image

Территория Нефтегаз № 4 2017

Транспорт и хранение нефти и газа

»  01.04.2017 10:00 Снижение уровня аэродинамического шума регулирующей арматуры в переходных режимах течения газа
В статье предложены границы переходного режима течения газообразных сред от субкритического к критическому и дается сравнение простейших технических решений для снижения уровня шума в регулирующей арматуре на технологических позициях с подобными условиями дросселирования. На примерах показана сравнимая эффективность использования радиальных антишумовых затворов и пластин, рассмотрены некоторые ограничения их применимости.
Открыть PDF


Аэродинамический шум в регулирующих клапанах, предназначенных для газов и паров, даже при дросселировании с относительно небольшим перепадом давления может достигать уровня, неприемлемого, во-первых, с точки зрения стандартов безопасности труда, а во-вторых, из-за чрезмерных вибраций, ведущих к отказу самого регулирующего клапана либо его приборов управления.

Это в полной мере относится к большому количеству технологических процессов, постоянно протекающих в так называемом переходном режиме течения газов, при котором наблюдается значительное отклонение от квазилинейного вида в стационарном режиме течения зависимости пропускаемого расхода Q(√∆P), где ∆P – рабочий перепад давления, связанное с изменением плотности рабочей среды (рис. 1).

1_1.png

Границы переходного режима определяются отношением давления на входе P1 к давлению на выходе P2 и весьма надежной оценкой, вне зависимости от вида дросселируемой газообразной среды будет диапазон 1,5 ≤ P1/P2 ≤ 3.

Источниками аэродинамического шума в таком случае будут интенсивные завихрения газа ниже области с максимальной скоростью потока (зоны Vena Contracta) с добавлением ударных волн в приближении к критическим скоростям течения.

Задача выбора арматуры для подобных технологических позиций сводится к поиску технико-экономического оптимума среди вариантов решений, ограничивающих возникновение и распространение шума, основанных на разделении потока и уменьшении турбулентности, характерными элементами которых, причем наиболее бюджетными и простыми с технической точки зрения, являются пластины (другое название – тарелки, решетки) и цилиндрические клетки или плунжеры с множеством прямых каналов для деления потока среды на небольшие струи.

1_1_1.png

Случаи с большим значением ∆P, требующие применения лабиринтных или многоступенчатых затворов арматуры, а также внешних диффузоров-шумоглушителей, выходят за рамки рассматриваемых процессов.

Ниже проводится сравнение эффективности снижения аэродинамического шума на примере односедельного подъемного клапана серии 21000 с антишумовым затвором в виде перфорированного цилиндрического плунжера (обозначен как 21700) и с антишумовой пластиной.

1_1_2.png

Вычисление значений уровня шума регулирующей арматуры производится по стандартной методике IEC 60534-8-3, встроенной в программу расчета арматуры ValSpeQ. В рассматриваемых примерах процессов отсутствует шум расширения и одинаковы потери при передаче, т. е. диаметр и класс давления трубопровода идентичны соответствующим характеристикам арматуры.

На графиках рис. 2–4 представлены результаты расчетов значений аэродинамического шума для граничных и одного промежуточного значений
P1/P2 переходного режима.

1_1_3.png

Обращает на себя внимание сравнимая эффективность в плане снижения шума для антишумового затвора и пластины. На больших процентах открытия арматуры разница расчетных уровней шума в обоих случаях не превышает методической погрешности ±5 дБА даже на скоростях больше 1/3 Маха (область правее маркеров на рис. 4).

В абсолютных значениях применение любой конструкции в переходном режиме течения газа – перфорированной пластины или цилиндра – позволяет снизить уровень звука на 10–15 дБА. При выбранных соотношениях P1/P2 перфорированный цилиндр не дает ожидаемого выигрыша в ограничении шума, хотя при направлении среды «на открытие» радиально движущиеся струи газа перетекают в больший объем снаружи цилиндра, где их скорость заметно падает по сравнению с ситуацией одинакового DN клапана, пластины и трубопровода.

Тенденция производить затворы регулирующей арматуры только из высококачественных нержавеющих сталей делает антишумовые пластины весьма привлекательным решением по экономическим соображениям, особенно при допустимом исполнении пластин из углеродистых сталей.

Впрочем, антишумовые пластины не способны полностью вытеснить одноступенчатые антишумовые затворы из-за ряда ограничений их применения, связанных, главным образом, с процессами дросселирования при большом разбросе значений рабочих расходов и перепадов давления.

Если же регулирующая арматура работает преимущественно в одном режиме расхода среды, для соответствующего ему рабочего перепада оптимальным решением будет подбор антишумовой пластины, заключающийся в выборе диаметра и количества отверстий, влияющих как на ее пропускную способность, так и на амплитудно-частотные характеристики генерируемого шума.


1_1_4.png
ЗАО «ДС Контролз»
173021, РФ, г. Великий Новгород,
ул. Нехинская, д. 61
Тел.: +7 (8162) 55-78-98, 94-67-76
e-mail: office@dscontrols.ru
www.dscontrols.ru


← Назад к списку


im - научные статьи.