聚丙烯粒料输送管线噪声的治理

2013-10-21李朝阳杨富来卜琛亮

中国设备工程 2013年12期

关键词：消声隔声共振

李朝阳，杨富来，卜琛亮

（延安石油化工厂，陕西延安 727406）

延安石油化工厂20万t/a聚丙烯装置挤压造粒机组产品需通过钢管用压缩空气输送，输送过程中产生的噪声高达105dB以上。严重超出国家标准。使在此环境中的工人已无法进行正常工作。亟需对管线及阀门进行隔声降噪处理。

一、噪声形成原因

噪声污染源分布分散，可分为空气动力性噪声、机械性噪声和电磁性噪声。该装置气体输送管线能够产生如此高声强的噪声，主要原因如下。

1.物料摩擦

物料在输送过程中，物料与物料、物料与管壁碰撞、摩擦可产生机械辐射噪声，物料输送速率越高，噪声辐射越明显。这种噪声频率一般为中高频。

2.高压气体在管道中传输

输料用高压气体在管道中传输时会产生噪声，其成因主要是气体流动过程中形成的紊流使管壁振动，振动向外辐射形成噪声。它被称为“气锤效应”。紊流由气体流动过程中的不平顺、经过弯管时出现的湍流、以及阀门等处对气体的节流等因素引起的。管道中气流流速越快，气体压力越大，弯管越多，阀门节流强迫性越强，气锤效应越严重。而气锤效应越严重，管道支撑处的刚性越强，管道的振动就越强烈，辐射的噪声就越大。气锤效应的特点是噪声频率与气体压强有关，压强越大，频率越高。因此，高压气体在传输过程中多是高频的啸叫声。

二、降噪方案选择

1.吸声降噪

吸声降噪是一种在传播途径上控制噪声强度的方法。物体的吸声作用是普遍存在的，吸声的效果不仅与吸声材料有关，还与所选的吸声结构有关。该技术主要用于室内空间或其他降噪措施无法降噪的情况，如空间大管道降噪。

2.消声降噪

消声器是一种既能使气流通过又能有效降低噪声的设备。通常可降低各种空气动力设备的进出口或沿管道传递的噪声。例如在内燃机、通风机、鼓风机、压缩机、燃气轮机以及各种高压、高气流排放的噪声控制中广泛使用消声器。不同消声器的降噪原理不同。常用的消声技术有阻性消声、抗性消声、损耗型消声、扩散消声等。

3.隔声降噪

把产生噪声的机器设备封闭在一个小的空间，使它与周围环境隔开，以减少噪声对环境的影响，这种做法叫做隔声。隔声屏障和隔声罩是主要的2种设计，其他隔声结构还有隔声室、隔声墙、隔声幕及隔声门等。

聚丙烯粒料输送管线为架空管线，经分析决定采用吸声加隔声的降噪方式。

三、降噪材料选择

1.多孔吸声材料

多孔吸声材料包括纤维状吸声材料、颗粒状吸声材料、泡沫状吸声材料，其内部具有大量互相连通的微孔或间隙，而且孔隙细小且在材料内部均匀分布。吸声机理是当声波入射到材料表面时，一部分在材料表面反射，另一部分则透入到材料内部向前传播，在传播过程中，引起孔隙中的空气运动，与形成孔壁的固体孔筋或孔壁发生摩擦，由于粘滞性和热传导效应，将声能转变为热能耗散掉，主要用作高频噪声的吸声。

2.共振吸声材料

包括单个共振器、穿孔板共振吸声结构、薄板共振吸声结构、薄膜共振吸声结构。共振吸声材料主要是孔径处于丝米级(0.1mm)，在厚度小于1mm的薄板上，穿孔率约在1%～5%的微穿孔板，微穿和后背空腔组成了微穿孔吸声体。当入射声波的频率和系统的共振频率一致时，穿孔板颈的空气产生激烈振动摩擦，加强了吸收效应，形成了吸收峰，使声能显著衰减。远离共振频率时，则吸收作用减小。

聚丙烯送料管线为高频噪声，将主要采用纤维多孔材料作为吸声材料。

四、降噪处理方案设计

根据噪声特性，利用隔声、吸声、共振等声学原理，采用外隔、内吸、消声、阻尼及阀门降噪等方法对管线和阀门进行综合治理，使装置的噪声得到有效控制。根据现场测量和观测，噪声主要频程位于高频程，设计以高密度面板作为隔声材料，以多孔纤维材料作为吸声材料，配以阻尼减振层和隔声毛毡。由于低频段噪声较小，因此空腔未设计在内。

1.隔声板材料隔声量设计

理论上隔声材料的隔声量受材料的面密度和声波频率的影响，经验公式：

R＝201gm+201g f-47.5(单层结构)

R＝161g(m1+m2)+161g f-30+△TL(双层结构)

其中m为材料的面密度，f为声波频率，工程计算频率为500Hz。考虑管线支架所能承受的重量，选取厚度为1.00mm的镀锌铁皮作为隔声材料，其面密度为7.8kg/m2，理论计算单层铁皮平均隔声量可达到18dB；考虑到工程施工导致隔声罩的漏声率，在噪声低于108dB处采用单层结构，对与噪声高于108dB处需进行双层处理。同时，在隔声铁皮内壁附有隔声毛毡，降低铁皮搭接处的漏声率，提高隔声效果。

2.高分子阻尼层的设计

由于隔音板约为1mm厚钢板，本身阻尼很小，容易受到激发振动产生新的噪声。为降低这种振动和噪声，在金属板上涂覆一层0.2～0.3mm左右的高阻尼弹性材料，此材料能在金属板受振动弯曲时，损耗大量的振动能量，使其尽量耗散在阻尼层中，从而降低噪声值，同时具备抑制与减弱共振和吻合效用的影响。

3.吸声材料选择

考虑到噪声的特性及发声源为架空管线，需采用纤维吸声材料，可在声波入射时，将声能量通过吸声材料的内损耗转变为热能散发掉，减少反射即避免出现混响。根据现场噪声情况，采用吸声矿棉，其平均吸声系数达到0.8左右，同时对吸声材料采用包装处理，起到防火、防水、防潮和防腐等效果。

4.空腔设计

由于本项目主要是高频噪声，因此对空腔未进行考虑。

5.隔声罩整体结构

图1 声降噪结构示意图

如图1所示具体处理为管壁涂覆约0.3mm的轻质高分子阻尼材料，此材料能有效的抑制气体摩擦管道所产生的振动、损耗大量的声能、降低噪声值，同时具备抑制与减弱共振和吻合效用。中间层为吸声材料，厚度约为50mm，其主要作用为声波入射时，通过吸音材料的内损耗将生能量转变为热能散发掉，减少反射即避免出现混响，降低管道振动向外辐射的强度。外层为高分子隔音毡和高密度厚隔音板复合结构，将噪声源与外界隔离，阻断空气的传播，从而达到隔声目的。而针对重点部位，采取双层隔声结构，对重点部位重点处理。