摘要 分析了石化企业中常见的排气放空噪声的原理及其影响因素，探讨了排气放空消声器的设计方法及技术要点。
关键词  节流降压  小孔喷注 
1 排气放空噪声
排气放空噪声在石化厂中的许多设备或容器工作压力高，根据生产工艺的要求，有时将蒸汽、压缩空气或在开工时对管线进行吹扫作放空处理。当气体从排口高速排放时，产生极强的噪声。不但危害岗位作业人员，还对厂区环境以至厂外环境造成噪声污染，因此设计高效的排气放空消声器，清除噪声危害，达到环保要求，是石化生产安全环保工作中的重要内容。
高速气流从容器中喷出，冲击和剪切周围静止的空气引起喷口附近的气体扰动，从而产生声级很高的空气动力性噪声，形成排气喷流噪声。
排气放空噪声是排气喷流噪声的一种。排气喷流噪声的特点是声级高频带宽，传播以及高温及高速排放等特点。喷注噪声随气室压力及射流速度的增加而增大。Lighthill得出喷注噪声声功率与射流速度的八次方成正比，即八次方定律。
我国科学家马大猷教授充Lighthill定律出发，经过试验证明，气室压力超过临街条件继续增加时，虽然喷注速度保持局部声速不变，但噪声仍要增大。马大猷教授等得到喷注湍流噪声的声功率W与驻点点压力P1的经验公式为
W=KP(P1-P2)4D/(P-0.5P₀)P₀2              (1)
在喷注90方向上，离喷口1m处的声压级L为：
LP=80+20lg（P1-P2）/(P-0.5P₀)P₀+20lgD   dBA   （2）
式中：
k----- 经验修正系数，取0.9±0.2；取0.9
P₁-------消音器入口前排气压力kg/cm²，取40 kg/cm²
p₀-------环境大气压力kg/cm²，取1.033kg/cm²。
D-------喷口直径
这公式说明了在阻塞情况下，虽然喷注速度不断增加，但随着压力的增加。噪声功率也随之增加。
2 排气放空消声器的设计
消声器的消声机理是降低气流速度，降低排放压力，改变喷注的结构。消声器有较多形式，应用较多的是小孔喷注、节流降压这两种形式，而这两种复合形式则具有更好的消声效果。
2.1、节流降压型放空消声器
根据气流降压原理，当高压气流通过具有一定通流面积的节流板时，压力可以得到降低。通过多级节流人孔板的串联，就可以将原来高压气体直接排空的一次大的突变压降分散为若干小的渐变压降，这两种不同降压下的排放，其各自的干扰声功率将有很大差异。节流消声器就是利用这个原理来达到消声目的的。节流降压消声器各级压力降的关系：
式中： —第 级节流板后的压力，Pa； —节流板前的压力，Pa； —节流板级数；—压强比，即某节流板后压力与板前压力之比。
根据气体状态方程、连续性方程和临界流速公式，由资料可知节流装置的通流截面，可按下式计算：             （2）
式中: S1----为节流面积（cm²）;G----为排放气体的质量流量（t/h）；V1----为节流前气体的比容(m³/kg)，P1----为节流前气体的压力（kg/ cm²）；μ为保证排汽量的截面修正系数，通常取1.2~2.0，
得出级节流板流通面积后，逐级除以q，便得以后各级的流通面积，再由面积确定孔径和孔心距，最后可以分布孔的位置。
节流降压排气放空消声器主要适用于高压、高温排气放空装置，其消声量一般可达15~20dB（A）,若需要更高的消声量、则在 节流降压消声 以后再加后续阻性消声器，或将阻性消声结合在节流减压消声器内部，形成节流与阻性符合消声器。
2.2小孔喷注型排气消音器
小孔喷注消音器的设计机理是根据科学院声学研究所马大猷教授等人提出的小孔喷注噪声极其控制理论，从发声机理上使它的干扰噪声减少，由于喷注噪声峰值频率与喷口直径成反比，若喷口直径变小，喷口辐射的噪声能量将丛低频移向高频，于是低频噪声被降低，高频噪声反而增高，当孔径小到一定值（达到mm级），实验表明，当孔径≤4mm时具有移频作用，喷注噪声将移到人耳不敏感的频率范围（听觉最敏感的区域250~5000赫兹）；我们经常选用3mm的孔径。
小孔喷注型消音器主要适用于降低排气压力较低而流速甚高排气放空噪声，如压缩空气排放、锅炉蒸汽的排空等均有很多的应用。小孔喷注型消音器一般可达20dB（A）左右，具有体积很小，重量轻、结构简单、经济耐用等特点。
2.3节流降压与小孔喷注复合消声器
节流降压小孔喷注复核排气消声器，是利用节流降压与小孔喷注两种消声 机理，通过适当的结构复合而成，其内部进行多级节流降压，最外层采取小孔喷流，具有小孔移频消声功能。因此能适用于各种压力条件排气放空消声，消声量也较高。
设计选用该消声器时，因考虑以下几点：

1. 选定何时的孔径与孔心距。孔径越小，消声效果越好。但过小的孔径在加工上是困难的，而且使用时也容易发生堵塞。从加工、使用和消声效果等几个方面权衡考虑。

孔心距的大小也直接影响消声效果。因为孔与孔之间的距离较近，排放的气流由小孔扩散为多个小孔；喷注 后，还会在汇合成大喷注辐射噪声。当孔心距较大时，各小孔扩散后在汇合的噪声就小多了。一般小孔的间距不应小于5倍的孔径。喷注前的驻点压力越高，孔心距就需越大。如果排气压力较高时，孔心距还应稍大点，因为高压气体从小孔喷注出之后继续膨胀扩散的范围大，再次汇合成喷注的可能性也超大，以8~10倍的孔径较合适。                                                                      

1. 确定节流降压级数。节流装置作用在于：（a）控制气体的排量，保证消声器按设计的流量参数工作；（b）用于降压，由于排气噪声的大小与降压的高次方成正比，所以，把气体压力在消声器内降下来在排空，消声效果显著。一般经多级节流降压后进入小孔喷注层的驻压，一般应控制在0.3~0.6 Mpa。此外，节流降压也为后级的小孔喷注层的强度设计和加工带来方便。

2. 设计足够的流通面积。排空放空管上安装消声器后，常出现排气不通畅的现象。这是由于安装消音器后带来了背压。由于背压的存在，会出现两种情况：为了是一定流量的气体排出，消声器前的压力就要增高；或者压力保持不变，则排气量就要减少。这两种情况在锅炉安全阀排气上是不允许的。所以要设计足够的流通面积。

确定在小孔群外围是否加吸声外筒。如果该消声器周围经常有人活动，为了安全起见，可在小孔群周围设置外筒，使气流由外筒集中朝天排放。安装吸声外筒时，外筒与小孔群之间必须有足够大的空间，并且在外筒壁上衬吸声材料。即利用吸声材料的阻性吸声原理,进一步达到降噪消声目的。加吸声层不仅能克服小孔喷注加外筒带来的不利影响。而且进一步提高消声效果。