吸附式制氧机组噪声研究与控制.pdf
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1、METALLURGICAL INFORMATION REVIEW 2024.245冶金信息导刊工程装备Engineering Equipment吸附式制氧机组噪声研究与控制王 明 杨智伟 金 勇(方大特钢科技股份有限公司 南昌 330012)摘要:介绍了吸附制氧机组噪声源产生的部位及强度,分析了噪声源特性及传播规律,重点介绍了目前吸附制氧建设项目中噪声治理采用的工艺及施工运行中存在的问题,提出了解决问题的方案,为吸附制氧工程项目噪声治理设计施工提供思路。关键词:吸附制氧;真空泵;低频噪声RESEARCH AND CONTROL ON NOISE OF ADSORPTION OXYGEN PRO
2、DUCTION UNITSWang Ming Yang Zhiwei Jin Yong(Fangda Special Steel Technology Co.,Ltd Nanchang 300012,China)Abstract:The article introduces the location and intensity of noise sources generated by adsorption oxygen production units,analyzes the characteristics and propagation laws of noise sources,and
3、 focuses on the processes used for noise control in current adsorption oxygen production construction projects and the problems existing in construction and operation.Solutions are proposed to solve these problems,providing ideas for the design and construction of noise control in adsorption oxygen
4、production engineering projects.Key words:adsorption oxygen production;vacuum pump;low-frequency noise0 前 言随着我国经济飞速发展,基础建设规模持续扩张,钢铁需求不断加大,刺激钢铁企业抓住机遇,采用快速高效的技术进行钢铁生产,如炼铁富氧喷煤技术等。为了满足炼铁工艺供氧强度的进一步提高,吸附制氧以其建设周期短、投资省、见效快也被越来越多企业所采用,取得了良好的效果,但同时也带来了较为严重的噪声污染问题。由于工艺要求,污氮放空需通过放散塔高空排放,因此,其特有的类似直升机螺旋桨产生的噪声在特定气
5、象条件下,传播距离可达 3 km 以上,对附近居民造成严重干扰,必须进行治理。1 吸附制氧噪声源分析1.1 吸附制氧工艺简介吸附制氧设备采用两塔变压吸附工艺,工艺流程如表 1 所示。表 1 两塔变压吸附工艺流程吸附塔主要操作步骤A吸附A均压降ED解吸V冲洗 P均压升ERB解吸V冲洗 P均压升ER吸附A均压降ED 在一个周期内,每个吸附塔都至少需经过“吸附”“均压降”“解吸”“冲洗”和“均压升”五个步骤,在同一时刻两台吸附塔分别处于不同的操作阶段。变压吸附基本过程如图 1 所示,即吸附塔在一个周期循环里,氮气吸附量和压力变化的彼此第一作者:王明,男,34 岁,工程师收稿日期:2023-12-20
6、METALLURGICAL INFORMATION REVIEW 2024.246冶金信息导刊工程装备Engineering Equipment关系。图 1 变压吸附基本过程示意简单说吸附制氧工艺就是利用吸附塔内的吸附剂将空气中的 H20、CO2、N2依次吸附掉,留下产品氧气,经缓冲罐供用户使用;然后对吸附单元抽真空,将吸附剂中截留的氮气(含杂质)由放散塔排出,吸附剂完成再生。一套制氧机组由两个吸附单元组成,两个单元“产气-再生”交替反向运行,实现氧气连续生产的过程。以上各步骤的切换主要由控制系统和专用开关蝶阀完成。控制系统按照各步骤的先后逻辑(简称“时序逻辑”)来开关各专用蝶阀,进而控制吸附
7、塔在“吸附”“均压降”“解吸”“冲洗”“均压升”等步骤过程中的时间长短,以此实现氧氮分离,最终制取符合客户要求的产品氧气。制氧工艺设备组成:罗茨鼓风机、真空泵机组、吸附分离系统、气动阀门切换系统、仪表控制系统、电气控制系统等。1.2 噪声源分析1.2.1 噪声来源噪声来源分两类,一类是罗茨风机设备的机械噪声和气流的脉动噪音,主要表现为中低频噪音;另一类是气体在管道中流动、气体放空及气体经过阀门或变径时产生的气流噪音,这些噪声主要表现为中高频噪音。1.2.2 噪声产生及特性1)罗茨设备的机械噪声。罗茨设备的机械噪声主要是其转子碰撞和齿轮噪声。转子噪声是在转子通过较窄的通道出口时,周向的气压及流速
8、均发生较大变化,从而导致较大的气动噪声。同时,转子旋转时,在叶轮表面形成涡流,这些涡流在其表面分裂时产生涡流噪声。另外,升压后的高压气体通过两叶轮之间、叶轮与机壳、叶轮与墙板之间的微小间隙向低压处泄露也可产生涡流噪声。且叶轮周期性地将气体由进口送至出口时,出口高压气体会回流,相当于回流气体周期性地打击介质质点,引起介质的压力脉动,形成周期性的旋转噪声,旋转噪声的基频就是叶轮每秒打击介质质点的次数。电机是罗茨风机的重要组成部分,其噪声也很明显。上述噪声再加上风机进气容积的亥姆霍兹共鸣,罗茨鼓风机的局部噪声在 115 dB(A)以上。罗茨设备噪声与风机叶轮转速、叶片数、流量、排气压力等因素有关,其
9、噪声频谱常呈中、低频特性。放散塔噪声监测频谱情况如表 2 所示。Q4Q3Q2Q1FDBACB真空解吸冲洗均压升均压降吸附P1 P2 P3 P4表 2 放散塔噪声监测频谱位置SPL/dB(A)LMAX频率/HZ8 0004 0002 0001 0005002501256331.5A 吸附制氧消声井排口114.1116.890.0100.5103.9106.5105.6112.3100.474.464.9B 吸附制氧消声井排口112.7113.582.396.0103.5109.1108.5102.391.975.967.2A 吸附制氧消声井底部108.5111.174.689.297.8101.
10、9106.4100.394.781.869.7变压吸附装置在风机出口和真空泵进口以及产品气后端均设有放空管道,这些排空口在排空前气体压力较高,排出气体的流速较大,从而也辐射出强烈的噪声。机械噪声通过管道等固体传声也可通过放散塔辐射到大气中。该噪声传播距离远,影响范围广。2)气流噪声。气流噪声贯穿整套变压吸附制氧生产过程。气流噪声产生于管道,阀门和各类排空口。其中管道噪声主要表现在:1)高速气体在流动中冲刷碰撞管道管壁并使之发生振动形成“发生器”后经管壁向四周辐射从而产生噪声。2)在管道的弯头、变径处等部位因涡流、涡阻现象导致气体的紊流现象从而引起这些部位的剧烈振动产生噪声。随着变压吸附制氧设计
11、过多的考虑经济性,管道内气流速度瞬时可达 40 m/s 以上,从而变压吸附制氧装置的METALLURGICAL INFORMATION REVIEW 2024.247冶金信息导刊工程装备Engineering Equipment气流噪声也很大,一般在 90 dB(A)左右,主要影响岗位环境。3)阀门切换排气噪声。变压吸附制氧装置是由程控阀门的频繁开关实现的,专用蝶阀采用压缩空气驱动,每次阀门动作结束后,气缸需要排气,压缩空气从高压突然释放至常压,冲出排气口时产生强烈噪声,气动噪声可达 100 dB(A)以上。该噪声传播距离不远,主要影响现场岗位环境。2 噪声治理工艺2.1 吸附制氧配套噪声治理
12、工艺罗茨鼓风机、罗茨真空泵机械噪音主要依靠厂房隔声。一般采用砖混墙体的结构,顶部采用轻型隔声构件进行隔声处理。隔声量一般可以做到35 dB 左右,基本能满足厂区内的治理要求。如果制氧机组临近厂界,则需要另外对鼓风机和真空泵设备单独设置隔声间,同时考虑通风散热。罗茨鼓风机、罗茨真空泵设消音放散塔(如图2 所示)。其中,鼓风机排气采用阻性消声器,气流在放散塔顶部横向流动再上出;真空泵排气采用阻抗复合消声结构,放散塔下部为抗性节流段,上部加阻性片式消声。根据消声原理和消声器结构尺寸计算,理论消声量可达 45 dB 左右。阀门切换排气噪声在排气口处配置 CS-B 型多图 2 放散塔消音工艺结构设计示意
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