鍋爐生火排汽管道噪聲超標原因分析及工程改造

鄒軍華

（華陸工程科技有限責任公司，西安710068）

1 引言

作業(yè)場所中，過高的噪聲會干擾工作人員之間的語言交流，影響工作效率，甚至可能引起意外事故。GB/T 50087—2013《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設計規(guī)范》規(guī)定，生產(chǎn)車間噪聲限值為85dB（A）。鍋爐生火排汽使用頻率高，產(chǎn)生的噪聲大，容易造成操作人員人身傷害和意外事故。因此，鍋爐生火排汽系統(tǒng)設計時，除滿足常規(guī)功能需求，還應具有穩(wěn)定、高效的降噪功能。

2 鍋爐生火排汽系統(tǒng)現(xiàn)狀及噪聲超標原因分析

巴基斯坦一煉油廠升級改造項目要建設1臺85t/h中溫中壓燃氣鍋爐，鍋爐出口主蒸汽管道中設置有一路生火排汽管道，用于鍋爐并汽前對空排汽，以滿足鍋爐升溫升壓需要[1]。排汽管道上設置有2道截斷閥，截斷閥后設置了相應的疏水盤和消聲器，鍋爐生火排汽系統(tǒng)如圖1所示。

運行過程中有如下現(xiàn)象：（1）鍋爐前期啟動過程中排汽噪聲不高，低于85dB（A），滿足設計值，在現(xiàn)場操作人員能承受的范圍內(nèi)；（2）運行了一段時間后，每次鍋爐啟動過程中，噪聲非常大，遠高于允許值，現(xiàn)場操作人員不能靠近鍋爐，在集控室內(nèi)也能明顯能感受到噪聲在85dB（A）以上，嚴重影響了操作人員的身心健康。

圖1 鍋爐生火排汽系統(tǒng)

通常生火排汽管道排放噪聲增加，主要有以下原因：（1）管道口徑選擇過小，流速過大，產(chǎn)生了二次噪聲。（2）消聲器選型不合理，不能消除排放噪聲；（3）消聲器損壞，不能起到降噪的作用。消聲器損壞包含：流通部分堵塞，蒸汽流速加大，噪聲增加；消聲器內(nèi)吸聲材料被吹掉，不能吸收噪聲，導致噪聲增加。

經(jīng)核算，管徑的選擇沒有問題，管道最大流速越約為150m/s，遠低于0.3倍馬赫數(shù)，管道不會產(chǎn)生二次噪聲；消聲器排放量、阻力、背壓、允許聲壓級和消聲量等參數(shù)選擇均無誤，也核對了消聲器廠家計算書和制造圖紙，以上均無問題。同時，在鍋爐前期的啟動過程中，沒有噪聲出現(xiàn)超標的問題。因此，基本排除了第（1）和第（2）條產(chǎn)生噪聲的原因。然后，現(xiàn)場通過吊車將消聲器從安裝支架上吊下，進行了全面檢查，也沒有發(fā)現(xiàn)任何問題。因此，基本排除了以上所有造成噪聲超標的可能性。

后經(jīng)過現(xiàn)場仔細排查和試驗，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生噪聲的地方不是消聲器出口，而是大量蒸汽通過疏水盤外噴，從而產(chǎn)生噪聲。經(jīng)了解，鍋爐廠在布置排汽管道時，設置疏水盤的作用主要為吸收管道的膨脹，避免管道的熱膨脹力作用于主蒸汽管道和消聲器上，從而造成主蒸汽管道和消聲器的損壞。造成蒸汽大量從疏水盤處反噴的原因是疏水盤出口管道背壓過大。按照GB 50764—2012《電廠動力管道設計規(guī)范》[1]，其排氣管不反噴必須滿足以下條件：

式中，G為介質(zhì)質(zhì)量流量，t/h；pat為大氣壓力，Pa；p1為疏水盤進口管道出口界面處壓力，Pa；p2為疏水盤出口管道入口界面處壓力，Pa；A1為疏水盤進口管道內(nèi)截面積，m2；A2為疏水盤出口管道內(nèi)截面積，m2；ω1為疏水盤進口管道出口界面處介質(zhì)流速，m/s；ω2為疏水盤出口管道入口界面處介質(zhì)流速，m/s。

根據(jù)式（1）帶入本項目數(shù)據(jù)：當生火排汽壓力為4.1MPa，溫度為450℃，流量為34t/h時，疏水盤出口管道及消聲器總阻力必須小于或等于0.17MPa才能避免蒸汽反噴。經(jīng)查閱消聲器的阻力曲線，發(fā)現(xiàn)在此排量下，消聲器阻力遠高于避免疏水盤出現(xiàn)蒸汽反噴的壓力需求。同時，如按避免蒸汽反噴的阻力要求選擇消聲器，以目前的消聲器設計和制造水平，沒有辦法選擇到合適的消聲器。因而在生火排汽管道上設置疏水盤是不合適的，因此，必須取消疏水盤。

鍋爐前期啟動過程中，排汽噪聲不高的原因主要為，鍋爐前期啟動過程中，由于主蒸汽未并入全廠蒸汽管網(wǎng)，因此，鍋爐在主蒸汽壓力不高，排氣量不大時就關閉了生火排汽閥門，蒸汽從疏水盤處反噴造成的噪聲不大。在后期鍋爐啟動過程中，由于鍋爐產(chǎn)汽需并入全廠蒸汽管網(wǎng)，生火排氣閥必須在鍋爐產(chǎn)汽壓力略高于管網(wǎng)壓力、溫度與管網(wǎng)溫度基本一致后才能關閉，此時，鍋爐負荷已經(jīng)接近40%額定負荷，生火排汽管道排量已接近設計值，此時，從疏水盤向外反噴的蒸汽量大、壓力高，因而產(chǎn)生了非常高的噪聲。

3 鍋爐生火排汽系統(tǒng)改造方案

基于現(xiàn)場條件，由于無法更改管道走向和修改消聲器結(jié)構(gòu)形式，取消疏水盤后，新的方案必須滿足以下要求：（1）新的方案能補償管道膨脹，且補償管道膨脹的同時，不能對消聲器產(chǎn)生附加外力，致使消聲器損壞；同時，不能對主蒸汽施加附加外力，從而改變主蒸汽管道的受力情況。（2）新增加的部件應能承受消聲器排放時產(chǎn)生的附加排放背壓。（3）由于巴基斯坦現(xiàn)場無大型高精度機械加工設備，材料種類也很有限，改造方案不能出現(xiàn)現(xiàn)場找不到的材料，且應易于制造，精度要求不高。

根據(jù)以上原則，并借鑒填料密封的結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)場制造了如圖2所示的補償器用于替換疏水盤。

現(xiàn)場截取了一段DN150合金鋼成品管道作為補償器填料函外殼；填料采用石墨盤根，石墨盤根在蒸汽環(huán)境中具有很高耐溫特性，同時，具有很小的摩擦阻力系數(shù)，滿足本方案需求。現(xiàn)場用此補償器替換疏水盤后，噪聲大幅下降，生火排氣時，噪聲控制在85dB（A）以下，滿足設計要求。經(jīng)一段時間的運行，沒有再出現(xiàn)噪聲超標問題。

圖2 補償器結(jié)構(gòu)形式

4 鍋爐生火排汽系統(tǒng)噪聲超標改造的經(jīng)驗總結(jié)

總結(jié)整個過程，造成鍋爐生火排汽系統(tǒng)噪聲超標的根本原因為錯誤地使用了疏水盤，同時，沒有仔細校核疏水盤使用安裝條件是否滿足，因此，造成蒸汽從疏水盤處反噴，產(chǎn)生噪聲。為避免其他工程出現(xiàn)類似問題，提出以下建議：

1）疏水盤通常安裝在安全閥出口，用于吸收安全閥排汽管道的位移，避免過大的熱應力和反力作用與安全閥本體上，損壞安全閥；

2）鍋爐生火排汽管道不應設置疏水盤，應采用其他補償方式進行管道熱補償，如設置補償器、PI型彎、內(nèi)件活動的消聲器等；

3）管道上設置疏水盤，應仔細校核疏水盤的安裝條件是否合適，避免出現(xiàn)蒸汽反噴現(xiàn)象；

4）疏水盤應設置在人員不能靠近的地方，避免因為疏水盤出口管道和消聲器堵塞，蒸汽噴出傷人。