聲學(xué)模擬預(yù)測(cè)在某電廠噪聲源檢測(cè)分析中的應(yīng)用實(shí)踐

劉小春

摘 要 中大型火電廠具有噪聲源多、聲源特性復(fù)雜等特點(diǎn)，要科學(xué)準(zhǔn)確的分析出噪聲源的輻射情況，具有一定的難度，而若不加分析或分析不準(zhǔn)則會(huì)導(dǎo)致盲目治理。本文以某火電廠為例，委托專業(yè)資質(zhì)單位，對(duì)全廠設(shè)備設(shè)施進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)專業(yè)噪聲檢測(cè)，搭建聲學(xué)模型，模擬預(yù)測(cè)噪聲源輻射狀態(tài)，篩選分析出對(duì)廠內(nèi)職業(yè)危險(xiǎn)場(chǎng)所和場(chǎng)外敏感點(diǎn)有超標(biāo)貢獻(xiàn)的噪聲源分布，并進(jìn)行貢獻(xiàn)量排序，為后續(xù)制定噪聲控制方案、消除噪聲對(duì)職業(yè)危害的影響奠定依據(jù)。本文應(yīng)用的技術(shù)方法，可為此類工業(yè)場(chǎng)所的噪聲檢測(cè)與分析工作提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞 電廠；聲學(xué)；模擬預(yù)測(cè)；檢測(cè)分析

中圖分類號(hào) TM6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）17-0208-02

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速平穩(wěn)發(fā)展與環(huán)保意識(shí)的提高，工業(yè)企業(yè)環(huán)境噪聲問題也越來越突出。近年來，工業(yè)企業(yè)噪聲污染問題引起的廠內(nèi)職業(yè)危險(xiǎn)和廠外敏感點(diǎn)影響受到關(guān)注，隨之而來的噪聲檢測(cè)分析與噪聲控制問題也日益增多。但是，像火電廠這樣的工業(yè)場(chǎng)所引起的噪聲污染問題與其他噪聲污染問題的不同之處主要有：噪聲源數(shù)量及種類繁多、聲源空間情況復(fù)雜、環(huán)境影響因素多樣等。因此，此類項(xiàng)目在聲場(chǎng)分析、輻射衰減、聲源貢獻(xiàn)、降噪設(shè)計(jì)等方面具有一定的難度，依靠簡(jiǎn)單的手工聲學(xué)計(jì)算分析與常規(guī)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)輔助，已經(jīng)滿足不了此類大型項(xiàng)目的技術(shù)支撐，需要采取計(jì)算機(jī)聲學(xué)模擬軟件來進(jìn)行有針對(duì)性地聲學(xué)模擬

分析。

1 現(xiàn)場(chǎng)噪聲檢測(cè)范圍

1）廠外敏感點(diǎn)處布置了9個(gè)具有代表性的測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)結(jié)果是9個(gè)測(cè)點(diǎn)均超出《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096-2008）2類標(biāo)準(zhǔn)夜間限值要求（環(huán)保要求按照2類標(biāo)準(zhǔn)治理），最高超13.8dB，最低超0.6dB，平均超10dB。

2）根據(jù)此廠3臺(tái)200MW火電機(jī)組特性，廠區(qū)檢測(cè)的主要噪聲源設(shè)備設(shè)施包括：汽機(jī)房、鍋爐房、送/引風(fēng)機(jī)、冷卻塔、電除塵、變壓器、空壓機(jī)房、脫硫島、輸煤系統(tǒng)、灰?guī)斓龋灿?jì)實(shí)測(cè)40處聲源設(shè)備247個(gè)（處）聲源點(diǎn)，聲源噪聲在65dB～87dB

之間。

2 聲學(xué)模型搭建

2.1 聲學(xué)模擬軟件介紹

電廠聲源眾多，傳播途徑復(fù)雜，計(jì)算時(shí)需考慮每個(gè)聲源的噪聲特點(diǎn)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、傳播路徑、影響區(qū)域等因素。為了更準(zhǔn)確精準(zhǔn)的分析和量化各聲源對(duì)噪聲敏感點(diǎn)的影響，我們?cè)诒卷?xiàng)目中采用聲學(xué)軟件SoundPLAN進(jìn)行模擬分析計(jì)算所有噪聲源的影響狀態(tài)。該軟件采用的是幾何聲學(xué)模擬分析法中的聲線追蹤法和鏡像虛聲源法，軟件中室外聲場(chǎng)的模擬基于國際標(biāo)準(zhǔn)ISO9613-1①和ISO9613-2②，我國已將此標(biāo)準(zhǔn)等效為國家標(biāo)準(zhǔn)，即GB/T17247.1-2000和GB/T17247.2-1998。該軟件不僅對(duì)室外聲場(chǎng)可以進(jìn)行模擬計(jì)算，而且它的專家系統(tǒng)可以給出每個(gè)噪聲源對(duì)每一個(gè)噪聲敏感點(diǎn)的具體貢獻(xiàn)值，因此可以給出每個(gè)聲源的優(yōu)化控制目標(biāo)值作為治理

依據(jù)。

2.2 計(jì)算原理

每一張?jiān)肼暤貓D的計(jì)算都是由單個(gè)點(diǎn)的計(jì)算所組成，對(duì)于單個(gè)接收點(diǎn)來說計(jì)算過程是非常重要的。所有源強(qiáng)在計(jì)算中都是獨(dú)立的，所有源強(qiáng)的貢獻(xiàn)值采用以下公式疊加得出單個(gè)接收點(diǎn)的

結(jié)果：

每一個(gè)聲源貢獻(xiàn)值：Li=LW-C1-C2-……Cn

Li：接收點(diǎn)的聲壓級(jí)。

LW：聲功率。

C1-C2-……Cn：不同傳播方向的系數(shù)。

2.3 聲學(xué)模擬對(duì)地形的考慮

此電廠位于山谷低洼處，各設(shè)備布置位置不在一個(gè)水平面上，也就是說“聲在低處，聽在高處”的情況較為普遍，對(duì)電廠的噪聲輻射非常不利，以往投入不少資金進(jìn)行治理但是是局部的、不系統(tǒng)的，效果不理想。地形的起伏變化與室外聲場(chǎng)計(jì)算有著很大的關(guān)系，建模時(shí)需要先將真實(shí)的地形特征輸入模型中；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及現(xiàn)有資料將建筑物及各類屏障在空間定位，準(zhǔn)確輸入建筑物的幾何參數(shù)、氣象條件、地面衰減、建筑物外表面及聲屏障的反射系數(shù)等計(jì)算噪聲衰減時(shí)所需的必要因素，確定環(huán)境敏感點(diǎn)的位置及高度，設(shè)定聲場(chǎng)計(jì)算的范圍及高度，建立工業(yè)污染源實(shí)際的三維幾何模型。

2.4 模型搭建結(jié)果

為確保準(zhǔn)確性，建模時(shí)將上述247個(gè)（處）噪聲源細(xì)分為1 467個(gè)，使用軟件分析了每個(gè)聲源對(duì)敏感點(diǎn)的貢獻(xiàn)值，并對(duì)照聲源設(shè)備進(jìn)行貢獻(xiàn)大小的統(tǒng)計(jì)排序，能夠很清晰的看到聲源設(shè)備的分布及噪聲影響大小。分析結(jié)果中包含了建筑物、設(shè)備的屏障作用和反射作用，氣象條件，地形、地勢(shì)和地面的

影響。

2.5 聲源的量化方法

SoundPLAN軟件中聲源的類型有4種，分別是點(diǎn)聲源、線聲源、面聲源及聲源建筑。露天布置的尺寸較小的聲源一般可考慮成點(diǎn)聲源，例如除塵風(fēng)機(jī)的風(fēng)口等；輸送帶及輸送管道等尺寸較長(zhǎng)的聲源應(yīng)建為線聲源；對(duì)于面積較大且位置較高的聲源一般建成面聲源，例如冷卻塔等；聲源建筑是可以很方便的在建筑外立面及頂面建立點(diǎn)、線、面聲源的特殊建筑，最適用于模擬建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的門、窗、孔洞等的漏聲，如主廠房，各類泵房等；大型風(fēng)機(jī)（送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)）相連接的巨大風(fēng)管建成聲源建筑。

聲源的輸入對(duì)于預(yù)測(cè)結(jié)果有著至關(guān)重要的作用。所以無論是在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試還是僅靠工藝流程圖和設(shè)備參數(shù)表分析，都要仔細(xì)辨別，判斷聲源的各發(fā)生部位及類型，將復(fù)雜聲源拆分或簡(jiǎn)化成多個(gè)聲源分別進(jìn)行測(cè)試和聲功率的估算。

聲壓是指聲波通過媒質(zhì)時(shí)，由于振動(dòng)所產(chǎn)生的壓強(qiáng)改變量，表示聲壓大小的指標(biāo)稱為聲壓級(jí)，聲壓級(jí)是被測(cè)聲源輻射聲壓平方的時(shí)間均值與基準(zhǔn)聲壓平方之比取以10為底的對(duì)數(shù)再乘以20，通常可以用儀器直接

測(cè)量。

聲功率指聲源在單位時(shí)間內(nèi)向外輻射的聲能，能夠真實(shí)反應(yīng)聲音的能量。

聲功率級(jí)（dB）

聲源聲功率級(jí)的確定是軟件分析中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，直接影響著分析結(jié)果。可由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)A聲級(jí)反算得出：endprint

（dB）

式中S為包絡(luò)面面積。計(jì)算時(shí)，根據(jù)聲源的位置、特性及測(cè)試距離不同，包絡(luò)面的面積也不同，需將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)聲源按上述劃分為點(diǎn)聲源、線聲源、面聲源及聲源建筑后分別計(jì)算聲源聲功

率級(jí)。

3 模擬預(yù)測(cè)與聲源貢獻(xiàn)量分析

3.1 模型的量化校準(zhǔn)

為使模型搭建比較準(zhǔn)確，本該在敏感點(diǎn)處布置更多測(cè)點(diǎn)，由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況比較特殊，部分敏感點(diǎn)噪聲值不便于采集。因而根據(jù)采集的實(shí)測(cè)噪聲值，從中摘選出上述9個(gè)有代表性的測(cè)點(diǎn)。模型搭建后，在模型中輸入噪聲參數(shù)，聲源模型的噪聲傳播到同一測(cè)點(diǎn)后導(dǎo)出其預(yù)測(cè)值，通過比對(duì)預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值來校核模型搭建準(zhǔn)確性和聲源特性的合理性。經(jīng)過校核，廠界外9個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值差值平均值在1dB以內(nèi)，最大差值小于3dB，說明模型搭建科學(xué)合理，模擬結(jié)果比較

準(zhǔn)確。

3.2 模擬預(yù)測(cè)結(jié)果

考慮到電廠附近敏感點(diǎn)民宅的高度主要為一到三層的房子，聲學(xué)預(yù)測(cè)將結(jié)合一層住宅和三層住宅的高度進(jìn)行模擬。噪聲地圖對(duì)于一層敏感點(diǎn)住宅相當(dāng)于離地1.5m高，對(duì)于三層住宅相當(dāng)于敏感點(diǎn)離地4.5m高。根據(jù)聲學(xué)模型預(yù)測(cè)分析，計(jì)算得出了廠界外敏感點(diǎn)的噪聲超標(biāo)情況，廠界外選取的10個(gè)敏感點(diǎn)有9個(gè)點(diǎn)超標(biāo)，最高超18.2dB、最低超7.3dB，平均超12dB。

根據(jù)檢測(cè)及分析結(jié)果，無論是選取的廠界外9個(gè)實(shí)測(cè)點(diǎn)（敏感點(diǎn)），還是經(jīng)廠內(nèi)聲源實(shí)測(cè)值建立聲學(xué)模型計(jì)算得出的10個(gè)廠界外預(yù)測(cè)點(diǎn)，均不同程度存在噪聲超標(biāo)情況，且多數(shù)超標(biāo)10dB以上，檢測(cè)分析數(shù)據(jù)吻合，結(jié)果真實(shí)、準(zhǔn)確。

3.3 對(duì)職業(yè)健康危害控制的實(shí)用意義

通過此模型預(yù)測(cè)各聲源點(diǎn)噪聲的貢獻(xiàn)大小，為后續(xù)治理方案的可行性及科學(xué)性提供充分依據(jù)。根據(jù)聲音產(chǎn)生及傳播特性，目前具有較為成熟的噪聲治理有3種途徑：控制噪聲源、傳播途徑上降低噪聲和噪聲接受點(diǎn)防護(hù)。就該廠界噪聲治理而言，前兩種途徑可行，即一是從聲源進(jìn)行治理，主要是對(duì)發(fā)聲設(shè)備采取減振降噪，或降低設(shè)備在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的電磁、機(jī)械噪聲；二是在噪聲傳播過程途徑上采取“吸、隔、消”等技術(shù)措施，切斷或降低聲源傳播途徑，是目前主要采取的降噪治理措施。通過上述兩項(xiàng)途徑中的加裝隔音墻、隔音門窗、消聲器、封堵、包扎、使用阻尼彈簧隔振器等具體措施進(jìn)行治理，治理后主要聲源設(shè)備噪聲能降低25dB左右，在噪聲達(dá)標(biāo)的同時(shí)，因設(shè)備本身產(chǎn)生的噪聲大幅降低，設(shè)備周邊的噪聲對(duì)工作人員的影響大幅減少，工作人員在從事職業(yè)的過程當(dāng)中，免于噪聲對(duì)身體各方面的影響和危害，大大改善勞動(dòng)作業(yè)環(huán)境，消除噪聲職業(yè)

危害。

4 結(jié)論

本文以某火電廠為例，將聲學(xué)模擬預(yù)測(cè)在噪聲源檢測(cè)分析中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。實(shí)踐證明，科學(xué)地引用聲學(xué)模擬軟件，可以最大程度的模擬大型工業(yè)復(fù)雜噪聲聲場(chǎng)，將實(shí)際聲環(huán)境轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，直觀、準(zhǔn)確，計(jì)算效率高，為此類大型工業(yè)場(chǎng)所噪聲分析和系統(tǒng)性的綜合治理提供強(qiáng)有力的技術(shù)

支撐。

注釋

①IS09613-1.聲學(xué)戶外聲傳播衰減第l部分：大氣聲吸收的計(jì)算方法[S].

②IS09613-2.聲學(xué)戶外聲傳播衰減第2部分：一般計(jì)算方法[S].endprint