基于Cadna/A的石化項目聲環(huán)境影響研究

金永青 張祎達(dá) 田艇英 張銳 袁國清

（1.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司北京分公司；2.中國石油華北石化公司）

基于Cadna/A的石化項目聲環(huán)境影響研究

金永青1張祎達(dá)1田艇英2張銳1袁國清1

（1.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司北京分公司；2.中國石油華北石化公司）

采用Cadna/A噪聲預(yù)測軟件模擬石化建設(shè)項目聲環(huán)境影響，分別預(yù)測廠內(nèi)和廠界噪聲值。依據(jù)模擬結(jié)果，廠界處噪聲超標(biāo)，通過噪聲優(yōu)化設(shè)計，提出降噪解決措施，在不改變工藝流程設(shè)計和設(shè)備選型的情況下，依據(jù)噪聲源的頻譜特性、噪聲強(qiáng)度及所處位置，可采取隔聲、消聲、吸聲、隔振、阻尼減震等噪聲治理措施。對降噪后廠區(qū)現(xiàn)場實(shí)測，結(jié)果滿足G B 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、G B 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》、G B Z1—2010《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》、G BZ 2.2—2007《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值第2部分：物理因素》等。

Cadna/A軟件；石油化工；聲環(huán)境仿真；噪聲控制

0 引 言

在工業(yè)高速發(fā)展背景下，能源需求隨之日益增長，石化項目新、改、擴(kuò)建增多，化工過程設(shè)備呈現(xiàn)大型化，運(yùn)轉(zhuǎn)高速化趨勢。大型生產(chǎn)設(shè)備的噪聲污染問題日漸突出，其中機(jī)泵、風(fēng)機(jī)、電機(jī)、加熱爐等，噪聲呈現(xiàn)寬頻譜、高聲級、聲源多且復(fù)雜交錯的特性［1］，對廠內(nèi)一線生產(chǎn)人員和廠界周圍環(huán)境影響不可忽視，這些情況對企業(yè)噪聲排放和治理提出更高要求。

噪聲環(huán)境影響評價在國內(nèi)起步較晚，目前已在石油化工、航空、交通、建筑、電力等多個領(lǐng)域開展［2-10］。現(xiàn)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為H J 2.4—2009《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則聲環(huán)境》、G B 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、G B 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》、JT G B03—2006《公路建設(shè)項目環(huán)境影響評價規(guī)范》、G BZ1—2010《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》、G BZ 2.2—2007《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值物理因素》、G BZ/T 189.8—2007《工作場所物理因素測量噪聲》等；自主開發(fā)軟件有EIA N噪聲環(huán)評助手軟件和N oise system軟件等。

國外方面，噪聲環(huán)境影響評價技術(shù)相對發(fā)展成熟，制定標(biāo)準(zhǔn)有IS O標(biāo)準(zhǔn)9613 Part 1、2，C O N C A W E標(biāo)準(zhǔn)，德國V DI 2714，V DI 2720和DIN 18005標(biāo)準(zhǔn)，美國的O S H A標(biāo)準(zhǔn)，英國BS5228標(biāo)準(zhǔn)，日本JIS N oise Standards標(biāo)準(zhǔn)等；噪聲預(yù)測軟件有德國Cadna/A和SoundPL A N、丹麥LimaT M、法國M IT HR A、比利時Raynoise、英國Road N oise、美國IN M 6.1和F H W A軟件等。

1 研究內(nèi)容

某石化項目建設(shè)一座輔助生產(chǎn)車間，內(nèi)配儲運(yùn)工藝裝置等。生產(chǎn)廠房主體為單層門式鋼架結(jié)構(gòu)，平面為矩形，廠區(qū)控制標(biāo)高根據(jù)周邊地形條件定為5.59 m，主要建筑物標(biāo)高定為5.89 m，建筑面積4 262 m2，室內(nèi)外高差1.2 m。

為滿足噪聲排放和職業(yè)接觸限值要求，降低設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲污染，本文按照噪聲傳播理論模型，通過Cadna/A軟件有效地分析，模擬噪聲源輻射影響，計算出噪聲源對石化建設(shè)項目廠內(nèi)、廠界噪聲值，確定噪聲對環(huán)境影響程度，為建設(shè)項目噪聲影響評價以及降噪優(yōu)化提供理論依據(jù)。

1.1 聲學(xué)理論

根據(jù)H J2.4—2009《環(huán)境影響評價導(dǎo)則聲環(huán)境》聲級計算方法［11-12］，

式中：Leqg為建設(shè)項目聲源在預(yù)測點(diǎn)的等效聲級貢獻(xiàn)值，dB（A）；LPi為i聲源在預(yù)測點(diǎn)產(chǎn)生的A聲級，dB（A）；T為預(yù)測計算的時間段，s；ti為i聲源在T時段內(nèi)的運(yùn)行時間，s。

預(yù)測計算時間段和聲源在T時段內(nèi)運(yùn)行時間相同，噪聲源疊加聲級計算公式為：

式中：LP為聲源的總A聲級，dB（A）；LP1，LP2，LPn為單個噪聲源的A聲級，dB（A）。

聲波在傳播過程中經(jīng)過一系列反射、散射等出現(xiàn)聲能量衰減，根據(jù)H J 2.4—2009《環(huán)境影響評價導(dǎo)則聲環(huán)境》戶外聲傳播衰減包括幾何發(fā)散、大氣吸收、地面效應(yīng)、屏障屏蔽、其他多方面效應(yīng)引起的衰減［8-9］。

戶外聲傳播衰減計算為：

式中：Adiv為幾何發(fā)散引起的衰減；Aatm為大氣吸收引起的衰減；Agr為地面效應(yīng)引起的衰減；Abar為屏障引起的衰減；Amisc為其他多方面效應(yīng)引起的衰減。

點(diǎn)聲源的幾何發(fā)散衰減公式：

式中：r1為預(yù)測點(diǎn)距離聲源的距離；r0為聲源參考點(diǎn)位置。

線聲源的幾何發(fā)散衰減公式：

空氣吸收引起的衰減公式：

式中：a為大氣吸收衰減系數(shù)。

1.2 主要噪聲源

廠區(qū)內(nèi)主要噪聲源為1臺空壓機(jī)、3個齒輪泵與3臺防爆軸流風(fēng)機(jī)，空壓機(jī)和齒輪泵位于室內(nèi)，防爆軸流風(fēng)機(jī)位于室外主要噪聲源概況如表1所示，主要噪聲源均以固定聲源考慮，按A計權(quán)聲級表示，分布如圖1所示。此外，廠區(qū)內(nèi)其他噪聲源均不做考慮。

表1 廠區(qū)主要噪聲源

1.3 軟件建模

Cadan/A軟件計算原理遵從IS O 9613—2：1996《Acoustics-Attenuation of Sound During

Propagation Outdoors-Part 2：General Method of Caculation》，此IS O 9613—2標(biāo)準(zhǔn)與我國公布的H J2.4—2009《環(huán)境影響評價導(dǎo)則聲環(huán)境》中的《戶外聲傳播衰減第2部分一般計算方法》等效，軟件噪聲計算結(jié)果可以采納。

圖1 廠內(nèi)主要噪聲源分布示意

建模過程要對大量關(guān)鍵信息進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，為保證仿真結(jié)果接近實(shí)際情況，室內(nèi)、外聲傳播衰減涉及到幾何發(fā)散、大氣吸收、地面效應(yīng)、屏障屏蔽、其他多方面衰減因素計算，設(shè)計過程在廠區(qū)三維圖基礎(chǔ)上設(shè)置聲源信息、網(wǎng)格系數(shù)、晝夜聲限值、墻體反射損失、吸聲系數(shù)、墻厚度、屋頂材質(zhì)特性、門窗位置、地面及地勢信息、溫度及濕度、廠界圍墻材質(zhì)信息、聲傳播路徑綠化區(qū)信息等。考慮到室內(nèi)工作人員職業(yè)健康安全，齒輪泵、空壓機(jī)等主要設(shè)備噪聲源設(shè)計按實(shí)際情況模擬成線聲源；考慮到預(yù)測廠界噪聲，室外風(fēng)機(jī)按點(diǎn)聲源考慮，整個生產(chǎn)廠房按面聲源設(shè)計模擬。

通過計算得出廠區(qū)噪聲輻射網(wǎng)格圖，判斷受關(guān)注噪聲值是否超標(biāo)，評價廠界噪聲達(dá)標(biāo)情況，為噪聲控制方案提供相關(guān)依據(jù)。

1.4 仿真結(jié)果

依據(jù)廠內(nèi)主要噪聲源強(qiáng)度、分布情況、與廠界的位置關(guān)系等，使用Cadna/A軟件進(jìn)行聲環(huán)境仿真分析，按生產(chǎn)區(qū)設(shè)備24 h連續(xù)運(yùn)行，噪聲幅值穩(wěn)定，廠內(nèi)、廠界噪聲預(yù)測計算結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2 廠區(qū)內(nèi)噪聲分布

圖3 廠界噪聲分布

2 降噪優(yōu)化

噪聲控制設(shè)計工作貫穿于建設(shè)工程項目不同設(shè)計階段，建設(shè)項目工程竣工后，對于未滿足噪聲控制設(shè)計目標(biāo)要求的部分，做出修改和補(bǔ)充設(shè)計。本工程對部分工藝設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行噪聲控制，考慮廠內(nèi)降噪措施的聲環(huán)境影響，對實(shí)施降噪措施后進(jìn)行仿真分析，使噪聲排放達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，為項目設(shè)計及降噪措施應(yīng)用提供依據(jù)，為廠區(qū)內(nèi)員工提供舒適的工作和生活環(huán)境。

本廠區(qū)按G B 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》中所要求，聲環(huán)境功能區(qū)為第3類聲環(huán)境功能區(qū)［13］。各廠界噪聲排放值滿足G B 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》3類區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)的限值要求，即晝間不大于65 dB（A），夜間不大于55 dB（A）的要求。同時滿足G BZ 1—2010《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》、G BZ 2.2—2007《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》的要求，即工作場所職業(yè)接觸噪聲限值為Leq85 dB（A）［14-15］。

計算結(jié)果顯示東側(cè)廠界噪聲排放值高于GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》55dB（A），廠界處各個受關(guān)注點(diǎn)噪聲預(yù)測值如表2所示。

表2 降噪前廠界處噪聲預(yù)測值

2.1 噪聲控制設(shè)計

本項目噪聲控制設(shè)計原則在不改變工藝流程設(shè)計和設(shè)備選型的情況下，依據(jù)噪聲源的頻譜特性、噪聲強(qiáng)度及所處位置，可采取隔聲、消聲、吸聲、隔振、阻尼減振等噪聲治理等措施。

經(jīng)分析，由于空壓機(jī)和防爆軸流風(fēng)機(jī)靠東側(cè)廠界較近，所以本設(shè)計針對空壓機(jī)房和防爆軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行降噪優(yōu)化設(shè)計，可達(dá)到噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)。

空壓機(jī)運(yùn)行時的噪聲主要為中高頻噪聲，頻帶較寬，可對空壓機(jī)房通過采用吸聲、隔聲、通風(fēng)消聲等噪聲控制措施，實(shí)現(xiàn)聲控制優(yōu)化設(shè)計。空壓機(jī)廠房原墻體、屋面均采用200 m m厚巖棉彩鋼夾芯板，隔聲量R w不低于25 dB（A），滿足設(shè)計隔聲量需求。為解決降噪問題，擬采取以下方法：

①在空壓機(jī)廠房墻體內(nèi)側(cè)增加安裝高效吸聲模塊，屋面安裝吸聲吊頂；

②在空壓機(jī)廠房在縱墻上安裝隔聲采光窗，配置1樘隔聲門；

③在空壓機(jī)廠房通風(fēng)口處安裝阻抗復(fù)合型消聲器。

在保證設(shè)計要求的消聲量和通風(fēng)情況下，為室外3臺防爆軸流風(fēng)機(jī)安裝阻抗復(fù)合型消聲器降低噪聲排放，消聲器的額定風(fēng)量大于風(fēng)機(jī)的實(shí)際風(fēng)量，設(shè)計流速小于風(fēng)機(jī)實(shí)際流速。

通過降噪措施確定噪聲衰減量，利用Cadna/A軟件模擬降噪設(shè)計后廠區(qū)的聲環(huán)境影響，得出廠界處各個受關(guān)注點(diǎn)噪聲預(yù)測值如表3所示，廠界處各個受關(guān)注點(diǎn)噪聲預(yù)測值如圖4所示，降噪設(shè)計前后廠界噪聲排放值對比如圖5所示。通過對噪聲源強(qiáng)降噪控制，東側(cè)廠界噪聲明顯下降，根據(jù)軟件模擬，經(jīng)過降噪設(shè)計后，廠界處噪聲預(yù)測結(jié)果全部滿足G B 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》，對比降噪設(shè)計前后東側(cè)廠界測試點(diǎn)數(shù)據(jù)，模擬結(jié)果顯示最高降噪量為6.7dB（A）。2.2現(xiàn)場實(shí)測

表3 降噪后廠界處噪聲預(yù)測值

圖4 廠界噪聲分布

圖5 降噪設(shè)計前后廠界噪聲預(yù)測值對比

在不改變工藝流程和設(shè)備選型的原則下，運(yùn)行噪聲源設(shè)備，通過降噪措施處理后，廠界處各個受關(guān)注點(diǎn)實(shí)際測量結(jié)果如表4所示。

表4 廠界處噪聲值

3 結(jié) 論

運(yùn)用Cadna/A軟件對項目噪聲影響進(jìn)行預(yù)測，根據(jù)噪聲輻射圖，對受關(guān)注點(diǎn)噪聲值超標(biāo)情況進(jìn)行判斷，進(jìn)而完成降噪設(shè)計。由于考慮多個聲衰減因素和軟件本身數(shù)據(jù)庫限制，在選擇墻體特性等方面與實(shí)際情況有一定誤差，可根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。依據(jù)仿真計算結(jié)果，采取相關(guān)降噪設(shè)計優(yōu)化噪聲影響，通過采取吸聲、隔聲和消聲等措施，為廠區(qū)內(nèi)工作人員提供耳罩等，對空壓機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行噪聲控制設(shè)計，減輕噪聲影響，達(dá)到G BZ1—2010《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》、G BZ 2.2—2007《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》和G B 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)。

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［11］IS O 9613—2：1996 Acoustics-Attenuation of Sound during Propagation Outdoors-part 2：General Method of Calculation［S］.

［12］H J 2.4—2009環(huán)境影響評價導(dǎo)則聲環(huán)境［S］.

［13］G B 12348—2008工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［14］G B/Z 1—2010工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［15］G BZ 2.2—2007工作場所有害因素職業(yè)接觸限值［S］.

（編輯 李娟）

10.3969/j.issn.1005-3158.2015.05.018

1005-3158（2015）05-0061-04

2014-10-31）

金永青，1989年畢業(yè)于河北建筑工程學(xué)院給排水專業(yè)，高級工程師，現(xiàn)在中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司北京分公司從事國內(nèi)外石油工業(yè)技術(shù)開發(fā)、科研及管理工作。通信地址：北京海淀區(qū)上地信息路8號CPE大廈中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司北京分公司技術(shù)管理部，100085