Projektowanie i eksploatacja tłumików hałasu wydmuchu pary z kotłów energetycznych

(1)

Jerzy WĄTŁY, Stefan DANIELUK In sty tu t Techniki Cieplnej, Łódź

PROJEKTOWANIE I EKSPLOATACJA TŁUMIKÓW HAŁASU WYDMUCHU PARY Z KOTŁÓW

ENERGETYCZNYCH

S tre s z c z e n ie . Przedstaw iono zagrożenia powodowane pracą in sta lacji zrzutowych p ary oraz ch arak tery sty k ę tłum ików akustycznych wydmuchów pary i gazów.

DESIGNING AND OPERATING OF STEAM EXHAUST SILENCERS FOR POWER BOILERS

S u m m a ry . H azards caused by th e operation of steam exhausting installatio n and characteristics of e x h au st silencers for steam and gases h a s been described.

nPOEKTHPOBAHME H 3K C njTY A TA H M 9 myMOrjTYUIMTEJlEPł BblXJIOHA IIAPA C KOTEJIbHbIX YCTAHOBOK

Pe3K)Me. O iiH caubt o n a c H O C T H BhniiaHHbie p a Ó O T o ñ y c T a H O B O K c ó p o c a napa.

n p e ą c T a B jic H a xapaxT epucT H ica n iyM orjiym H T ejieü Buxjiona n a p a h ra30B.

1. W STĘP

Niem al w szystkie urządzenia, m aszyny i instalacje energetyczne elektro

ciepłowni i elektrow ni kondensacyjnych są źródłam i h ałasu , stanowiącego zagrożenie dla pracowników obsługujących te obiekty oraz dla otoczenia.

W sposób w yraźny je s t to odczuwane w aglom eracjach m iejskich w w aru n kach dużej gęstości zaludnienia.

Do grupy urządzeń „nieprzyjaznych” środow isku w ew nętrznem u i zewnę

trznem u obiektów energetycznych n ależą instalacje zrzutow e p a ry i gazów, których następujące cechy stanow ią o szkodliwości i uciążliwości hałasu:

- okres ich działania je s t rzędu sekund (działanie zabezpieczeń), m in ut (rozruch) lub godzin (upusty p a ry i gazów),

(2)

228 Jerzy Wątły, Stefan Danieluk

- pora działania - często nocna lub w godzinach, kiedy tło akustyczne jest mniejsze,

- poziom dźwięku „A” - rzędu 100 dB, dochodzący przy pewnych param e

tra c h do 150 dB.

Polskie norm y i przepisy [1 4] precyzują odpowiednio dopuszczalne war

tości równoważnego poziomu dźwięku „A” ze względu n a ochronę słuchu na stanow iskach pracy, dopuszczalne poziomy dźwięków przenikających do m ieszkań, do pomieszczeń obiektów energetycznych oraz dopuszczalny hałas, przenikający do środowiska (tabl. 1 i 2).

T a b lic a 1 D o p u s z c z a ln e p o z io m y d ź w ię k u w p o m ie s z c z e n ia c h o b ie k t ó w e n e r g e t y c z n y c h [3]

Lp. Rodzaj pom ieszczenia

Dopuszczalny równoważny poziom dźwięku

A, dB 1 Kabiny obsługi urządzeń, narzędziow nie, um yw alnie, szatn ie 70 2 N astaw n ie w elektrow niach i elektrociepłow niach - pom iesz

czenia aparatury kontrolnej i sterowniczej, pom ieszczenia m istrzów i brygadzistów ruchu i rem ontów, rozdzielnie w n ę

trzowe WN i NN

65

3 N astaw n ie w elektrow niach i elektrociepłow niach - pom iesz

czenia obsługi, nastaw n ie stacji elektroenergetycznych, pom ieszczenia aparatury kontrolnej i sterowniczej, w arsztaty robót precyzyjnych

60

4 N astaw n ie stacji elektroenergetycznych, pom ieszczenia obsługi,

pom ieszczenia straży przem ysłowej, portiernie 55

5 Laboratoria pomiarowe bez w ew nętrznych źródeł h ałasu , labo

ratoria napraw aparatury precyzyjnej 50

Z porów nania wartości natężen ia hałasu, uzyskanych z obliczeń i pomiarów (tabl. 3), z w artościam i dopuszczalnymi (tabl. 1, 2) w ynika konieczność reali

zacji przedsięwzięć zm ierzających do ograniczenia h a ła su instalacji zrzuto

wych pary. Jednym z takich przedsięwzięć je s t wyposażenie instalacji w tłum iki akustyczne.

2. HAŁAS INSTALACJI ZRZUTOWYCH

Kilka typowych najczęściej spotykanych rozw iązań instalacji zrzutowych schem atycznie przedstaw iono n a rys. 1.

Po otwarciu zaworu (bezpieczeństwa, rozruchowego) p a ra o wysokich p a ra m etrach wydostając się z rurociągu wydmuchowego rozpręża się do ciśnienia atmosferycznego. Zjawisku tem u towarzyszy hałas.

(3)

T a b lic a 2 D o p u s z c z a ln e n a t ę ż e n i e h a ła s u w ś r o d o w is k u [4]

Lp. Rodzaj terenu

R ów now ażny poziom dźw ięku

A, dB

M aksy

m alny krótko

trw ały poziom dźw ięku

A, dB od godz.

600 do 2200

od godz.

2200 do 600 1 a) Obszary ochrony uzdrowiskowej

b) Obszary chronionego krajobrazu c) Parki krajobrazowe

d) Obszary o w alorach wypoczynkowych i krajobra

zowych objęte ochroną w trybie art. 41 u sta w y o ochronie i kształtow aniu środowiska

e) Obszary dzielnic i obiektów zabytkowych

40 30 65

2 a) Tereny otaczające sanatoria i szpitale b) Podm iejskie osiedla m ieszkaniow e c) Podm iejskie tereny wypoczynkowe

45 35 70

3 a) Tereny zabudowy m ieszkaniowej z niew ielką liczbą sklepów i placówek usługow ych, położone w pobliżu ulic o n atężeniu ruchu do 1000 pojaz

dów na godzinę

b) Tereny zam ieszkania zbiorowego i opieki społecz

nej

c) T ereny placów ek naukow ych, naukow o-badaw  czych i innych o podobnym charakterze

d) Tereny zabudowy związanej ze stałym i w ielogo

dzinnym pobytem dzieci i m łodzieży

50 40 75

4 a) T ereny zabudowy m ieszkaniow ej z n iew ielk ą licz

bą sklepów i placów ek usługow ych, położone w pobliżu ulic o n atężen iu ruchu do 2000 pojazdów na godzinę

b) Parki w m iastach, ogrody działkowe c) T ereny rekreacyjno-sportow e

55 45 80

5 C entralne części m iast z zabudową m ieszkalną (m ieszkaniow ą, handlow ą, usługow ą, biurową itp.) lub z ulicam i o n a tężen iu ruchu ponad 2000 pojazdów n a godzinę

60 50 85

Wypływ pary do atm osfery wywołuje h a ła s spowodowany trzem a podstaw o

wymi źródłam i h a ła su [5]:

- zawór,

- odcinek rurociągu za zaworem (gdzie prędkości p ary są rzędu k ilku set m etrów n a sekundę),

- wylot rurociągu (gdzie n astęp u je końcowe rozprężenie pary).

(4)

Rys. 1. Typowe instalacje zrzutowe pary (przykładowe schem aty) Fig. 1. Typical steam exh au st in stallation s (exem plary schem atic diagram s)

T a b lic a 3 P o z io m c iś n ie n i a a k u s t y c z n e g o L, d B w o d le g ło ś c i o k . 10 m o d w y lo t u in s ta la c j i

z r z u to w e j p a r y

Przepływ pary, t/h T em peratura pary, °C

100 200 300 400 500

2 91 96 100 104 107

10 103 108 112 116 118

15 106 111 115 119 122

20 108 113 117 121 123

30 111 116 120 124 126

35 112 117 121 125 127

50 115 120 124 127 130

60 116 121 125 129 132

70 117 122 126 130 133

90 119 124 128 132 134

130 122 127 131 134 137

140 122 127 132 135 138

150 123 128 132 136 139

180 124 129 133 137 140

200 125 130 134 138 141

300 128 133 137 140 143

400 130 135 139 142 145

500 132 137 141 144 147

W litera tu rz e [6] podawane są zależności pozwalające n a obliczanie przybli

żonych w artości poziomu mocy akustycznej h a ła su Lp (dB) od wydm uchu pary w funkcji wydajności Q (t/h) i tem p e ra tu ry t (K) oraz poziomu ciśnienia akustycznego L (dB) tego źródła w zależności od odległości r (m):

(5)

Lp = 17 lg D + 50 lg t - 15 L = Lp - 10 lg 2n r 2

Przykładowo, wartości ciśnienia akustycznego L (mierzone w odległości ok. 10 m od wylotu) instalacji zrzutowych bez tłum ików podano w tabl. 3.

W artości m ierzone w pom ieszczeniach obiektów energetycznych i n a granicy strefy ochronnej są odpowiednio mniejsze.

H ałas wywoływany je s t również w instalacjach do dm uchania kotłów i bloków energetycznych, których obszar zagrożenia je s t znacznie większy od typowych instalacji zrzutowych z uw agi n a znaczny udział infradźw ięków w widm ie hałasu .

Zarówno istniejące, ja k i nowo projektow ane kotły energetyczne i ich in s ta lacje wspom agające nie zapew niają dostatecznego wyciszenia. W szędzie tam , gdzie istnieje zagrożenie dla obsługi lub środowiska, instalow ane są najczę

ściej tłum iki h ałasu [7].

3. TŁUMIKI HAŁASU

Oferowane n a europejskim rynku tłu m iki h a ła su n a w ydm uchy pary ch araktery zują się dużą różnorodnością rozw iązań konstrukcyjnych, stosow a

nym i m ateriałam i, sposobem m ontażu, a zatem ró żną niezawodnością, żywot

nością i kosztam i.

3.1. C e c h y k o n s tr u k c y jn e i m a t e r i a ły

K ilka typowych rozw iązań tłum ików wydmuchów p a ry przedstaw iono przykładowo n a rys. 2 + 4. Rozw iązania te różnią się budową.

Tłum iki sk ład ają się z trzech zasadniczych zespołów:

- tłum ik a rezonansowego, - rozprężacza,

- tłu m ik a absorpcyjnego.

W spotykanych konstrukcjach nie zawsze je s t celowe zastosow anie wszy

stkich trzech zespołów.

M ateriały stosow ane do budowy poszczególnych elem entów tłu m ik a dobie

ran e są w zależności od:

- param etrów (ciśnienie, tem peratu ra), - w ym aganej żywotności,

- technologii m ontażu (dopasowanie do istniejących rurociągów).

W arunki pracy tłum ików są bardzo tru d n e , ponieważ w ystępują: duże prędkości, zm ieniające się wzdłuż tłu m ik a p a ra m etry pary, „szoki” term iczne i najczęściej stale oddziałujące zm ienne w aru n k i atm osferyczne. W ymaga to

(6)

# 7 0 0

W

#1200 t -

rsc a bso rp cyjn a.

4720

P n t p ł y u m asowy 4 0 i /h Q, 1 00 i] h m a s Hu m ik ą 190kg m a s a 5 0 0 k g

¿820

Ol 3 5 i j h m a s a 15 O k g

¿ 6 3 0

&850

3 -

a 2 0 i ¡h m asa 120 kg

Rys. 2. Tłum iki hałasu w ydm uchu pary opracowane w Instytucie T echniki Cieplnej - Łódź [5, 10, 11]

Fig. 2. S team exh au st silencers m ade by ITC in Łódź

a)

w a

a

c) d)

Rys. 3. Tłum iki h ałasu wydm uchu pary produkowane w kraju: a) ELPRO - W arszawa [6], b) ENERGOPROJEKT - Gliwice [6], c) ENERGOPROJEKT - K atowice [8], d) ENERGO-

PROJEKT - W arszaw a [8]

Fig. 3. Steam exh au st silencers m ade in Poland

(7)

d)

Rys. 4. Tłum iki h ałasu w ydm uchu pary produkowane za granicą: a) I B m eń sk a Fabryka Kotłów [6], b) Phonostop [6], c) B oop-R euter [6], d) B urgess M anning [9]

Fig. 4. Steam exh au st silencers m ade in other-cou n tries

stosow ania lepszych gatunków blach stalowych oraz prow adzenia wysokiej jakości prac spawalniczych.

Elem entem najm niej trw ałym w tłu m iku je s t zespól absorpcyjny, w ym aga

jący częstej okresowej kontroli. Tłum ik absorpcyjny sk łada się z osłony zewnę

trznej (z pełnych blach stalowych), z wkładów w ew nętrznych z blach perforo

wanych (o stopniu perforacji wynikającym z obliczeń) oraz przestrzeni między elem entam i wypełnionej odpowiednio dobranym m ateriałem dźwięko

chłonnym (wełna m ineralna, w łóknina szklan a itp.). Ja k o elem ent najm niej trw ały w tłu m ik u część absorpcyjna w ym aga częstej okresowej kontroli.

Ze względu n a wysoką skuteczność tłu m ik a absorpcyjnego stosuje się go w przypadku konieczności zwiększenia skuteczności tłu m ien ia (w pobliżu szkół, szpitali, sanatoriów itp.).

3.2. S k u te c z n o ś ć

B rak norm precyzujących akustyczną ocenę tłum ików n a wydm uchach pozwala n a dużą dowolność ich oceny.

O pracow ana w Instytucie Techniki Cieplnej w Łodzi m etodyka pomiarów akustycznych, pozwalająca n a ocenę skuteczności tłum ików wydm uchu pary (z uwzględnieniem tła), je s t upow szechniana i szeroko stosow ana. Pom iary prowadzone są w odległości 10 - 20 m od r u r wylotowych, przed i po zam onto

w aniu tłum ika.

Stosowane rozw iązania konstrukcyjne tłum ików , w tym także opracowywa

ne i wykonyw ane w Instytucie, ch arak tery zu ją się w ysoką skutecznością, wynoszącą od 20 ■+■ 55 dB.

(8)

3 .3 . P r o jek to w a n ie

Tłum iki instalow ane n a rurociągach wydmuchowych za zaworam i, jako u rządzenia przepływowe otw arte, nie podlegają dozorowi technicznem u, mu

szą nato m ia st spełniać następujące w arunki:

- nie mogą zakłócać pracy zaworu,

- dodatkowe opory przepływu zw iązane z zabudową tłu m ik a nie powinny wymagać zm ian przewodu odpływowego i przepustowości zaworów,

-•1250

\ X J \

śc ia n o kołłetuni

Ko n stru kcja wsporcza kąto~n<k X J » W ¡>1)5 Doc/i kottowni

\ Istniejący ruroęi& t w, dmuchowy

Rys. 5. R ozw iązania m ontażu tłum ików stosow anych przez In stytu t Techniki Cieplnej w Łodzi [5, 10,11]

Fig. 5. Typical methods for installation of the silencers made by Instytut Techniki Ciepl

nej in Łódź

(9)

- powinny uwzględniać statyczne i dynam iczne oddziaływ anie czynnika ro

boczego,

- przeciw ciśnienie w przewodzie odpływowym, przy przepływ ie równym m a

ksym alnej przepustowości zaworu, nie może być w iększe od przeciwciśnie- n ia dopuszczonego przez wytwórcę zaworu,

- powinny posiadać odwodnienie o średnicy otworu większej od (j) 20 mm.

3.4. M o n ta ż

Oferowane przez In sty tu t rozw iązania konstrukcyjne tłum ików (rys. 2) pozwalają n a ich dopasowanie do istniejących instalacji zrzutowych pary.

Stanow ią one konstrukcję sam onośną i nie w ym agają dodatkowych rozw iązań wzmocnień dachu. Różne rozw iązania m ontażu tłum ików przedstaw iono na rys. 5.

4. PODSUMOWANIE

Stw ierdzenie istn ien ia przekroczeń dopuszczalnego poziomu dźwięku (na podstawie analizy badań) z instalacji zabezpieczających kotły energetyczne i instalacji rozruchowych obligują do stosow ania tłum ików wydm uchu pary.

Zrozumienie takiej sytuacji przez energetykę pozwoliło n a opracowanie w Instytucie wielu rozw iązań (przepływ ow o-konstrukcyjnych) tłum ików wyd

m uchu pary, które zainstalow ane w w ielu elektrow niach spełniają staw iane im w ym agania.

W nowo projektow anych obiektach energetycznych należy dążyć do m aksy

malnego ograniczenia lub elim inacji h a ła su stosując odpowiednie rozw iązania projektow o-konstrukcyjne bloków energetycznych. Jeżeli niemożliwe je s t wy

eliminowanie zrzutu pary do atm osfery, należy stosować tłum iki akustyczne.

LITERATURA

[1] PN-84/N-01307 Hałas. Dopuszczalne wartości poziomu dźwięku n a stano

wiskach pracy i ogólne wym agania dotyczące przeprowadzenia pomiarów.

[2] PN -87/B -02151/02 A kustyka budow lana. O chrona przed hałasem po

mieszczeń w budynkach. Dopuszczalne w artości poziomu dźwięku w pomieszczeniach.

[3] PN —92/M—35200 Dopuszczalne poziomy dźwięku w pom ieszczeniach obiektów energetycznych.

[4] Rozporządzenie Rady M inistrów z dn. 30.09.1980 w spraw ie ochrony środow iska przed hałasem i w ibracjam i. Dz. U. 24 poz. 90.

(10)

[5] W ątły J., D anieluk S.: Opracownie i wykonanie tłum ików h ałasu wyd

m uchu pary dla bl. 2 w El. Opole. Spraw ozdanie ITC n r ew. 6301 (nie publikowane) Łódź 1993.

[6] Kucowski J., Laudyn D., Przekw as M.: E nergetyka a ochrona środowi

ska. WNT, W arszaw a 1993.

[7] Cw ynar L.: Rozruch kotłów parowych. WNT, W arszaw a 1978.

[8] Prace Energoprojektu W arszawa. CPBR 5.2.Kier.3.Cel 2.3.A 1988.

[9] Prospekty reklam ow e f-m y Burgess M anning.

[10] W ątły J., D anieluk S.: Opracowanie i wykonanie tłum ików h a ła su wyd

m uchu pary z zaworów rozruchowych i rozprężacza w El. Blachownia.

Sprawozdanie ITC n r ew. 6347 (nie publikowane). Łódź 1994.

[11] W ątły J., D anieluk S.: Ograniczenie emisji h a ła su do otoczenia ZPT w Radomiu. Sprawozdanie ITC n r ew. 6163 (nie publikow ane) Łódź 1993.

Recenzent: Prof. dr hab. inż. Ludwik CWYNAR

Wpłynęło do Redakcji 6.08. 1994 r.

A b stract

H azards caused by operation of steam ex h au st installatio n w ith safety and s ta r t valves and by blowing th e boilers and power u n its have been discussed.

In th e table, approxim ate values of sound pressu re level for exhaust installation s have been given.

C haracteristics of th e steam exhaust silencers m ade by In sty tu t Techniki Cieplnej is described and domestic and external silencers are compared.

R equirem ents to be fulfiled by steam ex hau st silencers have been discussed.