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天然气调压箱降噪工程实践

字体: 放大字体  缩小字体 发布日期:2014-04-28  浏览次数:288

摘 要:分析天然气调压箱的噪声问题,提出降噪解决方案。通过更换新箱体和在管道上包裹双层降噪材料,解决天然气调压箱持续供气条件下降噪问题。对比分析降噪改造前后的数据,该种方法降噪效果良好。
关键词:调压箱  噪声  降噪  吸声材料
 

Engineering Practice of Noise Reduction of Natural Gas Regulator Box
 

Abstract:The noise problem of natural gas regulator box is analyzed,and a solution tor noise reduction is proposed.The noise under the condition of continuous gas supply by natural gas regulator box is redueed by changing the new box body and wrapping double-layer noise reduction material on pipeline.The data before and after noise reduction reconstruction are compared and analyzed.The noise reduction effect of this method is good.
Keywords:regulator box;noise;noise reduetion;sound-absorbing material

1、概述
    天然气的使用遍及居民、商业和工业等各类用户,随着近年来天然气用气量的增加,一些调压箱也由早期的低负荷运行转向满负荷运行,很多调压箱开始面临噪声过大的问题。尤其是靠近居民小区的天然气调压箱,由于噪声问题受到小区居民的投诉日趋增多。
    噪声分为高频噪声和低频噪声,低频噪声在一般情况下对人的身心健康没有什么害处。高频噪声则危害着人们的机体,使人感到疲劳,产生消极情绪,甚至引起疾病。调压箱中高速气流冲刷管壁产生的噪声多为高频噪声,让一些居民对此产生恐慌心理。
    对于调压箱的降噪问题,早已有研究者进行了分析,同时也提出了一些解决方案,如采用调压器后加装孔式消声器来降低噪声[1],或者采用隔声屏障来降低噪声的传播[2]。这些方法都有一定的可取之处,但对于一些已经使用的调压箱来说,现场已不具备再进行加装设备的条件。同时天然气调压箱按照规范需要一定面积的通风口,无法采用全隔声屏蔽方式进行处理,为此调压箱的噪声问题一直困扰着燃气公司。
2、案例分析
2.1 调压箱状况
    武昌关山大道调压箱,额定流量为8500m3/h,入口压力为0.32MPa,出口压力为0.15MPa。调压计量结构形式:两路调压计量加一旁通路,入口DN300mm,出口DN 300mm,箱体长3.1m,宽2.3m,高2.8m。位于关山大道边的绿化带内,与道路边距离为6.4m,背部靠近某居民小区的栅栏边,与其中最近的两栋居民楼直线距离为ll.5m和12.5m。
    该调压箱2006年投入使用,后期由于噪声增大,采取过箱体敷设隔声材料的方法来阻断噪声传播,但收效不大。旧箱体采用复合板箱体,本身不具备隔声作用。内部的隔声材料采用普通吸声棉,随着时间的推移,出现老化沉降,吸声效果大打折扣。外箱体门锁和门板也出现个别损坏,已经无法关闭严密。窗户设计为普通窗型,没有隔声效果。综上几个方面,外箱体在隔声方面实际效果较小,内部噪声基本能大部分传到外围空间。
2.2 现场测量
    此次调压箱的噪声测量采用BSWA801声级计进行。噪声测量选取调压箱外周3处(检测点1、2、3,检测点4用于测量环境背景噪声)。调压箱噪声检测点取距箱体外壁正中1m处,高度取箱体高度的一半,测量平面位置见图l。


    噪声治理前进行了全天候的声学测量,记录了箱体内部的噪声整体水平、能量频谱分布以及相应的管道流量数据(本文实际测量过程中所提及的流量均为工况流量),同时对关山大道区域的背景噪声水平也进行了记录。箱体内噪声最高达到94.9dB(A计权声压级,以下同),总工况流量为776m3/h。其能量分布主要以中高频噪声为主,符合燃气管道系统噪声的特点,噪声水平随着管道内介质流速的提高而显著提高。
    武昌关山大道天然气调压箱背景噪声主要来源为交通噪声,其噪声水平随着车流量在65~75dB范围变化,能量主要分布在低频范围,夏季时蝉等昆虫鸣叫声也很明显,能量分布在高频范围。当燃气流量为50m3/h以下时,调压箱内的噪声水平较低,约为61dB,随着燃气流量的增加而不断上升,逐渐成为现场噪声的主要来源,测量最高值达到94.9dB,能量主要集中在中高频段内。根据湍流噪声与流速的6次方成正比[3],并且以中高频为主,可以预计冬季高峰用气时,其箱内噪声最高可达110dB或更高。
2.3 噪声源分析
    现场调压箱管道布置紧凑,整体采用多层结构,管道的变径和弯头较多,仪表接口密集,这些都为高频噪声的产生创造了有利条件。调压箱的管道、阀门、调压器等设备中天然气高速流动,产生较强的流动噪声,同时管道截面变化、旁支管道、弯头等处都会激发出大量的二次噪声。管道本身隔声量不足以降低管道内的噪声向外传播,同时由于流固耦合作用[4],管道、阀门、仪表等设备本身振动明显,向空气中辐射噪声。管道上仪表探头插入管道,遇到高速流体类似于音叉效果,产生了十分刺耳的噪声且传播距离更远。
    虽然调压箱本身具备一定的隔声量(对于中高频段),但由于现场调压箱壁板、天花板等边界没有做吸声处理,导致箱内噪声反射强烈,混响声扩大。同时调压箱四壁都安装有检修门,其原有设计并没有做隔声处理,表现在铰链为普通设计,门缝处没有安装密封条,门窗隔声量不够。上方的通风百叶窗也没有做消声处理,致使调压箱隔声量大大下降。
2.4 解决方案
    降低噪声有3个处理方式:从声源降噪,从传播途径降噪,从接收者降噪。由于接收者除了附近的楼栋居民还有过往的人员,因此从接收者进行降噪的方式不予考虑。对于调压箱来说,产生噪声的根源在于天然气与管道摩擦。因此对管道进行处理可以降低噪声。箱体处于声源和接收者之间,是有效的噪声传播屏障,对箱体进行处理同样也可有效降低噪声到达接收者的比例。针对以上分析结果,主要从声源和传播途径进行处理。对于管道、阀门和设备等直接声源来说,首先要降低其摩擦振动,其次对声源处噪声进行吸收。可在管道进行吸振材料敷设,在此基础上再敷设吸声材料。对于箱体,可在箱内的壁板、门板、天花板上敷设吸声材料。
    由于该调压箱要持续供气,因此整个施工过程中是带气作业,这对施工就有了更高的要求。考虑到尽量不动火施工,因此整个降噪施工过程中不能进行焊接、敲击等容易产生火星的工序。鉴于此,我们此次采用的主要降噪材料是Amlaflex和Armasound RD 240。
    Armaflex是柔性橡胶发泡绝热材料,可以有效地降低管壁由于气流冲刷产生的振动噪声。同时具备完美的闭泡结构和较低的热导率,20℃时为0.035W/(m·K),其作为防潮层可抵抗水汽渗透。武汉的空气较为潮湿,夏天管道结露较为明显,不仅会影响降噪材料也会使得管道出现腐蚀。采用Armaflex作为里层可避免管道在夏天出现结露情况。
    ArmaSound RD 240是一种独特先进的开孔吸声材料。通过选用不同的厚度,其具备在广谱频率范围内的优秀的吸声效果。以此作为管道第二层的吸声材料相对传统材料更为轻便。
    这些新材料相比普通传统吸声材料,使用厚度下降一半以上,且安装时无需龙骨和外护层,无纤维和粉尘污染,整个施工过程仅采用裁刀、刷子和专用胶水即可完成施工。
3、案例降噪工程的实施
3.1 工程周期
    降噪工程前后历时2个月,包括了项目的可行性研究、技术审核、项目施工的报批等程序工作。由于是首个调压箱以该种方式降噪,在各个环节的审议时间较长。但是该项目实际现场的施工时间控制在9天,其中箱体施工2天,管道施工7天,现场施工人员2名。
3.2 箱体施工
    箱体由于使用时间较久,个别门窗出现损坏,窗户为普通百叶窗(见图2),不能起到很好的噪声隔断效果。此次经过与客户讨论,将箱体进行更换处理,新箱体进行外包加工,其门窗设计制作按照降噪要求进行。因此进行降噪工程的第一步是进行旧箱体的拆除。这个拆除过程采用人工拆除,将箱体铆钉拆除后,箱体板块由上至下进行分解。

    箱体拆除完成后,采用吊装将新箱体安装至原位,新箱体主要在门窗上进行改进。箱体内表面采用专用胶水粘合吸声材料,采用带进深形式的吸声百叶窗(见图2),并在表面敷设吸声材料,使得噪声在箱体内进行多次反射和吸声,箱体的漏声率降低。
3.3 管道施工
    管道分两层进行包裹,第一层的作用在于绝热,同时也达到吸收管道物理振动的功效,防止管道结露的同时可以降低噪声。第二层用于减弱声波,大部分的噪声在通过该层的时候得到有效的吸收。两层材料均属柔性板材,通过模型计算,对应管道结构和设备进行包裹材料切割设计,通过专用胶水粘合成型,紧密贴合管道和设备。成型材料在管道上就位后采用专用胶水进行封口闭合,完成管道上两层材料的包裹。降噪工程前后效果对比见图3。

4、噪声数据分析
4.1 噪声治理后的声学测量数据
    噪声治理后进行了全天候的声学测量,记录了箱体内部的噪声整体水平、能量频谱分布以及相应的管道流量数据,同时对箱体外部的噪声水平也进行了记录。箱体内噪声最高达到75.09dB,总工况流量为1503m3/h。箱体内噪声最低时为71.6dB,总工况流量为803m3/h,其能量分布主要以外部低频交通噪声为主,燃气中高频噪声略有突出。
    箱体外部3个点的噪声分别为62、62.6、64.0dB,与外部背景噪声基本持平,其噪声能量分布以低频交通噪声为主。
4.2 各施工阶段噪声测量对比
    通过比较各施工阶段高峰(总工况流量约l500m3/h)时的噪声,箱体进行降噪处理后可有效隔绝噪声,但对箱内噪声仅有较小幅度的吸收。对管道进行降噪后,箱内的噪声可以达到较大幅度的下降。各施工阶段高峰时噪声测量结果见表l。
    在测量点4处实测调压箱的环境背景噪声不低于65dB。当箱体进行降噪处理后在箱体外测得的噪声由于背景噪声的影响而无法体现降噪处理的效果,这是由于调压箱产生的噪声值已经低于环境噪声值,说明降噪施工后使调压箱噪声已低于周边环境背景噪声。对比箱体内部的最高噪声水平值,施工前后其差值为19dB。对比噪声能量频谱还会发现,其燃气噪声频段(中高频段)有非常明显的降低。
5、结论
    对于调压箱箱体内部噪声而言,治理后其噪声整体水平有明显降低,主要体现在燃气设备产生噪声(中高频噪声)的有效降低。在箱体外测量点上,其噪声水平与背景噪声持平,频谱分布也显示其噪声组成主要以交通噪声为主,说明燃气设备产生的噪声已经得到了较好的降低和隔离。
    针对已经投入使用的调压箱,在不停气的情况下,采用该种敷设降噪材料进行降噪的方式具备可行性和实用性。

 

参考文献
[1]颜丹平,高顺利,朱凌,等.天然气调压箱的噪声控制实践[J].煤气与热力,2008,28(12):B05-B08.
[2]周伟国,龚农斌.燃气调节阀和调压器噪声的控制[J].煤气与热力,1998,18(1):32-33.
[3]徐远鹏.主汽管噪声原因分析及处理对策[J].电力环境保护,2006,22(5):43-44.
[4]尚翠霞,王勇,谢玉东,等.流体控制阀的流固耦合特性[J].山东大学学报,2008,38(6):ll-14.

(本文作者:王明  广州多关时燃气设备有限公司)



 
 
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