燃气调压站的噪声源和降噪措施

1   概述
 
 
 
燃气调压站在运行过程中会产生很多噪声，如果不加以控制，会对调压站内的工作人员和调压站外的居民造成严重的干扰。
 
 
 
随着全社会环保意识的增强，调压站的噪声问题也引起了各方的高度关注［1-2］。根据GB 12348--2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》和GB/T 15190--2014《声环境功能区划分技术规范》的要求，“以工业生产、仓储物流为主要功能，需要防止工业噪声对周围环境产生严重影响的区域，工业企业厂界环境噪声昼间不得高于65 dB，夜间不得高于55 dB。”
 
 
 
因此，降低调压站的噪声，是我们迫切需要解决的问题。
 
 
 
2   噪声源的分析和降噪措施
 
 
 
调压站中的噪声主要来自高速流动的气体、很大的气体压力降和气流方向突变时产生的湍流，需要在调压站的设计中采取相应的措施以降低调压站的噪声。
 
 
 
2.1  管道产生的噪声
 
 
 
调压站管道内的噪声主要来自管道内高速流动的气体与管道内壁的摩擦与碰撞。气体流速越快，管道内产生的噪声越大。针对管道内产生的噪声，我们可以采取以下措施。
 
 
 
①控制气体流速
 
 
 
在给定的设计流量下，燃气调压站管道内的气体流速取决于管道的口径。故增大管道口径是降低气体流速的不二选择。
 
 
 
但是增大管道口径时，管道上的阀门和压力容器的接管也要相应增大口径，这样会大大增加调压站的建设成本。而如果管道口径太小，不仅会造成管道噪声过大的问题，高速流动的气体还会对管道和设备的内壁造成严重的冲蚀而影响调压站的使用寿命，并且增大管道内气体的压力损失。
 
 
 
因此，要综合考虑上述因素的影响来确定管道的口径。根据国内外的工程经验，调压站内的管道流速一般控制在25 m/s以内。
 
 
 
②增加管道壁厚
 
 
 
管道壁厚对噪声的传播具有衰减作用，管道壁厚越厚，噪声衰减越大。根据计算，每增加一个壁厚系列，管道内气体的噪声的等效声级约能降低2 dB。
 
 
 
③增加管道内涂层
 
 
 
调压站内的露天管道通常只是在管道外侧涂刷油漆用于防腐及美观需要。管道内侧由于不接触空气，一般不考虑做内涂层防腐。
 
 
 
通过给管道做内涂层，可以有效降低管道内壁的粗糙度，降低气体与管道内壁的摩擦，从而降低噪声。
 
 
 
④选择与管道内径一致的阀门
 
 
 
调压站内有大量的阀门与管道相连，如果两者的内径不一致，在它们的连接处气流会产生强烈的紊流。
 
 
 
所以在选择阀门时尽量选择与管道的内径一致的阀门，也可以降低管道内产生的噪声。
 
 
 
2.2  汇管产生的噪声
 
 
 
汇管也是调压站的重要组成部分，通常设置在调压站的进口和出口处，与阀门和管道相连接。汇管具备分配气流和多路汇气的作用。汇管内的气流方向非常复杂，会产生剧烈的湍动。因此汇管内会产生较大的噪声，是调压站内的主要噪声源之一。
 
 
 
①汇管的制造工艺对噪声的影响
 
 
 
汇管主要由筒体和支管构成。筒体通常由无缝钢管或板材卷制加工而成。支管的制造通常有两种制造工艺。一种是在筒体上用气割的方式直接开孔，然后焊接短管制造而成。另一种是在筒体上模压拔制开孔，然后焊接短管制造而成。模压拔制开孔的支管与筒体之间形成了圆弧面过渡，而气割开孔的支管与筒体之间没有过渡面而是相互垂直的形式。所以，前者的气流比后者更加平缓，形成的噪声也较小。另外，由于拔制开孔时孔壁会被拉伸变薄，为了保证设计强度，会选择较厚的筒体壁厚。所以在相同设计压力下，拔制汇管的筒体相对较厚，产生的噪声也就更低。
 
 
 
②汇管的筒体直径对噪声的影响
 
 
 
气体从支管进入筒体是流速减小的过程，气体从筒体进入支管是流速增大的过程。如果要降低噪声，通常要确保两点。
 
 
 
首先，汇管的入口支管的截面积之和与出口支管的截面积之和基本相等。
 
 
 
其次，汇管筒体的截面积至少是入口支管截面积之和或者出口支管截面积之和的1.5倍。
 
 
 
③汇管支管的布置方式对噪声的影响
 
 
 
汇管根据工艺需要，通常其支管有4种布置方式，见1。
 
 
 
 
 
1   汇管支管的布置方式
 
 
 
第一种布置方式，入口支管和出口支管在同一轴线上。
 
 
 
第二种布置方式，入口支管和出口支管不在同一轴线上，相互错开一定的距离。
 
 
 
第三种布置方式，入口支管和出口支管分别设置在两根汇管上，汇管之间再用一根管道相连接。
 
 
 
第四种布置方式，入口支管和出口支管集中布置在汇管的同侧或异侧。
 
 
 
从气体流态上分析，第三和第四种布置方式，气体分别通过不同的支管进入汇管筒体汇总后，再经过出口支管分别流出。第一和第二种布置方式，气体进入筒体后并没有进行汇总就直接从出口支管流出，其气体流态是比较紊乱的。所以，第三和第四种布置方式的噪声更小。
 
 
 
2.3  调压器产生的噪声
 
 
 
调压器是调压站的核心部件。由于调压器是依靠节流来实现降低压力的目的，故其产生的噪声非常大，是调压站噪声的主要来源。
 
 
 
2.3.1 调压器噪声的分类
 
 
 
调压器产生的噪声主要有三类。
 
 
 
①机械振动噪声
 
 
 
机械振动噪声是指机械类振动、固有频率振动和由阀芯振荡性位移引起流体的压力波动而产生的噪声。这一类噪声产生的原因与调压器的设计、零部件材料、加工工艺、装配质量有关。
 
 
 
②流体动力学噪声
 
 
 
流体动力学噪声是由流体通过调压器的阀口之后的湍流及涡流所产生，即由湍流流体与调压器或管道内表面相互作用而产生的噪声。
 
 
 
③空气动力学噪声
 
 
 
当天然气通过调压器内的减压部位和调压器出口扩径部位时，流体的机械能转换为声能而产生的噪声称为空气动力学噪声。这种噪声在调压器噪声中所占比例较大。该噪声的频率约1 000～8 000 Hz，一般没有特别陡尖的峰值频率。这种噪声产生的原因主要是流体湍流及由于流体达到临界流速而引起的激波。
 
 
 
空气动力学噪声不能完全被消除，但可以采取一定的技术措施予以降低。
 
 
 
2.3.2 调压器的降噪措施
 
 
 
目前应用最为广泛的两种调压器类型分别是截止阀式调压器和轴流式调压器。
 
 
 
对于截止阀式调压器，其噪声源主要是在调压器阀口处，故可在其阀口处安装消声器来消除部分噪声。这种消声器一般是多通道多流式结构［3］，见2。
 
 
 
 
 
2   截止阀式调压器的消声器
 
 
 
消声器的原理是当气体经过笼状圆筒内的小缝隙时其流速会快速增加至声速，从而产生频率大于8 000 Hz的声波。这种声波易于被周围的吸声材料所吸收，这样可以阻止噪声发射并传递至调压器下游。这种消声器可降低噪声10～20 dB。
 
 
 
对于轴流式调压器，其噪声源主要是在调压器出口处。为了消除高速气流喷射产生的噪声，轴流式调压器采用了扩口式结构［3］，见3。
 
 
 
 
 
 
3   轴流式调压器实物
 
 
 
这种结构将调压器出口的气体流速降低，通过内部的孔管、孔板部分与其外部腔体形成多级小孔喷注式消声器，将人耳能感受到的低频噪声转变为人耳难于察觉的高频噪声。
 
 
 
同时，在调压器阀座上安装有笼式消声器［3］，见4。该笼式消音器套在阀座外侧，结构见5，由上、下固定环和金属烧结丝网组成。金属烧结丝网上的小孔能使气体通道分散，增加摩擦阻力，使声能转换为热能，同时使气体速度场分布更均匀，从而降低噪声。这种方式可降低噪声8～15 dB。
 
 
 
 
 
4   轴流式调压器笼式消声器的安装位置
 
 
 
 
 
 
5   套在阀座外侧的笼式消音器结构
 
 
 
另外，我们也可以在调压器后面设置管道消声器来降低调压器产生的噪声。
 
 
 
这种消声器采用了微穿孔板共振吸声原理，在管壳内壁有一圈双层孔板，两层孔板之间夹有不锈钢钢丝做成的吸声填料，孔板与外壳之间有一定的距离，形成一个谐振腔。当噪声的频率与结构的共振频率相同时，噪声被吸收，转换为热能。
 
 
 
这种消声器可降低噪声10 dB左右。
 
 
 
2.4  其他降噪方法
 
 
 
①调压站的选址
 
 
 
噪声在空气中传播，顺风传播时可以传播更远的距离。
 
 
 
所以，调压站应尽量布置在城镇居民区常年季风的下风侧，减少噪声对城镇居民区的影响。
 
 
 
②埋地与封闭
 
 
 
埋地、外包吸声材料、封闭建筑或地下调压箱等也是控制噪声的有效措施。
 
 
 
采用汇管埋地可将噪声降低约20 dB，采用地下调压箱可将噪声降低约40 dB，采用管道外包吸声材料的方式可将噪声降低约15 dB，采用封闭建筑的方式可将噪声降低约20 dB，采用调压装置封闭箱体的方式可将噪声降低约15 dB。