Разработка эффективных глушителей шума систем сброса газа на компрессорных станциях

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Задача снижения производственных шумов на объектах газовой промышленности обусловлена увеличением мощностей газоперекачивающих агрегатов и технологического оборудования, строительством новых компрессорных станций и наращиванием цехов по перекачке газа при реконструкции.

Акустические обследования объектов газотранспортных организаций показывают, что на фоне улучшения шумовых характеристик основных источников шума - газоперекачивающих агрегатов (ГПА) - существенным, а иногда и доминирующим становится вклад вспомогательного оборудования (аппараты воздушного охлаждения газа, запорная аппаратура, системы газовоздушных сбросов и др.) в шумовое поле компрессорных станций (КС).

К числу основных источников шума, определяющих шумовой режим на промышленной площадке КС и прилегающей к ней территории, относятся системы технологических сбросов газа с контуров нагнетателя, топливного и пускового газа ГПА, а также линейных частей КС.

По своей природе шум технологических сбросов газа на КС является аэродинамическим и характеризуется высокими уровнями излучения в высокочастотной части спектра нормируемого (1000-8000 Гц) звукового диапазона. Выполненные оценки применительно к условиям сброса газа на общестанционных коммуникациях КС (Грязовецкая, Новоюбилейная, Ржевская, Торжокская, Холм-Жирковская, Шекснинская) показали, что начальная мощность шума, генерируемого при сбросах газа, составляет 175-180 дБА, а соответствующие уровни шума на расстоянии 50 м превышают болевой порог (135дБА). Допустимый по СН 2.2.4/2.1.8.562-96 максимальный уровень шума на границе санитарной защитной зоны в 60 дБА достигается на расстояниях в десятки километров от места сброса.

Для обеспечения санитарных требований по шуму на КС «Смоленская» акустическая эффективность шумоглушителей технологических сбросов газа должна составлять 20-40 дБ.

Поэтому создание эффективных средств шумоподавления систем технологических сбросов является актуальной задачей при решении вопросов обеспечения санитарно-гигиенических требований и норм на строящихся и действующих объектах газовой отрасли.

Цель работы: Разработка обоснованных технических решений для проектирования эффективных глушителей шума систем сбросов газа на КС на основе исследований процессов шумообразования и шумоглушения сброса газа на КС.

Задачи исследования:

1. Разработать расчетные модели элементов глушителя шума сбросов газа на КС на основе анализа процессов шумообразования и шумоглушения сброса газа на компрессорных станциях.

2. Провести лабораторные исследования акустико-аэродинамических характеристик элементов глушителя.

3. Обосновать применимость разработанных моделей расчета элементов глушителей шума сброса газа и подтвердить эффективность предлагаемых конструкций на основании анализа экспериментальных данных.

4. Разработать алгоритм определения конструктивных параметров средств глушения шума при проектировании систем сброса газа КС.

5. Провести натурные акустические испытания предлагаемых шумоглушителей систем сброса газа КС.

6. Разработать предложения по выбору основных геометрических и конструктивных параметров глушителей шума сбросов газа на КС.

Научная новизна.

На основании аналитических, стендовых и натурных исследований впервые разработаны методические положения по расчету и проектированию глушителей шума систем сброса газа на КС, которые включают в себя два рабочих узла - дроссельный блок и ступень звукопоглощения.

Разработаны и экспериментально подтверждены расчетные модели для решения задачи шумоглушения в ступенчатых и непрерывных дроссельных устройствах глушителей сброса газа.

Аналитически обоснованы и подтверждены стендовыми испытаниями фактические акустические свойства диссипативных элементов глушителя сброса газа с заданной акустической характеристикой.

Разработаны конструктивные схемы и процедура определения показателей эффективности основных характерных параметров глушителей шума на КС, обеспечивающих технологические и акустические требования к свече сброса газа.

Защищаемые положения:

1. Методы расчета характеристик дроссельных элементов глушителей шума систем сбросов газа на КС, позволяющие определять их акустико-аэродинамические параметры.

2. Методические рекомендации по расчету неоднородных диссипативных элементов глушителя сброса с заданной акустической характеристикой, позволяющие довести шумовые параметры сброса газа до требуемых показателей.

3. Алгоритм определения конструктивных характеристик эффективных глушителей шума, позволяющий обеспечить технологические и акустические требования к свече сброса газа.

4. Экспериментально - теоретическое обоснование конструктивных параметров глушителя шума технологических сбросов газа на КС.

Практическая значимость результатов работ.

Результаты работы вошли в нормативный документ СТО Газпром 2-3.5-042-2006 «Регламент проведения акустического расчета на стадии проектирования компрессорных станций, дожимных компрессорных станций, компрессорных станций подземного хранения газа».

Использование научных разработок, полученных в диссертационной работе, позволило снизить уровень шума сбросов газа с контуров ГПА до требований санитарных норм на КС «Смоленская», КС «Ставропольская», КС «Торжокская» и др.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались:

- на Всероссийской научно-практической конференции по проблемам охраны труда и экологии человека в газовой промышленности, Москва, 2002 г.;

- на VII Международном экологическом форуме «День Балтийского Моря» - С-Петербург, 2006г.;

- на Международной научно-практической конференции «Защита городов от шума компрессорных станций магистральных газопроводов» - С-Петербург, 2006г.;

- на II Международной научно-технической конференции «Авиадвигатели XXI века» - Москва, ЦИАМ, 2006г.;

- на 7-ой Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России - Москва: РГУ нефти и газа им. Н.М. Губкина, 2007г.

Публикации.

По теме диссертации единолично и в соавторстве опубликовано 12 научных работ, из них три - в журналах, входящих в «Перечень…» ВАК Минобрнауки РФ.

1. Задачи исследований по снижению шума технологических сбросов газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов

Рассмотрены процессы шумообразования при атмосферных сбросах газа высокого давления на КС и его источники.

На основании выполненных исследований установлено, что вклад шума сбросных систем в общий шум КС является значительным и для его снижения необходима установка эффективных систем шумоглушения на сбросных свечах.

Проблемам снижения шума технологического оборудования большое внимание уделяли отечественные и зарубежные учёные: И.Н. Боголепов, Л.А. Борисов, Ф.Е. Григорьян, А.И. Гриценко, Л.Я. Гутин, В.И. Заборов, Н.И. Иванов, А.Г. Мунин, А.С. Никифоров, Г.Л. Осипов, Т.Г. Софрин, В.Б. Степанов, Дж.М. Тайлер, А.Л. Терехов, Е.Я. Юдин, Л.Р. Яблоник и др.

На основании проведенного анализа литературных источников определено, что современный глушитель сброса газа в наиболее общем виде должен включать в себя два основных рабочих узла - дроссельный блок и ступень звукопоглощения.

Дроссельный блок может быть выполнен по схеме ступенчатого или непрерывного дросселирования и предназначен для максимально возможного подавления (по условиям возможного сохранения пропускной способности) шума газовых сбросов, порождаемых нестационарными аэродинамическими процессами в высокоскоростных областях потока газа.

Основной функцией звукопоглощающей ступени является изоляция шума, генерируемого струйным течением газа на выходе из сбросной свечи. Установлено, что наиболее перспективно применение многослойных звукопоглощающих элементов, состоящих из нескольких слоёв материала, в частности, с воздушным подслоем, что позволяет обеспечить довольно широкие возможности формирования частотной характеристики поглощения.

Предлагаемая в работе структурная схема расчета шумоглушителя систем газовых сбросов включает в себя следующие основные этапы. Первый этап - определение шумовых характеристик источников - шум нестационарных аэродинамических процессов в высокоскоростных областях потока газа в выпускном газопроводе. Второй этап состоит в оценке затухания звука на пути распространения от источника во внешнюю среду (в отсутствие средств шумоподавления) и определении требуемой акустической эффективности устройства шумоглушения. Третий этап - выбор конструкции и расчет параметров собственно глушителя.

Отличительная особенность шума при сбросе газа - изменение параметров источника шума с течением времени. Другой аспект проблемы связан с необходимостью оценки требуемой пропускной способности шумоглушителя, удовлетворяющей технологическим ограничениям по продолжительности сброса газа.

Последовательность расчета глушителя включает в себя акустико-аэродинамический расчет выхлопного трубопровода, а также поэлементный расчет шумоглушителя.

При этом расчет дроссельного блока шумоглушителя может включать варианты ступенчатой системы сверленых решеток и канала с зернистой засыпкой.

При расчете ступени звукопоглощения возможно рассмотрение вариантов плоских и кольцевых облицованных каналов.

Выбор параметров адсорбционных глушителей (длины, толщины пластин, звукопоглощающего материала и плотности его набивки, количества ступеней шумоглушения и т.д.) осуществляется вариантными расчетами с учетом ограничений по габаритам и гидродинамическому сопротивлению устройства.

2. Результаты расчетно-аналитических исследований рабочих характеристик элементов шумоглушителей сброса газа

Выполнена количественная оценка влияния геометрических и режимных параметров на соотношение между перепадами давления в клапане и на выходе из трубопровода в рамках модели одномерного течения совершенного газа с постоянными теплоемкостями.

Данные расчетов по зависимостям акустических мощностей wкл и wвых за клапаном и выходной струи, отнесенных к суммарной срабатываемой мощности при сбросе в единицу времени энергии газа и их суммы wсум (рисунок 1) показывают, что, хотя суммарные уровни генерируемого при сбросе шума практически не зависят от соотношения между площадью поперечного сечения выхлопной трубы и эффективной площадью проходного сечения клапанѓтp, изменения этого соотношения приводит к быстрому перераспределению вклада указанных источников. При относительно больших диаметрах выхлопной трубы и невысоких начальных давлениях газа поток за клапаном может оказаться единственно существенным источником шума.

Полученные результаты имеют принципиальное значение с точки зрения выбора средств шумоглушения при сбросе газа. Так, в ситуациях, когда достаточно обеспечить защиту от шума, генерируемого потоком в зоне клапана, возможно использование стандартных схем диссипативного или интерференционного шумоглушения. В более общем случае при необходимости подавления как шума клапана, так и выходной струи требуется установка специальной насадки на выхлопе, ограничивающей шум обоих источников.



Рисунок 1. Влияние приведенной площади трубы на величины относительных акустических мощностей шумообразования в клапане wкл , в выходной струе wвых и их суммы wсум (Диаграммы: a - начальное давление равно 10 кГ/см2; б - 30 кГ/см2; в - 50 кГ/см2. Кривые: 1 - wкл; 2 - wвых; 3 - wсум)

В число рассчитываемых параметров шумового воздействия при сбросе газа с контура КС должны быть включены уровни максимального и эквивалентного шума в период сброса.

Приведены оценки отмеченных характеристик применительно к сбросу газа непосредственно из контура в атмосферу, что позволяет определить в необходимых случаях акустические требования к средствам шумоглушения, в том числе на этапе проектирования КС. Осредненные по полной продолжительности сброса эквивалентные уровни шума оказываются на 6…9 дБ ниже начальных максимальных значений (110-130 дБА).

Выполнена оценка влияние конструкции дроссельного устройства на снижение шума сброса.

В случае ступенчатого дроссельного устройства аэродинамическая генерация звука лишь отчасти определяет параметры шума на выходе дроссельной насадки. Один из основных механизмов затухания звука в элементах ступенчатого дроссельного устройства связан с поглощением звуковой энергии в вихрях, формирующихся на начальных участках элементарных струек, истекающих из отверстий дроссельных решеток (ослабление звука проявляется при дозвуковом режиме истечения и увеличивается при снижении частоты).

Зависящая от частоты f спектральная плотность приведенной мощности шума струи на выходе насадки Фn(f) обусловлена приведенной мощностью генерируемого ступенью n шума wn, а также ослаблением звука в расположенных ниже по потоку ступенях:

. (1)

(vn, dn - соответственно скорость истечения из круглого отверстия и его диаметр,m - коэффициент ослабления звука частоты f при прохождении ступени с номером m за счет вихревого поглощения, (Sh) - универсальная характеристика приведенной спектральной плотности звуковой мощности струи).

Суммарная приведенная мощность wef звукового излучения выхлопа в диапазоне частот [fmin, fmax] равна:

. (2)

В устройствах непрерывного дросселирования поглощение звука связано главным образом с процессами вязко-термического взаимодействия звуковых волн с развитой поверхностью заполнителя. При этом затухание зависит от распределения давлений вдоль канала, т.к. по мере снижения давления растет кинематическая вязкость рабочей среды.

Расчет устройств шумоглушения с непрерывным дросселированием включает в себя решение двух задач: первая - определение максимально допустимой по сопротивлению толщины насыпного зернистого слоя, вторая - нахождение минимальной толщины того же слоя, обеспечивающей требуемое шумоглушение при сбросе газа. В тех случаях, когда первая из указанных величин больше второй, возможна реализация схемы шумоглушения по принципу непрерывного дросселирования.

Рассмотрение аэродинамических характеристик устройства непрерывного дросселирования основано на общем соотношении, связывающем гидродинамическое сопротивление крупнозернистого или сетчатого крупнопористого слоя с его геометрическими параметрами.

Генерация шума в элементах непрерывного дроссельного устройства происходит в элементарных струйках, и определяется на базе соотношений для шума струйного потока. В отличие от схемы ступенчатого дросселирования, шум в таком потоке порождается одномерными пульсациями расхода в единичных каналах между элементами заполнителя (монопольные источники). Проведена оценка затухания звука в зернистом дроссельном слое, основанная на уравнении баланса звуковой энергии.

Выполнен сравнительный анализ работы ступенчатого и крупнопористого дроссельного устройства в условиях сброса газа с контура КС для случая, когда геометрия крупнопористого устройства выбрана таким образом, чтобы обеспечить тот же начальный расход, что и в одноступенчатом варианте.

Графические зависимости приведенной продолжительности полного сброса газа от относительного перепада давления Р0, равного отношению полного давления в контуре системы сброса к атмосферному, для ступенчатого и крупнопористого дроссельного устройства представлены на рисунке 2.



Рисунок 2. Зависимость приведенной продолжительности полного сброса газа от относительного перепада давления в контуре. Типы дроссельных устройств: 1 - одноступенчатое (дроссельная шайба); 2 - зернистый дроссельный слой

Из результатов расчета (рисунок 2) следует, что при заданном ограничении на полную продолжительность сброса фиксированной массы газа максимальный начальный расход при непрерывном дросселировании в крупнопористой среде должен быть почти вдвое больше, чем при использовании одноступенчатой схемы. Отсюда следует необходимость увеличения габаритов шумоглушителя при непрерывном дросселировании. Данное обстоятельство приводит к заключению, что применительно к задаче шумоглушения сбросов природного газа с контуров КС определенным преимуществом, как правило, обладают конструкции, оснащенные ступенчатыми дроссельными блоками.

С целью расширения возможностей расчета диссипативных элементов глушителя сбросов газа рассмотрена модель, представляющая собой участок канала произвольной формы с твердыми стенками, часть канала заполнена звукопоглощающим материалом. При этом допускается наличие жестких перегородок.

Для получения расчетных соотношений предполагается, что структура (модовый состав) акустического поля по длине канала остается неизменной.

Оценка затухания звука по длине канала основано на уравнении баланса звуковой энергии в рамках предлагаемой автомодельности.

Для пластинчатого глушителя, образующего симметричные двумерные щелевые каналы переменной ширины изменение уровня звукового давления на протяжении канала от сечения Х1, до сечения Х2 выражается в виде:

, (3)

где - эффективный коэффициент звукопоглощения стенок, являющийся отношением потока интенсивности звука, поглощенного за некоторый промежуток времени, к потоку интенсивности звука, упавшему по нормали на поглощающую поверхность за то же время, b (х) - ширина щелевого канала.

Задача расчета глушителя в рассматриваемой постановке сводится к необходимости нахождения эффективного коэффициента звукопоглощения эф.

Формула (3) позволяет, в частности, при заданной характеристике рассчитывать эффективность пластинчатых глушителей с произвольной формой пластин.

3. Материалы акустико-аэродинамических экспериментальных исследований типовых элементов глушителей сброса газа, полученных на стендах ОАО «НПО ЦКТИ»

В качестве исследуемых элементов использовались модели систем ступенчатого и непрерывного дросселирования, а также модель неоднородного пластинчатого глушителя, являющегося диссипативной составляющей устройства глушения газовых сбросов.

Для проведения испытаний дроссельных элементов была изготовлена и смонтирована заглушенная камера в форме куба размером 1х1х1 м3, внутренняя поверхность которого облицована пятидесятимиллиметровым слоем звукопоглощающего материала (ЗПМ) АТМ-1. Выхлопная струя подается в камеру, рисунок 3, и далее поток отводится через круглое отверстие стенки кожуха.

Рисунок 3 Схема экспериментальной установки для испытаний элементов дроссельных шумоглушителей

В процессе опытов контролировались значения статических давлений в четырех сечениях по ходу трубопровода, характеризующие перепады давлений на клапане и ступени дросселирования. Кроме того, на каждом режиме определялись параметры шума в контрольной точке, расположение которой относительно сечения сброса неизменно. При этом приемная поверхность измерительного микрофона размещается внутри камеры, вблизи границы струи.

Объектами испытаний служили специально изготовленные модели типовых дроссельных элементов (сверленые отверстия в перегородках и протяженные цилиндрические вставки с крупнопористыми зернистыми или сетчатыми заполнителями) шумоглушителей сброса газа, реализующих разработанные рабочие схемы шумоглушения. Испытано 25 вариантов (15 схем) моделей.

Результаты испытаний в целом подтвердили представленные общие зависимости по расходным характеристикам засыпных и сетчатых крупнопористых заполнителей. Выполнено сравнение расчетных расходов через последовательно расположенные дроссельные элементы, в число которых, в частности, входили мерные сопла. Установлено, что влияние режима течения в расширяющемся дроссельном канале на уровни шума одинаково во всем значимом частотном спектре, что объясняется слабой направленностью излучения внутренних акустических источников. Данное обстоятельство позволило использовать полученные опытные данные для апробации расчетных соотношений по генерации шума. Установлено, что указанные зависимости могут использоваться для оценки аэродинамических свойств дросселирующих каналов.

Сравнительный анализ шума внутренних дроссельных элементов, различного диаметра, и насадок с зернистыми слоями различной толщины, подтвердил применимость соотношений, связанных с оценкой затухания звука в дроссельном канале.

Испытания моделей диссипативных глушителей проводились в акустически заглушенной аэродинамической трубе, рисунок 4, прямоугольного сечения. Модели диссипативных элементов газовых сбросов представляют собой размещенный в стендовой трубе участок прямого облицованного канала, имитирующего элемент пластинчатого шумоглушения.



Рисунок 4. Схема установки модели элемента пластинчатого глушителя: 1 - стенка аэродинамической трубы; 2 - звукопоглощающий материал; 3 - излучатели звука; 4,5 - входной и выходной микрофоны; 6 - граница исследуемого канала; 7 - сменная облицовка; 8 - вибродемпфирующая проставка

глушитель дроссельный компрессорный

Длина канала составляет 1150 мм, ширина свободного сечения - 50 мм, длина облицованного участка - 800 мм, толщина облицовки - 40 мм. Облицовка состоит из ячеек размером 40 мм х 40 мм. Использовались как звукопрозрачные перфорированные, так и звуконепроницаемые сплошные перегородки между ячейками. На входе в канал установлен генератор звуковых возмущений. Уровни звуковых давлений контролируются микрофонами, смонтированными перед и за моделью. На каждом режиме, соответствующем определенной модификации модели, осуществлялись измерения и регистрация уровней звуковых давлений на входе и выходе в зависимости от частоты звука в диапазоне 100...20000 Гц. Экспериментально определены спектральные характеристики шумоглушения 14 вариантов модели глушителя с ячеистой облицовкой. Данные измерений по каждому испытанному варианту диссипативных элементов шумоглушения были получены в виде спектрограмм, представляющих зависимость относительного уровня выходного звукового сигнала от частоты.

Получено, что в высокочастотной области несколько лучшие результаты показывают варианты с минимальным количеством сотовых перегородок в слое ЗПМ. В зоне низких частот показатели снижения шума от наличия перегородок практически не зависят. В целом уменьшение количества используемого ЗПМ приводит к определенному естественному снижению суммарного звукопоглощения в канале. Однако фактическим показателем эффективности Lэф в данном случае должно служить снижение шума dL, отнесенное к количеству m0 ЗПМ, использованного при облицовке канала. Сравнительные частотные зависимости оцениваемого таким образом показателя эффективности Lэф демонстрируют очевидное преимущество ячеистой облицовки во всем рассматриваемом частотном диапазоне. Данный результат обусловлен генерацией эффективно затухающих мод звуковых колебаний вследствие скачкообразного изменения акустических свойств облицовки по ходу распространения звуковой волны в канале. Выполненные измерения эффективности моделей диссипативных элементов глушителя (неоднородных пластин) позволили установить, что наличие перегородок между ячейками (сотовая облицовка) приводит к увеличению затухания в частотной зоне максимального поглощения звука.

Четвертая глава посвящена непосредственно вопросам разработки эффективных глушителей шума систем сброса газа на компрессорных станциях. Показано, что применительно к задаче шумоглушения сбросов природного газа с контуров КС определенным преимуществом обладают конструкции, оснащенные ступенчатыми дроссельными блоками и ступенью звукопоглощения, реализованной в виде облицованных плоских, кольцевых или цилиндрических каналов круглого сечения, размещенных за дроссельным блоком. Выбор конструкции определяется технологическими предпочтениями производителя и необходимыми размерами шумоглушителя.

Для определения акустических характеристик сброса газа с контуров КС и расчета характеристик средств шумоглушения необходимо задание следующих параметров:

· Внутренний объем V контура, с которого сбрасывается газ.

· Начальное абсолютное давление p0 газа в контуре.

· Длина lтр и внутренний диаметр dтр трубопровода свечи сброса газа.

· Максимально допустимая продолжительность t0 полного сброса газа.

· Предельно допустимые значения максимального (Lmax) и эквивалентного (Leq) уровней звуковой мощности, генерируемой при сбросе газа.

Для установления показателей эффективности и основных параметров шумоглушителя на стадии проектирования КС процедура расчета должна включать в себя следующие этапы:

· оценку акустических характеристик сброса газа в отсутствие средств шумозащиты.

· оценку достижимого снижения уровней звуковой мощности сброса при установке выходной дроссельной шайбы.

· оценку габаритов шумоглушителя, обеспечивающего технологические и акустические требования к свече сброса газа.

Соотношение для линейного уровня мощности максимального шума Lm, дБ, генерируемого в начальный момент сброса, определяется по формуле

, (4)

в которой площадь S поперечного сечения трубы равна dтр2/4; R - газовая постоянная; T - номинальная абсолютная температура; pа - номинальное атмосферное давление; lпр = lтр/dтр - отнесенная к внутреннему диаметру длина трубопровода свечи сброса газа; «единичная» мощность w0 составляет
10-12 Вт; - начальный срабатываемый относительный перепад давлений. Шумовой показатель Lm(lпр, П0) определяется параметрами lпр, П0.

Соответствующие октавные уровни Lwi, дБ, звуковой мощности, генерируемого шума выражаются в виде:

, (5)

где fi - центральные частоты стандартных октавных полос, Sh= fdтр/u - число Струхаля (определяется текущей частотой, а также начальной выходной скоростью u сбрасываемого газа).

Значения Lmi определяют уровень LpA звуковой мощности аэродинамического шума в полосе А с помощью стандартной коррекции «А», определяемой поправками LAi ,

Исходя из расчетных исследований, представленных в главе 2, эквивалентный уровень Leq звуковой мощности шума, генерируемого при сбросе, за период полного сброса газа с контура предлагается рассчитывать по формуле:

Leq = LpA - 7 (6)

Проектируемый трубопровод свечи сброса газа должен обеспечить расчетную величину tпр не более 80% максимально допустимой продолжительности t0 полного сброса газа (условие для возможности установки шумоглушителя).

На базе предложенных физических моделей и соответствующих расчетных соотношений получены зависимости для оценки достижимого снижения уровней звуковой мощности сброса при установке выходной дроссельной шайбы.

Оценка габаритов шумоглушителя, обеспечивающего технологические и акустические требования к свече сброса газа при значениях номинального расхода до 100 кг/с, основывается на задании расчетной скорости ud в каналах ступени звукопоглощения шумоглушителя с пятидесятипроцентным свободным сечением. Расчетные диаметры D шумоглушителя в данном случае определяется по формуле:

. (7)

При этом номинальный расход G0 сбрасываемого газа рассчитывается по формуле:

. (8)

Выбор расчетной скорости в ступени звукопоглощения определяется типом применяемой звукопоглощающей облицовки и аэродинамической обработанностью проточной части шумоглушителя. Для рассматриваемых умеренных величин начального расхода, при использовании типовых волокнистых звукопоглощающих материалов и защитных покрытий в совокупности со стандартным исполнением проточной части, рекомендуются в качестве расчетных значения ud = 30...50 м/с. Длина (высота) шумоглушителя в этом случае оценивается как два диаметра.

Применительно к шумоглушителям, предназначенным для пропуска значительно больших расходов, имеющих место при сбросах газа на общестанционных коммуникациях компрессорных станций, необходимо использование иного подхода, состоящего в ограничении не скорости ud, а мощности Ls собственных шумов потока, истекающего из шумоглушителя. Скорость ud при этом представляет собой при заданных габаритах функцию допустимой мощности Ls.

Уменьшение диаметра шумоглушителя при заданном расходе приводит к росту мощности излучаемого выхлопом шума. Величина последней ограничена допустимыми значениями уровня шума.

Нормативное ограничение, L < Ls, по уровням мощности собственного шума оказывается эквивалентным ограничению на минимально допустимый диаметр шумоглушителя.

Оценочная длина таких шумоглушителей составляет от трех до четырех диаметров, возрастая с увеличением скорости ud.

Рассмотрена задача расчета диссипативной ступени глушителя, которая сводится к необходимости нахождения эффективного коэффициента звукопоглощения эф. Для определения коэффициента звукопоглощения проведены оценки потока звуковой энергии через стенку канала c импедансной звукопоглощающей облицовке.

Применительно к пластинчатым глушителям рассмотрено два варианта задания импеданса основания облицовки Zh. Первый вариант соответствует звукопоглощающим пластинам с жесткой центральной основой. Во втором варианте звукопоглощающий материал полностью и непрерывно заполняет толщу пластины, так что значение Zh равно волновому сопротивлению сc рабочей среды в соседнем канале. В обоих расчетных случаях коэффициент звукопоглощения оказывается зависящим от толщины пластины, а также волнового сопротивления и постоянной распространения используемого звукопоглощающего материала.

В случае квазиоднородных облицованных каналов постоянного сечения величина эф рассчитывается простым интегрированием местного коэффициента звукопоглощения эф(x/ B) по всей длине канала.

Для достаточно протяженных и относительно широких каналов необходимо учитывать так называемый «лучевой эффект», проявляющийся на высоких частотах, когда длины звуковых волн становятся меньше характерной величины поперечного размера B канала (для плоских каналов - меньше удвоенной ширины b канала). В этом случае уровни звуковых пристеночных давлений оказываются меньше средних по проходному сечению канала, определяющих поток звуковой энергии. Пропорционально уменьшению среднеквадратичных значений пристеночных давлений снижается и отвод акустической энергии через звукопоглощающую облицовку.

В практических расчетах диссипативных шумоглушителей необходимо учитывать дополнительное затухание, связанное с концевыми эффектами взаимодействия звука с выходными кромками рабочих каналов. Существующие стандартные зависимости для частотного спектра дополнительного снижения шума вследствие концевых эффектов применительно к пластинчатым глушителям хорошо аппроксимируются универсальной функцией, зависящей от безразмерной функции частоты = S0,5 f / c, где S - площадь поперечного сечения канала, с - скорость звука.

Сравнение расчетной и экспериментальных зависимостей модельного диссипативного шумоглушителя с ячеистой облицовкой показало хорошее совпадение рассматриваемых зависимостей для расчета линейного звукопоглощения.

На основании полученных результатов разработаны типовые конструктивные схемы глушителей шума сбросов технологических газов на КС.

Выбор конкретных конструктивных решений в рамках предложенной рабочей схемы шумоглушителя атмосферных сбросов газа высокого давления определяется комплексом технических факторов, включающим требования по акустической эффективности, пропускной способности и безопасности, условия по максимально допустимому входному давлению, динамическим нагрузкам и направлению выхлопа, габаритные и ресурсные ограничения и т.д.

С целью оценки эффективности шумоглушителей в натурных условиях проведены акустические испытания глушителей технологических сбросов газа на КС «Смоленская».

В ходе испытаний измерялись акустические характеристики глушителей шума сбросов с контуров топливного газа, турбодетандера агрегата ГПА-16 «Урал» и межцеховых технологических коммуникаций (свеча №5), производства ОАО «Кировский завод», а также акустические характеристики сброса с контура пускового газа без глушителя.

Анализ результатов испытаний показал, что установка глушителей обеспечивает снижение уровней шума на маршруте регламентного обслуживания КС и территориях, прилегающих к жилой застройке, до требований санитарных норм.

Результаты работы внедрены на действующих компрессорных станциях ОАО «Газпром». К настоящему времени внедрены и имеют положительный опыт эксплуатации эффективные шумоглушители технологических сбросов газа, установленные на сбросах газа с агрегатных контуров компрессорных станций: «Смоленская», «Ставропольская», «Торжокская», «Сосьвинская», «Новоуренгойская», «Крупская», «Тюменская» и др. Результаты внедрения подтверждены справкой о внедрении.

Заключение

1. Разработаны технические решения для проектирования эффективных глушителей шума систем сбросов газа на КС на основе исследований процессов шумообразования и шумоглушения сброса газа на КС.

2. Применительно к системам сброса газа на компрессорных станциях предложена и обоснована схема эффективных глушителей шума, включающая в себя два рабочих узла - дроссельный блок и ступень звукопоглощения. В дроссельном блоке осуществляется низкоскоростное мелкомасштабное редуцирование давления. Размещаемые вниз по потоку элементы ступени звукопоглощения доводят шумовые параметры до требуемых показателей.

3. Исследована взаимосвязь максимального и эквивалентного шума с рабочими характеристиками процесса и геометрией системы сброса газа на КС. Установлены соотношения, определяющие зависимость регламентируемых показателей шума от начальных параметров (количества сбрасываемого газа, продолжительности сброса, формы сбросного трубопровода).

4. Аналитически и экспериментально исследованы акустико-аэродинамические свойства элементов дроссельного блока. Применительно к задачам малошумного сброса газа на КС рекомендована ступенчатая схема дросселирования. Предложены соотношения для расчета показателей шума ступенчатых дроссельных устройств.

5. Применительно к решению задачи повышения эффективности ступени звукопоглощения проведены расчетно-теоретические и экспериментальные исследования акустических характеристик звукопоглощающих каналов, включая элементы с неоднородными акустическими свойствами. Разработаны методические предложения по расчету пластинчатых глушителей с заданной акустической характеристикой.

6. Разработана процедура расчета показателей эффективности и основных параметров шумоглушителя, которая включает: оценку акустических характеристик сброса газа в отсутствие средств шумозащиты, оценку достижимого снижения уровней звуковой мощности элементарным дроссельным устройством, оценку габаритов шумоглушителя, обеспечивающего технологические и акустические требования к свече сброса газа. Результаты вошли в нормативный документ СТО Газпром 2-3.5-042-2006 «Регламент проведения акустического расчета на стадии проектирования компрессорных станций, дожимных компрессорных станций, компрессорных станций подземного хранения газа»

7. Предложенные конструктивные схемы шумоглушителей сброса газа внедрены в серии шумоглушителей, произведенных ОАО «Кировский завод» для предприятий энергетики, нефтяной и газовой промышленности. Изготовлены и имеют положительный опыт эксплуатации шумоглушители, установленные на компрессорных станцииях: «Смоленская», «Ставропольская», «Торжокская», «Сосьвинская», «Новоуренгойская», «Крупская», «Тюменская» и др. Натурные испытания показали, что установка глушителей обеспечивает снижение уровней шума до нормативных значений по всем требуемым показателям.

Литература

1. Емельянов О.Н. Источники шума технологических сбросов газа на компрессорных станциях и методы его снижения // Транспорт и подземное хранения газа. - 2008. - №2 - С. 94-97.

2. Емельянов О.Н., Терехов А.Л., Яблоник Л.Р. Снижение шума систем сброса газа на газотурбинных компрессорных станциях // Наука и техника в газовой промышленности. - М.: ИРЦ Газпром, 2005. - №4. - С. 20-24.

3. Емельянов О.Н., Терехов А.Л. Перспективные методы снижения шума газоперекачивающих агрегатов. // Вестник РУДН, Сер. Инженерные исследования.-2003. - №1.- С. 129-131.

4. Мурин В.И., Емельянов О.Н., Терехов А.Л. Повышение долговечности элементов шумоглушения ГПА //Газовая промышленность.-2002. - №2. - С.61-63.

5. Мурин В.И., Емельянов О.Н., Терехов А.Л. Защита от шума газотранспортных предприятий // Современные проблемы трубопроводного транспорта газа: Сборник трудов - М.: ВНИИГАЗ, 1998г. - С.294-302.

6. Терехов А.Л., Теребнев А.В., Емельянов О.Н. Защита городов от шума компрессорных станций магистральных газопроводов // Защита населения от повышенного шумового воздействия: Материалы международной научно-практической конференции - СПб.: БГТУ, 2006. - С. 174-179.

7. Терехов А.Л., Емельянов О.Н. Снижение шума газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях магистральных газопроводов // VII Международный экологический форум «День Балтийского Моря»: Сборник тезисов - СПб.: 2006. - С. 442-443.

8. Терехов А.Л., Емельянов О.Н. Методы снижения шума на газотурбинных компрессорных станциях // II Международная научно-техническая конференция «Авиадвигатели XXI века» - М.: ЦИАМ, 2006. - С. 101-102.

9. Емельянов О.Н. Вопросы снижения шума на компрессорных станциях // 7-я Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России»: Сборник трудов. - М.: РГУ нефти и газа им. Н.М. Губкина, 2007. - С. 105-106

10. Терехов А.Л., Емельянов О.Н. Исследование и снижение шума на компрессорных станциях магистральных газопроводов // Экология и промышленная безопасность: Сборник трудов - М.: ВНИИГАЗ, 2003. - С. 190-203.

11. Емельянов О.Н. Источники шума технологических сбросов газа на компрессорных станциях // Промышленная и экологическая безопасность объектов газовой промышленности: Сборник трудов - М.: ВНИИГАЗ, 2008. - С. 259-264.

12. Емельянов О.Н., Теребнев А.В. Применение типовых средств шумоглушения газотранспортного оборудования в условиях Крайнего Севера // Территория нефтегаз. - 2010. - №2. - С. 18-23.

Размещено на Allbest.ru