深水固井隔音罩的開發(fā)與應(yīng)用

侯林　(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部,天津 300450)

王慶楠，黃紅華　(四機(jī)賽瓦石油鉆采設(shè)備有限公司，湖北 荊州 434024)

李斌　(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部,天津 300450)

王延浩，鐘明軍　(四機(jī)賽瓦石油鉆采設(shè)備有限公司，湖北 荊州 434024)

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深水固井隔音罩的開發(fā)與應(yīng)用

侯林(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部,天津 300450)

王慶楠，黃紅華(四機(jī)賽瓦石油鉆采設(shè)備有限公司，湖北 荊州 434024)

李斌(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部,天津 300450)

王延浩，鐘明軍(四機(jī)賽瓦石油鉆采設(shè)備有限公司，湖北 荊州 434024)

[摘要]為了改善海上平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，保護(hù)施工人員健康，實(shí)現(xiàn)深水固井作業(yè)降噪，研發(fā)了深水固井隔音罩。根據(jù)隔聲原理進(jìn)行隔聲插入損失計(jì)算，確定了設(shè)計(jì)方案的隔聲量。經(jīng)試驗(yàn)應(yīng)用證明，該隔音罩有效降低了噪聲的影響，能夠滿足深水固井作業(yè)要求。

[關(guān)鍵詞]隔音罩；降噪；深水；固井

隨著石油勘探開發(fā)正逐步向深水發(fā)展，代表我國(guó)最新技術(shù)水平的HY981半潛式平臺(tái)已投入實(shí)際應(yīng)用。HY981半潛式平臺(tái)搭載了SJS公司生產(chǎn)的PCS-522B型雙機(jī)雙泵固井橇，該型號(hào)固井橇裝機(jī)功率大、混漿質(zhì)量好、自動(dòng)化程度高，符合深水固井作業(yè)的需要。在海上平臺(tái)上，噪聲是造成施工人員身體損害的主要因素之一[1,2]，發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置等構(gòu)成的動(dòng)力系統(tǒng)是深水固井設(shè)備噪聲的主要來源。深水固井壓裂設(shè)備配置雙發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)時(shí)，2套發(fā)動(dòng)機(jī)組的間隔距離很小，噪聲聲壓疊加；加之平臺(tái)艙內(nèi)配備大裝機(jī)功率固井橇，產(chǎn)生反射混響聲，可能形成更具危害的共振效應(yīng)。筆者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況，研發(fā)了適用于深水固井作業(yè)的隔音罩，并應(yīng)用于HY981半潛式平臺(tái)固井作業(yè)，取得了良好效果。

1理論設(shè)計(jì)

圖1　隔音罩示意圖

1.1設(shè)計(jì)思路

從聲源輻射出來的聲音形成聲波，在空氣中傳播，而在其傳播路徑上插入障礙物進(jìn)行阻擋，可減少對(duì)環(huán)境的污染[3]。固井設(shè)備動(dòng)力系統(tǒng)的主要噪聲源是渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣噪聲、進(jìn)氣噪聲、燃燒噪聲和機(jī)械噪聲。深水固井隔音罩的設(shè)計(jì)思路是將設(shè)備動(dòng)力系統(tǒng)與固井機(jī)組整體單獨(dú)隔離開，形成相對(duì)獨(dú)立的封閉單元，通過吸聲與隔聲設(shè)計(jì)降低噪聲向外傳遞。

在密閉空間內(nèi)，雙發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械噪聲和渦流噪聲將經(jīng)過反射、聲壓疊加，產(chǎn)生共振效應(yīng)。應(yīng)用吸聲結(jié)構(gòu)和吸聲材料，吸收隔音罩內(nèi)的聲能，減小入射聲一側(cè)的反射聲能，吸收直達(dá)聲，降低混響聲。采用共振吸聲結(jié)構(gòu)，使用微穿孔板并填充梯度吸音棉，聲能經(jīng)過共振作用和入射不同密度介質(zhì)而逐步衰減。采用高密度隔聲氈敷設(shè)在隔音罩鋼制外殼的內(nèi)側(cè)，其透射聲能小，并可抑制罩體共振產(chǎn)生輻射噪聲，降低對(duì)隔音罩外相鄰空間的噪聲干擾。隔音罩示意圖如圖1所示。

1.2設(shè)計(jì)參數(shù)

隔聲結(jié)構(gòu)由全封閉的隔音罩壁組成，罩壁的隔聲量是50db。隔音罩開設(shè)檢修門和觀察窗，檢修門的隔聲量是40db，觀察窗的隔聲量是20db。罩壁的尺寸是5.5m×3m；罩壁設(shè)置2個(gè)檢修門，每個(gè)檢修門的尺寸是2m×1m；每個(gè)檢修門上各設(shè)置1個(gè)觀察窗，觀察窗的尺寸是0.32m×0.32m 。罩壁的面積S1=12.5m2；檢修門的總面積S2=3.8m2，觀察窗的總面積S3=0.2m2。

隔音罩由各個(gè)隔聲構(gòu)件組合成，其綜合隔聲量取決于各構(gòu)件的面積、隔聲量等因素[4]。

綜合聲能透射系數(shù)τc為：

=1.52×10-4

(1)

式中，τ1為罩壁的聲能透射系數(shù)，1；τ2為檢修門的聲能透射系數(shù)，1；τ3為觀察窗的聲能透射系數(shù)，1。

綜合隔聲量Rc為：

=38.18(dB)

(2)

2總體結(jié)構(gòu)

圖2　隔音罩結(jié)構(gòu)圖

海上平臺(tái)的操作空間局促，隔音罩設(shè)計(jì)為拼裝結(jié)構(gòu)，組合形成一個(gè)整體框架式結(jié)構(gòu)，作為獨(dú)立的艙室將整機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)封閉起來，隔音罩結(jié)構(gòu)如圖2所示。近操作平臺(tái)的隔音罩末端設(shè)計(jì)可拆卸的隔音墻，可根據(jù)不同型號(hào)固井設(shè)備的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)整其布置的位置，適用面廣。隔音罩前端和兩側(cè)面設(shè)置檢修用隔聲門，側(cè)面隔聲門上設(shè)置觀察用隔聲多層窗，以便于作業(yè)時(shí)的巡檢和日常維護(hù)。隔音罩頂部設(shè)置可拆卸活動(dòng)吸音板，滿足動(dòng)力系統(tǒng)大修吊裝零部件的需要。

2.1隔音罩罩體

罩體由多層高阻隔音吸音材料組成，由內(nèi)至外依次是微孔吸聲板、阻燃玻纖布、梯度吸音棉、高阻隔聲氈、鍍鋅鋼板。微孔吸聲板穿孔率是5%；阻燃玻纖布內(nèi)襯固定吸聲材料，防水阻燃；梯度吸音棉是多層不同密度的聚酯纖維吸音棉依次壓制成型；罩體骨架采用型鋼，罩體外殼采用2mm鍍鋅鋼板，外表面作海洋防腐涂裝。

2.2通風(fēng)與散熱

渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，周期性的排氣和進(jìn)氣噪聲是最主要的噪聲源。隔音罩設(shè)置獨(dú)立的進(jìn)氣接口和排氣接口，聯(lián)接海上平臺(tái)的隔音管道，形成空氣補(bǔ)充和廢氣排放的獨(dú)立通道，隔離動(dòng)力系統(tǒng)的進(jìn)氣和排氣噪聲。獨(dú)立的補(bǔ)氣排氣通道，可有效保證動(dòng)力系統(tǒng)的進(jìn)氣質(zhì)量和排氣散熱、降噪效果。隔音罩的頂部和底部設(shè)置通風(fēng)口，形成下進(jìn)上出的散熱風(fēng)道，散熱風(fēng)道的空氣流動(dòng)覆蓋整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)，能夠有效保證動(dòng)力系統(tǒng)的機(jī)體散熱。散熱口設(shè)置防爆軸流風(fēng)機(jī)，安裝折板式消聲柵。

2.3功能接口

隔音罩設(shè)置功能接口，功能接口包括動(dòng)力接口和管線接口，實(shí)現(xiàn)隔音罩封閉下的動(dòng)力系統(tǒng)與設(shè)備整機(jī)的功能聯(lián)系。動(dòng)力接口主要是實(shí)現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)固井柱塞泵和液壓系統(tǒng)的動(dòng)力輸出，動(dòng)力接口安裝取力器，通過取力器的動(dòng)力傳遞，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出和隔聲降噪。管線接口主要是在封閉的動(dòng)力系統(tǒng)與整機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)液壓、氣控、冷卻和電氣等方面的聯(lián)系，管線接口采用密封法蘭的形式。功能接口的設(shè)置將開孔數(shù)量降到最低，減少漏聲。功能接口的縫隙均作密封處理，接口采取減振、密封措施。

2.4密封與隔振

隔音罩各構(gòu)件使用螺栓連接，牢固可靠、拆卸便捷。隔音罩的各構(gòu)件、接口和隔聲門窗之間的縫隙均作密封處理，減少漏聲量。隔音罩與動(dòng)力系統(tǒng)和底座不能有剛性接觸，同時(shí)隔音罩與海上平臺(tái)的甲板之間鋪設(shè)隔振墊層，杜絕固體傳聲的可能。

3應(yīng)用效果

圖3　隔音罩安裝圖

固井設(shè)備整體就位后，按實(shí)際固井作業(yè)工況運(yùn)行，在操作平臺(tái)位置，實(shí)測(cè)噪聲值112～120dB。在試驗(yàn)場(chǎng)安裝動(dòng)力系統(tǒng)隔音罩，組裝嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求，基礎(chǔ)隔振和縫隙密封均嚴(yán)格保證質(zhì)量，隔音罩安裝結(jié)果如圖3所示。以相同工況運(yùn)行，在操作平臺(tái)位置進(jìn)行測(cè)量，實(shí)測(cè)噪聲值是83dB。工作場(chǎng)所噪聲的接觸限值是85dB[5]，滿足國(guó)家職業(yè)衛(wèi)生防護(hù)要求。

該隔音罩基本達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，隔音降噪效果明顯，有效地保護(hù)了操作平臺(tái)區(qū)域的施工人員健康。同時(shí)充分考慮了固井單元的機(jī)組通風(fēng)散熱、維護(hù)保養(yǎng)、功能接口外接。該型隔音罩可明顯改善深水固井作業(yè)的環(huán)境，適用性強(qiáng)，在各類海洋平臺(tái)上應(yīng)用前景廣闊。目前，將應(yīng)用于HY981半潛式平臺(tái)的固井作業(yè)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉金友，李寶源，蔡立平， 等. 海上石油平臺(tái)及船舶人員的聽力調(diào)查[J]. 耳鼻咽喉-頭頸外科，2001，8(5)：259～262.

[2]隋廣濤，楊靜波，隋廣平，等. 大慶油田鉆井工人主要職業(yè)病危害因素的調(diào)查[J].職業(yè)與健康,2009(15):1603～1604.

[3]何渝生. 汽車噪聲控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

[4]馬大猷.聲學(xué)手冊(cè)[M].北京：科技出版社，2004.

[5]GBZ 2.2-2007，工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值物理因素[S].

[編輯]趙宏敏

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2016)01-0057-03

[中圖分類號(hào)]TE951

[作者簡(jiǎn)介]侯林(1980-),男，工程師，現(xiàn)主要從事海洋石油固井裝備技術(shù)管理方面的研究工作；E-mail：houlin@cosl.com.cn。

[基金項(xiàng)目]中海油田服務(wù)股份有限公司工程技術(shù)科研項(xiàng)目(E-23136015)。

[收稿日期]2015-10-17

[引著格式]侯林，王慶楠，黃紅華，等.深水固井隔音罩的開發(fā)與應(yīng)用[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2016,13(1)：57～59.