韩琴

摘要：针对输气管道站场噪声过大的问题，以调压阀的噪声为研究对象，通过气体动力学原理分析噪声产生过程；通过流体动力学模拟技术模拟噪声源的内部流场；通过理论分析和流场模拟，得到调压阀噪声产生的机理为机械振动噪声和流体动力学噪声，其中前者为调压阀的主要噪声。获得噪声与压力调节阀的开度之间的关系：在一定的开度范围内，压力调节阀的开度越大，产生的噪音越大。本文的目的是探讨压力调节阀在输气管道中产生噪声的机理，为其降噪技术的研究提供思路。

关键词：油气运输工程；调压阀噪声；降噪

引言：

在油气管道运输过程中，当气体流过阀门位置时，流体压力和流量随着管道横截面积的变化而变化，从而在阀门处产生更大的噪音。目前，中国石油输气干线管道已达30km，分输站场约200个，大部分分输站场在输量较大时均存在一定程度的噪声超标问题。由于管道的直径较大，长距离输气管道的调压阀尺寸也相对较大。噪音的原因是气体流过阀门后压力和速度发生显著变化，与管后壁发生碰撞，产生更大的噪音。

1调压阀气动理论

天然气流经调压阀的节流过程是一种不可逆的气体膨胀过程。当调压阀阀前的绝对压力与调压阀阀后的绝对压力相等时，天然气处于静止状态；那么在开度恒定不变的情况下，如果绝对压力逐渐减小，天然气流量逐渐增大，则气体开始处于亚音速流动状态；当调压阀阀前与阀后的绝对压力比达到临界压力比时，流量达到最大值，即再降低也不会提高通过调压阀的气体流量。

2调压阀噪声产生机理

调压阀的噪声来源主要为机械振动和流体力学两大类。

2.1机械振动噪声

机械振动噪声是机械固有频率振动导致流体压力波动产生的噪声。其原因与各种因素有关，例如调节器的设计和装配质量。选择高质量的压力调节阀并进行仔细维护可以减少甚至避免产生这种噪音。

2.2流体力学噪声

流体动态噪声是在流体通过调节器端口之后由湍流与调节器和管道内表面的相互作用产生的噪声。针对压力调节阀的噪声问题，采用流体流动技术模拟调压阀部分的内部流场，得到流速和压力分布规律。当天然气通过压力调节器中的减压和出口膨胀点时，由于流速和压力的变化而产生涡流和湍流。由于其自身的运动特性和冲击，涡流和湍流将流体的机械能转换成声能。在压力调节阀孔处，气流的流速达到声速，甚至在某些结构中，超过了声速。但在调压阀下游，当流速从超声速降为亚音速时，在速度突然降低的同时，气流压力反而突然升高，产生与气流方向不同的激波。激波是由运动流体物理状态（速度、压力及温度等）的突然变化所产生的，是超声速流动特有的现象。该压力波以接近声速的速度传播，在传递过程中，一部分转换为热能，另一部分转换为高频声能，即调压器噪声的主要来源。流体动力学噪声不能完全被消除，但可以采取一定的措施予以降低。例如，通过改变压力调节阀的内部空间结构，改变其流场，减小压力波动，降低涡流，湍流和冲击的产生概率，减少流体动力噪声。

3调压阀开度对噪声的影响

对调压阀在不同开度下的噪声进行测试，测量数据均为平均值，误差为±2 dB。根据调压阀气动理论，在测试工况下，rc<0.546调压阀流量主要取决于阀口开度。在不同开度下，调压阀具有不同的流通能力系数。当天然气通过管道压力调节阀门时，由于阀门开度较小，天然气被阀门前壁阻塞，导致大部分气流速度降低，流体的动能为转化成压力能量，导致这里的压力显著增加。尽管流速降低，但由于压力差，流体仍然通过阀口流到管道的下游，并且流体的压力能量逐渐转换动能。气流在阀口前壁的入口处收缩，并在阀口的后部出口处膨胀。压力能和动能相互转换，导致强烈的分流和旋转流，增加涡流扰动。产生的涡流最终将在管道内表面上产生压力脉动。

对于流场压力变化，当天然气通过管道段遇到阀口时，由于阀口的堵塞，气体首先被压缩，其动能转换成压力能量，在阀口的前部产生局部高压区。当流体介质通过阀口时，压力能量部分转换为动能，使阀腔内的压力降低；在流体通过闸阀后，它在阀口之后迅速膨胀，从而产生局部低压区，并且在局部低压区和局部高压区之间产生大的压力差，促进各部分涡流的形成。由于阀门的堵塞，气流不能顺利通过，并且重复进行涡流运动。气体和阀门的相互作用引起压力脉动和辐射流体噪声。比较三种不同开启条件下的流场，可以看出随着閥门开度的增加，阀门对流体介质的阻塞越来越小，阀门后部流场产生的涡流也越来越少，越来越小了。

随着阀门开度的增大，阀口流速为声速恒定，流通面积增大、流量增加，气动噪声辐射功率增大，阀前压力下降、阀后压力反而上升。实际上，站控系统为保护下游管道不超过其设计压力，会设定程序保护。假设不受下游管道压力限制影响，将阀门开度继续加大，阀前压力会继续下降、阀后压力继续上升，在达到某一开度时会出现re=0.546，流速仍为声速，但流量达到最大值，噪声也将达到最大值；继续加大阀门开度，此时虽然阀门流通能力系数继续加大，但由于 re>0.546，阀门前后压差减小，阀口流速开始逐渐降低，流量、噪声也随之下降；当阀口开度达到100%时，流量继续减小，直到压力平衡后等于下游用户的用气量，此时调压阀没有节流作用，仅有气流与阀体及管壁的低频摩擦声。

4、结语：

利用气体动力力学原理对输气管道站场调压阀噪声产生的机理进行模拟分析，可以确定流体力学噪声为调压阀噪声的主要部分；噪声值的大小与调压阀开度有关，在一定的开度范围内，噪声值随着开度的增大而增大。针对调压阀噪声主要为流体动力学噪声的特点，通过改善调压阀后内部气体流向和流速，降低产生噪声的涡流、湍流和激波进行降噪。

参考文献

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（作者单位：青海油田管道输油处）