变压吸附制氢装置噪声分析与控制技术探析

张雨 唐俊峰（陕西未来能源化工有限公司，陕西 榆林 719000）

变压吸附是制氢的一种实用方式，变压吸附可以从多种氢气源来进行氢气的提取工作，变压吸附制氢的压力适应范围较广、启停便捷、自动化程度高并且能耗低，因此变压吸附制氢在众多行业中广泛应用，例如能源行业、化工行业、环保行业、冶金行业等。为了使变压吸附制氢装置可以在日常生产活动中长期稳定工作，就要对其相关的工艺、吸附塔结构、吸附装置管路计算、吸附剂、程控阀以及装置的控制系统进行研究。现代社会大力提倡环保节能思想，因此变压吸附制氢装置的噪声被相关行业加大了关注程度，因此文章对变压吸附制氢装置噪声分析与控制技术进行了探究。

1 变压吸附制氢系统噪声分析

1.1 变压吸附制氢系统

变压吸附制氢工艺主要利用的原理是吸附剂上平衡吸附容量差异，压力越大吸附质的总量越多，并且变压吸附制氢的压力具备周期性，根据周期性来实现变压吸附制氢的吸附、解吸两种制氢过程的不间断交替，最终达到氢气提纯的生产目的。通用的变压吸附制氢步骤主要包括：氢气吸附、系统多级均压降压、装置顺放、解吸以及装置多级均压升压，其中解吸又包括逆放步骤、冲洗步骤以及抽空步骤，变压吸附制氢系统中实现压力改变的主要在于均压、顺放以及逆放三个过程。

变压吸附制氢工艺主要用到了管道、吸附塔、顺放罐、程控阀以及逆放缓冲罐，由程控阀来实现自动化控制系统所发出的程序指令，让其他装置来实现变压吸附制氢工艺的各个步骤。变压吸附制氢装置压力改变初期，整个系统存在一定的压力差，这会导致管路系统和塔内中有一定的流速，从而导致出现流速噪音。例如在变压吸附制氢装置中50000Nm3/h 的均压环境下，提纯氢气第一步的变压吸附制氢系统中一些位置气体流速较低，尤其是在系统两吸附塔出口的主管路中更加明显，但是在两程控阀之间的均压管路流速很高，流速甚至达到了超音速的标准，变压吸附制氢系统的压力降也主要在两程控阀之间，从阻力系数角度来看，程控阀阻力加大，其阻力在部分均压步骤中至少占到了总阻力的一半，所以程控阀的压力变化幅度较大。变压吸附制氢的变压吸附是一个瞬态的变化过程，系统压力降低，气体密度变小，这一变化过程开始后的流速将渐进增加。

1.2 变压吸附制氢噪声源介绍

将变压吸附制氢系统出现噪声的原因进行分类，具体可化为三类：机械噪声、空气噪声、以及电磁噪声。机械噪声主要是震动性噪声，在变压吸附制氢系统中，机械噪声主要来自瞬态过程中系统内气流冲击和高速气流发出的气流动力性噪声产生的机械振动噪声，变压吸附制氢装置阀门处流场变化情况较为复杂，流场不仅仅会出现涡流，还会生成高速气体对阀门有冲击作用，这就会导致变压吸附制氢系统出现十分明显的空气动力性噪声，通过对实际变压吸附制氢装置中的压力计算可知，距离管壁1m的噪声加权声级是113dB（A）。变压吸附制氢装置中的气体振动也会产生空气动力性噪声，装置中的气体出现涡流或者出现装置内部压力突变，都会引发变压吸附制氢系统内部气体扰动，从而出现空气动力性噪声。在变压吸附制氢装置的缓冲罐中，气体流通的面积如果出现突然放大的现象，会产生管道空响的噪声，从科学角度进行解释就是装置管道内部有高速喷出的气流对周边环境的气体进行剪切以及冲击，从而产生剧烈的气体扰动，这种原理引发的噪声被称为喷注噪声。

2 变压吸附制氢装置的噪声控制技术

噪声主要由三个方面形成：声源、传播方式、听者，因此变压吸附制氢装置噪声的实际解决措施也从这三个地方入手，这样才能更好的控制变压吸附制氢装置的各类噪声。在一般变压吸附制氢装置噪声控制中，可以选用有效的制氢降噪工艺方法来处理声源噪声并且改善噪声的传播途径。

2.1 变压吸附制氢装置噪声源控制技术

变压吸附系统主要有两个噪声源，分别是缓冲罐噪声和阀门噪声，这两个噪声源都是变压吸附制氢装置中的高速气流形成的，根据高速气流形成噪声的原理可以对变压吸附制氢工艺进行优化来改善，降低变压吸附制氢中的流速可以极大降低变压吸附制氢生产活动的噪声。在变压吸附制氢的均压过程中，将均压过程的时间进行延长，减慢均压过程装置气流的速度，一般的变压吸附制氢装置均压时间在20～30s，还有一部分变压吸附制氢装置的均压时间低于15s，通过科学的变压吸附制氢装置管路计算，得出将均压过程控制在大约25s 可以有效的将气流流速降低到原流速的50%，这样可以有效降低阀门噪声，除了这个方法，也可以通过控制调节阀来降低均压过程的最大流速，这种方法也能够有效改善噪声源所产生的噪音。对于变压吸附制氢的顺放步骤和逆放步骤来说，可以通过增设总管调节阀来有效控制装置中气体的释放速度，根据研究可知，喷注噪声的数值和气流速度数值的8次方是正比关系，因此增设调节阀同样可以有效降低噪音。

2.2 变压吸附制氢噪音途径控制技术

作为较为常见的方法，隔声措施可以有效降低变压吸附制氢装置的噪音。使用高比重、高密度的材料对噪音声源进行隔离，这样可以有效防止噪声影响外界，但是想要达到较好的降噪效果，则需要根据噪音源的特性来选用隔离材料，并且要设计相应的隔声结构，这样才能在噪音途径上进行降噪处理。消声器是可以有效降低噪音的设备，使用这种设备可以在变压吸附制氢的气体以顺利流通的前提下降低噪音，消声器中有吸声内衬以及特殊消声结构，这样可以提供特殊的气流管道，因此主要在动力设备的排气口进行气流消声处理，消声器可分为四类：抗性消声器、阻性消声器、共振式消声器以及复合式消声器，根据这几种消声器不同的性能和消声原理，可应用在不同的噪声途径降低噪声。

2.3 设计高性能管道消声器

对于应用在工业大型变压吸附设备来说，在设备的程控阀门处设置专用消声器能够起到降低噪声的作用，但是设备管道的空间较小，这就对消声器的物理结构有一定的要求，现在工艺变压吸附装置广泛使用小孔消声器，值得注意的是变压吸附制氢瞬态过程中气体的瞬时流速很高，但是阀门处安装的消声器所发挥的消声作用有限，其原因在于程控阀门处存在的空气动力学噪声不仅仅有很大的强度，并且噪音的频率带较宽，但是常见的消声器只能改善频率范围窄的噪声。因此设计高性能管道消声器是十分有必要的，提升消声器的消声性能是改善变压吸附制氢装置噪声的有效途径。

3 结语

现代用于氢气提纯的变压吸附制氢装置体积越来越大，设备运行所产生的噪声对周边环境有一定的不良影响，因此变压吸附制氢装置的噪声处理越来越被人们所重视，将变压吸附制氢的工艺和装置管道进行改善，使用各类消声技术来最大程度上解决噪声问题。国家对环保问题极大了重视程度，做好噪声处理工作是工业发展的趋势，这样才能满足现代人生活品质的需求，建设文明和谐的社会环境。