鄒軍華
(華陸工程科技有限責(zé)任公司,西安710068)
作業(yè)場所中,過高的噪聲會干擾工作人員之間的語言交流,影響工作效率,甚至可能引起意外事故。GB/T 50087—2013《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計規(guī)范》規(guī)定,生產(chǎn)車間噪聲限值為85dB(A)。鍋爐生火排汽使用頻率高,產(chǎn)生的噪聲大,容易造成操作人員人身傷害和意外事故。因此,鍋爐生火排汽系統(tǒng)設(shè)計時,除滿足常規(guī)功能需求,還應(yīng)具有穩(wěn)定、高效的降噪功能。
巴基斯坦一煉油廠升級改造項目要建設(shè)1臺85t/h中溫中壓燃?xì)忮仩t,鍋爐出口主蒸汽管道中設(shè)置有一路生火排汽管道,用于鍋爐并汽前對空排汽,以滿足鍋爐升溫升壓需要[1]。排汽管道上設(shè)置有2道截斷閥,截斷閥后設(shè)置了相應(yīng)的疏水盤和消聲器,鍋爐生火排汽系統(tǒng)如圖1所示。
運行過程中有如下現(xiàn)象:(1)鍋爐前期啟動過程中排汽噪聲不高,低于85dB(A),滿足設(shè)計值,在現(xiàn)場操作人員能承受的范圍內(nèi);(2)運行了一段時間后,每次鍋爐啟動過程中,噪聲非常大,遠(yuǎn)高于允許值,現(xiàn)場操作人員不能靠近鍋爐,在集控室內(nèi)也能明顯能感受到噪聲在85dB(A)以上,嚴(yán)重影響了操作人員的身心健康。
圖1 鍋爐生火排汽系統(tǒng)
通常生火排汽管道排放噪聲增加,主要有以下原因:(1)管道口徑選擇過小,流速過大,產(chǎn)生了二次噪聲。(2)消聲器選型不合理,不能消除排放噪聲;(3)消聲器損壞,不能起到降噪的作用。消聲器損壞包含:流通部分堵塞,蒸汽流速加大,噪聲增加;消聲器內(nèi)吸聲材料被吹掉,不能吸收噪聲,導(dǎo)致噪聲增加。
經(jīng)核算,管徑的選擇沒有問題,管道最大流速越約為150m/s,遠(yuǎn)低于0.3倍馬赫數(shù),管道不會產(chǎn)生二次噪聲;消聲器排放量、阻力、背壓、允許聲壓級和消聲量等參數(shù)選擇均無誤,也核對了消聲器廠家計算書和制造圖紙,以上均無問題。同時,在鍋爐前期的啟動過程中,沒有噪聲出現(xiàn)超標(biāo)的問題。因此,基本排除了第(1)和第(2)條產(chǎn)生噪聲的原因。然后,現(xiàn)場通過吊車將消聲器從安裝支架上吊下,進(jìn)行了全面檢查,也沒有發(fā)現(xiàn)任何問題。因此,基本排除了以上所有造成噪聲超標(biāo)的可能性。
后經(jīng)過現(xiàn)場仔細(xì)排查和試驗,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生噪聲的地方不是消聲器出口,而是大量蒸汽通過疏水盤外噴,從而產(chǎn)生噪聲。經(jīng)了解,鍋爐廠在布置排汽管道時,設(shè)置疏水盤的作用主要為吸收管道的膨脹,避免管道的熱膨脹力作用于主蒸汽管道和消聲器上,從而造成主蒸汽管道和消聲器的損壞。造成蒸汽大量從疏水盤處反噴的原因是疏水盤出口管道背壓過大。按照GB 50764—2012《電廠動力管道設(shè)計規(guī)范》[1],其排氣管不反噴必須滿足以下條件:
式中,G為介質(zhì)質(zhì)量流量,t/h;pat為大氣壓力,Pa;p1為疏水盤進(jìn)口管道出口界面處壓力,Pa;p2為疏水盤出口管道入口界面處壓力,Pa;A1為疏水盤進(jìn)口管道內(nèi)截面積,m2;A2為疏水盤出口管道內(nèi)截面積,m2;ω1為疏水盤進(jìn)口管道出口界面處介質(zhì)流速,m/s;ω2為疏水盤出口管道入口界面處介質(zhì)流速,m/s。
根據(jù)式(1)帶入本項目數(shù)據(jù):當(dāng)生火排汽壓力為4.1MPa,溫度為450℃,流量為34t/h時,疏水盤出口管道及消聲器總阻力必須小于或等于0.17MPa才能避免蒸汽反噴。經(jīng)查閱消聲器的阻力曲線,發(fā)現(xiàn)在此排量下,消聲器阻力遠(yuǎn)高于避免疏水盤出現(xiàn)蒸汽反噴的壓力需求。同時,如按避免蒸汽反噴的阻力要求選擇消聲器,以目前的消聲器設(shè)計和制造水平,沒有辦法選擇到合適的消聲器。因而在生火排汽管道上設(shè)置疏水盤是不合適的,因此,必須取消疏水盤。
鍋爐前期啟動過程中,排汽噪聲不高的原因主要為,鍋爐前期啟動過程中,由于主蒸汽未并入全廠蒸汽管網(wǎng),因此,鍋爐在主蒸汽壓力不高,排氣量不大時就關(guān)閉了生火排汽閥門,蒸汽從疏水盤處反噴造成的噪聲不大。在后期鍋爐啟動過程中,由于鍋爐產(chǎn)汽需并入全廠蒸汽管網(wǎng),生火排氣閥必須在鍋爐產(chǎn)汽壓力略高于管網(wǎng)壓力、溫度與管網(wǎng)溫度基本一致后才能關(guān)閉,此時,鍋爐負(fù)荷已經(jīng)接近40%額定負(fù)荷,生火排汽管道排量已接近設(shè)計值,此時,從疏水盤向外反噴的蒸汽量大、壓力高,因而產(chǎn)生了非常高的噪聲。
基于現(xiàn)場條件,由于無法更改管道走向和修改消聲器結(jié)構(gòu)形式,取消疏水盤后,新的方案必須滿足以下要求:(1)新的方案能補償管道膨脹,且補償管道膨脹的同時,不能對消聲器產(chǎn)生附加外力,致使消聲器損壞;同時,不能對主蒸汽施加附加外力,從而改變主蒸汽管道的受力情況。(2)新增加的部件應(yīng)能承受消聲器排放時產(chǎn)生的附加排放背壓。(3)由于巴基斯坦現(xiàn)場無大型高精度機械加工設(shè)備,材料種類也很有限,改造方案不能出現(xiàn)現(xiàn)場找不到的材料,且應(yīng)易于制造,精度要求不高。
根據(jù)以上原則,并借鑒填料密封的結(jié)構(gòu)形式,現(xiàn)場制造了如圖2所示的補償器用于替換疏水盤。
現(xiàn)場截取了一段DN150合金鋼成品管道作為補償器填料函外殼;填料采用石墨盤根,石墨盤根在蒸汽環(huán)境中具有很高耐溫特性,同時,具有很小的摩擦阻力系數(shù),滿足本方案需求?,F(xiàn)場用此補償器替換疏水盤后,噪聲大幅下降,生火排氣時,噪聲控制在85dB(A)以下,滿足設(shè)計要求。經(jīng)一段時間的運行,沒有再出現(xiàn)噪聲超標(biāo)問題。
圖2 補償器結(jié)構(gòu)形式
總結(jié)整個過程,造成鍋爐生火排汽系統(tǒng)噪聲超標(biāo)的根本原因為錯誤地使用了疏水盤,同時,沒有仔細(xì)校核疏水盤使用安裝條件是否滿足,因此,造成蒸汽從疏水盤處反噴,產(chǎn)生噪聲。為避免其他工程出現(xiàn)類似問題,提出以下建議:
1)疏水盤通常安裝在安全閥出口,用于吸收安全閥排汽管道的位移,避免過大的熱應(yīng)力和反力作用與安全閥本體上,損壞安全閥;
2)鍋爐生火排汽管道不應(yīng)設(shè)置疏水盤,應(yīng)采用其他補償方式進(jìn)行管道熱補償,如設(shè)置補償器、PI型彎、內(nèi)件活動的消聲器等;
3)管道上設(shè)置疏水盤,應(yīng)仔細(xì)校核疏水盤的安裝條件是否合適,避免出現(xiàn)蒸汽反噴現(xiàn)象;
4)疏水盤應(yīng)設(shè)置在人員不能靠近的地方,避免因為疏水盤出口管道和消聲器堵塞,蒸汽噴出傷人。