CNG加氣子站壓縮機噪聲治理

王濤

廈門華潤燃?xì)庥邢薰荆?61000）

CNG加氣子站壓縮機噪聲治理

王濤

廈門華潤燃?xì)庥邢薰荆?61000）

加氣子站核心設(shè)備為壓縮機和與之配套的冷卻系統(tǒng)，噪聲源主要來自核心設(shè)備。這里以會展北CNG加氣子站壓縮機噪聲治理工程中的具體情況為例，通過對CNG加氣子站噪聲源分析，闡述與之相對應(yīng)的降噪措施，通過改造在實際應(yīng)用中取得了很好的降噪效果，達(dá)到了治理目標(biāo)。

CNG加氣子站；天然氣壓縮機；噪聲治理

1 現(xiàn)狀概述

1.1 加氣站及壓縮機設(shè)備介紹

某加氣站于2011年1月投產(chǎn)，因地理位置受限且無管道氣源，故建設(shè)成為壓縮機子站。該站利用母站運輸過來的20 MPa長管拖車作為氣源，通過壓縮機加壓后給天然氣汽車進行加氣。

該站配備有2臺自貢通達(dá)橇裝式子站天然氣壓縮機（型號為XD-13/35-250），將長管拖車的壓縮天然氣從20 MPa卸壓為3.0 MPa，自動根據(jù)壓縮機進氣壓力選擇一級或二級壓縮，經(jīng)冷卻后排出壓力為25 MPa、溫度≤45℃的壓縮天然氣輸入儲氣井儲存或直接送至加氣機，對天然氣汽車氣瓶進行充裝。壓縮機房為簡易輕鋼結(jié)構(gòu)，主要參數(shù)為主軸額定轉(zhuǎn)速980 r/min，吸入狀態(tài)壓力20～3.5 MPa，終級排出狀態(tài)壓力25.0 MPa，隔爆電機功率90 kW，冷卻風(fēng)扇電機功率5.5 kW,水泵電機功率2.2 kW，橇裝房外型尺寸4 400 mm×2 540 mm×2 590 mm。

1.2 噪聲治理目標(biāo)

該加氣站位于福建省廈門市環(huán)島干道于會展北路交界點，加氣站東北側(cè)為居民區(qū)。根據(jù)環(huán)保部門批復(fù)文件要求，加氣站所處區(qū)域為二類聲環(huán)境功能區(qū)，即居住、商業(yè)、工業(yè)混合區(qū)，加氣站緊鄰壓縮機的邊界圍墻外1 m處，噪聲限值為晝間≤60 dB（A），夜間≤50 dB（A），背景噪聲的影響應(yīng)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)進行修正[1]。

1.3 噪聲現(xiàn)狀

為進一步了解噪聲現(xiàn)狀，對現(xiàn)場實際噪聲數(shù)值進行測量，測量結(jié)果顯示該加氣站壓縮機運行時其邊界圍墻外1 m處等效聲級高達(dá)67.1 dB(A)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的2類聲環(huán)境功能區(qū)的噪聲排放限制，晝間為60 dB (A)，夜間為50 dB(A)。

對測量數(shù)據(jù)進行噪聲特性分析，結(jié)果如圖1所示。

圖1 CNG加氣站噪聲頻譜圖

從監(jiān)測的數(shù)據(jù)可以看出，造成該加氣站噪聲的聲源主要是壓縮機運行時產(chǎn)生的中、低頻音，噪聲聲譜集中在50～800 Hz，低頻噪聲波形長、聲能大、聲壓級高、衰減弱、穿透性強。各受聲點頻譜趨勢較為相似，尤其中、低頻部分。

2 CNG加氣子站噪聲源分析

CNG加氣子站的噪聲源主要為天然氣壓縮機和配套的冷卻系統(tǒng)，其中冷卻系統(tǒng)采用混冷形式，即水冷與風(fēng)冷形式相結(jié)合。

天然氣壓縮機是一個多聲源發(fā)聲體，其噪聲主要來源于進氣噪聲、排氣噪聲、機械噪聲、電磁噪聲。

2.1 進氣噪聲

往復(fù)式壓縮機的工作特點是活塞在汽缸中進行周期性的往復(fù)運動，導(dǎo)致吸排氣呈現(xiàn)間歇性和周期性。進氣口間歇吸入天然氣，產(chǎn)生壓力脈動而傳到空氣中形成空氣動力噪聲。隨著壓縮機汽缸進氣閥門的間斷開啟，氣流在間斷吸入到汽缸的時候，在進氣口附近產(chǎn)生壓力波動，以聲波的形式從進氣口輻射出來，從而產(chǎn)生進氣噪聲。

2.2 排氣噪聲

氣體從閥門間斷排出時，氣流產(chǎn)生擾動所形成的噪聲。主要有隨著排氣量的變化產(chǎn)生壓力脈動，使管路產(chǎn)生振動，儲氣井產(chǎn)生聲響；壓縮氣體通過閥的小孔時，以聲速噴射，沖擊閥門出口或閥門接管出口處，形成閥門噪聲；壓縮機放空時，氣體急劇膨脹并以很高的流速進入回收罐，從而在管道的出口處產(chǎn)生強烈的渦流噪聲。這種噪聲雖然是間斷出現(xiàn)的，但由于其頻率和聲壓級都比較高，所以對周圍環(huán)境影響很大。

2.3 機械噪聲

由摩擦、磨損以及機構(gòu)間的力傳遞不均勻產(chǎn)生的。壓縮機運行時大部件快速旋轉(zhuǎn)和反復(fù)運動，產(chǎn)生摩擦、沖擊引起機件振動而產(chǎn)生的噪聲。主要有活塞往復(fù)運動與汽缸壁摩擦，轉(zhuǎn)子及其裝配件的不平衡、轉(zhuǎn)子齒合、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速波動引起的沖擊噪聲；機殼外部包括機殼、支撐結(jié)構(gòu)、底座的振動與噪聲；還包括電動機運轉(zhuǎn)時軸承的噪聲、轉(zhuǎn)子不平衡引起的機殼振動發(fā)出的噪聲等。

2.4 電磁噪聲

由驅(qū)動電動機的磁場脈動引起的噪聲。天然氣壓縮機驅(qū)動機、水泵電機、冷卻風(fēng)扇電機為同步電動機，電動機運轉(zhuǎn)時，定子和轉(zhuǎn)子之間基波磁通和高次諧波磁通沿徑向進入氣縫，在定子和轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生徑向力，由此引起徑向的振動和噪聲。

3 降噪措施

基于該加氣子站的特殊使用環(huán)境，進行天然氣壓縮機噪聲治理,不僅需要考慮噪聲的達(dá)標(biāo)指數(shù)，還需要兼顧撬內(nèi)通風(fēng)散熱、安全生產(chǎn)、方便維護等因數(shù)。為使得設(shè)備改造后能符合以上要求，降噪主要措施如下。

3.1 吸聲隔聲層

隔聲罩墻體吸聲隔聲改造由吸聲層+隔聲層構(gòu)成，吸聲隔聲層可以有效吸收隔離原隔聲罩穿透出來的聲能，尤其中、低頻噪聲源能夠得到有效控制，減少隔聲罩內(nèi)高聲壓級向外輻射量。吸聲隔聲層設(shè)計采用“10 mm玻鎂隔聲板+輕鋼骨架+50 mm48 K超細(xì)離心吸聲材料+50 mm96 K專業(yè)吸聲巖棉+吸聲玻璃絲布+0.526 mm彩鋼板”，吸聲隔聲層沿原隔聲罩外圍安裝（新增隔聲罩與原有隔聲罩間距控制在300～500 mm，形成吸聲空氣層），各面連接處采用密封膠嚴(yán)格封堵，面板采用螺釘連接易于拆卸，隔聲罩頂板部分設(shè)計為“人”字屋面結(jié)構(gòu)，坡度既滿足頂面出水要求又能有效保護吸聲隔聲層。

3.2 隔聲門

門為隔聲罩內(nèi)噪聲源泄露的另一主要因素，現(xiàn)有門扇面板的隔聲量較差。為減少隔聲罩強噪聲能外泄，從安全角度出發(fā)，拆除原大門，確保內(nèi)外腔聯(lián)通，如有燃?xì)庑孤┛杉皶r排放，內(nèi)部可燃?xì)怏w報警器也能同時起到報警作用。在隔聲罩新增一道防火隔聲門，新增隔聲門外形尺寸將擴大約20 cm。隔聲門為方便設(shè)備進出采用雙開結(jié)構(gòu),門厚約為80 mm，門正反面均采用厚1.2 mm優(yōu)質(zhì)冷軋板，內(nèi)襯隔熱耐火材料（吸聲材料+隔聲材料），采用雙道臺階式拼縫結(jié)構(gòu)，門框填充隔聲阻燃阻尼材質(zhì)，表面無焊點，并以靜電噴塑或烤漆涂飾處理，設(shè)計隔聲門隔聲量為35～40 dB(A)，能夠完全滿足邊界噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)，隔聲門采用的材質(zhì)均符合A級防火性能。

3.3 阻抗復(fù)合型消聲器

考慮到設(shè)備冷卻風(fēng)扇通風(fēng)散熱的需求，且隔聲罩為密封結(jié)構(gòu)，需設(shè)置通風(fēng)消聲器，利用原通風(fēng)彎頭位置安裝消聲器。消聲器的設(shè)計既能夠保證排氣及散熱的需求，又能夠有效降低設(shè)備噪聲。采用片式阻抗復(fù)合型消聲器，小型消聲器尺寸為1 m×0.5 m×0.8 m（大型消聲器尺寸為0.7 m×1.1 m×1 m），消聲片有效通流長度為0.80 m，消聲片厚度為8 cm，消聲片間距為8～10 cm，消聲器有效通流面積為0.22 m2，該型消聲器設(shè)計消聲量在20～25 dBA，基本無壓力損失。片式消聲器消聲量有如下計算公式：

DL=2.2φ（ao）L/BDB（A）

式中：DL為消聲量；φ（ao）為消聲系數(shù)，取0.8；L為消聲段長取0.8 m、B為片間距，為0.08 m。

小型消聲器消聲量：DL=2.2×0.8×0.8/0.08=17.6 dB(A)

大型消聲器消聲量：DL=2.2×0.8×1/0.08=22 dB (A)

根據(jù)聲能貢獻(xiàn)量的區(qū)別 （抗性及繞射衰減）以及消聲片消聲效果疊加，消聲器可滿足隔聲罩整體插入損失要求。

4 隔聲降噪效果

采取吸聲隔聲層、隔聲門、阻抗復(fù)合型消聲器等綜合降噪改造措施后，降噪效果十分明顯，通過專業(yè)監(jiān)測驗收機構(gòu)進行噪聲監(jiān)測驗收，結(jié)果顯示加氣站緊鄰壓縮機的邊界圍墻外1 m處，晝間噪聲為59 dB（A），夜間噪聲為49 dB（A），符合二類聲環(huán)境功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到治理目標(biāo)。

5 結(jié)語

該加氣站降噪工程項目實施后，通過環(huán)保局環(huán)評驗收，滿足了工業(yè)企業(yè)廠界噪聲二類標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時使得加氣站內(nèi)操作人員的工作環(huán)境得到了良好的改善，具有很高的環(huán)境效益和社會效益。

[1]莫建炎.城區(qū)CNG加氣站噪聲治理[J].噪聲與振動控制, 2012(1)：421-425.