張雨 唐俊峰（陜西未來(lái)能源化工有限公司，陜西 榆林 719000）

變壓吸附是制氫的一種實(shí)用方式，變壓吸附可以從多種氫氣源來(lái)進(jìn)行氫氣的提取工作，變壓吸附制氫的壓力適應(yīng)范圍較廣、啟停便捷、自動(dòng)化程度高并且能耗低，因此變壓吸附制氫在眾多行業(yè)中廣泛應(yīng)用，例如能源行業(yè)、化工行業(yè)、環(huán)保行業(yè)、冶金行業(yè)等。為了使變壓吸附制氫裝置可以在日常生產(chǎn)活動(dòng)中長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，就要對(duì)其相關(guān)的工藝、吸附塔結(jié)構(gòu)、吸附裝置管路計(jì)算、吸附劑、程控閥以及裝置的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究?，F(xiàn)代社會(huì)大力提倡環(huán)保節(jié)能思想，因此變壓吸附制氫裝置的噪聲被相關(guān)行業(yè)加大了關(guān)注程度，因此文章對(duì)變壓吸附制氫裝置噪聲分析與控制技術(shù)進(jìn)行了探究。

1 變壓吸附制氫系統(tǒng)噪聲分析

1.1 變壓吸附制氫系統(tǒng)

變壓吸附制氫工藝主要利用的原理是吸附劑上平衡吸附容量差異，壓力越大吸附質(zhì)的總量越多，并且變壓吸附制氫的壓力具備周期性，根據(jù)周期性來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓吸附制氫的吸附、解吸兩種制氫過(guò)程的不間斷交替，最終達(dá)到氫氣提純的生產(chǎn)目的。通用的變壓吸附制氫步驟主要包括：氫氣吸附、系統(tǒng)多級(jí)均壓降壓、裝置順?lè)?、解吸以及裝置多級(jí)均壓升壓，其中解吸又包括逆放步驟、沖洗步驟以及抽空步驟，變壓吸附制氫系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)壓力改變的主要在于均壓、順?lè)乓约澳娣湃齻€(gè)過(guò)程。

變壓吸附制氫工藝主要用到了管道、吸附塔、順?lè)殴蕖⒊炭亻y以及逆放緩沖罐，由程控閥來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)所發(fā)出的程序指令，讓其他裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓吸附制氫工藝的各個(gè)步驟。變壓吸附制氫裝置壓力改變初期，整個(gè)系統(tǒng)存在一定的壓力差，這會(huì)導(dǎo)致管路系統(tǒng)和塔內(nèi)中有一定的流速，從而導(dǎo)致出現(xiàn)流速噪音。例如在變壓吸附制氫裝置中50000Nm3/h 的均壓環(huán)境下，提純氫氣第一步的變壓吸附制氫系統(tǒng)中一些位置氣體流速較低，尤其是在系統(tǒng)兩吸附塔出口的主管路中更加明顯，但是在兩程控閥之間的均壓管路流速很高，流速甚至達(dá)到了超音速的標(biāo)準(zhǔn)，變壓吸附制氫系統(tǒng)的壓力降也主要在兩程控閥之間，從阻力系數(shù)角度來(lái)看，程控閥阻力加大，其阻力在部分均壓步驟中至少占到了總阻力的一半，所以程控閥的壓力變化幅度較大。變壓吸附制氫的變壓吸附是一個(gè)瞬態(tài)的變化過(guò)程，系統(tǒng)壓力降低，氣體密度變小，這一變化過(guò)程開(kāi)始后的流速將漸進(jìn)增加。

1.2 變壓吸附制氫噪聲源介紹

將變壓吸附制氫系統(tǒng)出現(xiàn)噪聲的原因進(jìn)行分類(lèi)，具體可化為三類(lèi)：機(jī)械噪聲、空氣噪聲、以及電磁噪聲。機(jī)械噪聲主要是震動(dòng)性噪聲，在變壓吸附制氫系統(tǒng)中，機(jī)械噪聲主要來(lái)自瞬態(tài)過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)氣流沖擊和高速氣流發(fā)出的氣流動(dòng)力性噪聲產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)噪聲，變壓吸附制氫裝置閥門(mén)處流場(chǎng)變化情況較為復(fù)雜，流場(chǎng)不僅僅會(huì)出現(xiàn)渦流，還會(huì)生成高速氣體對(duì)閥門(mén)有沖擊作用，這就會(huì)導(dǎo)致變壓吸附制氫系統(tǒng)出現(xiàn)十分明顯的空氣動(dòng)力性噪聲，通過(guò)對(duì)實(shí)際變壓吸附制氫裝置中的壓力計(jì)算可知，距離管壁1m的噪聲加權(quán)聲級(jí)是113dB（A）。變壓吸附制氫裝置中的氣體振動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生空氣動(dòng)力性噪聲，裝置中的氣體出現(xiàn)渦流或者出現(xiàn)裝置內(nèi)部壓力突變，都會(huì)引發(fā)變壓吸附制氫系統(tǒng)內(nèi)部氣體擾動(dòng)，從而出現(xiàn)空氣動(dòng)力性噪聲。在變壓吸附制氫裝置的緩沖罐中，氣體流通的面積如果出現(xiàn)突然放大的現(xiàn)象，會(huì)產(chǎn)生管道空響的噪聲，從科學(xué)角度進(jìn)行解釋就是裝置管道內(nèi)部有高速?lài)姵龅臍饬鲗?duì)周邊環(huán)境的氣體進(jìn)行剪切以及沖擊，從而產(chǎn)生劇烈的氣體擾動(dòng)，這種原理引發(fā)的噪聲被稱(chēng)為噴注噪聲。

2 變壓吸附制氫裝置的噪聲控制技術(shù)

噪聲主要由三個(gè)方面形成：聲源、傳播方式、聽(tīng)者，因此變壓吸附制氫裝置噪聲的實(shí)際解決措施也從這三個(gè)地方入手，這樣才能更好的控制變壓吸附制氫裝置的各類(lèi)噪聲。在一般變壓吸附制氫裝置噪聲控制中，可以選用有效的制氫降噪工藝方法來(lái)處理聲源噪聲并且改善噪聲的傳播途徑。

2.1 變壓吸附制氫裝置噪聲源控制技術(shù)

變壓吸附系統(tǒng)主要有兩個(gè)噪聲源，分別是緩沖罐噪聲和閥門(mén)噪聲，這兩個(gè)噪聲源都是變壓吸附制氫裝置中的高速氣流形成的，根據(jù)高速氣流形成噪聲的原理可以對(duì)變壓吸附制氫工藝進(jìn)行優(yōu)化來(lái)改善，降低變壓吸附制氫中的流速可以極大降低變壓吸附制氫生產(chǎn)活動(dòng)的噪聲。在變壓吸附制氫的均壓過(guò)程中，將均壓過(guò)程的時(shí)間進(jìn)行延長(zhǎng)，減慢均壓過(guò)程裝置氣流的速度，一般的變壓吸附制氫裝置均壓時(shí)間在20～30s，還有一部分變壓吸附制氫裝置的均壓時(shí)間低于15s，通過(guò)科學(xué)的變壓吸附制氫裝置管路計(jì)算，得出將均壓過(guò)程控制在大約25s 可以有效的將氣流流速降低到原流速的50%，這樣可以有效降低閥門(mén)噪聲，除了這個(gè)方法，也可以通過(guò)控制調(diào)節(jié)閥來(lái)降低均壓過(guò)程的最大流速，這種方法也能夠有效改善噪聲源所產(chǎn)生的噪音。對(duì)于變壓吸附制氫的順?lè)挪襟E和逆放步驟來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)增設(shè)總管調(diào)節(jié)閥來(lái)有效控制裝置中氣體的釋放速度，根據(jù)研究可知，噴注噪聲的數(shù)值和氣流速度數(shù)值的8次方是正比關(guān)系，因此增設(shè)調(diào)節(jié)閥同樣可以有效降低噪音。

2.2 變壓吸附制氫噪音途徑控制技術(shù)

作為較為常見(jiàn)的方法，隔聲措施可以有效降低變壓吸附制氫裝置的噪音。使用高比重、高密度的材料對(duì)噪音聲源進(jìn)行隔離，這樣可以有效防止噪聲影響外界，但是想要達(dá)到較好的降噪效果，則需要根據(jù)噪音源的特性來(lái)選用隔離材料，并且要設(shè)計(jì)相應(yīng)的隔聲結(jié)構(gòu)，這樣才能在噪音途徑上進(jìn)行降噪處理。消聲器是可以有效降低噪音的設(shè)備，使用這種設(shè)備可以在變壓吸附制氫的氣體以順利流通的前提下降低噪音，消聲器中有吸聲內(nèi)襯以及特殊消聲結(jié)構(gòu)，這樣可以提供特殊的氣流管道，因此主要在動(dòng)力設(shè)備的排氣口進(jìn)行氣流消聲處理，消聲器可分為四類(lèi)：抗性消聲器、阻性消聲器、共振式消聲器以及復(fù)合式消聲器，根據(jù)這幾種消聲器不同的性能和消聲原理，可應(yīng)用在不同的噪聲途徑降低噪聲。

2.3 設(shè)計(jì)高性能管道消聲器

對(duì)于應(yīng)用在工業(yè)大型變壓吸附設(shè)備來(lái)說(shuō)，在設(shè)備的程控閥門(mén)處設(shè)置專(zhuān)用消聲器能夠起到降低噪聲的作用，但是設(shè)備管道的空間較小，這就對(duì)消聲器的物理結(jié)構(gòu)有一定的要求，現(xiàn)在工藝變壓吸附裝置廣泛使用小孔消聲器，值得注意的是變壓吸附制氫瞬態(tài)過(guò)程中氣體的瞬時(shí)流速很高，但是閥門(mén)處安裝的消聲器所發(fā)揮的消聲作用有限，其原因在于程控閥門(mén)處存在的空氣動(dòng)力學(xué)噪聲不僅僅有很大的強(qiáng)度，并且噪音的頻率帶較寬，但是常見(jiàn)的消聲器只能改善頻率范圍窄的噪聲。因此設(shè)計(jì)高性能管道消聲器是十分有必要的，提升消聲器的消聲性能是改善變壓吸附制氫裝置噪聲的有效途徑。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代用于氫氣提純的變壓吸附制氫裝置體積越來(lái)越大，設(shè)備運(yùn)行所產(chǎn)生的噪聲對(duì)周邊環(huán)境有一定的不良影響，因此變壓吸附制氫裝置的噪聲處理越來(lái)越被人們所重視，將變壓吸附制氫的工藝和裝置管道進(jìn)行改善，使用各類(lèi)消聲技術(shù)來(lái)最大程度上解決噪聲問(wèn)題。國(guó)家對(duì)環(huán)保問(wèn)題極大了重視程度，做好噪聲處理工作是工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，這樣才能滿(mǎn)足現(xiàn)代人生活品質(zhì)的需求，建設(shè)文明和諧的社會(huì)環(huán)境。