变压吸附制氧行业噪音治理

变压吸附制氧行业噪音治理

刘一峰

成都华西堂环保科技有限公司，四川 成都 611730

摘要：介绍变压吸附装置噪音产生的原因，从吸音技术、隔音技术、消音技术、阻尼减振降噪等提出解决变压吸附制氧装置噪音问题。

关键词：变压吸附制氧；噪音；治理

前言

变压吸附制氧的应用可以追述到20世纪70年代的美国冶金工厂，而我国变压吸附制氧起步较晚，上世纪80年代末开始在化工行业应用。与深冷法比较，它的建设投资、生产运行费用低，建设周期短，开车后不超过半个小时及可获得稳定氧气产品，可随时开、停机等优点，因此近年来变压吸附制氧发展迅速，在有色冶炼、化工造气、水泥炉窑、水泥、玻纤、石化、高炉冶炼等行业得到了广泛应用。2020年12月31日在重庆钢铁股份有限公司成功运行全国首套采用高速单级离心风机、单级高速离心真空泵为动设备的变压吸附装置，标志着以单级高速离心风机及真空泵为动设备的变压吸附制氧工艺已经成熟。

无论是以罗茨设备动设备还是以单级高速离心机为动设备的变压吸附制氧装置，装置运行时，均会产生大的噪音。噪音对环境、人员均有及大的伤害，因此变压吸附制氧装置噪声治理成为当务之急。

1 产生噪音的原因分析

变压吸附制氧装置，声源众多，如鼓风机及真空泵、管道、阀门、排气放空等。

1.1鼓风机及真空泵噪音

鼓风机和真空泵运转时产生的噪声。噪声一般由空气动力性噪声、机械噪声、配套电机电磁噪声及进出口管道噪声组成，其中主要为空气动力性噪声和机械噪声。空气动力性噪声由回转噪声和气流涡流噪声构成；回转噪声的基频据透平机械叶片数及转数计算，涡流噪声是气体流动时因紊流、旋涡而产生的噪声，呈现频带较宽的连续声谱。鼓风机和真空泵运转时噪声以空气动力性噪声为主，机械、电磁噪声为辅，频谱分布曲线较平坦，峰值并不突出，高、中、低频成分均丰富，是噪声治理的重点治理设备。

1.2管道及管件噪音

在管道中由于阀门开度小，使流过的流体形成喷流而引起噪声，噪声随阀门开度的减小而增大。当阀门开度过小使气流阻塞时，会产生更强烈的噪声。流体流经弯头时产生旋涡，局部流速增大，会加大噪声。加大弯管的曲率半径等皆可减小旋涡，从而降低噪声。管道噪声是由于管道内气流不断排出和外充，产生气流脉动，声波穿透管壁发出的声音。管道噪声的大小主要取决于进人和排出管道的气体量，其次是气流脉动的次数，另外，和管道系统的材质有关。 管道是平面声波传播的良好环境。刚性管道的声波大体上分为以下几种：

1.2.1激发声波（又称激振源）

管道的激振源主要来自气体的压力及气体的速度和输送气体的动力源。而输送系统的动力源是激振声波的主要源头。

1.2.2管道中的反射波

反射波的产生主要来自于激发声波。它是激发声波在管道中的再生声波，即激振源的共振叠加反应。反射波的强度与管道的结构、材料的刚度、密度（管壁厚度）即结构材料在受迫振动的阻抗力有很大关系。

1.2.3管道中的合成驻波

管道中的合成驻波与管路的通透性、阻尼膨胀性及管道内部流体的压力有关。 根据现场调查分析，透平压缩机运行过程中发出的高强度噪声，以中高频噪声为主，各频段声谱均较丰富的连续噪声，经过实际测量噪声最高处高125dB（A）以上。

1.3阀门噪音

阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截断、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能，其中“调节”功能是阀门重要与常用的功能之一。阀的噪声通常由机械振动噪声、液体动力噪声或气体动力噪声等组成。

1.4排气放空噪音

设备在运行过程中超压连锁或即将停止运转时，将多余的压缩气体排出，产生强烈的噪声。噪声的大小与压缩空气的压力和流量有关。

2 噪声控制原理概述

2.1隔声技术

隔声技术是采用相关材料、构件或结构来隔绝空气中传播的噪声。通常采用单层匀质密实薄板、单层复合板、双层板、多层复合板等隔声构件来进行隔声。隔声材料、构件或结构的选取与要求的隔声量、噪声源频谱特性、隔声材料的劲度、面密度、阻尼特性、吻合特性以及现场生产工艺要求等紧密相关。另外，对于双层或多层复合隔声构件，必须全面、合理地考虑其结构型式，避免“声桥”，提高隔声效率。常用隔声构件、结构的隔声计算方法简述如下： 对于单层匀质密实薄板，设声源为集中声源，依据质量定律，隔声构件的理论隔声量为:

式中：RQi — 为理论隔音量，单位为：dB；

ω=2πf — 为噪声声波的圆频率，f 为声波的频率，单位为：Hz；

M — 为隔声构件的面密度（kg/m2）;

      cosQi — 为声波入射角的余弦函数；

      ρc— 为空气特性阻抗；其中：ρ为空气密度（kg/m3），c 为声波在空气中的传播速度（m/s）。

由于钢板的面密度较大，能满足的条件

故此时隔声量计算式可简化为：

由于受阻尼作用、吻合效应及边界条件影响，且设声波为无规则入射，因此在实际工程中，常将上式简化成经验公式的形式，即：

式中：M—为隔声构件的面密度（kg/m）；     

f—噪声源的声频率（Hz）；

通过上式，即可计算出不同频率的声波在给定面密度 M 的构件中的隔声量。而实际应用中，主要对构件体的平均隔声量更有兴趣，常用平均隔声量的经验公式来计算：

上式适用范围为：f=31.5～1000Hz，M≤200kg/m2

当采用单层隔声无法达到实际降噪要求，必须采用多层结构，确保实际隔声量有

效提升。多层结构的平均隔声量的经验公式：

上式适用范围为：f=31.5～1000Hz，（M1+M2+…+Mn）≤200kg/m2，本式与单层

结构计算式的主要差别是因多层中间中空或填充多孔等特性阻抗差异较大的材料时，产生了一个附加的隔声量△R，其值根据结构设计不同，可在 5～20 范围内选取。空气中传播的声波遇到声屏障时，就会产生反射、透射和绕射现象。一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点；一部分声波穿透屏障到达受声点，一部分在屏障壁面产生反射或被屏障吸收。屏障的作用就是阻挡直达声波的传播，隔离透射声波，并使绕射声波快速的衰减。当声波撞击到屏障时，在屏障边缘产生绕射现象，而在屏障背后形成“声影区”。屏障的减噪效果就在“声影区”的范围内。不同波长的声波绕射特性也不相同，因此，声波的“声阴影区”边界并不明显。经过屏障边缘之外，声源发出来的声波可以直接到达的范围，叫做“亮区”。从亮区到声影区之间为“过渡区”。位于“声影区”内的噪声级低于未设置声屏障时的噪声级，这就是声屏障降噪的基本原理。

2.2吸声技术

吸声是指声波通过介质或入射到介质面上时声能减少的过程。当介质为空气，声波在空气中传播时，由于空气质点振动所产生的摩擦作用，声能转化为热能的损耗所引起的声波随传播距离增加逐渐衰减的现象，称为空气吸收。当介质分界面为材料（或结构）表面时，部分声能被吸收，则称为材料（或结构）吸声。由于材料（结构）的多孔性、薄膜作用或共振作用，对入射声能都有吸声能力，只有具有较大吸声能力（平均吸声系数超过 0.2）的材料（或结构），才称为吸声材料（或结构）。通常吸声结构多为共振吸声结构，其机理是共振吸声构件体在声波激励下产生振动，振动着的结构由于自身的内摩擦和空气的摩擦，把一部分振动能量转变成热能而消耗掉从而达到吸声目的。

2.3消声技术

消声技术最主要的设备为消声器，它的主要功能为既可防止噪声从管道、进排气口、通风进出口等处溢出，又不妨碍流体流动。消声器种类按消声原理可分为阻性、抗性、阻抗复合、微穿孔板、喷注耗散、有源消声等。

2.4阻尼减振降噪

2.4.1隔振降噪

任何机械都会产生振动；

振动激发噪声：空气声、结构声。

控制方法：减少扰动、防止共振、振动隔离、动力吸振。

基本原理：基础与设备间安装的隔振元件由于弹性变形和阻尼的作用，使振动能量消耗，减小振动的传递。

2.4.2阻尼降噪

在薄板隔声维护结构的隔声背板上涂刷特殊配比的阻尼材料能有效增加隔声结构的内阻尼，它能使隔声构件的动能转化为热能，从而减少了构件的振动，阻尼对提高隔声构件尤其是薄板隔声结构的隔声量特别是低频共振时的隔声量有明显的作用。

    3 降噪措施

变压吸附制氧装置声源众多，为达到噪音满足国家规范要求，降噪方法主要有：（1）厂房墙面及屋顶采用吸声、隔声技术降噪，修建吸隔声墙面；（2）风机真空泵采用吸声、隔声技术降噪，修建隔声罩；（3）厂房进气口、排气放空采用消声技术，设置消音器；（4）管道、阀门采用阻尼减振降噪，包覆隔声层。

    3.1厂房墙面及屋顶降噪

厂房墙面及屋顶采用吸声、隔声技术降噪，修建吸隔声墙面。吸隔声墙面结构形式如下：0.6mm外侧压型钢板（小波纹）+1.2mm厚镀锌板喷塑+2mm隔声阻尼+100mm厚32kg玻璃棉+玻璃丝布+0.8mm铝孔板+1mm镀锌龙骨，隔声量RW≧30dB（A）。

吸隔声吊顶结构如下：0.6mm外侧压型钢板（大波纹）+1.2mm厚镀锌板喷塑+2mm隔声阻尼+100mm厚32kg玻璃棉+玻璃丝布+0.8mm铝孔板+1mm镀锌龙骨。隔声量RW≧30dB（A）。

厂房大门采用隔声门隔，如图1所示。

图1 隔声门示意图

采用隔声门隔声量RW＞30dB，具体技术参数如下：

①隔声门：2mm镀锌板喷塑+48kg/m³玻璃棉+2mm镀锌龙骨+2mm镀锌板喷塑；

②内填容重不小于48kg/m3的离心玻璃棉，离心玻璃棉允许容重误差不超过5％，含杂质量不大于3％，吸声系数NRC≥0.80，不含渣球，防潮、不吸水；

③骨架：门框采用方管或型钢制作，门板骨架采用2mm镀锌板制作。骨架密度不大于600mm×600mm；

④隔声门背板：小门背板采用2.0mm厚度镀锌板。表面喷塑，喷涂厚度不小于60μm；

⑤五金件：配备工业门专用门轴，隔声门专用卡紧系统，采用国产知名品牌；

⑥密封条采用优质三元乙丙橡胶密封条。

    3.2真空泵及鼓风机隔声罩

真空泵及风机是吸附制氧装置噪声治理的源头，在真空泵及风机处设置隔声罩。隔声量RW≥30dB。结构形式：1.2mm厚镀锌板喷塑+2mm隔声阻尼+100mm厚32kg玻璃棉+玻璃丝布+0.8mm铝孔板+1.5mm镀锌龙骨。

隔声罩设置进排风消声器，进风消声器结构形式：消声片：0.8mm镀锌孔板+玻璃丝布+1mm镀锌龙骨+2mm隔声阻尼+32kg玻璃棉+玻璃丝布+0.8mm镀锌孔板；导流：0.8mm镀锌板；外壳：1.5mm厚镀锌板喷塑+1mm镀锌龙骨+2mm隔声阻尼+32kg玻璃棉+玻璃丝布+0.8mm镀锌孔板；

消声量Rw≥30dB。

排风消声器结构形式：消声片：0.8mm镀锌孔板+玻璃丝布+1mm镀锌龙骨+2mm隔声阻尼+32kg玻璃棉+玻璃丝布+0.8mm镀锌孔板；导流：0.8mm镀锌板；外壳：1.5mm厚镀锌板喷塑+1mm镀锌龙骨+2mm隔声阻尼+32kg玻璃棉+玻璃丝布+0.8mm镀锌孔板；消声量Rw≥30dB。

    3.3厂房进气、排气口及排气放空

3.3.1管道排气放空

考虑到放空管道的间歇性排气，瞬时噪声值很大，需在管道上安装放空消声器以改善此处的声环境。消声器结构形式：3mm碳钢外板喷漆+0.8镀锌钢穿孔板。消声器类型为圆筒形，其尺寸大小根据排气量设计。

3.3.2厂房进气、排气口安装消音器

（1）消声器外壳：不小于 2.5mm 厚镀锌板，镀锌量不小于125g/㎡，双面喷塑处理，喷涂厚度不小于 65μm。

（2）憎水离心玻璃棉板：憎水离心玻璃棉板采用超细玻璃棉，消声器内的玻璃棉容重不小于48kg/m³，流阻适当，孔隙均匀，有较高的吸声性能和化学稳定性。离心玻璃棉允许容重误差应不超过5％，含杂质量不大于 3％，吸声系数 NRC≥0.98，不含渣球，防潮、不吸水。

（3）吸声材料护面板：采用厚度不小于 1.2mm 厚镀锌穿孔板，穿孔率≥30%，孔径 φ3mm。双面喷塑处理，喷涂厚度不小于 65μm。

（4）包裹吸声材料的玻璃布为无碱憎水玻璃丝布。

（5）骨架：消声器外框架采用镀锌方管□100×100×4mm 制作，消声片骨架采用镀锌方管□100×100×4mm 制作，其他辅助骨架采用□100×50×3mm 的镀锌方管制作，镀锌量不小于 125/125g/m2，骨架密度≤500mm×500mm。

    3.3.3管道、阀门隔声

管道、阀门拟采用阻尼隔声包扎结构为：原有管道+2mm阻尼板+100mm玻璃棉+双层0.6mm镀锌钢板错缝安装+50mm玻璃棉+0.5mm铝板。通过对装置声源的隔音、吸音、消音处理，装置噪音有了极大改善，能达到国家规范要求，降低噪音对操作维护人员的伤害。

4 结束语

变压吸附制氧流程及设备简洁，系统操作温度为环境温度，系统操作压力：-50kpa~50kpa（非压力设备或压力管道）。产品氧气为常温常压气态，即使泄露也不会造成局部聚集，可实现在操作站一键启停的功能等诸多有点。但，随着环保的要求提高，装置产生的噪音制约着变压吸附制氧的发展。从变压吸附装置噪音产生原因入手，从吸音、隔音、消音等技术讨论了降低变压吸附装置噪音。期望变吸附制氧法噪音得到有效解决。

参考文献：

[1]周军.变压吸附制氧系统节能与环保的应用研究[J].科技创新与应用,2017(12):38-39.

[2]潘锡海.制氧站降噪[J].新疆有色金属,2015,38(06):95-96.

[3]靳九如,徐建平.国内变压吸附制氧技术的发展现状及应用创新[J].通用机械,2020(07):12-15.