天然氣調(diào)壓站的噪聲來源及降噪措施分析

何振興

（山西省燃?xì)庖?guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山西 太原 030000）

隨著國(guó)家《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃（2017－201年）》的實(shí)施，天然氣用量陡然增加，天然氣的普及也使得調(diào)壓站的噪聲問題受到周圍居民的更多關(guān)注。噪聲對(duì)于居民生活會(huì)產(chǎn)生一定的影響，且對(duì)人體健康具有危害性，尤其是對(duì)聽覺系統(tǒng)的影響較為明顯。因此對(duì)天然氣調(diào)壓站噪聲進(jìn)行分析并有針對(duì)性的做降噪處理是現(xiàn)階段燃?xì)馄髽I(yè)的重要課題。

根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》GB12348－2008的要求，依據(jù)環(huán)評(píng)確定的項(xiàng)目所處聲環(huán)境地區(qū)，進(jìn)行降噪設(shè)計(jì)，達(dá)到降噪目標(biāo)。要求工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲晝間不得高于65dB，夜間不得高于55dB。

1 調(diào)壓站噪聲分類

在天然氣調(diào)壓站運(yùn)行過程中，受氣流狀態(tài)、設(shè)備選型等因素的影響，一般來講噪聲聲源可分為三類：一類是天然氣流經(jīng)調(diào)壓器產(chǎn)生的噪聲，簡(jiǎn)稱調(diào)壓器噪聲；一類是天然氣流經(jīng)管道產(chǎn)生的噪聲，簡(jiǎn)稱管道噪聲，另一類為天然氣流經(jīng)匯氣管道后，再分配到流出管道過程中產(chǎn)生的噪聲。

1.1 調(diào)壓器噪聲

調(diào)壓器噪聲又可分為機(jī)械噪聲、氣體動(dòng)力噪聲與流體動(dòng)力學(xué)噪聲。

機(jī)械噪聲。調(diào)壓器機(jī)械噪聲的出現(xiàn)主要是由于設(shè)備運(yùn)行過程中部分運(yùn)動(dòng)部件所造成的，同時(shí)高壓天然氣的沖擊力同樣會(huì)導(dǎo)致零件出現(xiàn)震動(dòng)，震動(dòng)摩擦產(chǎn)生的聲音同樣是噪聲的來源之一。機(jī)械噪聲是調(diào)壓器工作過程中不可避免的聲音，其噪聲的產(chǎn)生主要是由于金屬之間的碰撞等產(chǎn)生的，且受碰撞力度的不同，噪聲的幅值范圍各不相同。在對(duì)此類機(jī)械噪聲進(jìn)行降噪的過程中，對(duì)零件與設(shè)備摩擦面進(jìn)行潤(rùn)滑是減少機(jī)械噪聲的主要途徑，且能夠有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備部件的有效維護(hù)。

氣體動(dòng)力噪聲。天然氣的高速氣流與設(shè)備管道作用所產(chǎn)生的噪聲被稱為氣體動(dòng)力噪聲，其主要以氣體動(dòng)力為主導(dǎo)，進(jìn)而與設(shè)備部件產(chǎn)生摩擦出現(xiàn)噪聲。一般來講氣體動(dòng)力噪聲主要可分為噴射噪聲、渦流噪聲、排氣噪聲等多種類型，其中以噴射噪聲與渦流噪聲較為常見。渦流噪聲的產(chǎn)生主要是由于天然氣在高速流通的過程中，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥口節(jié)流，在經(jīng)過節(jié)流后天然氣的參數(shù)會(huì)出現(xiàn)一定的變化，同時(shí)氣體體積會(huì)出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，這也就導(dǎo)致渦流的產(chǎn)生，從而渦流噪聲出現(xiàn)。噴射噪聲主要是指高壓天然氣從調(diào)壓器閥口高速噴射，天然氣噴射過程中會(huì)導(dǎo)致天然氣高壓側(cè)氣體與低壓側(cè)氣體產(chǎn)生混合，噴射噪聲由此產(chǎn)生。受天然氣流速與設(shè)備閥口大小的差異，氣體動(dòng)力噪聲的大小不同，在流速與流量越大的情況下，氣體噪聲越大。

1.2 管道噪聲

管道噪聲主要是天然氣在流經(jīng)燃?xì)夤艿肋^程中產(chǎn)生的噪聲。天然氣管道中氣體屬于流動(dòng)性氣體，在其流動(dòng)過程中，部分管道氣體會(huì)出現(xiàn)湍流，這也就使得部分天然氣會(huì)出現(xiàn)逆流現(xiàn)象，在此情況下，順流氣體與逆流氣體相互作用，其與管道壁發(fā)生碰撞，由此段管道會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲。管道噪聲同樣受氣體流速的影響，其產(chǎn)生噪聲大小具有差異性。

1.3 流體動(dòng)力學(xué)噪聲

流體動(dòng)力學(xué)噪聲的產(chǎn)生主要是由于天然氣在管道內(nèi)流通時(shí)，天然氣通過調(diào)壓器閥口之后，流體產(chǎn)生渦流或湍流所出現(xiàn)的。簡(jiǎn)言之流體動(dòng)力學(xué)噪聲是天然氣在管道調(diào)壓器流速較快，與管道壁相互作用產(chǎn)生的噪聲。

2 傳統(tǒng)天然氣調(diào)壓站的降噪措施

2.1 消聲器

消聲器能夠有效的阻止聲音的傳播，其原理主要是對(duì)氣流動(dòng)力的消減。在對(duì)消聲器進(jìn)行應(yīng)用的過程中，受消聲器結(jié)構(gòu)形式的影響，其消減噪聲的效果具有一定的差異性。消聲器在設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)不同用途與功能就消聲器的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。首先在針對(duì)噪聲頻率進(jìn)行降噪的過程中，消聲器主要是采用微孔移頻消聲，這一原理主要是將氣流通道進(jìn)行密集微孔形式的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而將噪聲的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將其噪聲頻率提高至不影響人類聽覺的頻率。其次從結(jié)構(gòu)組織來講，消聲器能夠緩解結(jié)構(gòu)阻力，進(jìn)而以降低天然氣氣流與管道之間的摩擦，進(jìn)而減少噪聲的出現(xiàn)。從消聲器的設(shè)計(jì)來講，消聲器主要是對(duì)結(jié)構(gòu)阻力的控制，以減少天然氣氣流與管道之間的摩擦碰撞，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)的對(duì)天然氣管道的降噪。

在天然氣管道應(yīng)用消聲器的過程中，不同的調(diào)壓器設(shè)備所采用的消聲器類型具有差異性，這也就導(dǎo)致不同類型的消聲器所產(chǎn)生的降噪結(jié)果各不相同。

2.2 應(yīng)用吸聲材料與隔聲箱

吸聲材料主要以多孔纖維為主，多孔纖維材料內(nèi)部有細(xì)微孔隙，此類孔隙能夠有效的對(duì)噪聲進(jìn)行吸附，以對(duì)噪聲的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)化。在對(duì)吸聲材料進(jìn)行應(yīng)用的過程中，其對(duì)調(diào)壓設(shè)備具有一定的限制性，因此其在使用過程中具有局限性，同時(shí)就降噪結(jié)果來講，多孔性吸聲材料難以保障低頻吸聲質(zhì)量。在當(dāng)下的調(diào)壓站設(shè)計(jì)中，部分調(diào)壓站設(shè)備管道設(shè)計(jì)較為緊湊，其難以對(duì)吸聲材料進(jìn)行加裝，因此吸聲材料主要應(yīng)用于管道降噪。

隔聲箱同樣是通過內(nèi)置吸聲材料所實(shí)現(xiàn)的降噪，其與吸聲材料的原理具有一致性。

3 調(diào)壓站設(shè)計(jì)降噪思路

3.1 降噪措施

調(diào)壓器的降噪措施。調(diào)壓器的種類較多，分類方式較廣。針對(duì)調(diào)壓器產(chǎn)生噪音本身來說，主流的降噪方式也較為固定。截止閥式調(diào)壓器其噪聲的產(chǎn)生主要源于調(diào)壓器出口，以流體動(dòng)力學(xué)噪聲為主，在對(duì)此類噪聲進(jìn)行降噪的過程中，可在閥口處安裝消聲器以進(jìn)行降噪。消聲器能夠在氣體經(jīng)過閥口時(shí)對(duì)氣體產(chǎn)生的聲波進(jìn)行吸收，能夠在一定程度上隔斷噪聲的傳播。

軸流式調(diào)壓器的噪聲同樣在調(diào)壓器出口，此類噪聲的出現(xiàn)同樣以氣流的高速流轉(zhuǎn)為主，為降低此類噪聲的出現(xiàn)，軸流式調(diào)壓器可將結(jié)構(gòu)進(jìn)行變化，采用擴(kuò)口式結(jié)構(gòu)，以有效的降低調(diào)壓器出口處的流體速度，進(jìn)而減少噪聲的出現(xiàn)。同樣在管道孔壁等處，可采用消聲器以就管道內(nèi)的流體噪聲進(jìn)行吸收，進(jìn)而降低噪聲的產(chǎn)生。在調(diào)壓器閥座安裝籠式消聲器，將消聲器置于閥座外則，分別將固定的金屬燒結(jié)絲網(wǎng)在閥座上進(jìn)行固定，進(jìn)而將聲能轉(zhuǎn)換為熱能，進(jìn)而降低噪聲的出現(xiàn)。另外管道消聲器同樣能夠作用于調(diào)壓器噪聲，消聲器具備共鳴吸聲的原理，因此在使用消聲器的過程中能夠有效的吸收噪聲。

管道降噪措施。針對(duì)管道內(nèi)產(chǎn)生的噪聲，我們可以采取以下措施。1）控制天然氣氣體的流通速度。管道流速在天然氣管道流量的控制中具有重要性，氣體流速與燃?xì)夤艿揽趶骄哂邢嚓P(guān)性，口徑越大氣體流速越低，值得注意的是，在對(duì)管道口徑進(jìn)行擴(kuò)大時(shí)，管道閥門與壓力容器也要進(jìn)行口徑的變化，與保障流體流通的穩(wěn)定性，在此情況下調(diào)壓站建設(shè)成本難以控制。基于此在對(duì)天然氣流速進(jìn)行調(diào)節(jié)的過程中，管道口徑的選擇要秉持科學(xué)性，以均衡氣體流量與管道口徑的設(shè)置。2）不斷增加管道壁厚度。管道壁能夠有效的減少噪聲的傳播，因此在管道壁加厚的情況下，管道內(nèi)噪聲能夠得到衰減，這也就有利于管道噪聲的控制。3）在對(duì)管道閥門進(jìn)行選擇時(shí)，選擇與管道內(nèi)徑相一致的閥門，以保障流體流速的穩(wěn)定性，減少?gòu)?qiáng)烈氣流的產(chǎn)生。

匯管降噪措施：經(jīng)過對(duì)場(chǎng)站實(shí)際情況調(diào)查，匯管是調(diào)壓站內(nèi)的主要噪聲源之一。匯氣管的直徑、壁厚、進(jìn)出口的管徑及進(jìn)出口布置位置對(duì)噪聲大小均有較大的影響。氣體從支管進(jìn)行筒體的過程流速逐漸減小，反之氣體從筒體進(jìn)入支管的過程流速逐漸增大，這主要是管道壓力所導(dǎo)致的，在此過程中為降低噪聲，需要保障匯管處入口支管橫截面與出口支管橫截面保持一致，以此平衡流體的通過速度與壓力。對(duì)于匯管筒體的橫截面來講，其要大于入口支管與出口支管。

布置方式一 入口支管和出口支管在同一軸線上。

布置方式二 入口支管和出口支管錯(cuò)開一定距離。

布置方式三 入口支管和出口支管集中布置在匯管的同側(cè)或異側(cè)。

從氣體流態(tài)進(jìn)行分析可知，上圖所示的布置方式有三種，第三種布置方式為氣體通過不同的支管想?yún)R氣筒體進(jìn)行匯總，同時(shí)經(jīng)出口支管進(jìn)行流出。第一種與第二種布置方式為，氣體進(jìn)行匯氣筒體后直接經(jīng)對(duì)應(yīng)出口的出口支管流出，這也就使得氣體流態(tài)不穩(wěn)定，在一定程度上會(huì)產(chǎn)生噪聲，因此經(jīng)研究第三種方式降噪最佳設(shè)計(jì)方式。

3.2 調(diào)壓站降噪其他設(shè)計(jì)思路

調(diào)壓站的選址。在條件允許的前提下，調(diào)壓站的選址位置應(yīng)遠(yuǎn)離居民區(qū)，且從風(fēng)向上來講，調(diào)壓站應(yīng)盡量處理居民區(qū)的下風(fēng)向，以減少空氣傳播所導(dǎo)致的噪聲。

敷設(shè)及布置方式的選擇。盡量選擇地下調(diào)壓柜，或地上撬裝設(shè)備，撬體材質(zhì)根據(jù)噪聲源的不同選擇不同的隔音、吸聲材料。

4 結(jié)語

綜上所述，本文就天然氣調(diào)壓站的噪聲來源與降噪措施進(jìn)行了分析，同時(shí)就調(diào)壓站降噪設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述，擬解決天然氣調(diào)壓站噪聲影響。另外，在實(shí)踐過程中可知單一的降噪方式難以對(duì)調(diào)壓站噪聲進(jìn)行控制，對(duì)此，燃?xì)馄髽I(yè)應(yīng)采用多種降噪措施結(jié)合的組合性方式，以實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)壓站噪聲的有效控制。