沁水盆地煤層氣壓縮機環(huán)境降噪探討與應用

王利祥 王榮松 屈麗彬 王澤龍

(中國石油天然氣股份有限公司山西煤層氣勘探開發(fā)分公司，山西 046000)

1 研究的意義

沁水盆地煤層氣地處盆地南部，地形以山區(qū)為主，煤層氣儲量約占全國的十分之一，現(xiàn)有產(chǎn)量歷年也保持在全國煤層氣產(chǎn)量的90%以上，到目前為止，是我國煤層氣勘探開發(fā)投入最多的區(qū)域，有極高的開發(fā)潛力與商業(yè)價值。在煤層氣田生產(chǎn)過程中，經(jīng)過氣井的排水采氣工藝技術措施，將開采出的煤層氣進行氣液分離，利用壓縮機增壓輸送。由于受當?shù)靥厥獾乩硇螒B(tài)的約束，壓縮機場站大多只能建于山林之間，緊鄰村莊，產(chǎn)生的噪音不僅影響當?shù)鼐用竦纳?，還對養(yǎng)殖業(yè)形成沖擊，大大降低了繁衍數(shù)量，一度造成工農關系緊張。隨著煤層氣產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展，會有越來越多的壓縮機投入到生產(chǎn)中來，噪聲污染將會是阻礙發(fā)展的一個重要因素，為此，迫于環(huán)境保護的壓力，噪聲污染已經(jīng)成為急需解決的關鍵問題之一。本文就壓縮機降噪措施進行了綜述，希望對解決噪音污染提供一定的參考。

2 噪音的形成與測試

2.1 噪聲的形成

噪聲主要有以下幾類：①運行過程中由于進(排)氣閥不停地間歇開閉，氣體間歇吸入和排出產(chǎn)生壓力脈動而產(chǎn)生的噪聲；②冷卻風扇高速旋轉與空氣劇烈摩擦而產(chǎn)生的氣流噪聲；③飛輪、活塞桿等設備的運動件相對于固定件的周起作用所激發(fā)的機械噪聲。

鄭1集氣站內噪聲源為3套往復活塞式壓縮機(2套DTY1600ML、1套DTY1000ML)及其配套空冷器，壓縮機布置在工棚內，空冷器露天布置，距離東廠界約6m。

2.2 噪音測試

通過當?shù)丨h(huán)保部門選取8個監(jiān)測點對集氣站廠界進行噪音測試，發(fā)現(xiàn)廠界周邊1m處噪音分布為： 1#(59.6dB(A))、2#(59.6dB(A))、3#(60.2dB(A))、4#(61.9dB(A))、5#(62.6dB(A))、6#(58.1dB(A))、7#(60.6dB(A))、8#(64.8dB(A))(取點位置見圖1)。

圖1 場站平面圖

根據(jù)《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》(GB 12348—2008)的要求，工廠應滿足2類標準(表1)。

表1 噪聲排放標準

3 噪音現(xiàn)狀及分析

3.1 噪聲現(xiàn)狀

集氣站內主要運行設備噪聲源：往復式壓縮機組噪聲及配套空冷器噪聲(表2)，對壓縮機周邊1m處噪音為92～95dB(A)，空冷器周邊1m處噪音為85～92dB(A)。根據(jù)數(shù)據(jù)繪制噪聲源頻譜圖如圖2所示。

表2 噪聲分布

圖2 壓縮機、空冷器設備1m處噪音現(xiàn)場測量示意圖

由圖3可以看出壓縮機及空冷器噪聲低頻部分突出，低頻噪聲具有衰減慢、聲波長、穿透性強等特性。可見，在煤層氣壓縮機原始運行狀態(tài)下的主要噪聲源為機組和空冷器吸氣口，此時的廠界噪聲值高于標準要求，且噪聲表現(xiàn)出低頻比例較大的特點。

圖3 集氣站噪聲頻譜圖

3.2 噪音分析

通過分析廠界超標量，找出超標原因，制作廠界噪聲超標分析表(表3)，進而確定各區(qū)域聲源所需的降噪量(表4)。

表3 廠界噪聲值超標分析表

表4 各噪聲源降噪量表

4 降噪工藝技術

4.1 隔聲

對露天和半露天布置的噪聲源設置必要的建筑隔聲維護結構，對隔聲量不能有效匹配的圍護結構從聲學角度予以必要的匹配。單層均質墻板在不同頻率下的隔聲量(dB)一般參照以下經(jīng)驗公式計算：

R=16lgM+14lgf-29

(1)

式中：M為壁面單位面積的質量；f為入射聲波的頻率。

R為100～3150Hz的平均隔聲量(dB)，一般參照以下經(jīng)驗公式計算：

R=16lgM+8 (M≥200kg/m2)

(2)

R=13.5lgM+14 (M<200kg/m2)

(3)

4.2 吸聲

利用吸聲處理在噪聲傳播途徑上進行控制是一種傳統(tǒng)常用而且有效的方法。當室內聲源發(fā)出的聲音遇到墻面、頂棚、地坪及其它物體表面時，都會發(fā)生反射現(xiàn)象。聲波在傳播過程中遇到各種材料時，都會發(fā)生一部分聲能被反射，一部分聲能向材料內部傳播并被吸收，一部分聲能透過材料在向外傳播。

在噪聲源周圍設置了隔聲圍護結構的內側壁面上做必要的吸聲處理，不但可有效加強隔聲圍護結構的隔聲量，而且可降低室內的混響聲大6～8dB(A)，同時改善操作人員的操作環(huán)境。

4.3 消聲

對所有的空氣動力性噪聲、進風口噪聲統(tǒng)一采用消聲治理措施，噪聲源采取消聲治理后，要求既要有適宜的消聲量(即聲學性能)，同時對設備的運行不能有明顯的影響(即良好的空氣動力性能)。特別是空冷器通風量大、散熱量高，消聲器是一種既能使噪聲得到有效的衰減又能保證氣流正常通過的一種設備，如果消聲器僅能滿足消聲要求，而不能滿足設備工藝要求，該消聲器的設計是失敗的。

其中阻性消聲器的消聲量參照以下經(jīng)驗公式計算：

表5 消聲系數(shù)φ(α0)與α0

4.4 阻尼減振降噪

在薄板隔聲維護結構的隔聲背板上涂刷特殊配比的阻尼材料能有效增加隔聲結構的內阻尼，它能使隔聲構件的動能轉化為熱能，從而減少了構件的振動，因而阻尼對提高隔聲構件尤其是薄板隔聲結構的隔聲量有明顯的作用，特別是低頻共振時的隔聲量。

4.5 聲屏障

在空氣中傳播的聲波遇到聲屏障時，就會產(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；一部分在聲屏障壁面產(chǎn)生反射。聲屏障的插入損失主要取決于聲源發(fā)出的聲波沿著三條道路傳播的聲能分配。聲屏障的作用就是阻擋直達聲的傳播，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時，會在聲屏障邊緣產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，而在屏障背后形成“聲影區(qū)”。我們所期待聲屏障的減噪效果就在“聲影區(qū)”的范圍內。與光影區(qū)相比較，由于聲波波長比光波波長大的多，因此，這種“聲影區(qū)”的邊界并不明顯，經(jīng)過屏障邊緣之外，聲源發(fā)出來的聲波可以直接到達的范圍，叫做“亮區(qū)”。從亮區(qū)到聲影區(qū)之間還有一小段“過渡區(qū)”。位于“聲影區(qū)”內的噪聲級低于未設置聲屏障時的噪聲級，這就是聲屏障降噪的基本原理(圖4)。

圖4 聲屏障的聲繞射原理圖

隔聲屏障的高度應根據(jù)設計要求的噪聲衰減量、屏障的長度、屏障與保護目標之間的相對位置、及加裝范圍線型等因素共同決定。

4.6 噪聲隨距離的衰減

點聲源衰減計算公式：

ΔL=10log(1/4πr2)

距離點聲源r1、r2，噪聲衰減計算公式：

ΔL=20log(r1/r2)

式中：ΔL為衰減量；r為點聲源至受聲點的距離。

距離增加一倍，衰減6dB(A)。由此繪制點聲源距離衰減表，見表6。

表6 點聲源距離衰減表

5 降噪工藝措施

5.1 棚內壓縮機機組降噪

壁體選取吸-隔組合式結構，吸聲壁體選用寬頻帶組合式吸聲板；隔聲壁體采用雙層板隔聲結構，外層設置阻尼隔聲板，內層設置中阻尼隔聲材料。在集氣站鋼結構框架立面外加200mm復合吸音、隔音層：內側為穿孔吸音板+200mm吸音棉+外部瓦楞彩鋼板；屋面鋪設復合吸音、隔音層：穿孔吸音板+100mm吸音棉+瓦楞彩鋼板。采用吸-隔組合式結構能夠有效降低噪聲能量，罩內的噪聲污染也能得到有效的治理。

5.2 棚外空冷器消音降噪

消聲器的選擇應注意統(tǒng)籌考慮其消聲性能、空氣動力性能、額定處理風量、使用環(huán)境以及外型、強度等因素。

5.3 廠界隔音降噪

通過在廠界設置圍墻和聲屏障的方式來確保廠界外的噪聲值能夠達到降噪要求，修建2.5m高的磚圍墻，同時在噪聲值較大的區(qū)域增設2.5m高的聲屏障。