燃气放散消声装置的设计及应用

知识点：消声器

1

燃气管道

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阀门（燃气）

1   概述

由于城市建设的快速发展，天然气管道经常需要根据当地区域的规划进行新建、改建和扩建，2020年全国城市天然气管道长度达850 552 km。在施工过程中，燃气管道置换和剩余燃气放散等操作必不可少。通过管道上的放散阀进行燃气放散时，高压气流会产生噪声，严重影响周边居民的正常生活，因此需要采取相应的措施进行消声降噪。

目前常用的措施是加装消声器，但市场上的消声器多用于汽车、锅炉、风机等，并且大多采用焊接或法兰连接形式，这对于施工地点不固定的燃气放散工作十分不方便。需要消声的位置、消声区域的数量、消声器的连接口径、消声器的运输等需根据现场情况确定，大大限制了燃气管道放散时加装消声器降噪的应用^［1］。本文设计了一套基于小孔消声机理的消声装置，设备灵活轻便，易于组装，当放散的燃气气流经过小孔时，噪声频谱会移向高频或超高频，使频谱中的可听声成分明显降低，并通过后续的消声，达到降噪的目的，从而减少对周边居民正常生活的干扰。

2   燃气放散消声装置设计

2.1  燃气放散噪声产生原因

燃气通过管道放散产生的噪声是由于气流通过管道高速喷注时摩擦、碰撞和扰动产生，属于气流噪声^［2］。打开放散阀后，出口端气体压力急剧下降，气体体积迅速膨胀，致使气体微型气团相互挤压、碰撞、摩擦，并形成局部强烈的湍流和涡旋，甚至对有形物体形成冲蚀，同时加上气体自身高速流动的激烈振荡，从而形成噪声。

2.2  消声设备类型及材质选择

消声设备的种类有很多，按消声原理可分为阻性、抗性、阻抗复合式、微穿孔板、小孔、有源6类。根据燃气放散噪声的特性，可有机结合抗性、阻性、小孔等消声原理设计一套复合型消声装置。

首先利用抗性原理选取合适的管道和腔室组合成突变界面（即从原先直径小的放散管道连接扩展到直径大的消声器腔体），形成声学滤波器，可以滤掉某些频率的噪声。再使用小孔原理用很多小孔来保持甚至扩大气流喷出的总面积，当气流经过小孔时，噪声的频谱就会移向高频或超高频，使频谱中的可听声成分明显降低，从而减少对人的干扰和伤害。最后结合阻性原理，将多孔吸声材料固定或按照一定方式排列在气流通道的内壁上，一部分声能在多孔材料的孔隙中摩擦转化成热能耗散掉，声波减弱。由于燃气放散初始时为高压气体并夹带杂质，因此要求消声设备及连接装置的材质必须耐压、耐冲蚀。

2.3  燃气放散消声装置设计原理

燃气放散消声装置由1复合型消声器、2移动支撑架、3带快速接头的不锈钢软管和4阀门快速连接装置组成，见图1。阀门快速连接装置的b端与放散阀螺纹连接，a端与不锈钢软管的a端用快速接头连接，即完成组装，非常方便。

图1   燃气放散消声装置

复合型消声器由小孔消声体、插片式消声体以及内壁有吸声棉的筒体等组成，通过扩容降速能有效改变通过的高压燃气的流速、压力、音频，并吸收转化部分噪声能量，其中小孔直径3 mm，均匀分布在小孔消声体上。为保证有效通气流量，所有小孔的总面积为阀门快速连接装置b端进气口截面积的25倍以上，进气口直径为50 mm。移动支撑架由可以推动和固定的车体及可用螺栓固定复合型消声器的支撑面构成。不锈钢软管由工程类可承压的不锈钢管子和焊接的快速接头组成。阀门快速连接装置由与燃气管道放散阀尺寸一致的管子、 球阀 、快速接头等组成，其中管子下端焊接连接放散阀的螺纹套筒，上端焊接法兰，管子上还可焊接针形阀。该消声装置安装后总体高度超过2 m，符合CJJ 51—2016《城镇燃气设施运行、维护和抢修安全技术规程》对放空管高度的要求。综合消声级别5级，适用温度为-160～450 ℃，可应用于1.6 MPa以下的燃气放散。

3   消声装置的工程应用

重庆燃气集团输配分公司在日常燃气管道放散时已普及使用该消声装置。本文选取该公司的某燃气管道放散作业进行试验。燃气管道外直径为219 mm，压力为0.24 MPa，放散阀的公称直径为50 mm，测试加装消声装置后的降噪效果。

将阀门快速连接装置与放散阀连接好，然后以阀门快速连接装置的出口为噪声源，记为点A。因一般选取的放散点距离周边居民小区都在30 m以上，因此在半径为30 m、以点A为圆心的圆上取4个点作为周边环境的噪声测量点，即点B、C、D、E，见图2。

图2   噪声测量点布置

①加装消声装置前

放散前，测量点A原始等效声级为60.2 dB。打开放散阀，用量程30~130 dB的希玛AR854噪声计分贝仪（见图3）测量点A、B、C、D、E的等效声级各3次，数据见表1。

图3   希玛AR854噪声计分贝仪

表1   放散情况下加装消声装置前各点等效声级

②加装消声装置后

在点A连接好消声装置，再次打开放散阀，用噪声计分贝仪测量点A、B、C、D、E的等效声级，各测量3次，结果见表2。同时测量未放散时车辆从旁边经过时点A的等效声级，为77.3 dB。

表2   放散情况下加装消声装置后各点等效声级

对比表1、2发现，放散情况下，加装消声装置后，噪声源点A的平均等效声级比加装前降低了44.9 dB，周边环境的点B、C、D、E也分别降低了27.9、29.6、28.6、30.1 dB，降噪效果良好。

放散时消声后噪声源点A的平均等效声级比未放散时提高了23.3 dB，比未放散时放散点附近道路上有车辆的等效声级仅提高了6.2 dB。笔者现场感受到，放散时消声后点A的噪声对人体听觉基本无影响。

4   结语

通过测试得知，本文设计的燃气放散消声装置降噪效果良好。加装该消声装置后，燃气放散时，噪声源处噪声等效声级降低44.9 dB，离噪声源30 m外的周边环境可以降低27.9~30.1 dB。

相关推荐：

1、GB5226.1-2008 机械电气安全

2、GB19517-2009国家电气设备安全技术规范