авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Разработка эффективных глушителей шума систем сброса газа на компрессорных станциях

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЕМЕЛЬЯНОВ ОЛЕГ НИКОЛАЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ ГЛУШИТЕЛЕЙ ШУМА СИСТЕМ СБРОСА ГАЗА НА КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЯХ

05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы в нефтяной и газовой промышленности

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2011

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" (ООО "Газпром ВНИИГАЗ")

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Алексей Леонидович Терехов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук В.Б. Степанов (АКИН им. академика Н.Н. Андреева);

кандидат технических наук И.М. Пичугин (ОАО «ГИПРОНИИАВИАПРОМ»).

Ведущая организация: Открытое акционерное общество «Гипроспецгаз» (ОАО «Гипроспецгаз»)

Защита состоится «_____» 2011 г. в часов на заседании диссертационного света Д 515.001.02 при ООО «Газпром ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, пос. Развилка, Газпром ВНИИГАЗ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

Автореферат разослан «____» 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук И.Н. Курганова

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

Задача снижения производственных шумов на объектах газовой промышленности обусловлена увеличением мощностей газоперекачивающих агрегатов и технологического оборудования, строительством новых компрессорных станций и наращиванием цехов по перекачке газа при реконструкции.

Акустические обследования объектов газотранспортных организаций показывают, что на фоне улучшения шумовых характеристик основных источников шума - газоперекачивающих агрегатов (ГПА) - существенным, а иногда и доминирующим становится вклад вспомогательного оборудования (аппараты воздушного охлаждения газа, запорная аппаратура, системы газовоздушных сбросов и др.) в шумовое поле компрессорных станций (КС).

К числу основных источников шума, определяющих шумовой режим на промышленной площадке КС и прилегающей к ней территории, относятся системы технологических сбросов газа с контуров нагнетателя, топливного и пускового газа ГПА, а также линейных частей КС.

По своей природе шум технологических сбросов газа на КС является аэродинамическим и характеризуется высокими уровнями излучения в высокочастотной части спектра нормируемого (1000-8000 Гц) звукового диапазона. Выполненные оценки применительно к условиям сброса газа на общестанционных коммуникациях КС (Грязовецкая, Новоюбилейная, Ржевская, Торжокская, Холм-Жирковская, Шекснинская) показали, что начальная мощность шума, генерируемого при сбросах газа, составляет 175-180 дБА, а соответствующие уровни шума на расстоянии 50 м превышают болевой порог (135дБА). Допустимый по СН 2.2.4/2.1.8.562-96 максимальный уровень шума на границе санитарной защитной зоны в 60 дБА достигается на расстояниях в десятки километров от места сброса.

Для обеспечения санитарных требований по шуму на КС «Смоленская» акустическая эффективность шумоглушителей технологических сбросов газа должна составлять 20-40 дБ.

Поэтому создание эффективных средств шумоподавления систем технологических сбросов является актуальной задачей при решении вопросов обеспечения санитарно-гигиенических требований и норм на строящихся и действующих объектах газовой отрасли.

Цель работы: Разработка обоснованных технических решений для проектирования эффективных глушителей шума систем сбросов газа на КС на основе исследований процессов шумообразования и шумоглушения сброса газа на КС.

Задачи исследования:

  1. Разработать расчетные модели элементов глушителя шума сбросов газа на КС на основе анализа процессов шумообразования и шумоглушения сброса газа на компрессорных станциях.
  2. Провести лабораторные исследования акустико-аэродинамических характеристик элементов глушителя.
  3. Обосновать применимость разработанных моделей расчета элементов глушителей шума сброса газа и подтвердить эффективность предлагаемых конструкций на основании анализа экспериментальных данных.
  4. Разработать алгоритм определения конструктивных параметров средств глушения шума при проектировании систем сброса газа КС.
  5. Провести натурные акустические испытания предлагаемых шумоглушителей систем сброса газа КС.
  6. Разработать предложения по выбору основных геометрических и конструктивных параметров глушителей шума сбросов газа на КС.

Научная новизна.

На основании аналитических, стендовых и натурных исследований впервые разработаны методические положения по расчету и проектированию глушителей шума систем сброса газа на КС, которые включают в себя два рабочих узла - дроссельный блок и ступень звукопоглощения.

Разработаны и экспериментально подтверждены расчетные модели для решения задачи шумоглушения в ступенчатых и непрерывных дроссельных устройствах глушителей сброса газа.

Аналитически обоснованы и подтверждены стендовыми испытаниями фактические акустические свойства диссипативных элементов глушителя сброса газа с заданной акустической характеристикой.

Разработаны конструктивные схемы и процедура определения показателей эффективности основных характерных параметров глушителей шума на КС, обеспечивающих технологические и акустические требования к свече сброса газа.

Защищаемые положения:

  1. Методы расчета характеристик дроссельных элементов глушителей шума систем сбросов газа на КС, позволяющие определять их акустико-аэродинамические параметры.
  2. Методические рекомендации по расчету неоднородных диссипативных элементов глушителя сброса с заданной акустической характеристикой, позволяющие довести шумовые параметры сброса газа до требуемых показателей.
  3. Алгоритм определения конструктивных характеристик эффективных глушителей шума, позволяющий обеспечить технологические и акустические требования к свече сброса газа.
  4. Экспериментально - теоретическое обоснование конструктивных параметров глушителя шума технологических сбросов газа на КС.

Практическая значимость результатов работ.

Результаты работы вошли в нормативный документ СТО Газпром 2-3.5-042-2006 «Регламент проведения акустического расчета на стадии проектирования компрессорных станций, дожимных компрессорных станций, компрессорных станций подземного хранения газа».

Использование научных разработок, полученных в диссертационной работе, позволило снизить уровень шума сбросов газа с контуров ГПА до требований санитарных норм на КС «Смоленская», КС «Ставропольская», КС «Торжокская» и др.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались:

  • на Всероссийской научно-практической конференции по проблемам охраны труда и экологии человека в газовой промышленности, Москва, 2002 г.;
  • на VII Международном экологическом форуме «День Балтийского Моря» - С-Петербург, 2006г.;
  • на Международной научно-практической конференции «Защита городов от шума компрессорных станций магистральных газопроводов» - С-Петербург, 2006г.;
  • на II Международной научно-технической конференции «Авиадвигатели XXI века» - Москва, ЦИАМ, 2006г.;
  • на 7-ой Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России – Москва: РГУ нефти и газа им. Н.М. Губкина, 2007г.

Публикации.

По теме диссертации единолично и в соавторстве опубликовано 12 научных работ, из них три – в журналах, входящих в «Перечень…» ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов по диссертации, списка использованной литературы из 104 наименований, трех приложений. Объем диссертации составляет 134 страницу основного текста, 46 рисунков, 6 таблиц, 3 приложения на 11 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность и значимость выбранной темы, охарактеризованы научно-методические пути ее решения.

В первой главе определены задачи исследований по снижению шума технологических сбросов газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов. Рассмотрены процессы шумообразования при атмосферных сбросах газа высокого давления на КС и его источники.

На основании выполненных исследований установлено, что вклад шума сбросных систем в общий шум КС является значительным и для его снижения необходима установка эффективных систем шумоглушения на сбросных свечах.

Проблемам снижения шума технологического оборудования большое внимание уделяли отечественные и зарубежные учёные: И.Н. Боголепов, Л.А. Борисов, Ф.Е. Григорьян, А.И. Гриценко, Л.Я. Гутин, В.И. Заборов, Н.И. Иванов, А.Г. Мунин, А.С. Никифоров, Г.Л. Осипов, Т.Г. Софрин, В.Б. Степанов, Дж.М. Тайлер, А.Л. Терехов, Е.Я. Юдин, Л.Р. Яблоник и др.

На основании проведенного анализа литературных источников определено, что современный глушитель сброса газа в наиболее общем виде должен включать в себя два основных рабочих узла – дроссельный блок и ступень звукопоглощения.

Дроссельный блок может быть выполнен по схеме ступенчатого или непрерывного дросселирования и предназначен для максимально возможного подавления (по условиям возможного сохранения пропускной способности) шума газовых сбросов, порождаемых нестационарными аэродинамическими процессами в высокоскоростных областях потока газа.

Основной функцией звукопоглощающей ступени является изоляция шума, генерируемого струйным течением газа на выходе из сбросной свечи. Установлено, что наиболее перспективно применение многослойных звукопоглощающих элементов, состоящих из нескольких слоёв материала, в частности, с воздушным подслоем, что позволяет обеспечить довольно широкие возможности формирования частотной характеристики поглощения.

Предлагаемая в работе структурная схема расчета шумоглушителя систем газовых сбросов включает в себя следующие основные этапы. Первый этап - определение шумовых характеристик источников - шум нестационарных аэродинамических процессов в высокоскоростных областях потока газа в выпускном газопроводе. Второй этап состоит в оценке затухания звука на пути распространения от источника во внешнюю среду (в отсутствие средств шумоподавления) и определении требуемой акустической эффективности устройства шумоглушения. Третий этап - выбор конструкции и расчет параметров собственно глушителя.

Отличительная особенность шума при сбросе газа - изменение параметров источника шума с течением времени. Другой аспект проблемы связан с необходимостью оценки требуемой пропускной способности шумоглушителя, удовлетворяющей технологическим ограничениям по продолжительности сброса газа.

Последовательность расчета глушителя включает в себя акустико-аэродинамический расчет выхлопного трубопровода, а также поэлементный расчет шумоглушителя.

При этом расчет дроссельного блока шумоглушителя может включать варианты ступенчатой системы сверленых решеток и канала с зернистой засыпкой.

При расчете ступени звукопоглощения возможно рассмотрение вариантов плоских и кольцевых облицованных каналов.

Выбор параметров адсорбционных глушителей (длины, толщины пластин, звукопоглощающего материала и плотности его набивки, количества ступеней шумоглушения и т.д.) осуществляется вариантными расчетами с учетом ограничений по габаритам и гидродинамическому сопротивлению устройства.

Во второй главе представлены результаты расчетно-аналитических исследований рабочих характеристик элементов шумоглушителей сброса газа. Выполнена количественная оценка влияния геометрических и режимных параметров на соотношение между перепадами давления в клапане и на выходе из трубопровода в рамках модели одномерного течения совершенного газа с постоянными теплоемкостями.

Данные расчетов по зависимостям акустических мощностей wкл и wвых за клапаном и выходной струи, отнесенных к суммарной срабатываемой мощности при сбросе в единицу времени энергии газа и их суммы wсум (рисунок 1) показывают, что, хотя суммарные уровни генерируемого при сбросе шума практически не зависят от соотношения между площадью поперечного сечения выхлопной трубы и эффективной площадью проходного сечения клапантp, изменения этого соотношения приводит к быстрому перераспределению вклада указанных источников. При относительно больших диаметрах выхлопной трубы и невысоких начальных давлениях газа поток за клапаном может оказаться единственно существенным источником шума.

Полученные результаты имеют принципиальное значение с точки зрения выбора средств шумоглушения при сбросе газа. Так, в ситуациях, когда достаточно обеспечить защиту от шума, генерируемого потоком в зоне клапана, возможно использование стандартных схем диссипативного или интерференционного шумоглушения. В более общем случае при необходимости подавления как шума клапана, так и выходной струи требуется установка специальной насадки на выхлопе, ограничивающей шум обоих источников.

 Влияние приведенной площади-0

Рисунок 1. Влияние приведенной площади трубы на величины относительных акустических мощностей шумообразования в клапане wкл, в выходной струе wвых и их суммы wсум

(Диаграммы: a - начальное давление равно 10 кГ/см2; б - 30 кГ/см2; в - 50 кГ/см2.

Кривые: 1 - wкл; 2 - wвых; 3 - wсум).

В число рассчитываемых параметров шумового воздействия при сбросе газа с контура КС должны быть включены уровни максимального и эквивалентного шума в период сброса.

Приведены оценки отмеченных характеристик применительно к сбросу газа непосредственно из контура в атмосферу, что позволяет определить в необходимых случаях акустические требования к средствам шумоглушения, в том числе на этапе проектирования КС. Осредненные по полной продолжительности сброса эквивалентные уровни шума оказываются на 6…9 дБ ниже начальных максимальных значений (110-130 дБА).

Выполнена оценка влияние конструкции дроссельного устройства на снижение шума сброса.

В случае ступенчатого дроссельного устройства аэродинамическая генерация звука лишь отчасти определяет параметры шума на выходе дроссельной насадки. Один из основных механизмов затухания звука в элементах ступенчатого дроссельного устройства связан с поглощением звуковой энергии в вихрях, формирующихся на начальных участках элементарных струек, истекающих из отверстий дроссельных решеток (ослабление звука проявляется при дозвуковом режиме истечения и увеличивается при снижении частоты).

Зависящая от частоты f спектральная плотность приведенной мощности шума струи на выходе насадки Фn(f) обусловлена приведенной мощностью генерируемого ступенью n шума wn, а также ослаблением звука в расположенных ниже по потоку ступенях:

. (1)

(vn, dn – соответственно скорость истечения из круглого отверстия и его диаметр,m - коэффициент ослабления звука частоты f при прохождении ступени с номером m за счет вихревого поглощения, (Sh) – универсальная характеристика приведенной спектральной плотности звуковой мощности струи).

Суммарная приведенная мощность wef звукового излучения выхлопа в диапазоне частот [fmin, fmax] равна:

. (2)

В устройствах непрерывного дросселирования поглощение звука связано главным образом с процессами вязко-термического взаимодействия звуковых волн с развитой поверхностью заполнителя. При этом затухание зависит от распределения давлений вдоль канала, т.к. по мере снижения давления растет кинематическая вязкость рабочей среды.

Расчет устройств шумоглушения с непрерывным дросселированием включает в себя решение двух задач: первая – определение максимально допустимой по сопротивлению толщины насыпного зернистого слоя, вторая - нахождение минимальной толщины того же слоя, обеспечивающей требуемое шумоглушение при сбросе газа. В тех случаях, когда первая из указанных величин больше второй, возможна реализация схемы шумоглушения по принципу непрерывного дросселирования.

Рассмотрение аэродинамических характеристик устройства непрерывного дросселирования основано на общем соотношении, связывающем гидродинамическое сопротивление крупнозернистого или сетчатого крупнопористого слоя с его геометрическими параметрами.

Генерация шума в элементах непрерывного дроссельного устройства происходит в элементарных струйках, и определяется на базе соотношений для шума струйного потока. В отличие от схемы ступенчатого дросселирования, шум в таком потоке порождается одномерными пульсациями расхода в единичных каналах между элементами заполнителя (монопольные источники). Проведена оценка затухания звука в зернистом дроссельном слое, основанная на уравнении баланса звуковой энергии.

Выполнен сравнительный анализ работы ступенчатого и крупнопористого дроссельного устройства в условиях сброса газа с контура КС для случая, когда геометрия крупнопористого устройства выбрана таким образом, чтобы обеспечить тот же начальный расход, что и в одноступенчатом варианте.

Графические зависимости приведенной продолжительности полного сброса газа от относительного перепада давления 0, равного отношению полного давления в контуре системы сброса к атмосферному, для ступенчатого и крупнопористого дроссельного устройства представлены на рисунке 2.

 Зависимость приведенной-3

Рисунок 2. Зависимость приведенной продолжительности полного сброса газа от относительного перепада давления в контуре. Типы дроссельных устройств:
1 – одноступенчатое (дроссельная шайба); 2 – зернистый дроссельный слой.

Из результатов расчета (рисунок 2) следует, что при заданном ограничении на полную продолжительность сброса фиксированной массы газа максимальный начальный расход при непрерывном дросселировании в крупнопористой среде должен быть почти вдвое больше, чем при использовании одноступенчатой схемы. Отсюда следует необходимость увеличения габаритов шумоглушителя при непрерывном дросселировании. Данное обстоятельство приводит к заключению, что применительно к задаче шумоглушения сбросов природного газа с контуров КС определенным преимуществом, как правило, обладают конструкции, оснащенные ступенчатыми дроссельными блоками.

С целью расширения возможностей расчета диссипативных элементов глушителя сбросов газа рассмотрена модель, представляющая собой участок канала произвольной формы с твердыми стенками, часть канала заполнена звукопоглощающим материалом. При этом допускается наличие жестких перегородок.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.