摘要 分析了石化企業(yè)中常見的排氣放空噪聲的原理及其影響因素，探討了排氣放空消聲器的設(shè)計(jì)方法及技術(shù)要點(diǎn)。
關(guān)鍵詞 節(jié)流降壓 小孔噴注
1 排氣放空噪聲
排氣放空噪聲在石化廠中的許多設(shè)備或容器工作壓力高，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，有時(shí)將蒸汽、壓縮空氣或在開工時(shí)對(duì)管線進(jìn)行吹掃作放空處理。當(dāng)氣體從排口高速排放時(shí)，產(chǎn)生極強(qiáng)的噪聲。不但危害崗位作業(yè)人員，還對(duì)廠區(qū)環(huán)境以至廠外環(huán)境造成噪聲污染，因此設(shè)計(jì)高效的排氣放空消聲器，清除噪聲危害，達(dá)到環(huán)保要求，是石化生產(chǎn)安全環(huán)保工作中的重要內(nèi)容。
高速氣流從容器中噴出，沖擊和剪切周圍靜止的空氣引起噴口附近的氣體擾動(dòng)，從而產(chǎn)生聲級(jí)很高的空氣動(dòng)力性噪聲，形成排氣噴流噪聲。
排氣放空噪聲是排氣噴流噪聲的一種。排氣噴流噪聲的特點(diǎn)是聲級(jí)高頻帶寬，傳播以及高溫及高速排放等特點(diǎn)。噴注噪聲隨氣室壓力及射流速度的增加而增大。Lighthill得出噴注噪聲聲功率與射流速度的八次方成正比，即八次方定律。
我國科學(xué)家馬大猷教授充Lighthill定律出發(fā)，經(jīng)過試驗(yàn)證明，氣室壓力超過臨街條件繼續(xù)增加時(shí)，雖然噴注速度保持局部聲速不變，但噪聲仍要增大。馬大猷教授等得到噴注湍流噪聲的聲功率W與駐點(diǎn)點(diǎn)壓力P1的經(jīng)驗(yàn)公式為
W=KP(P1-P2)4D/(P-0.5P0)P02 (1)
在噴注90方向上，離噴口1m處的聲壓級(jí)L為：
LP=80+20lg（P1-P2）/(P-0.5P0)P0+20lgD dBA （2）
式中：
k----- 經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，取0.9±0.2；取0.9
P1-------消音器入口前排氣壓力kg/cm2，取40 kg/cm2
p0-------環(huán)境大氣壓力kg/cm2，取1.033kg/cm2。
D-------噴口直徑
這公式說明了在阻塞情況下，雖然噴注速度不斷增加，但隨著壓力的增加。噪聲功率也隨之增加。
2 排氣放空消聲器的設(shè)計(jì)
消聲器的消聲機(jī)理是降低氣流速度，降低排放壓力，改變噴注的結(jié)構(gòu)。消聲器有較多形式，應(yīng)用較多的是小孔噴注、節(jié)流降壓這兩種形式，而這兩種復(fù)合形式則具有更好的消聲效果。
2.1、節(jié)流降壓型放空消聲器
根據(jù)氣流降壓原理，當(dāng)高壓氣流通過具有一定通流面積的節(jié)流板時(shí)，壓力可以得到降低。通過多級(jí)節(jié)流人孔板的串聯(lián)，就可以將原來高壓氣體直接排空的一次大的突變壓降分散為若干小的漸變壓降，這兩種不同降壓下的排放，其各自的干擾聲功率將有很大差異。節(jié)流消聲器就是利用這個(gè)原理來達(dá)到消聲目的的。節(jié)流降壓消聲器各級(jí)壓力降的關(guān)系：
式中： —第 級(jí)節(jié)流板后的壓力，Pa； —節(jié)流板前的壓力，Pa； —節(jié)流板級(jí)數(shù)；—壓強(qiáng)比，即某節(jié)流板后壓力與板前壓力之比。
根據(jù)氣體狀態(tài)方程、連續(xù)性方程和臨界流速公式，由資料可知節(jié)流裝置的通流截面，可按下式計(jì)算： （2）
式中: S1----為節(jié)流面積（cm2）;G----為排放氣體的質(zhì)量流量（t/h）；V1----為節(jié)流前氣體的比容(m3/kg)，P1----為節(jié)流前氣體的壓力（kg/ cm2）；μ為保證排汽量的截面修正系數(shù)，通常取1.2~2.0，
得出級(jí)節(jié)流板流通面積后，逐級(jí)除以q，便得以后各級(jí)的流通面積，再由面積確定孔徑和孔心距，最后可以分布孔的位置。
節(jié)流降壓排氣放空消聲器主要適用于高壓、高溫排氣放空裝置，其消聲量一般可達(dá)15~20dB（A）,若需要更高的消聲量、則在 節(jié)流降壓消聲 以后再加后續(xù)阻性消聲器，或?qū)⒆栊韵暯Y(jié)合在節(jié)流減壓消聲器內(nèi)部，形成節(jié)流與阻性符合消聲器。
2.2小孔噴注型排氣消音器
小孔噴注消音器的設(shè)計(jì)機(jī)理是根據(jù)科學(xué)院聲學(xué)研究所馬大猷教授等人提出的小孔噴注噪聲極其控制理論，從發(fā)聲機(jī)理上使它的干擾噪聲減少，由于噴注噪聲峰值頻率與噴口直徑成反比，若噴口直徑變小，噴口輻射的噪聲能量將叢低頻移向高頻，于是低頻噪聲被降低，高頻噪聲反而增高，當(dāng)孔徑小到一定值（達(dá)到mm級(jí)），實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)孔徑≤4mm時(shí)具有移頻作用，噴注噪聲將移到人耳不敏感的頻率范圍（聽覺最敏感的區(qū)域250~5000赫茲）；我們經(jīng)常選用3mm的孔徑。
小孔噴注型消音器主要適用于降低排氣壓力較低而流速甚高排氣放空噪聲，如壓縮空氣排放、鍋爐蒸汽的排空等均有很多的應(yīng)用。小孔噴注型消音器一般可達(dá)20dB（A）左右，具有體積很小，重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)耐用等特點(diǎn)。
2.3節(jié)流降壓與小孔噴注復(fù)合消聲器
節(jié)流降壓小孔噴注復(fù)核排氣消聲器，是利用節(jié)流降壓與小孔噴注兩種消聲 機(jī)理，通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)復(fù)合而成，其內(nèi)部進(jìn)行多級(jí)節(jié)流降壓，最外層采取小孔噴流，具有小孔移頻消聲功能。因此能適用于各種壓力條件排氣放空消聲，消聲量也較高。
設(shè)計(jì)選用該消聲器時(shí)，因考慮以下幾點(diǎn)：
選定何時(shí)的孔徑與孔心距?？讖皆叫?，消聲效果越好。但過小的孔徑在加工上是困難的，而且使用時(shí)也容易發(fā)生堵塞。從加工、使用和消聲效果等幾個(gè)方面權(quán)衡考慮。
孔心距的大小也直接影響消聲效果。因?yàn)榭着c孔之間的距離較近，排放的氣流由小孔擴(kuò)散為多個(gè)小孔；噴注 后，還會(huì)在匯合成大噴注輻射噪聲。當(dāng)孔心距較大時(shí)，各小孔擴(kuò)散后在匯合的噪聲就小多了。一般小孔的間距不應(yīng)小于5倍的孔徑。噴注前的駐點(diǎn)壓力越高，孔心距就需越大。如果排氣壓力較高時(shí)，孔心距還應(yīng)稍大點(diǎn)，因?yàn)楦邏簹怏w從小孔噴注出之后繼續(xù)膨脹擴(kuò)散的范圍大，再次匯合成噴注的可能性也超大，以8~10倍的孔徑較合適。
確定節(jié)流降壓級(jí)數(shù)。節(jié)流裝置作用在于：（a）控制氣體的排量，保證消聲器按設(shè)計(jì)的流量參數(shù)工作；（b）用于降壓，由于排氣噪聲的大小與降壓的高次方成正比，所以，把氣體壓力在消聲器內(nèi)降下來在排空，消聲效果顯著。一般經(jīng)多級(jí)節(jié)流降壓后進(jìn)入小孔噴注層的駐壓，一般應(yīng)控制在0.3~0.6 Mpa。此外，節(jié)流降壓也為后級(jí)的小孔噴注層的強(qiáng)度設(shè)計(jì)和加工帶來方便。
設(shè)計(jì)足夠的流通面積。排空放空管上安裝消聲器后，常出現(xiàn)排氣不通暢的現(xiàn)象。這是由于安裝消音器后帶來了背壓。由于背壓的存在，會(huì)出現(xiàn)兩種情況：為了是一定流量的氣體排出，消聲器前的壓力就要增高；或者壓力保持不變，則排氣量就要減少。這兩種情況在鍋爐安全閥排氣上是不允許的。所以要設(shè)計(jì)足夠的流通面積。
確定在小孔群外圍是否加吸聲外筒。如果該消聲器周圍經(jīng)常有人活動(dòng)，為了安全起見，可在小孔群周圍設(shè)置外筒，使氣流由外筒集中朝天排放。安裝吸聲外筒時(shí)，外筒與小孔群之間必須有足夠大的空間，并且在外筒壁上襯吸聲材料。即利用吸聲材料的阻性吸聲原理,進(jìn)一步達(dá)到降噪消聲目的。加吸聲層不僅能克服小孔噴注加外筒帶來的不利影響。而且進(jìn)一步提高消聲效果。
