空分裝置噪聲控制技術的研究與應用

李建平(淄礦集團內蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯 017313)

0 引言

內蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責任公司世林化工分公司30萬噸/年煤制甲醇項目，利用巴彥高勒煤礦的資源，采用航天干煤粉氣化爐技術，利用純度99.6%以上的氧氣與干煤粉發生化學反應生產甲醇原料氣。空分裝置采用沈鼓制造的MCO1404和3BCL457壓縮機組以及四川空分設備制造公司制作的KDON-28000/32000國產化空分裝置，該工藝采用深冷法空氣分離技術，通過過濾、壓縮、冷卻、純化(凈化)、熱交換、精餾等過程，利用氧氣、氮氣沸點的不同，把氧氣從空氣中分離出來，同時生產液氧、液氮等副產品。空分裝置于2017年5月技改后再次開車。空分裝置周邊噪聲污染明顯，且距離中控樓不足40m，對員工日常現場及中控制室操作均產生一定的影響，且對界區噪聲也存在出超標問題，為降低現場噪聲，改善作業環境，特實施本改造。

1 項目意義與必要性

噪聲防治工作，近幾年來在煤化工企業越來越受到重視，并取得一定的進展，但是，無論是在噪聲防治意識上，還是噪聲管理上存在一些急待解決的問題。首先對噪聲防治工作的意義有待進一步認識。噪聲是工業生產過程中的一個伴生物，被認為是一種不可避免的物理現象，所以對噪聲的存在也就習以為常。二是誤認為噪聲的治理只有投入，見不到經濟效益。三是這方面設計技術人員短缺，由于噪聲治理需要多專業知識和結合，特別是新建煤化工企業沒有嚴格執行“三同時”原則，投產后再進行噪聲治理增的難度較大。我國對環境治理力度空前加大，提出“堅決打好藍天保衛戰”，尤其對工業企業的綠色、合法生產經營提出了更高的要求。項目各類環保權證的取得和完善，是企業綠色、合法生產經營的前提條件。

2 項目的基本內容及指標

世林化工空分裝置是煤化工最大噪聲源之一，在生產運行中產生的機械噪聲和空氣流動性噪聲，經現場測試，壓縮機廠房噪聲125dB(A)， 自潔式空氣過濾器115dB(A)， 分子篩吸附器110 dB(A)，放空管路噪聲110 dB(A)，辦公樓前噪聲90dB(A)。噪聲級高，嚴重污染工業廣場和周邊環境，對現場工作人員的正常工作造成較大影響，對人體造成一定危害。本項目利用現代聲學理論，將消聲技術、吸聲技術、隔聲技術和阻尼技術等進行有機結合，研究創新綜合控措施，研制符合實際生產需要的降噪設備和材料，主要包括以下工作：(1)對空分裝置系統主要噪聲源進行噪聲測試，并進行頻譜分析和評價；(2)分析和研究主要噪聲源產生噪聲的機理，為控制噪聲提供科學依據；(3)理論分析，研究噪聲控制方案和實施措施；(4)對主要降噪設備和材料進行模態分析、仿真和試驗研究；(5)研制新型降噪設備，并實施。

噪聲控制技術指標：(1)空分裝置對周邊環境的噪聲由當前的90～110dB(A)，降低至80～90dB(A)；(2)空分西側廠界外噪聲由當前的80dB(A)降低至65dB(A)，達到GB 12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》噪聲排放標準。噪聲控制經濟指標：通過項目的實施，可以降低空分裝置帶來的噪聲污染，達到國家職業衛生標準要求，保障員工的身心健康。

3 與國內外同類技術、產品的比較

3.1 世林化工空分裝置系統

空分裝置系統現有空壓機一級放空消聲器、空壓機放空消聲器和總放空消聲器。空壓機一級放空消聲器、空壓機放空消聲器有兩部分構成，前段為高壓氣體小孔噴注排放消聲器，后段為阻性消聲器，組合起來為符合型消聲器。但該型消聲器的阻性部分存在不足，一是由于消聲道結構不合理，消聲器的上限失效頻率過低，通過計算上限失效頻率分別為：982Hz和540Hz，也就說高于失效頻率的每個頻率消聲量大幅度降低。因此新的消聲器設計新結構，將消聲器上限失效頻率上移，從而提高新消聲器的消聲量。現總放空消聲器為片式消聲器，最大消聲通道260mm，消聲器長度為2000mm，現場測試和理論計算，該消聲器的消聲器量僅僅為10～15dB(A)，遠遠滿足不了實際需要，新消聲器采用新結構，新材料，進行優化設計，使其消聲量達到30dB(A)。分子篩吸附器排放口噪聲高達110dB(A)，需要設計安裝消聲器， 常規消聲器小孔噴注、阻性相結合的復合消聲器。為了提高消聲量，新消聲器增加擴張段，即擴張、小孔噴注、阻性相結合的復合新型消聲器，該消聲器目前市場上還沒有，是創新型消聲器。

3.2 國內外同類技術

隔聲窗：采用特殊型斷橋鋁材質，設計三層隔聲功能，框體充實的設計理念，具體為:采用隔聲專用鋁型材；中空三層玻璃；窗框內部空間裝填專用吸聲材料；具有阻尼性能夾層，軟聲橋連接，開啟扇五道密封，按照噪聲頻譜確定玻璃尺寸，避免耦合振動達到，聲學性能見表1，查閱有關資料顯示利用鋁合金做隔聲窗沒有這么大的隔聲量。

表1 隔聲窗聲學性能

隔聲門：本項目的隔聲門尺寸大，至少3m×3m，目前市場上這么大尺度常規隔聲門只能采用推拉式或電動垂直門，推拉式隔聲門密封差，達不到隔聲量要求。電動垂直門造價高，現門口結構也適應安裝。為此設計新的隔聲門結構，新結構為分塊式開起門，這種門不僅隔聲量滿足要求，而開啟方便，完全滿足生產需要。管路隔聲包扎：目前常規管路隔聲包扎一般右兩層材料構成，內側為礦棉或巖棉，外層為不透氣的薄金屬板或鋁板，這種結構重量大(70kg/m3)，隔聲量在15～20dB(A)；隔聲量小。本項目管路隔聲采用四層結構，由內到外依次為輕質吸聲材料(超細離心防水玻璃棉)、阻尼材料、隔聲層和軟式外層防護層。這種結構的試驗隔聲量可以達到30～35dB(A)， 而且重量輕(30kg/m3)，施工方便。達到國內先進水平。

4 改造的技術路線

結合世林化工實際情況，確定了技術路線：第一步：對空分裝置系統進行全面噪聲測試，并進行頻譜分析和評價。目的是辨別出哪些設備和環節是主要噪聲源，掌握噪聲強度、頻譜特性，為噪聲控制理論研究提供必須的資料和針對性。第二步：根據空分裝置系統的生產工藝流程，分析和研究主要噪聲源產生噪聲的機理，為控制噪聲提供科學依據。第三步：利用現代聲學理論，噪聲控制技術，研究噪聲控制可行性方案。第四步：對技術方案進行數字仿真和模態分析，為對研究方案進行優化處理。第五步：對主要降噪設備和材料進行實驗室試驗研究。使其達到滿足實際需要，節約成本和時間。第六步：對主要降噪設備和材料研制。第七步：現場實施與施工。

5 噪聲治理措施

5.1 空分壓縮機廠房

拆除原有的3個簡易普通大門(南墻2個、北墻1個)，門口尺寸為3000×3000mm，設計安裝隔聲大門，為了便于日常維修，該門設計為開啟雙扇隔聲門，大門一般不開啟，為此在門扇中開小隔聲門(900×2100)，用于日常人員進出。

保留南墻、北墻1、2層原有普通鋁合金推拉窗，在該窗的外側設計安裝雙層隔聲窗，其中設置一扇80型材的斷橋鋁雙層開啟窗。保留南墻、北墻3、4層原有普通鋁合金推拉窗，在該窗的內側設計安裝單層隔聲窗。

5.2 分子篩吸附器底部放空

根據噪聲特點和特性，在分子篩吸附器底部放空設置節流、擴容、降壓、小孔噴注和阻抗復合式消聲器。

5.3 空壓機放空管路消音器

現排放口安裝了節流、擴容、降壓、小孔噴注消聲器，從現場考察，該消聲器仍然有降噪作用，因此，本著節約成本的考慮，在原有消聲器的基礎上增加阻性消聲器部分，并更換材質。

5.4 增壓機一段放空管路和放空

該部分包含2部分噪聲，一是輸送氣流管路、閥體表面的輻射噪聲和排放口的放空噪聲。(1)對于管路噪聲采用隔聲包扎，包扎由多層組成，即吸聲層、減振層、隔聲層和防護層。(2)降低閥體噪聲采用造型骨架，外包夾克衫式隔聲層。(3)在排放口設計安裝了節流、擴容、降壓、小孔噴注消聲器，該消聲器安裝垂直布置。

5.5 高壓氮氣管路和放空

對直徑Φ300的高壓氮氣管路進行隔聲包扎，主要由減振阻尼層、隔聲層、吸聲層、隔聲外護層等構成；拆除原水泥塔內的3個消聲片，安裝新消聲片。

6 治理后效果

該項目完成后，于7月10日，對現場進行測試，測試結果見表2所示，基本達到了預期的目標：(1)空分裝置對周邊環境的噪聲由當前的90～110dB(A)，降低至80～90dB(A)。(2)空分西側廠界外噪聲由當前的80dB(A)降低至65dB(A，達到GB12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》噪聲排放標準。

表2 現場測試數據表