Bezpieczeństwo i ochrona środowiska

Ograniczanie hałasu w rurociągach transportujących gaz

By  | 

Technologię rurociągów opracowano przed wielu laty, jako najprostszy i najbardziej ekonomiczny sposób transportu dużych ilości gazu ziemnego na długich odcinkach, przenoszący gaz z nowych pól wydobywczych i innych źródeł do instalacji LNG, odbiorców lokalnych, instalacji przemysłowych i elektrowni opalanych gazem ziemnym.
Rurociągi gazowe zużywają przeciętnie 2-3% energii potencjalnej gazu na przezwyciężenie strat spowodowanych tarciem na trasie, co sprawia, że stanowią bardziej efektywne rozwiązanie niż wykorzystanie transportu drogowego czy kolejowego.
Do „ wpychania” gazu do rurociągu transmisyjnego wykorzystuje się różnice ciśnień. Niemniej jednak wraz z wydłużaniem się rurociągu, konieczne staje się zwiększenie ciśnienia pracy i budowa tłoczni gazu (stacji kompresorowych). Zwykle są one rozmieszczone co 80 -150 km i utrzymują płynność przepływu gazu poprzez zwiększanie ciśnienia w celu skompensowania strat ciśnienia w rurociągu. Sprężarki gazu działają poprzez zwiększenia ciśnienia, ograniczanie zmniejszanie objętości gazu i zwiększenie gęstości medium.
Sieci rurociągów stają się coraz bardziej skomplikowane, obejmując więcej rozgałęzień wymagających włączania węzłów dystrybucyjnych i stacji pomiarowych, poprzez które gaz z linii wysokociśnieniowych może być kierowany do różnych linii dystrybucyjnych o mniejszym ciśnieniu. Przykładowo, wysokociśnieniowe główne linie przesyłowe działają przy ciśnieniu 1200 psig, średniociśnieniowe linie główne przy 600 psig, a niskociśnieniowe przy 200 psig. Rozdział gazu i redukcja ciśnienia są realizowane w tzw. „ wrotach miast”, które tworzą stacje pomiarowe, rozliczeniowe i redukcyjne. Instalacje te często są ulokowane w środowiskach typowo miejskich. Przykładowo w Los Angeles gaz dostarczany przez rurociąg, magazynowany jest w pobliżu miasta w licznych podziemnych instalacjach i rozdzielany na podstawie lokalnego zapotrzebowania.

Jak powstaje hałas w rurociągach?
Główne metody używane do zwiększania przepustowości rurociągów to zwiększanie sprężu gazu i zwiększanie średnicy rurociągu. Mniej więcej od 1940 r. firmy obsługujące rurociągi używały obu sposobów do poprawy przepustowości i wydajności hydraulicznej systemów. Zwykle jednak bardziej opłacalne jest zwiększanie kompresji gazu, ponieważ im bardziej jest sprężony, tym mniejsza jest wymagana średnica rurociągu.
W celu zwiększania ciśnienia roboczego gazociągów konieczne były coraz bardziej wydajne i, co za tym idzie, coraz droższe stacje kompresorowe. Mimo wszystko w długim okresie czasu koszt tłoczni gazu jest niższy niż koszt rurociągu o większej średnicy na całej długości przebiegu.
Następstwem tych ekonomicznie korzystnych rozwiązań jest zwiększony potencjał generowania hałasu ze względu na fakt, że wyposażanie konieczne do osiągniecia wysokiego ciśnienia gazu jest silnym źródłem hałasu. Bardzo głośne są zarówno same sprężarki jak i zawory sterujące, które regulują przepływ gazu przez rurociąg na stacjach źródłowych, tłoczniach, centrach rozdziału i stacjach pomiarowych. Zamiana ciśnienia statycznego na energię kinetyczną w największym przewężeniu strugi (vena contracta) w zaworze sterującym tworzy strumienie o dużej szybkości, które mogą generować infradźwięki, hałas w paśmie słyszalnym lub nawet ultradźwięki. Turbulencje i dźwiękowa fala uderzeniowa tworzą spektrum hałasu o charakterystycznej częstotliwości szczytowej.
W rurociągach biegnących przez otwarty teren, wyposażonych w tłocznie gazu, potencjalnymi źródłami hałasu są różne aplikacje zaworów sterujących obejmujące rówież zawory recyrkulacyjne, odpowietrzniki zaworów zapewaniające awaryjną ochronę przed ciśnieniem i zawory wydmuchowe. W instalacjach magazynowania gazu szeroki zakres aplikacji zaworów sterujących obejmuje odbiór gazu, sprężanie w celu przechowywania, wydawanie, odwadnianie, nawanianie i redukcję ciśnienia do rurociągów dystrybucyjnych.
Zwykle zawory sterujące maja średnice znacznie mniejszą niż rury wlotowe i wylotowe. Z tego powodu stosuje się ekspandery przenoszące przepływ z mniejszego zaworu do w większej rury. Rozprężanie gazu w ekspanderze na wylocie zaworu może być kolejnym źródłem hałasu. Hałas ulega zwiększeniu, gdy rozprężanie zachodzi z wykorzystaniem redukcji mimośrodowych w porównaniu do użycia koncentrycznych ekspanderów.

Dlaczego hałas jest poważnym problemem?
Nadmierne wytwarzanie hałasu może mieć destrukcyjne następstwa dla ludzkiego słuchu oraz może być uciążliwe dla środowiska. Agencja Ochrony Środowiska zaprezentowała znaczną liczbę badań dokumentujących zagrożenia spowodowane przez hałas o dużym natężeniu, które obejmują wysokie ciśnienie krwi, chorobę wieńcową, bóle migrenowe i niską wagę urodzeniową dzieci. Światowa Organizacja Zdrowia opublikowała w 1999 r raport określający standardy oceniania i zarządzania zagrożenia hałasem dla państw członkowskich.
Pomiędzy 70 dBA a 80 dBA źródło hałasu staje się już bardzo wyraźne. Niemniej jednak nawet długotrwałe narażenie na hałas o takim natężeniu stanowi mało prawdopodobną możliwość uszkodzenia ludzkiego słuchu. >Przy 85dBA i powyżej hałas osiąga poziom, przy którym długotrwała ekspozycja może już stanowić przyczynę uszkodzenia słuchu u ludzi. Z tego właśnie powodu wytyczne OSHA wprowadzają limit maksymalnie 8h ekspoyzcji na hałas o natężeniu 85dBA
Im wyżej na skali dBA znajduje się źródło dźwięku, tym krótszy czas ekspozycji zanim wystąpi uszkodzenie słuchu. Przy poziomie 140dBA hałas nie tylko uszkadza słuch, ale właściwie całe ludzkie ciało zaczyna odczuwać ból powodowany przez fale dźwiękowe.
Hałas generowany przez rurociągi może być ( i zwykle jest) poddany restrykcjom nałożonym przez Organizacje Bezpieczeństwa i Higieny Pracy (OSHA), Światową Organizację Zdrowia (WHO) i Agencje Ochrony Środowiska (EPA) oraz inne lokalne odpowiedniki. Naruszenie tych ograniczeń może skutkować dotkliwymi karami obejmującymi grzywny i wyłączenia instalacji, jak również sprawami sądowymi wnoszonymi przez poszkodowanych.

Hałas o niskiej częstotliwości, zwykle powodowany przez fale stojące, może doprowadzić do wibracji rurociągu i ostatecznie spowodować fizyczne uszkodzenie struktury rurociągu. Głównymi przyczynami wibracji o niskich częstotliwościach są także wyrzuty z zaworów i wiry o dużej skali, podobnie jak strugi o dużej średnicy wypływające z zaworów. Z kolei rury mogą wibrować promieniowo ze względu na hałas o wysokiej częstotliwości powstający w zaworach. Może to powodować uszkodzenia zmęczeniowe w przyspawanym osprzęcie, takim jak dreny i termopary, co potencjalnie może doprowadzić do katastrofalnej usterki. Możliwość powstawania uszkodzeń zmęczeniowych wzrasta wraz z kwadratem stosunku średnicy rury do grubości ściany.
Coraz ostrzejsze regulacje środowiskowe, które określają wybór sprzętu i ulokowanie tłoczni, wpływają na zdolność do efektywnego zarzadzania i maksymalizacji wydajności transportowej.
Przykładowo, spółka obsługująca rurociąg będzie musiała zainstalować sprężarki napędzane elektrycznie zamiast zasilanych gazem ( nawet jeśli gaz byłby bardziej wydajny) lub przenieść stacje kompresorowe do mniej korzystnych lokalizacji czy nawet zainstalować rurociągi o większej średnicy zamiast dodatkowych stacji kompresorowych ( co może wymagać dodatkowych zezwoleń i być bardziej kosztowne niż instalacje sprężania.)
Regulacje dotyczące hałasu często nie są definiowane poprzez hałas występują w pobliżu źródła, ale przez hałas w dalszej odległości, który może wpływać na mieszkańców. Wymagania, co do poziomu hałasu w granicach działek są ograniczone do 55dBA, przy czym dla pory nocnej wartości te mogą być jeszcze niższe. Odpowiada to niskiemu poziomowi hałasu dla zaworów, mniej więcej 70 dBA w odległości 3 stóp.

Tradycyjne metody tłumienia hałasu
Istnieją dwie składowe hałasu: częstotliwość(Hz) I amplituda dB. Zwykle amplituda hałasu wzrasta wraz z wyższymi spadkami ciśnienia, które są nie do uniknięcia w przesyle gazu. Tradycyjne metody ograniczania hałasu w rurociągach obejmują wykorzystanie grubszych lub cięższych ścian rur, dodanie izolacji akustycznej lub zamknięcie hałaśliwego wyposażenia w budynku. Jednak każda z tych metod ma swoje wady. Cięższe ściany rur i grubsza izolacja stają się ekonomicznie nieakceptowalne dla większych rurociągów na długich dystansach, zwłaszcza w przypadku rur z lepszych jakościowo materiałów.
Chociaż zwykle hałas rozprzestrzenia się i osłabia wraz z odległością, to wędrując przez rurę wytłumia się w niewielkim stopniu. Tempo tłumienia hałasu wynosi 6dB na każde podwojenie odległości od źródła punktowego i 3dB na każde podwojenie odległości od źródła liniowego (rury) na otwartej przestrzeni. Tłumienie wynosi tylko 1dB na każde przebyte 30 m rury przesyłowej. Oznacza to, że zamkniecie hałaśliwego wyposażenia w budynku jest efektywne tylko do momentu, gdy rury opuszczają pomieszczenie. W konsekwencji większość rurociągów biegnie pod ziemia, generując zauważalny hałas tylko w miejscach lokalizacji stacji.
Stacje regulacyjne mogą być zlokalizowane pomiędzy innymi budynkami, co pozwala na zredukowanie halasu przez nie emitowanego. Budynki te stwarzają jednak zagrożenie dla bezpieczeństwa, ponieważ w przypadku wycieku gazu może on zbierać się w budynku i stwarzać niebezpieczeństwo uduszenia lub eksplozji. Wreszcie w przypadkach magazynowania gazu lub w niektórych systemach rurociągów, gdzie źródło i lokalizacje docelowe są zamienne, ten sam gaz może płynąć w przeciwnym kierunku przez zawory sterujące, sprawiając, że projektowanie elementów armatury minimalizujących hałas staje się wiekszym wyzwaniem.

Najlepsze praktyki w zakresie ograniczania hałasu
Najlepszym sposobem., aby poradzić sobie z powstawaniem hałasu jest zidentyfikowanie go u jego źródła. Ściany rur maja znacznie lepsze własności tłumienia hałasu w przypadku źródeł dźwięku o wyższej częstotliwości. Oznacza to, że jeśli częstotliwość hałasu można zwiększyć poprzez wykorzystanie mniejszych dyszy wypływowych w konstrukcji zaworu, zmaksymalizuje się wówczas korzyści płynące z wykorzystania własności tłumiących rur.
Podczas mieszania wstępnie oczyszczonego gazu z gazem produkcyjnym ze złoża konieczne jest zbalansowanie takiej mieszanki na dłuższych odcinkach, jeśli transportowany gaz będzie zawierał porwane cząstki stałe. Wielostopniowe upuszczanie gazu może być wykorzystane do redukcji prędkości na wylocie z zaworu i obniżenia mocy generowanego hałasu. Wytyczne dla zaworów sterujących ISA w zakresie ograniczeń prędkości i energii kinetycznej są użyteczne w minimalizowaniu prędkości w zaworach wylotowych. W celu ograniczenia możliwości generowania hałasu powstającego na skutek zmiennego zapotrzebowania systemu zaleca się używanie zaworów o charakterystyce równo procentowej lub zmodyfikowanej, a także wykorzystywania tylko koncentrycznych ekspanderów w miejsce mimośrodowych.

Więcej informacji na stronie www.imi-critical.com

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *