工業(yè)冷卻塔噪聲治理及案例分析研究

黨鵬剛，張英，劉毅

（1.陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院，西安 710100；2.陜西省環(huán)境科學(xué)研究院，西安 710043；3.陜西渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 渭南 715100)

近年來，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，噪聲問題逐漸成為制約工業(yè)裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行的新問題。冷卻塔是工業(yè)上用冷卻循環(huán)水使其溫度降低的構(gòu)筑物，常用于化工、電力、水泥等需要控制裝置運(yùn)行水溫的行業(yè)，工業(yè)冷卻塔在運(yùn)行過程中因?yàn)殡姍C(jī)、風(fēng)機(jī)及水流運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量噪聲，給周圍環(huán)境帶來較大影響[1]。工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范中，一般將安全性高、污染特性小的水處理、冷卻塔、原料堆場(chǎng)、產(chǎn)品庫房等布置在靠近廠界位置[2]，用于防止和減少主生產(chǎn)工序的有害氣體、煙、霧、粉塵、震動(dòng)、噪聲對(duì)周圍環(huán)境的影響[3—5]。對(duì)冷卻塔之類不能影響其通風(fēng)的化工裝置來說，普通的封閉隔音、消聲技術(shù)難以適用。目前，我國工業(yè)企業(yè)周邊噪聲超標(biāo)問題非常普遍，本文介紹了某集團(tuán)工業(yè)冷卻塔噪聲治理案例，提出既能解決噪聲影響又不影響裝置通風(fēng)的降噪方案，對(duì)治理冷卻塔噪聲、保障工業(yè)生產(chǎn)長期穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

1 工業(yè)冷卻塔的結(jié)構(gòu)

工業(yè)冷卻塔一般采用多組大型塔式組合的形式，由塔體、電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、水輪機(jī)、風(fēng)筒、淋水器、進(jìn)風(fēng)口、下塔體（集水池）、管路、循環(huán)水泵、閥門等組成[6]。冷卻塔在工業(yè)生產(chǎn)中主要是利用水和空氣的接觸，通過蒸發(fā)作用來散去制冷設(shè)備中產(chǎn)生的廢熱。其工作原理是外界環(huán)境的空氣通過塔頂上部風(fēng)機(jī)抽動(dòng)后，冷空氣自下部的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入冷卻塔內(nèi)，與塔內(nèi)下落的熱水流進(jìn)行交換，產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象，并通過頂部風(fēng)筒將水中的熱量帶走，從而達(dá)到降溫的目的。

2 噪聲源分析

根據(jù)冷卻塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理，其噪聲源主要有淋水噪聲、風(fēng)機(jī)噪聲、電機(jī)和水輪機(jī)噪聲、管道系統(tǒng)噪聲。噪聲具體產(chǎn)生部位見圖1。

圖1 冷卻塔氣流流動(dòng)及噪聲輻射方向示意圖

2.1 淋水噪聲

冷卻水從落水裝置下落時(shí)與塔底蓄水池水面撞擊產(chǎn)生淋水噪聲，其頻譜本身呈現(xiàn)中、高頻特性，噪聲級(jí)與落水高度、單位時(shí)間內(nèi)的水流量有關(guān)[7,8]。冷卻塔進(jìn)風(fēng)口面積很大，淋水噪聲呈面聲源向外輻射，同時(shí)，因?yàn)檫M(jìn)風(fēng)口需要有大風(fēng)量空氣進(jìn)入塔內(nèi)進(jìn)行對(duì)流交換，故冷卻塔下部封閉降噪方案不可行[9]。

2.2 風(fēng)機(jī)噪聲

風(fēng)機(jī)噪聲也是冷卻塔主要的噪聲源，是一種空氣動(dòng)力噪聲，包括湍流噪聲和旋轉(zhuǎn)噪聲。當(dāng)氣流通過葉片表面時(shí)，會(huì)在其背部脫體，在尾部由于氣流的黏滯形成一系列渦流，從而產(chǎn)生湍流噪聲，具有連續(xù)頻譜特性。旋轉(zhuǎn)噪聲是由葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)形成的壓力脈產(chǎn)生的，與葉片數(shù)、轉(zhuǎn)速、氣體流量等有關(guān)，其頻譜呈低、中頻特性，由于低頻噪聲傳播衰減慢，所以風(fēng)機(jī)噪聲對(duì)廠界及遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域均有很大影響[10,11]。

2.3 電機(jī)和水輪機(jī)噪聲

電機(jī)噪聲由電磁噪聲和機(jī)械噪聲組成，水輪機(jī)噪聲主要是旋轉(zhuǎn)齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械噪聲，這些噪聲比淋水噪聲和風(fēng)機(jī)噪聲要低，如果電機(jī)裝在風(fēng)筒的外部，則需要進(jìn)行降噪處理。

2.4 管道系統(tǒng)噪聲

管道系統(tǒng)噪聲包括循環(huán)水泵運(yùn)行的機(jī)械噪聲、閥門內(nèi)流體的沖擊噪聲、管道內(nèi)流體的沖擊噪聲和振動(dòng)噪聲。

3 冷卻塔噪聲治理

本項(xiàng)目位于廠區(qū)北側(cè)，冷卻塔毗鄰廠界北側(cè)，東西延伸210m，居民區(qū)距離廠界北側(cè)圍墻約500m，企業(yè)經(jīng)常接到噪聲投訴。2015 年在冷卻塔的頂部安裝了隔吸聲屏障，雖然有一定的降噪效果，但仍難達(dá)標(biāo)。表1 為治理前后的噪聲監(jiān)測(cè)情況，沿圍墻外210m 廠界均勻布點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

3.1 治理方案分析

冷卻塔上部噪聲主要為風(fēng)機(jī)噪聲，經(jīng)過治理，各點(diǎn)位噪聲降幅約為10dB(A)。冷卻塔下部的淋水噪聲、管道噪聲等是廠界噪聲的主要聲源。冷卻塔下部進(jìn)氣口組合噪聲的傳播方式可認(rèn)為是以長條矩形的平面波形式輻射的，且以寬頻的特性向遠(yuǎn)處傳播，傳播越遠(yuǎn)低頻特性越強(qiáng)。此外，除底部的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)噪聲和淋水噪聲外，管道噪聲也不能忽視，管道噪聲雖輻射面小，但噪聲級(jí)高。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)噪聲對(duì)廠區(qū)遠(yuǎn)處影響較大，淋水和管道對(duì)廠界噪聲影響較大。

3.2 冷卻塔噪聲綜合治理方案

經(jīng)對(duì)冷卻塔運(yùn)行要求和噪聲治理要求的綜合考慮，對(duì)冷卻塔頂部排風(fēng)噪聲的治理以隔聲擋聲為主，使其反射到敏感源的另一側(cè)；將風(fēng)機(jī)改為中空玻璃纖維材質(zhì)，通過減輕重量，從而減少震動(dòng)、降低噪聲；通過優(yōu)化填料結(jié)構(gòu)、改善布水方式、增加換熱效率等方式減小落水噪聲。根據(jù)冷卻塔下部進(jìn)風(fēng)部位綜合隔聲和進(jìn)風(fēng)要求，治理方案采用多種隔聲結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式：底部磚混墻體結(jié)構(gòu)，起到隔聲及基礎(chǔ)作用，用來支撐上部結(jié)構(gòu)；多通道片式消聲器，采用風(fēng)道式隔吸聲板結(jié)構(gòu)，既起隔聲、吸聲作用又能滿足通風(fēng)要求；上部采用隔聲窗結(jié)構(gòu)，滿足隔聲及采光要求；頂部采用隔音板，隔音擋音。綜合治理方案見圖2。

圖2 綜合方案示意圖

表1 廠界噪聲監(jiān)測(cè)情況單位：dB(A)

增設(shè)進(jìn)、排氣消聲器將影響通風(fēng)效果，因此在消聲器的選擇上除了要考慮消聲量的要求外，還要考慮通風(fēng)阻力。一般采用消聲圍裙（消聲空腔），進(jìn)風(fēng)通過消聲百葉窗進(jìn)入，使得淋水聲通過進(jìn)風(fēng)口向外輻射時(shí)有較大的衰減。消聲器的消聲量與消聲器的結(jié)構(gòu)形式、空氣通道橫斷面的形狀與面積、氣流速度、長度，以及吸聲材料的種類、密度、厚度、護(hù)面板材料等因素有關(guān)。消聲器一般有直管式、片式、蜂窩式、折板式和聲流式等，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)[6,12]。多通道片式消聲器見圖3。

圖3 多通道片式消聲器示意

本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)的消聲風(fēng)道是一種阻性消聲器，在氣流通道的內(nèi)壁加襯一層吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)（本項(xiàng)目填充材料選用玻璃吸聲棉），形成一個(gè)吸聲通道結(jié)構(gòu)，這樣既能滿足通風(fēng)要求，又能起到消聲降噪的作用。聲波在吸聲通道中傳播，通過摩擦作用將聲能轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)掉，使沿通道傳播的噪聲隨距離而衰減，從而達(dá)到消聲目的，對(duì)高頻噪聲有良好的消聲效果。

本方案中的消聲器結(jié)構(gòu)均為阻性消聲，其消聲量的計(jì)算方法采用如下公式[13]：

式中，L為氣流通道周長，m；S為氣流通道截面積，m2；l為管道長度，m；φα0為消聲系數(shù)，與材料的吸聲系數(shù)α0有關(guān)，其換算關(guān)系如下式[9]：

超細(xì)玻璃棉吸聲系數(shù)見表2，由公式①②可計(jì)算出各頻率消聲量（見表3）。

表2 超細(xì)玻璃棉吸聲系數(shù)

表3 不同倍頻程中心頻率消聲量

3.3 治理前后廠界噪聲情況

綜合治理方案實(shí)施前，監(jiān)測(cè)人員于某日22：00—23：00 對(duì)廠界噪聲進(jìn)行了測(cè)量[14]，廠界噪聲測(cè)點(diǎn)分布及噪聲級(jí)見圖4。

圖4 冷卻塔單側(cè)噪聲測(cè)點(diǎn)及聲級(jí)分布圖

由圖4 測(cè)點(diǎn)及數(shù)據(jù)分布可以看出，冷卻塔中部噪聲較大，由中部向兩端延伸，噪聲逐漸減弱，但降幅不大，這是因?yàn)槔鋮s塔兩端為實(shí)體混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)噪聲向外側(cè)傳播有阻擋作用。

綜合治理方案實(shí)施后，按照治理前的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位和監(jiān)測(cè)時(shí)段（22：00—23：00）進(jìn)行復(fù)測(cè)。治理后，廠界噪聲滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 12348—2008）3 類功能區(qū)夜間噪聲55dB(A)的限值要求[9]。噪聲治理完成效果見表4。

表4 噪聲治理完成效果（夜間）單位：dB(A)

4 結(jié)語

本文分析了冷卻塔運(yùn)行噪聲產(chǎn)生的原因，對(duì)因冷卻塔運(yùn)行造成的廠界噪聲超標(biāo)問題提出了治理方案，并通過案例實(shí)施證實(shí)了方案的可行性。噪聲治理方案實(shí)施后，敏感點(diǎn)位最大降噪9.79dB(A),平均降噪9.0dB(A)，企業(yè)廠界環(huán)境噪聲達(dá)標(biāo)。噪聲問題是一個(gè)綜合問題，特別是生產(chǎn)設(shè)備和工藝復(fù)雜的大型企業(yè)，廠內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備的機(jī)械噪聲、放空噪聲、管道噪聲等交錯(cuò)產(chǎn)生，持續(xù)噪聲、間歇噪聲等的產(chǎn)生隨機(jī)性強(qiáng)。要徹底解決工業(yè)企業(yè)廠內(nèi)及廠界周圍噪聲問題，建議必須堅(jiān)持從大到小、持續(xù)治理，不斷解決顯著噪聲對(duì)環(huán)境的影響。此外，加強(qiáng)隔音消音設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)，保證生產(chǎn)設(shè)施穩(wěn)定運(yùn)行也是杜絕噪聲產(chǎn)生的有效途徑。