天然氣凈化裝置膨脹機(jī)組過濾結(jié)構(gòu)改造

， ， ， ，

(1.中原油田分公司 a.天然氣處理廠， b. 供電服務(wù)中心， 河南 濮陽 457001；2. 中國石化達(dá)州天然氣凈化有限公司， 四川 達(dá)州 635000；3. 中國石油化工股份有限公司油田事業(yè)部， 北京 100728；4. 達(dá)州特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所， 四川 達(dá)州 635000))

經(jīng)驗(yàn)交流

天然氣凈化裝置膨脹機(jī)組過濾結(jié)構(gòu)改造

付崗1a，段慧敏1b，鄺斌全2，湯麟3，江一4

(1.中原油田分公司 a.天然氣處理廠， b. 供電服務(wù)中心， 河南 濮陽 457001；2. 中國石化達(dá)州天然氣凈化有限公司， 四川 達(dá)州 635000；3. 中國石油化工股份有限公司油田事業(yè)部， 北京 100728；4. 達(dá)州特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所， 四川 達(dá)州 635000))

針對國內(nèi)某高含硫天然氣凈化廠膨脹機(jī)組運(yùn)行中遇到的問題，采用國際最先進(jìn)的微孔吸聲方法改造消聲過濾器，并結(jié)合聲屏障方案實(shí)施了降噪優(yōu)化處理和過濾器過濾精度的提高。在整個(gè)優(yōu)化改造過程中，結(jié)合現(xiàn)場安裝方便的情況，將降噪優(yōu)化方案充分應(yīng)用于消聲過濾器改造，改造后該消聲過濾器消聲效果好、結(jié)構(gòu)簡單、耐腐蝕、耐高低溫、對流過其內(nèi)部的流體阻力小，且具有過濾系統(tǒng)雜質(zhì)、凈化系統(tǒng)、對環(huán)境無危害等特點(diǎn)。

膨脹機(jī)組； 消聲器； 過濾器； 節(jié)能降噪

某高含硫天然氣凈化廠6 000 m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)空分設(shè)備膨脹機(jī)組制動(dòng)風(fēng)機(jī)入口由于未采用消聲設(shè)備，造成開機(jī)時(shí)吸風(fēng)噪聲高達(dá)100～120 dB(A)，產(chǎn)生了嚴(yán)重的噪聲污染[1]，對生產(chǎn)現(xiàn)場的工作人員安全造成了危害。同時(shí)該套空分裝置還存在運(yùn)行過程中風(fēng)機(jī)入口過濾器不能滿足過濾風(fēng)量和過濾精度要求的問題，致使空氣中含有的大量污染物顆粒未經(jīng)充分過濾而直接進(jìn)入機(jī)組中。在長時(shí)間高速氣流的作用下，這些固體顆粒會(huì)對機(jī)組的葉輪、葉片等內(nèi)部零件產(chǎn)生腐蝕及磨損，從而破壞機(jī)組的動(dòng)平衡，縮短設(shè)備的使用壽命，影響生產(chǎn)進(jìn)而造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，風(fēng)機(jī)必須與合適的空氣消聲器、過濾器配套使用才能確保生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行[2]。針對空分裝置現(xiàn)狀，結(jié)合膨脹機(jī)組制動(dòng)風(fēng)機(jī)入口流量及進(jìn)出口壓差情況，對空分裝置膨脹機(jī)組入口消聲過濾器實(shí)施了改造。

1 過濾器改造目標(biāo)

(1)人員健康 改造后的消聲過濾器一經(jīng)投用，設(shè)備噪聲將降至85 dB(A)以下，使裝置員工脫離噪聲對身體造成的危害[3]。

(2)壓差與消聲量 考慮消聲過濾器對機(jī)組動(dòng)力性能的影響，即在保證消聲量的前提下，使消聲過濾器的壓力損失處于合適的范圍內(nèi)且盡量降低[4]，保證消聲過濾器進(jìn)口至膨脹機(jī)組入口壓差不超過100 kPa，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的[5]。

(3)過濾精度 考慮消聲過濾器的過濾精度，嚴(yán)防空氣污染物顆粒進(jìn)入機(jī)組內(nèi)部腐蝕機(jī)組內(nèi)部葉片，破壞轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，確保機(jī)組的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

2 消聲過濾器優(yōu)化

2.1核心技術(shù)

采用微孔吸聲方法降噪。在板厚小于1.0 mm的薄板上穿孔徑小于等于1.0 mm的微孔，穿孔率為1%～5%，后部留有一定厚度(5～20 cm)的空氣層，該層不需要裝填任何吸聲材料[6,7]。此種微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)是一種低聲質(zhì)量、高聲阻的共振吸聲結(jié)構(gòu)，可吸收聲波中的高強(qiáng)頻，并將之?dāng)U散至廣闊空間或轉(zhuǎn)移空間[8]。經(jīng)與廠家技術(shù)人員研討后，確定采用在穿孔板后間隔一定距離的空氣層內(nèi)填裝吸聲棉的方案優(yōu)化消聲效果，以期達(dá)到進(jìn)一步降噪的目的。優(yōu)化后的消聲結(jié)構(gòu)吸聲系數(shù)高、吸收頻帶寬、壓力損失小、氣流再生噪聲低且易于控制[9]。

2.2優(yōu)化方案

采用聲屏障吸聲進(jìn)行優(yōu)化，聲屏障原理見圖1。聲波在傳播過程中遇到障礙(聲屏障)時(shí)，就會(huì)發(fā)生反射、透射和繞射3種現(xiàn)象[10]。設(shè)計(jì)合理的聲屏障能夠阻止直達(dá)聲的傳播，充分加速繞射聲的衰減，可以忽略透射聲的影響[11]。在聲源和接收點(diǎn)之間插入一個(gè)聲屏障，聲波只能從屏障上方繞射過去，而在其后形成一個(gè)聲影區(qū)域，就像光線被物體遮擋形成一個(gè)陰影那樣。在這個(gè)聲影區(qū)內(nèi)，人們可以感覺到噪聲明顯減弱[12]。經(jīng)過與廠家技術(shù)人員論證，該方案有較強(qiáng)的可行性，并通過合理化設(shè)計(jì)將該理論運(yùn)用到了消音器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制作上。從現(xiàn)場使用結(jié)果看，使用聲屏障吸聲原理設(shè)計(jì)的消聲結(jié)構(gòu)降噪效果顯著。

圖1 聲屏障原理示圖

3 消聲過濾器技術(shù)改造

3.1技改方案

過濾器外形尺寸為230 mm×380 mm，過濾器精度為20～50 μm，共用8組。過濾器中部進(jìn)氣管采用DN250 mm的無縫鋼管，外部支架用Ⅰ8槽鋼作為支撐。外部密封板采用4 mm厚的鋼板，上部8組吸聲筒采用厚3 mm的不銹鋼沖孔和120目不銹鋼絲網(wǎng)組合，并通過法蘭和消聲部位相連，中間充滿吸聲棉材料，下部8組空氣過濾器周邊用鋼絲網(wǎng)密封。差壓顯示裝置從風(fēng)機(jī)進(jìn)口頂端放引流小管到末端。消聲過濾器油漆采用灰色純酸磁漆。消聲過濾器的設(shè)計(jì)與制造按照GB/T 50087—2013《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計(jì)規(guī)范》[13]所列標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范執(zhí)行，滿足原機(jī)組的使用要求[14]，并保證消聲過濾器的制造質(zhì)量。實(shí)體消聲過濾器和濾芯見圖2。

3.2現(xiàn)場安裝

在現(xiàn)場安裝過程中，考慮到盡量減少對現(xiàn)有空分裝置結(jié)構(gòu)的改動(dòng)，避免打破裝置平衡性，利用分餾塔現(xiàn)有的200×200的H型鋼作為支架，將消聲過濾器固定在型鋼之上。為了避免消聲過濾器與安裝支架位置發(fā)生干涉。將DN250 mm規(guī)格的無縫鋼管及90°彎頭避開現(xiàn)場的安裝支架，并與消聲過濾器

圖2 消聲過濾器和濾芯實(shí)體

進(jìn)口法蘭連接。膨脹機(jī)組消聲過濾器安裝示意圖、工業(yè)裝置現(xiàn)場圖見圖3。

圖3 膨脹機(jī)組消聲過濾器安裝圖及實(shí)物圖

4 膨脹機(jī)組消聲過濾器技術(shù)改造效果

改造前和改造后的消聲過濾器性能指標(biāo)對比情況見表1。

表1 膨脹機(jī)組消聲過濾器技術(shù)改造前后對比

分析表1所列的各項(xiàng)數(shù)據(jù)可以看出，過濾器的改造效果良好，在降噪的同時(shí)綜合考慮了過濾精度和壓降，整機(jī)性能得到了優(yōu)化并確保了膨脹機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行。

同時(shí)，安裝了組合式空氣消聲過濾器的生產(chǎn)實(shí)踐證明，膨脹機(jī)組消聲過濾器的改造也產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。經(jīng)濟(jì)效益包括：①檢維修方便。該消聲過濾器拆卸方便，維修時(shí)可保證設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行，能有效地避免正常工況下停機(jī)檢維修造成的經(jīng)濟(jì)損失及不良影響。②濾塵效果好。采用了這種組合式空氣消聲過濾器，機(jī)組運(yùn)行半年解體檢查,氣缸體中間冷卻器散熱片及吸、排氣閥組幾乎見不到灰塵,而且積炭也明顯減少,經(jīng)標(biāo)定濾塵效率為98%，有效保證了膨脹機(jī)組轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，可預(yù)防機(jī)組非正常停車甚至事故的發(fā)生；社會(huì)效益包括：①降低噪聲。設(shè)計(jì)與制造相關(guān)數(shù)據(jù)表明,使用組合式空氣消聲過濾器后，風(fēng)機(jī)進(jìn)口過濾器過濾精度不小于20 μm?，F(xiàn)場風(fēng)機(jī)進(jìn)口噪聲分貝值不高于原有分貝的50%，達(dá)到了國家《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[15],降低了機(jī)組周圍噪聲，阻力小，改善了工作環(huán)境，有利于職工的身心健康[16]。②振動(dòng)減弱。消除了空氣波對周圍環(huán)境所產(chǎn)生的振動(dòng)。壓縮機(jī)運(yùn)行過程中使周圍空氣產(chǎn)生振動(dòng)波,對人體、建筑物有一定影響,使用組合式空氣消聲過濾器,將使空氣振動(dòng)得到有效地控制[17，18]。

5 結(jié)語

本次改造采用的組合式消聲過濾器是工廠用壓縮機(jī)、膨脹機(jī)組的關(guān)鍵配套設(shè)備,其作用是降低吸氣口的噪聲,改善環(huán)境。該設(shè)備可以有效減少機(jī)組運(yùn)行過程中所吸入的灰塵及雜質(zhì),減少機(jī)組積炭,是兼具除塵、消噪于一體的一種新型、高效、低噪的過濾器,可以確保機(jī)組的動(dòng)平衡，促使機(jī)組長期、有效、平穩(wěn)運(yùn)行,減少各種費(fèi)用,具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1] 周新祥.噪聲控制及應(yīng)用實(shí)例[M].北京：海洋出版社，1999.

(ZHOU Xin-xiang. Noise Control and Application Example[M].Beijing：Ocean Press，1999.)

[2] 北京聲學(xué)學(xué)會(huì).工程聲學(xué)Ⅲ[M].北京：北京大學(xué)出版社，1996.

(Beijing Acoustical Society. Engineering Acoustic Ⅲ[M].Beijing：Peking University Press，1996.)

[3] 李海英，陳捷，陳克安，等.一種封閉空間自適應(yīng)有源噪聲控制系統(tǒng)優(yōu)化方法[J].振動(dòng)工程學(xué)報(bào)，2001(2)：30-34.

(LI Hai-ying，CHEN Jie，CHEN Ke-an，et al. An Optimal Method for AANC System within the Enclosure [J].Journal of Vibration Engineering，2001(2)：30-34.)

[4] 張阿舟.實(shí)用振動(dòng)工程[M].北京：航天工業(yè)出版社，1996.

(ZHANG A-zhou. Use of Vibration Engineering[M].Beijing：Aerospace Industry Press，1996.)

[5] 陳端學(xué).動(dòng)力機(jī)械振動(dòng)與噪聲學(xué)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1996.

(CHEN Duan-xue. The Dynamics of Vibration and Noise[M].Shanghai： Shanghai Jiaotong University Press，1996.)

[6] 何圣靜.聲學(xué)技術(shù)手冊[M].北京：北京出版社，1994.

(HE Sheng-jing. The Acoustic Technical Handbook[M].Beijing：Beijing Press，1994.)

[7] 盛美萍.噪聲和振動(dòng)控制技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

(SHENG Mei-ping. The Basic Technology of Noise and Vibration Control[M].Beijing：China Science Pubilshing & Media Ltd.，2001.)

[8] 李世華.柴油發(fā)電機(jī)噪聲控制研究[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1996(S2)：137-140.

(LI Shi-hua. Study on the Diesel Generator Noise Control[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni，1996(S2)：137-140.)

[9] 俞孟薩，李東升，白振國.周期加肋夾芯透聲窗的聲吶自噪聲特性研究[J].中國造船，2008(3)：23-25.

(YU Meng-sa，LI Dong-sheng，BAI Zhen-guo. An Investigation of Sonar Self Noise for Periodically Stiffened Sandwich Acoustic Window[J]. Shipbuilding of China，2008(3)：23-25.)

[10] 趙秋玲，周雅莉，張奇志.管道噪聲有源控制的模型研究[J].電聲技術(shù)，2004(2)：56-58.

(ZHAO Qiu-ling，ZHOU Ya-li，ZHANG Qi-zhi. Modeling of Active Noise Control in an Acoustic Duct[J]. Audio Engineering，2004(2)：56-58.)

[11] 何存富，魏曉玲，宋國榮，等.小尺寸材料彈性常數(shù)超聲測量系統(tǒng)的研制及其應(yīng)用[J].中國機(jī)械工程，2006(16)：1738-1741.

(HE Cun-fu，WEI Xiao-ling，SONG Guo-rong，et al. Research on the Measurement of Elastic Constants of the Smaller-specimen Materials[J].China Mechanical Engineering，2006(16)：1738-1741.)

[12] 黃其柏.工程噪聲控制學(xué)[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，1999.

(HUANG Qi-bai. Engineering Noise Control[M].Wuhan：Huazhong University of Science and Technology Press,1999.)

[13] GB/T 50087—2013，工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

(GB/T 50087—2013，Specifications for the Design of Noise Control System in Industrial Enterprises[S].)

[14] 馬大猷，劉克.微穿孔吸聲體隨機(jī)入射吸聲性能[J].聲學(xué)學(xué)報(bào)，2000(4)：289-296.

(MA Da-you，LIU Ke. Sound Absorption Characteristics of Microperforated Absorber for Random Incidence[J]. Acta Acustica，2000(4)：289-296.)

[15] 衛(wèi)生部國家勞動(dòng)總局.工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].

(Ministry of Health and State Administration of Labor. Hygienic Standard for Noise in Industrial Enterprises[S].)

[16] 張變?nèi)A.空壓機(jī)噪聲分析與控制[J].通用機(jī)械，2009(11)：56-60.

(ZHANG Bian-hua. Noise Analysis on the Air Compressor and Its Control[J].General Machinery，2009(11)：56-60.)

[17] 苗泉，王曉方，馬娟.風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)噪聲的控制措施及效果評價(jià)[J].職業(yè)衛(wèi)生與應(yīng)急救援，2002(1)：46-47.

(MIAO Quan，WANG Xiao-fang，MA Juan. Control Measures and Effect Assessment of the Noise Induced by Blast Engine and Pressure Engine[J]. Occupational Health and Emergency Rescue，2002(1)：46-47.)

[18] 張志勤.組合式空氣消聲過濾器在活塞壓縮機(jī)上的應(yīng)用[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2001(5)：19-20.

(ZHANG Zhi-qin. The Application of Combined Dumpling Air Filter to Piston Compressor[J]. Compressor Technology，2001(5)：19-20.)

(柏編)

FilterStructureTechnicalModificationofExpansionUnitofNaturalGasPurificationPlant

FUGang1a，DUANHui-min1b，KUANGBin-quan2，TANGLin3，JIANGYi4

(1.Zhongyuan Oilfield Company a. Natural Gas Processing Plant，b. Electricity Power Supply Center, Puyang 457001, China；2. SINOPEC Dazhou Natural Gas Purification Corporation, Dazhou 635000， China；3.SINOPEC Oilfield Business Department, Beijing 100728, China；4. Dazhou Special Equipment Supervision and Inspection Institute, Dazhou 635000， China )

The technical modification of filter structure of expansion unit of a domestic purification plant for high sulfur-contained natural gas processing was introduced based on the analysis of problems in operation. Silencer elements were integrated into filters according to the most international advanced microporous absorption method. Measures were taken for reducing noise and improving filtration precision combined with acoustic barrier proposal. During the process of the modification, the noise reduction optimization scheme was fully applied to the filter with fully consideration of convenient installation on site. The new silencer-filter owns advantages and characteristics such as good noise reduction effect, a simple structure, more corrosion resistant, extreme temperature tolerance, filtering system impurities, no damage to the environment, etc.

expansion unit； silencer； filter； energy saving and noise reduction

TQ051.805; TE644

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.05.012

1000-7466(2017)05-0062-04

2017-03-28

付 崗(1982-)，女，遼寧黑山人，工程師，學(xué)士，長期從事天然氣處理設(shè)備的管理工作。