沁水盆地煤層氣壓縮機(jī)環(huán)境降噪探討與應(yīng)用

王利祥 王榮松 屈麗彬 王澤龍

(中國(guó)石油天然氣股份有限公司山西煤層氣勘探開(kāi)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(chǔ)量約占全國(guó)的十分之一，現(xiàn)有產(chǎn)量歷年也保持在全國(guó)煤層氣產(chǎn)量的90%以上，到目前為止，是我國(guó)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)投入最多的區(qū)域，有極高的開(kāi)發(fā)潛力與商業(yè)價(jià)值。在煤層氣田生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)氣井的排水采氣工藝技術(shù)措施，將開(kāi)采出的煤層氣進(jìn)行氣液分離，利用壓縮機(jī)增壓輸送。由于受當(dāng)?shù)靥厥獾乩硇螒B(tài)的約束，壓縮機(jī)場(chǎng)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(dāng)?shù)鼐用竦纳睿€對(duì)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(nóng)關(guān)系緊張。隨著煤層氣產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展，會(huì)有越來(lái)越多的壓縮機(jī)投入到生產(chǎn)中來(lái)，噪聲污染將會(huì)是阻礙發(fā)展的一個(gè)重要因素，為此，迫于環(huán)境保護(hù)的壓力，噪聲污染已經(jīng)成為急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。本文就壓縮機(jī)降噪措施進(jìn)行了綜述，希望對(duì)解決噪音污染提供一定的參考。

2 噪音的形成與測(cè)試

2.1 噪聲的形成

噪聲主要有以下幾類(lèi)：①運(yùn)行過(guò)程中由于進(jìn)(排)氣閥不停地間歇開(kāi)閉，氣體間歇吸入和排出產(chǎn)生壓力脈動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲；②冷卻風(fēng)扇高速旋轉(zhuǎn)與空氣劇烈摩擦而產(chǎn)生的氣流噪聲；③飛輪、活塞桿等設(shè)備的運(yùn)動(dòng)件相對(duì)于固定件的周起作用所激發(fā)的機(jī)械噪聲。

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

2.2 噪音測(cè)試

通過(guò)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)選取8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)集氣站廠界進(jìn)行噪音測(cè)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(diǎn)位置見(jiàn)圖1)。

圖1 場(chǎng)站平面圖

根據(jù)《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 12348—2008)的要求，工廠應(yīng)滿(mǎn)足2類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(表1)。

表1 噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)

3 噪音現(xiàn)狀及分析

3.1 噪聲現(xiàn)狀

集氣站內(nèi)主要運(yùn)行設(shè)備噪聲源：往復(fù)式壓縮機(jī)組噪聲及配套空冷器噪聲(表2)，對(duì)壓縮機(jī)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(jī)、空冷器設(shè)備1m處噪音現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量示意圖

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

圖3 集氣站噪聲頻譜圖

3.2 噪音分析

通過(guò)分析廠界超標(biāo)量，找出超標(biāo)原因，制作廠界噪聲超標(biāo)分析表(表3)，進(jìn)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(biāo)分析表

表4 各噪聲源降噪量表

4 降噪工藝技術(shù)

4.1 隔聲

對(duì)露天和半露天布置的噪聲源設(shè)置必要的建筑隔聲維護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)隔聲量不能有效匹配的圍護(hù)結(jié)構(gòu)從聲學(xué)角度予以必要的匹配。單層均質(zhì)墻板在不同頻率下的隔聲量(dB)一般參照以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

R=16lgM+14lgf-29

(1)

式中：M為壁面單位面積的質(zhì)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(yàn)公式計(jì)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(jìn)行控制是一種傳統(tǒng)常用而且有效的方法。當(dāng)室內(nèi)聲源發(fā)出的聲音遇到墻面、頂棚、地坪及其它物體表面時(shí)，都會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象。聲波在傳播過(guò)程中遇到各種材料時(shí)，都會(huì)發(fā)生一部分聲能被反射，一部分聲能向材料內(nèi)部傳播并被吸收，一部分聲能透過(guò)材料在向外傳播。

在噪聲源周?chē)O(shè)置了隔聲圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)壁面上做必要的吸聲處理，不但可有效加強(qiáng)隔聲圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲量，而且可降低室內(nèi)的混響聲大6～8dB(A)，同時(shí)改善操作人員的操作環(huán)境。

4.3 消聲

對(duì)所有的空氣動(dòng)力性噪聲、進(jìn)風(fēng)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(xué)性能)，同時(shí)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行不能有明顯的影響(即良好的空氣動(dòng)力性能)。特別是空冷器通風(fēng)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(guò)的一種設(shè)備，如果消聲器僅能滿(mǎn)足消聲要求，而不能滿(mǎn)足設(shè)備工藝要求，該消聲器的設(shè)計(jì)是失敗的。

其中阻性消聲器的消聲量參照以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)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(hù)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的內(nèi)阻尼，它能使隔聲構(gòu)件的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，從而減少了構(gòu)件的振動(dòng)，因而阻尼對(duì)提高隔聲構(gòu)件尤其是薄板隔聲結(jié)構(gòu)的隔聲量有明顯的作用，特別是低頻共振時(shí)的隔聲量。

4.5 聲屏障

在空氣中傳播的聲波遇到聲屏障時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反射、透射和繞射現(xiàn)象。一部分越過(guò)聲屏障頂端繞射到達(dá)受聲點(diǎn)；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(dá)聲的傳播，隔離透射聲，并使繞射聲有足夠的衰減。當(dāng)聲波撞擊到聲屏障的壁面時(shí)，會(huì)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(nèi)。與光影區(qū)相比較，由于聲波波長(zhǎng)比光波波長(zhǎng)大的多，因此，這種“聲影區(qū)”的邊界并不明顯，經(jīng)過(guò)屏障邊緣之外，聲源發(fā)出來(lái)的聲波可以直接到達(dá)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(guò)渡區(qū)”。位于“聲影區(qū)”內(nèi)的噪聲級(jí)低于未設(shè)置聲屏障時(shí)的噪聲級(jí)，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(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求的噪聲衰減量、屏障的長(zhǎng)度、屏障與保護(hù)目標(biāo)之間的相對(duì)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(diǎn)聲源衰減計(jì)算公式：

ΔL=10log(1/4πr2)

距離點(diǎn)聲源r1、r2，噪聲衰減計(jì)算公式：

ΔL=20log(r1/r2)

式中：ΔL為衰減量；r為點(diǎn)聲源至受聲點(diǎn)的距離。

距離增加一倍，衰減6dB(A)。由此繪制點(diǎn)聲源距離衰減表，見(jiàn)表6。

表6 點(diǎn)聲源距離衰減表

5 降噪工藝措施

5.1 棚內(nèi)壓縮機(jī)機(jī)組降噪

壁體選取吸-隔組合式結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，外層設(shè)置阻尼隔聲板，內(nèi)層設(shè)置中阻尼隔聲材料。在集氣站鋼結(jié)構(gòu)框架立面外加200mm復(fù)合吸音、隔音層：內(nèi)側(cè)為穿孔吸音板+200mm吸音棉+外部瓦楞彩鋼板；屋面鋪設(shè)復(fù)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(jié)構(gòu)能夠有效降低噪聲能量，罩內(nèi)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(yīng)注意統(tǒng)籌考慮其消聲性能、空氣動(dòng)力性能、額定處理風(fēng)量、使用環(huán)境以及外型、強(qiáng)度等因素。

5.3 廠界隔音降噪

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