锅炉生火排汽管道噪声超标原因分析及工程改造

邹军华

（华陆工程科技有限责任公司，西安710068）

1 引言

作业场所中，过高的噪声会干扰工作人员之间的语言交流，影响工作效率，甚至可能引起意外事故。GB/T 50087—2013《工业企业噪声控制设计规范》规定，生产车间噪声限值为85dB（A）。锅炉生火排汽使用频率高，产生的噪声大，容易造成操作人员人身伤害和意外事故。因此，锅炉生火排汽系统设计时，除满足常规功能需求，还应具有稳定、高效的降噪功能。

2 锅炉生火排汽系统现状及噪声超标原因分析

巴基斯坦一炼油厂升级改造项目要建设1台85t/h中温中压燃气锅炉，锅炉出口主蒸汽管道中设置有一路生火排汽管道，用于锅炉并汽前对空排汽，以满足锅炉升温升压需要[1]。排汽管道上设置有2道截断阀，截断阀后设置了相应的疏水盘和消声器，锅炉生火排汽系统如图1所示。

运行过程中有如下现象：（1）锅炉前期启动过程中排汽噪声不高，低于85dB（A），满足设计值，在现场操作人员能承受的范围内；（2）运行了一段时间后，每次锅炉启动过程中，噪声非常大，远高于允许值，现场操作人员不能靠近锅炉，在集控室内也能明显能感受到噪声在85dB（A）以上，严重影响了操作人员的身心健康。

图1 锅炉生火排汽系统

通常生火排汽管道排放噪声增加，主要有以下原因：（1）管道口径选择过小，流速过大，产生了二次噪声。（2）消声器选型不合理，不能消除排放噪声；（3）消声器损坏，不能起到降噪的作用。消声器损坏包含：流通部分堵塞，蒸汽流速加大，噪声增加；消声器内吸声材料被吹掉，不能吸收噪声，导致噪声增加。

经核算，管径的选择没有问题，管道最大流速越约为150m/s，远低于0.3倍马赫数，管道不会产生二次噪声；消声器排放量、阻力、背压、允许声压级和消声量等参数选择均无误，也核对了消声器厂家计算书和制造图纸，以上均无问题。同时，在锅炉前期的启动过程中，没有噪声出现超标的问题。因此，基本排除了第（1）和第（2）条产生噪声的原因。然后，现场通过吊车将消声器从安装支架上吊下，进行了全面检查，也没有发现任何问题。因此，基本排除了以上所有造成噪声超标的可能性。

后经过现场仔细排查和试验，发现产生噪声的地方不是消声器出口，而是大量蒸汽通过疏水盘外喷，从而产生噪声。经了解，锅炉厂在布置排汽管道时，设置疏水盘的作用主要为吸收管道的膨胀，避免管道的热膨胀力作用于主蒸汽管道和消声器上，从而造成主蒸汽管道和消声器的损坏。造成蒸汽大量从疏水盘处反喷的原因是疏水盘出口管道背压过大。按照GB 50764—2012《电厂动力管道设计规范》[1]，其排气管不反喷必须满足以下条件：

式中，G为介质质量流量，t/h；pat为大气压力，Pa；p1为疏水盘进口管道出口界面处压力，Pa；p2为疏水盘出口管道入口界面处压力，Pa；A1为疏水盘进口管道内截面积，m2；A2为疏水盘出口管道内截面积，m2；ω1为疏水盘进口管道出口界面处介质流速，m/s；ω2为疏水盘出口管道入口界面处介质流速，m/s。

根据式（1）带入本项目数据：当生火排汽压力为4.1MPa，温度为450℃，流量为34t/h时，疏水盘出口管道及消声器总阻力必须小于或等于0.17MPa才能避免蒸汽反喷。经查阅消声器的阻力曲线，发现在此排量下，消声器阻力远高于避免疏水盘出现蒸汽反喷的压力需求。同时，如按避免蒸汽反喷的阻力要求选择消声器，以目前的消声器设计和制造水平，没有办法选择到合适的消声器。因而在生火排汽管道上设置疏水盘是不合适的，因此，必须取消疏水盘。

锅炉前期启动过程中，排汽噪声不高的原因主要为，锅炉前期启动过程中，由于主蒸汽未并入全厂蒸汽管网，因此，锅炉在主蒸汽压力不高，排气量不大时就关闭了生火排汽阀门，蒸汽从疏水盘处反喷造成的噪声不大。在后期锅炉启动过程中，由于锅炉产汽需并入全厂蒸汽管网，生火排气阀必须在锅炉产汽压力略高于管网压力、温度与管网温度基本一致后才能关闭，此时，锅炉负荷已经接近40%额定负荷，生火排汽管道排量已接近设计值，此时，从疏水盘向外反喷的蒸汽量大、压力高，因而产生了非常高的噪声。

3 锅炉生火排汽系统改造方案

基于现场条件，由于无法更改管道走向和修改消声器结构形式，取消疏水盘后，新的方案必须满足以下要求：（1）新的方案能补偿管道膨胀，且补偿管道膨胀的同时，不能对消声器产生附加外力，致使消声器损坏；同时，不能对主蒸汽施加附加外力，从而改变主蒸汽管道的受力情况。（2）新增加的部件应能承受消声器排放时产生的附加排放背压。（3）由于巴基斯坦现场无大型高精度机械加工设备，材料种类也很有限，改造方案不能出现现场找不到的材料，且应易于制造，精度要求不高。

根据以上原则，并借鉴填料密封的结构形式，现场制造了如图2所示的补偿器用于替换疏水盘。

现场截取了一段DN150合金钢成品管道作为补偿器填料函外壳；填料采用石墨盘根，石墨盘根在蒸汽环境中具有很高耐温特性，同时，具有很小的摩擦阻力系数，满足本方案需求。现场用此补偿器替换疏水盘后，噪声大幅下降，生火排气时，噪声控制在85dB（A）以下，满足设计要求。经一段时间的运行，没有再出现噪声超标问题。

图2 补偿器结构形式

4 锅炉生火排汽系统噪声超标改造的经验总结

总结整个过程，造成锅炉生火排汽系统噪声超标的根本原因为错误地使用了疏水盘，同时，没有仔细校核疏水盘使用安装条件是否满足，因此，造成蒸汽从疏水盘处反喷，产生噪声。为避免其他工程出现类似问题，提出以下建议：

1）疏水盘通常安装在安全阀出口，用于吸收安全阀排汽管道的位移，避免过大的热应力和反力作用与安全阀本体上，损坏安全阀；

2）锅炉生火排汽管道不应设置疏水盘，应采用其他补偿方式进行管道热补偿，如设置补偿器、PI型弯、内件活动的消声器等；

3）管道上设置疏水盘，应仔细校核疏水盘的安装条件是否合适，避免出现蒸汽反喷现象；

4）疏水盘应设置在人员不能靠近的地方，避免因为疏水盘出口管道和消声器堵塞，蒸汽喷出伤人。