在調壓器出口處。為了消除高速氣流噴射產生的噪聲，軸流式調壓器采用了擴口式結構［3］，見3。
 
 
 
 
 
 
3   軸流式調壓器實物
 
 
 
這種結構將調壓器出口的氣體流速降低，通過內部的孔管、孔板部分與其外部腔體形成多級小孔噴注式消聲器，將人耳能感受到的低頻噪聲轉變為人耳難于察覺的高頻噪聲。
 
 
 
同時，在調壓器閥座上安裝有籠式消聲器［3］，見4。該籠式消音器套在閥座外側，結構見5，由上、下固定環和金屬燒結絲網組成。金屬燒結絲網上的小孔能使氣體通道分散，增加摩擦阻力，使聲能轉換為熱能，同時使氣體速度場分布更均勻，從而降低噪聲。這種方式可降低噪聲8～15 dB。
 
 
 
 
 
4   軸流式調壓器籠式消聲器的安裝位置
 
 
 
 
 
 
5   套在閥座外側的籠式消音器結構
 
 
 
另外，我們也可以在調壓器后面設置管道消聲器來降低調壓器產生的噪聲。
 
 
 
這種消聲器采用了微穿孔板共振吸聲原理，在管殼內壁有一圈雙層孔板，兩層孔板之間夾有不銹鋼鋼絲做成的吸聲填料，孔板與外殼之間有一定的距離，形成一個諧振腔。當噪聲的頻率與結構的共振頻率相同時，噪聲被吸收，轉換為熱能。
 
 
 
這種消聲器可降低噪聲10 dB左右。
 
 
 
2.4  其他降噪方法
 
 
 
①調壓站的選址
 
 
 
噪聲在空氣中傳播，順風傳播時可以傳播更遠的距離。
 
 
 
所以，調壓站應盡量布置在城鎮居民區常年季風的下風側，減少噪聲對城鎮居民區的影響。
 
 
 
②埋地與封閉
 
 
 
埋地、外包吸聲材料、封閉建筑或地下調壓箱等也是控制噪聲的有效措施。
 
 
 
采用匯管埋地可將噪聲降低約20 dB，采用地下調壓箱可將噪聲降低約40 dB，采用管道外包吸聲材料的方式可將噪聲降低約15 dB，采用封閉建筑的方式可將噪聲降低約20 dB，采用調壓裝置封閉箱體的方式可將噪聲降低約15 dB。