天然气调压站的噪声控制实践
发布时间:2013-01-04   来源:   查看次数:1653

The relevant stipulation on noise of gas regulator station in the current standard as well as、the noise situation of natural gas regulator stations in Beijing City are introduced. The main reasons of producing noise during the operation of gas regulator station are analyzed. The measures for noise reduction at gas regulator station are put forward and tested,with good noise reduction effect.

   调压站作为天然气输配的关键设备,在城市天然气管网中的作用举足轻重。北京市2001年有天然气用户164×104户,2007年达到342×104户,日最大用气量从2001年的1150×104m3/d增加到2007年的3423×104m3/d。现有各种压力级制的调压站1088座,调压箱11833台。区域大型调压站的流量随着城市的发展而迅速增加,噪声问题随之产生。

1 调压站噪声的相关规定

    ① 由于调压站属于生产车间及作业场所,因此调压站内噪声应控制在90dB以下[1]

    ② 由于调压站多处于居住、商业、工业混杂区,因此调压站厂界噪声应控制在昼间60dB,夜间50dB以下;对夜间频繁突发噪声,其峰值不准超过标准值10dB;对偶然突发噪声,其峰值不准超过标准值15dB[2]

    ③ 由于调压站多处于居住、商业、工业混杂区,因此调压站外区域噪声应控制在昼间60dB,夜间50dB以下[3]

    ④ 根据北京市人民政府令第181号《北京市环境噪声污染防治办法》,控制噪声措施所需的费用可以列入工程造价,如噪声超出限值将被处以3×104元以下罚款。

2 北京市天然气调压站噪声现状

    在北京市各种压力级制的调压站、调压箱中,涉及较大压差、较大流量、存在一定噪声问题的调压站约79座。近年来不断增加的噪声扰民问题,高噪声环境引起的职工运行及维护检修设备的劳动保护问题,以及噪声及噪声引起的振动可能引发的安全隐患,已引起北京市燃气集团各级管理部门的高度重视。

    针对这种情况,北京市燃气集团输配分公司从2005年冬季开始连续3年对管辖的调压站(箱)进行了全面的数据监测、噪声超标情况调研和降噪技术、设备的考察。特别是在对三环路及四环路沿线的40座比较典型的次高压A及以上压力级制的调压站噪声进行实地测量后,发现在冬季供暖期用气高峰时这些调压站内的噪声达96~115dB,站外环境噪声达65~80dB,明显超过相关标准要求。

3 调压站噪声的分类

3.1 调压器噪声

    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1000~8000Hz,一般没有特别陡尖的峰值频率。这种噪声产生的原因分为两种情况:流体湍流及由于流体达到临界流速引起的激波。空气动力学噪声不能完全被消除,可以采取一定的技术措施予以降低。

 

3.2 管道噪声

    管道噪声是湍流流体在管道内表面相互作用而产生的噪声,其频率和噪声级通常都比较低。

3.3 墙壁反射噪声

    此类噪声主要是由于调压站内没有经过专业声学设计,噪声在室内空间来回传递,从而形成混响,甚至产生共振,形成干扰噪声。

4 调压站降噪措施分析

4.1 调压站内工艺设备降噪

    ① 调压器内降噪

    调压器内降噪,通常方式为在调压器阀口处加装内置消声器。此类消声器属于小孔喷注消声器范畴,它的原理是从发声机理上减小噪声。气体从阀筒内经消声器向外喷注,喷注噪声峰值频率与喷口直径成反比,即喷口辐射的噪声能量将随着喷口直径的变小而从低频移向高频。如果小孔小到一定程度,喷注噪声将移到人耳不敏感的频率范围[4]

    喷注噪声是宽频带噪声,其峰值频率为:

   

式中f——峰值频率,Hz

    v——喷注速度,m/s

    D——喷口直径,m

    此类消声器的典型产品为特瑞斯公司PL SIL Ⅰ型内置消声器,设备外形见图1,与调压器装配后结构剖面见图2

 

    ② 调压器后降噪

    当天然气流出调压器进入下游管道时,由于流速的要求,通常会有一个扩容的过程。气体在这个阶段压力降低且极不稳定,湍流大量产生。这部分噪声是对现状调压器噪声处理时最需要解决的问题。

    根据节流降压原理,当高压气体通过具有一定流通面积的节流孔板时,压力得到降低。通过多级节流孔板串联,就可以把原来直接排到下游时的一次大的突变压降分散为多次小的渐变压降。噪声功率与压降的高次方成正比,因此把压力突变改为压力渐变,便可以取得消声效果[4]

    通过小孔喷注和压力渐变原理,噪声得以降低。此类消声器的典型消声器为特瑞斯公司的PL SIL Ⅱ型消声器,其外形见图3,与调压器装配后结构剖面见图4

 

 

    ③ 管道内降噪

    管道内置式消声器是解决管道噪声的一种消声设备。主要原理是在天然气通过管道时,在管道内侧设置小孔吸声装置,将声能转化为热能,从而达到消声效果。管道内置式消声器装配剖面见图5

 

 

    ④ 管道外敷吸声隔声材料降噪

    吸声材料是指吸声系数比较大的非金属材料,通常为多孔纤维。材料内部有很多互相连通的细微空隙,由空隙形成的空气通道可模拟为由固体框架间形成许多细管或毛细管组成的管道构造。当声波传入时,因细管中靠近管壁与管中间的声波振动速度不同,由介质间速度差引起的内摩擦使声波振动能量转化为热能而被吸收。好的吸声材料多为纤维性材料,称为多孔性吸声材料。多孔性吸声材料有一个基本吸声特性,即低频吸声差,高频吸声好。当材料厚度增加时,可以改善低频的吸声特性。好的吸声材料一般采用5cm左右的厚度,可较好地解决较大频率覆盖范围的吸声问题。

    噪声经过吸声处理后,仍有部分以声波的形式向外传播,此时可以包裹高密度阻尼隔声板进行处理。主要原理为通过反射和阻尼原理进行隔噪。隔声材料材质的要求是密实无孔隙或缝隙,有较大的密度。

    这种降噪方式简单易行,成本较低,如果计算选材得当,是一种较好的降噪方式。

4.2 建筑降噪

    在调压站建筑结构降噪方面,通常也采用吸声处理和隔声处理方式,只是所解决的目标和侧重点不同。吸声处理所解决的目标是减弱噪声在室内的反复反射,即减弱室内的混响声,缩短混响声的延续时间即混响时间。在连续噪声的情况下,这种减弱表现为室内噪声级的降低。隔声处理则着眼于隔绝噪声自声源房间(站内)向站外的传播,以使相邻建筑物及居民免受噪声的干扰。当调压间考虑建筑结构降噪时,应同时考虑吸声措施、隔声措施。吸声措施可以改善调压工工作环境,隔声措施可以阻止噪声向站外传播,降低调压站外噪声。

5 调压站降噪实践

    根据上述理论分析,2007年5月,我们在香格里拉次高压A-中压调压站、太平桥次高压A-中压调压站进行了降噪改造的试验。

    对香格里拉调压站,我们采用了监控调压器加装PL SIL Ⅰ型消声器,工作调压器加装PL SIL Ⅱ型消声器和站内工艺管道外包吸声隔声材料的方式。对于太平桥调压站,我们采用了调压器外置SRS型消声器及STP型管道内置式消声器,站内部分工艺管道包吸声材料的方式。

    调压站降噪改造前数据见表1,调压站降噪改造后数据见表2

表1 调压站降噪改造前数据

 

 

项目

香格里拉调压站

太平桥调压站

进口压力/MPa

0.71

0.70

出口压力/MPa

0.080

0.082

流量/(m3·h-1)

20000

21000

调压间内噪声值/dB

111

112

调压间外噪声值/dB

83

81

表2 调压站降噪改造后数据

 

 

项目

香格里拉调压站

太平桥调压站

调压器内置消声器

PL SIL

调压器外置消声器

PL SIL Ⅱ型

SRS

管道内置消声器

STP

管道外敷吸声隔声材料

改造后调压间内噪声值/dB

86

88

改造后调压间外噪声值/dB

56

57

测量时天然气流量/(m3·h-1)

22305

21516

    试验结果:通过采取多种方式相结合的降噪方法,可以有效降低调压站噪声。经过降噪改造后,调压站内工作场所和环境噪声均能达到国家相关标准的要求。

6 结语

    关于调压站噪声问题,目前已经能够进行预测计算,从而采取有效的措施防止和降低噪声。实践表明,在北京现有次高压A以上级别调压站(箱)

选取不同消声设备的降噪办法,可以使调压站(箱)内的噪声、调压站周边的环境噪声控制在允许范围之内,降噪效果比较理想。

参考文献:

[1] GBJ 87—85,工业企业噪声控制设计规范[S].

[2] GB 12348—90,工业企业厂界噪声标准[S].

[3] GB 3096—93,城市区域环境噪声标准[S].

[4] 洪宗辉.环境噪声控制工程[M].北京:高等教育甘版社,2002.


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