鄒麗蓉 張軍峰 林 奇 黃莎莎 劉 平
(1.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠;2.中國石油集團安全環(huán)保技術研究院有限公司)
天然氣壓縮機是氣田開發(fā)集輸過程增壓的核心設備,但運行過程中廠界噪聲往往超過國家相關標準。噪聲污染會影響人體健康,且易引發(fā)安全事故??刂圃肼暡粌H是勞動保護、環(huán)境保護的需要,也是企業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的重要問題。提高氣田周邊聲環(huán)境質(zhì)量,從源頭削減噪聲污染,是解決環(huán)境問題的必由之路。
蘇里格氣田某天然氣處理廠設計天然氣處理量為30×108m3/a,廠界噪聲執(zhí)行GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》2類標準,即晝間不高于60 dB(A)、夜間不高于50 dB(A)[1]。
處理廠設有7臺JGC-4/G3608往復活塞式分體式天然氣壓縮機組[2]。壓縮機組布置在壓縮機房內(nèi),空冷器置于廠房外。壓縮機房雖已采取設置吸隔聲墻體及屋頂、隔聲門窗、消音器等降噪措施,但北廠界最高等效噪聲值仍達80.4 dB(A)。壓縮機房與廠界距離見圖1。
圖1 壓縮機房與廠界距離
2.1.1 壓縮機組噪聲
壓縮機組的高噪聲是由天然氣發(fā)動機及其帶動的壓縮機發(fā)出的噪聲,主要由天然氣被壓縮至高壓后產(chǎn)生的動力性噪聲、發(fā)動機及壓縮機運行時活塞柱塞往復運動產(chǎn)生的脈沖機械性噪聲、管道振動噪聲等疊加而成,具有頻帶寬、低頻聲強(500 Hz以下)的特性[3]。壓縮機組動力端噪聲數(shù)據(jù)頻譜見圖2。
圖2 壓縮機組動力端噪聲數(shù)據(jù)頻譜
根據(jù)現(xiàn)場測量結果,JGC-4/G3608天然氣壓縮機組噪聲頻帶寬,在高、中、低各頻段上都有較高的噪聲值,壓縮機動力端聲壓級高達104.2 dB(A)[4]。
2.1.2 空冷器噪聲
空冷器產(chǎn)生的噪聲主要是機械設備工作時運動的零部件互相摩擦發(fā)出的機械噪聲、進風口風扇轉(zhuǎn)動引起空氣快速流動產(chǎn)生的空氣動力性噪聲、機械設備運轉(zhuǎn)時由于振動而通過各種連接管線向外輻射的振動噪聲。主要噪聲源包括空冷器進風口、空冷器排風口、發(fā)動機消音器排氣口,噪聲值見表1。
表1 壓縮機組配套空冷器噪聲值 dB(A)
通過對3類噪聲源頻譜進行分析,其噪聲特性是中、高頻段較突出,并夾雜一定量的低頻噪聲,呈寬頻帶噪聲。
2.1.3 天然氣處理廠噪聲現(xiàn)狀
壓縮機房距離北廠界30 m,其噪聲對北廠界影響較大。在天然氣處理廠正常工況運行下,對北廠界噪聲進行兩次監(jiān)測,數(shù)據(jù)基本一致。北廠界圍墻內(nèi)噪聲為80.4 dB(A),對應廠界圍墻外30 m廠界安防網(wǎng)處的噪聲為68.8 dB(A)。廠界圍墻處、圍墻外噪聲頻譜見圖3。
圖3 廠界圍墻處、圍墻外噪聲頻譜
由廠界及噪聲源強監(jiān)測點位、監(jiān)測數(shù)據(jù)可看出,處理廠北廠界噪聲超標嚴重。結合廠區(qū)內(nèi)主要噪聲源平面位置、高度、聲壓級及噪聲頻譜特性分析可知:
1)壓縮機運行時的噪聲強度較大。壓縮機房墻面及吊頂已進行過降噪處理,但由于廠房通風口、窗戶等存在漏聲現(xiàn)象,噪聲由室內(nèi)通過其向室外傳播,造成壓縮機噪聲對北廠界貢獻值較大。
2)空冷器區(qū)域未采取任何降噪措施,且距離北廠界較近,其運行噪聲直接影響北廠界的聲環(huán)境。由于空冷器噪聲屬于寬頻噪聲,噪聲強度大,傳播遠,直接導致北廠界噪聲超標。
3)雖已更換新型消音器,但壓縮機排氣口噪聲值仍超過88 dB(A)。
1)噪聲源對廠界聲環(huán)境質(zhì)量的影響
將現(xiàn)場測試的壓縮機組、空冷器噪聲數(shù)據(jù)代入聲學模擬軟件[5],對壓縮機組及室外空冷器噪聲進行聲環(huán)境影響模擬。噪聲源聲場模擬結果見表2,廠界噪聲現(xiàn)狀模擬見圖4。
表2 噪聲源聲場模擬結果 dB(A)
圖4 天然氣處理廠廠界噪聲現(xiàn)狀模擬
模擬結果表明:北廠界圍墻內(nèi)、北廠界圍墻外、北廠界圍墻外安防網(wǎng)處的噪聲值模擬結果與現(xiàn)場實測結果基本相等。因此,模擬數(shù)據(jù)結果可作為研究參考依據(jù)。
2)空冷器對廠界聲環(huán)境質(zhì)量的影響
將現(xiàn)場測試的空冷器噪聲數(shù)據(jù)(不考慮壓縮機組的噪聲)代入聲學模擬軟件進行聲場模擬,結果如表3所示,僅空冷器噪聲對廠界聲環(huán)境質(zhì)量的影響已超過GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》2類標準的限值要求。
表3 空冷器噪聲聲場模擬結果 dB(A)
3)壓縮機組對廠界聲環(huán)境質(zhì)量的影響
將現(xiàn)場測試的壓縮機組噪聲數(shù)據(jù)(不考慮空冷器噪聲)代入聲學模擬軟件進行聲場模擬,結果如表4所示,僅壓縮機組噪聲對廠界聲環(huán)境質(zhì)量的影響已超過GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》2類標準的限值要求。
表4 壓縮機組噪聲聲場模擬結果 dB(A)
噪聲污染已和水污染、空氣污染及垃圾并列為現(xiàn)代社會的四大公害,常見噪聲控制措施包括治理噪聲源、在傳播途徑上降低噪聲和防護接收點,治理方法主要有隔聲、隔振、消聲和吸聲等[6]。
目前國內(nèi)對于規(guī)模較大的處理廠、儲氣庫等站場分體式壓縮機(功率大、臺數(shù)多),通常是從壓縮機、空冷器和發(fā)動機排氣消音器(氣驅(qū))3個方面進行噪聲治理。采用的主要降噪措施為設置壓縮機及空冷器降噪房、排氣消音器降噪圍護結構以及配套的進風、排風消音器等。典型的成功案例為西南油氣田安岳處理廠八里村增壓站、相國寺儲氣庫等。
通過分析JGC-4/G3608天然氣壓縮機組運行產(chǎn)生的高強度工業(yè)噪聲源特性,結合國內(nèi)降噪治理技術現(xiàn)狀,提出空冷器和壓縮機房降噪綜合治理、設置聲屏障、空冷器安裝進排氣消音器+廠界微粒吸隔聲屏障綜合治理3種方案,并對治理效果進行模擬。
3.1.1 空冷器區(qū)域降噪、壓縮機房降噪升級改造
1)空冷器區(qū)域降噪措施
7臺空冷器位于壓縮機房北面室外,見圖5。
圖5 天然氣壓縮機配套的室外空冷器
空冷器單臺風量為3 900 m3/min,通過采用吸隔聲屋面及吸隔聲墻體在空冷器區(qū)域設置降噪房,使用降噪逃生門及聲閘,同時在空冷器進氣、排氣口設置消音器,確保進風風速低于5 m/s,進風面積不低于91 m2,保證進風段消聲量不低于30 dB(A),排氣段消聲量不低于25 dB(A)??绽淦鲄^(qū)域降噪設計示意見圖6,降噪措施及效果預測見表5。
2)壓縮機房降噪升級設計
目前壓縮機房已采取降噪措施,但廠房整體隔聲量不足。廠房南墻內(nèi)墻體處噪聲為94.2 dB(A),南墻外對應處墻體噪聲為77.9 dB(A)。
圖6 空冷器區(qū)域降噪設計示意
表5 空冷器區(qū)域降噪措施及效果預測
7臺JGC-4/G3608機組靠近壓縮機房北墻,機組對廠房北墻噪聲影響比南墻大,壓縮機房北墻內(nèi)噪聲約為104.2 dB(A),北墻外傳噪聲為85.3 dB(A),其外傳噪聲對北廠界聲環(huán)境影響較大。
控制措施設計:增設墻體及屋面的復合吸隔聲體、更換機房大門為吸隔聲門、更換墻體窗戶為雙層隔聲窗、墻體進風百葉窗處安裝進氣消音器、對廠房通風散熱系統(tǒng)進行噪聲治理,以上措施消聲量≥25 dB(A)。
3.1.2 降噪效果聲場模擬
空冷器區(qū)域降噪及壓縮機房整體降噪后,分別對空冷器噪聲、綜合噪聲(空冷器噪聲+壓縮機組噪聲)、空冷器降噪+壓縮機房整體降噪升級后的綜合噪聲進行聲環(huán)境模擬,結果見表6。
表6 降噪后聲場模擬結果 dB(A)
模擬結果表明:由于壓縮機房背景噪聲的影響,僅對空冷器區(qū)域進行噪聲治理,無法滿足廠界達標要求,空冷器區(qū)域降噪后,同時實施壓縮機房整體降噪升級,最終可滿足廠界噪聲治理要求。
3.2.1 聲屏障降噪原理
在空氣中傳播的聲波遇到聲屏障時,會產(chǎn)生反射、透射和繞射現(xiàn)象。一部分越過聲屏障頂端繞射到達受聲點,一部分穿透聲屏障到達受聲點,一部分在聲屏障壁面產(chǎn)生反射。聲屏障降噪的基本原理是通過阻擋直達聲的傳播,隔離透射聲,并使繞射聲有足夠的衰減。當聲波撞擊到聲屏障的壁面上時,會在聲屏障邊緣產(chǎn)生繞射現(xiàn)象,在屏障背后形成“聲影區(qū)”,使位于“聲影區(qū)”內(nèi)的噪聲級低于未設置聲屏障時的噪聲級[7]。
3.2.2 設置廠界聲屏障
針對壓縮機組及其配套空冷器設備噪聲,計劃在空冷器附近的北廠界及東北側廠界安裝吸隔聲屏障,并分別對同一位置、屏障高度為18,25 m的隔聲效果進行模擬。廠界吸隔聲屏障效果見圖7。
圖7 廠界吸隔聲屏障效果
3.2.3 設置空冷器近場聲屏障
在空冷器區(qū)域近場附近,離空冷器端面6.5 m處安裝U形微粒吸隔聲屏障,與壓縮機房兩側山墻相連,聲屏障總長144 m,高18 m。空冷器區(qū)域近場吸隔聲屏障效果見圖8。
圖8 空冷器區(qū)域近場吸隔聲屏障效果
3.2.4 聲場模擬
將壓縮機組、空冷器噪聲代入聲學模擬軟件,分別對3種聲屏障方案治理效果進行聲環(huán)境模擬,結果見表7。
表7 設置聲屏障后聲場模擬結果 dB(A)
由表7可知:
1)設置吸隔聲屏障后,因空冷器噪聲受聲屏障影響產(chǎn)生繞射聲,雖北廠界噪聲值有所降低,但繞射聲導致其他廠界噪聲值升高。
2)增加聲屏障高度對北廠界圍墻外征地紅線處降噪作用有限,且聲屏障工程造價急劇上升,修建廠界聲屏障不能滿足廠界噪聲治理要求。
3.3.1 治理方案
在空冷器區(qū)域安裝進氣、排氣消音器進行噪聲治理,同時在空冷器區(qū)域廠界圍墻內(nèi)側安裝高12 m,長300 m的微粒吸隔聲屏障。
3.3.2 聲場模擬
空冷器安裝進氣、排氣消音器+廠界隔聲屏障后聲場模擬結果如圖9所示,最終北廠界圍墻外噪聲為45.2 dB(A),北廠界安防網(wǎng)處聲噪聲值為47.6 dB(A)。但由于聲屏障繞射現(xiàn)象導致南廠界安防網(wǎng)處噪聲為53.9 dB(A),超過GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》2類標準,不能滿足廠界噪聲治理要求。
圖9 空冷器安裝進、排氣消音器+廠界隔聲屏障后聲場模擬
3種降噪方案模擬效果對比見表8。
表8 3種降噪方案模擬效果對比
通過對空冷器區(qū)域降噪、壓縮機房降噪升級改造,廠界噪聲可滿足GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》2類標準,即晝間不高于60 dB(A),夜間不高于50 dB(A),同時能明顯改善廠區(qū)內(nèi)聲環(huán)境質(zhì)量。
1)JGC-4/G3608天然氣壓縮機組噪聲頻帶寬,在高、中、低各頻段上都有較高的噪聲值,壓縮機動力端聲壓級高達104.2 dB(A)。空冷器噪聲中、高頻段突出,并夾雜一定量的低頻噪聲,呈寬頻帶噪聲。
2)吸隔聲屏障可對噪聲的產(chǎn)生和傳遞特征有針對性地控制,但其繞射現(xiàn)象會增加其他廠界的噪聲排放值。
3)通過在空冷器區(qū)域設置吸隔聲屋面及吸隔聲墻體的降噪房,使用降噪逃生門及聲閘,在空冷器進氣、排氣口設置消音器,同時對壓縮機房實施增設復合吸隔聲墻體及屋面,吸隔聲門等降噪措施,可使處理廠北廠界噪聲降低20.1 dB(A),達到GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》2類標準。
根據(jù)聲學模擬軟件對3種治理方案的效果模擬結果,建議處理廠在空冷器區(qū)域采取降噪措施的同時對壓縮機房進行降噪升級改造,使廠界噪聲滿足GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》2類標準。通過對天然氣壓縮機進行治理,可提高站內(nèi)聲環(huán)境質(zhì)量、減少噪聲污染,具有良好的社會和環(huán)境效益。