南海某中心平臺噪聲分析及評估

楊鵬

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

南海某中心平臺上布置了燃氣透平發電機組、燃氣往復發電機組、電動壓縮機、應急發電機、空壓機、凝析油外輸泵、柴油消防泵、造淡水機、生活污水處理裝置、泵以及分體空調等，這些設備在運行過程中，均會出現大量振動及噪聲，同時因為受到振動影響也會導致鋼性結構物出現一次和二次振動噪聲，噪聲頻域較廣，包括有低頻、中頻、高頻。噪聲屬于是機械設備安全的重要隱患之一，直接危害到作業人員施工環境以及施工安全，也會對平臺施工作業進行產生影響，所以需要對平臺上的機械設備產生的噪聲進行安全性分析。

1 噪聲分析

南海某中心平臺噪聲分析中涉及到的技術如下。

（1）設備激勵載荷分析技術。南海某中心平臺布置有燃氣透平發電機組、燃氣壓縮機、應急發電機、空壓機、原油外輸泵、柴油消防泵、MRU、生活污水處理裝置、控制閥門、分體空調等眾多振動噪聲源設備，一方面，部分設備振動激勵載荷系由供應廠商在試驗臺架上測得，試驗臺架振動加速度測試結果尚未考慮到平臺結構的彈性效應，故應對該部分設備的振動激勵載荷進行彈性修正，而該修正量需考慮平臺結構與臺架結構的阻抗等參數，且以設備振動加速度級作為平臺噪聲分析的輸入量還需考慮設備的慣性因素等因素影響；另一方面，設備的空氣聲輻射激勵載荷也會隨安裝環境發生改變，設備臺架測試的聲壓級尚未考慮周圍環境對設備直接空氣聲輻射的影響。因此，如何將設備廠商提供的臺架試驗結果轉換為平臺實際的激勵載荷，為平臺噪聲預報提供準確輸入，將是南海某中心平臺噪聲分析的一個關鍵技術。為此，南海某中心平臺噪聲分析須具備和掌握如下技術：設備空氣噪聲激勵載荷分析技術；設備振動激勵載荷分析技術；設備臺架試驗向平臺結構轉換分析技術（如圖1）。

圖1

（2）平臺噪聲預報模型簡化技術。南海某中心平臺噪聲預報不僅涉及平臺整體結構的低中高頻及全頻帶噪聲預報，還涉及主風道及獨立房間的風管空氣流動噪聲分布，其噪聲分析過程中也只能實施分頻段分析，也就是采用統計能量法（SEA）分析高頻段噪聲，采用聲學有限元法或聲學有限元法/邊界元法等方法分析中低頻段噪聲。但由于平臺尺度相對較大、結構也較復雜，采用有限元法/邊界元法或聲學有限元法會導致預報規模偏大，因此，如何對平臺、風管模型簡化適當簡化，并保障其分析精度是南海某中心平臺噪聲分析的又一難題；在中高頻段，雖然SEA法可實現平臺噪聲的快速預報，但如何對平臺結構進行合理簡化，劃分適當子系統，并對平臺結構損耗因子等參數進行適當估計，是南海某中心平臺中高頻噪聲預報的又一關鍵技術。

（3）風管噪聲分析技術。南海某中心平臺噪聲預報涉及平臺組塊及生活樓主風道及獨立房間（至多3個房間）的噪聲分析，還需考慮風管空氣湍流運動產生的風管振動噪聲及設備布置對房間噪聲分布的影響，而風管噪聲分析不僅涉及聲固耦合分析，還涉及流固耦合計算。因此，其噪聲分析不僅涉及平臺艙室噪聲的全頻帶建模分析，還涉及風管的高中低頻噪聲分析，這就給平臺組塊及生活樓主風道及獨立房間（至多3個房間）的噪聲分析帶來以下了困難：一方面，風管噪聲分析的低頻段可能涉及聲學有限元法/邊界元法（或聲學有限元法、邊界元法）的應用，使其計算規模相對較大，導致計算困難；另一方面，風管模型的建模及修改通常十分復雜，如何保障在規定時間完成預報并及時修改模型，滿足平臺減振降噪措施是南海某中心平臺噪聲分析的又一難點。

（4）平臺噪聲快速評估方法。此次南海某中心平臺噪聲預報涉及低頻、中頻、高頻全頻帶噪聲預報，其噪聲分析理論上可通過聲學有限元法/邊界元法（或聲學有限元法、邊界元法）、SEA法進行預報，但由于南海某中心平臺結構尺度相對較大、結構也較復雜，基于模態疊加理論采用聲學有限元法/邊界元法（或聲學有限元法、邊界元法）等可能導致南海某中心平臺中低頻噪聲預報規模巨大，導致分析的困難，并可能對預報進度產生影響；此外，由于設計過程中涉及對模型的修改，如何保障在規定時間完成預報并及時修改模型，滿足平臺減振降噪措施評估的快速性及有效性是南海某中心平臺噪聲分析的難點。

2 噪聲評估

針對本次南海某中心平臺噪聲分析工作的難點，建構南海某中心平臺噪聲分析模型。

（1）南海某中心平臺噪聲分析模型的建立。考慮到本次噪聲分析及涉平臺整體結構的全頻帶噪聲分析，也涉及上部組件及生活樓主風道的獨立房間（至多3個房間）局部噪聲分析，為保障甲方能盡快掌握平臺噪聲分析技術，本次噪聲分析擬主要由VAone完成；但考慮到VAone軟件幾何建模能力相對較弱，擬采用通用Ansys軟件先完成DPP平臺的幾何建模工作。

①根據南海某中心平臺的設計圖紙（結構圖、總布置圖、細裝圖等），結合本次分析考慮的主要噪聲分析目的及主要噪聲源分布，確定平臺整體建模范圍及相應的模型簡化方法，上部組件及生活樓主風道的獨立房間局部建模范圍及模型簡化方法。

②按設計圖紙及確定范圍，在Ansys軟件中完成南海某中心平臺整體結構的幾何建模，并對平臺上部組件及生活樓主風道的獨立房間及風管進行詳細建模，為VAone中平臺整體預報模型及上部組件及生活樓主風道的獨立房間局部噪聲預報模型建立提供建模依據。

③在Ansys軟件中對平臺結構進行有限元網格劃分，并寫出cdb文件，為VAone全頻帶噪聲分析模型、上部組件及生活樓主風道的獨立房間局部建立提供模型文件。

④將cdb文件導入VAone軟件，分別將其劃分為有限元模型與SEA模型，建立南海某中心平臺整體噪聲預報模型和上部組件及生活樓主風道的獨立房間局部噪聲分析模型。

（2）主要振源及噪聲源設備激勵載荷的確定。考慮到平臺布置有燃氣透平發電機組、燃氣壓縮機、應急發電機、空壓機、原油外輸泵、柴油消防泵、MRU、生活污水處理裝置、控制閥門、泵等眾多振動噪聲源設備，不同設備振動和直接空氣噪聲激勵荷載具有差異，并且通常情況下是設備生產廠家在臺架試驗中檢測得出備激勵載荷，想要在平臺噪聲分析中應用這一載荷，需要對其實施激勵載荷轉換。為此可采取如下措施。

①根據平臺作業工況要求，確定平臺作業主要開啟的振源設備。

②根據設備廠家提供的設備振動及噪聲頻譜資料，平臺結構阻抗、安裝方式（彈性安裝/剛性安裝），確定設備對平臺的主要激勵載荷。

（3）平臺噪聲安全性初步評估。依照正常操作和應急操作等不同需求，平臺噪聲分析過程中可以依照分析頻段和SEA模型子系統劃分情況，將噪聲頻段暫時分為兩種，分別為：中高頻噪聲分析模型和中低頻噪聲預報模型。結合已建立的平臺整體噪聲分析模型、上部組件及生活樓主風道的獨立房間局部噪聲分析模型及設備激勵載荷，開展平臺噪聲安全性初步評估，考察平臺噪聲的薄弱環節。具體措施如下。

①依照正常操作和應急操作等不同需求，平臺噪聲分析過程中可以依照分析頻段和SEA模型子系統劃分情況，將平臺整體噪聲分析模型及上部組件及生活樓主風道的獨立房間局部噪聲分析模型按頻段暫時分為中高頻噪聲分析模型和中低頻噪聲預報模型兩種。

②采用統計能量法（SEA）分析高頻段噪聲，采用聲學有限元法或聲學有限元法/邊界元法等方法分析中低頻段噪聲。

③結合中低頻噪聲以及中高頻噪聲分析結果，也就能夠獲取平臺全頻帶噪聲分析及上部組件及生活樓主風道的獨立房間局部噪聲分析結果；④將預報結果與BD—SPC—GEN—MA—1002及《海上固定平臺安全規則》要求進行對比，判斷平臺整體噪聲及上部組件及生活樓主風道的獨立房間局部噪聲是否滿足要求。

3 結語

通過對南海某中心平臺上各個設備噪聲的分析，提出相應的改進建議。

（1）如果平臺噪聲無法滿足噪聲限制要求，首先需要實施單機工況噪聲分析，以能夠對平臺上的噪聲主導傳遞分量以及主導傳遞途徑確定出來。

（2）結合平臺使用及經濟性等要求，提出平臺可能的減振降噪措施，并進行DPP平臺噪聲優化分析。

在上述分析基礎上，給出平臺噪聲最優減振降噪方案。