某核電廠烘干工藝的降噪處理

上海核工程研究設計院有限公司 曹熔泉 沈 翔

0 引言

某核電廠烘干工藝系統運行期間，工藝風機及進出口管線產生較大的噪聲，局部位置A聲級噪聲達到92～93 dB，影響工作人員交流溝通、信息傳遞及身心健康。工作人員定期體檢時發現聽力有衰退跡象。

通過對該工藝運行時噪聲環境的多次測量，基于聲學的基本理論，筆者通過分析提出降噪建議，并經過反復試驗驗證，確定了有效的工藝降噪措施。

1 某烘干工藝簡介

1.1 工藝流程及額定設計參數

圖1 某烘干工藝流程示意圖

該烘干工藝系統包括工作箱、供氣系統、排氣系統和相應的操作控制臺。供氣系統主要由供氣風機、電加熱器、入口管路消聲器及相應管道閥門組成，排氣系統主要由過濾器、排氣風機及相應管道閥門組成，系統流程圖見圖1。工作箱、排氣系統及相應的操作控制臺位于操作區，供氣系統位于相鄰的延伸廠房。

系統運行時，將物料吊裝至工作箱，先啟動排氣系統，再啟動供氣系統，排氣量大于供氣量，維持工作箱負壓。供氣經消聲、電加熱后送入工作箱，對物料進行烘干；排氣經過濾后由排氣系統排入操作區通風系統。供氣風機額定風量為2 550 m3/h，全壓為12.5 kPa；排氣風機額定風量為3 230 m3/h，全壓為7.5 kPa。供氣排氣風機箱、工作箱內的?219 mm、?140 mm管道設計氣流流速分別約為23 m/s和71 m/s。氣流速度、風機額定全壓與常規通風空調系統均有較大差異，按照文獻[1-2]對風機及其管路的噪聲進行定量計算可能會有較大偏差。然而，其噪聲源的種類與通風系統相似，主要包含：風機的噪聲、管道的氣流噪聲及局部阻力件的節流噪聲。

1.2 現場工作人員溝通反饋

經與工作人員溝通了解，在該工藝操作過程中，言語交流的需求主要在靠近工作箱的工作平臺與鄰近人橋吊上的操作員之間，溝通距離達5～6 m；操作控制臺周圍工作人員之間溝通需求較少，由于距離較近，在降噪前也能勉強聽清對方說話；根據長期的工作經歷，工作人員判斷噪聲主要來自工作箱。

2 操作區噪聲初步測量、分析及降噪建議

2.1 噪聲初步測量結果

表1 測點編號及描述

圖2 測點位置示意

由于各工況下的噪聲略有波動，對各測點均進行20 s的連續測量，測量結果取平均值。測點高度距地面約1.3 m，取坐姿和站姿耳部高度的中間值[3]。初次測量各工況和測得的噪聲聲壓級平均值見表2，測量時工作箱頂部蓋板處于打開狀態。

2.2 噪聲初步測量分析

表2 各工況下各測點的20 s平均聲壓級 dB

根據表2測量數據，分析如下：

1) 排氣和供氣系統均停運時，操作區各處A聲級噪聲為68～69 dB，低于85 dB，滿足運行職業衛生要求[4]。

2) 排氣系統投運或排氣、供氣系統均投運時，均是工作箱平臺(C點)的噪聲最大，可見噪聲主要是沿著烘干管道傳遞，在工作箱供氣和排氣口處達到最大。

3) 前期打開排氣系統箱體測得箱體內的噪聲，即風機本體機械噪聲，為82 dB，比箱體外部噪聲低約8 dB。可見風機的噪聲、管道的氣流噪聲及局部阻力件的節流噪聲三者之中，風機的噪聲對環境影響相對較小。

2.3 烘干工藝降噪建議

根據初步噪聲測量、現場巡訪及以上分析，可采用以下降噪措施：

1) 操作控制臺設置隔聲墻，與周圍空間分隔。

該措施可降低操作控制間的噪聲，但仍舊無法滿足目前操作人員的溝通交流需求。

2) 增大供氣、排氣系統管道的管徑。

該措施可降低管路、彎頭和蝶閥等部件的氣流噪聲，但實際受限于供氣系統、工作箱和排氣系統內部的管道、蝶閥等部件無法修改，只能降低排氣系統管路氣流的再生噪聲，效果有限。

3) 供氣系統出口管道、排氣系統入口和出口管道增設消聲器。

該措施可降低供氣、排氣系統風機經過管道向操作區內傳遞的噪聲。但需要考慮消聲器承受壓力、耐高溫的能力，同時需考慮消聲器的外形尺寸和布置。該措施不能消除氣流的再生噪聲，需要和其他措施綜合使用。

4) 供氣、排氣系統風機增設變頻器。

供氣、排氣系統管路蝶閥全開，通過變頻器調節供氣和排氣風量，維持供氣和排氣風量與當前運行參數相當，或根據噪聲情況適當降低，維持排氣和供氣風量差不變。在不對現有系統及管路進行改造的前提下，可降低局部阻力件的節流噪聲和風機的噪聲，同時風量降低之后也能降低管路的氣流噪聲，從根本上減少噪聲源產生的噪聲。降風量運行會影響烘干效率，需要進行更長時間的烘干處理。

綜合考慮降噪改造的效果和優缺點、操作區材料的使用限制及對電廠運行的影響，建議優先采用降噪措施4)。

3 降噪改造試驗驗證及分析

為驗證降噪建議措施(全開管路蝶閥，為風機增設變頻器，以降低局部阻力件的節流噪聲和風機噪聲)的有效性，通過調節排氣管路蝶閥開度，測量相應位置的噪聲和排氣/供氣流量，開展了試驗驗證。

3.1 試驗儀器及其他裝置

1) 熱球式電風速計：型號QDF-3，量程0.05～30 m/s。

2) 聲級計：型號LA-1440，量程26～130 dB。

3) 風速測量輔助套筒：內徑為230 mm的圓形鐵皮風管。

由于工作箱內管道出口氣流流速達71 m/s，超出了風速計量程，試驗采用口徑較大的輔助套筒與工作箱內部供氣、排氣管口連接，實現風速測量的目的。

3.2 試驗步驟及試驗數據記錄

降噪處理措施驗證試驗步驟和記錄如下：

1) 排氣和供氣風機均停運時，測量環境噪聲，記為工況1。

2) 打開工作箱蓋板，啟動排氣風機，工作箱排氣管口增加輔助套筒，測量套筒口中心點的風速，測量各點噪聲，記錄排氣管和供氣管壓力儀表讀數，記為工況2。

3) 打開工作箱蓋板，啟動排氣風機和供氣風機，排氣管口和供氣管口都增加輔助套筒，測量套筒中心點的風速，測量各點噪聲，記錄排氣管和供氣管壓力儀表讀數，記為工況3。

4) 蓋上工作箱蓋板，啟動排氣風機和供氣風機，測量各點噪聲，記錄排氣管和供氣管壓力儀表讀數，記為工況4。

5) 蓋上工作箱蓋板，關小排氣蝶閥(初始狀態全開)，啟動排氣風機和供氣風機，測量各點噪聲，記錄排氣管和供氣管壓力儀表讀數，記為工況5。

6) 蓋上工作箱蓋板，開大供氣蝶閥，啟動排氣風機和供氣風機，測量各點噪聲，記錄排氣管和供氣管壓力儀表讀數，記為工況6。

7) 蓋上工作箱蓋板，關小供氣蝶閥，啟動排氣風機和供氣風機，測量各點噪聲，記錄排氣管和供氣管壓力儀表讀數，記為工況7。

8) 移開工作箱蓋板，排氣管口增加輔助套筒，啟動排氣風機，測量套筒口中心點的風速，記為工況8。

9) 恢復排氣蝶閥、供氣蝶閥的閥位。

各工況測量和記錄數據如表3所示，噪聲測量測點位置同圖2。

表3 預試驗各工況測量參數

3.3 測量結果分析與討論

針對試驗各工況的噪聲、風速和供氣/排氣管壓力測量情況，分析如下：

1) 工況3下，為供氣管口增加圓形風管套筒，測量套筒中心點風速時超出量程。其原因主要是供氣射流流速太高，受工作箱高度限制，氣流未能充分發展，套筒中心點流速過大。為此，選用供氣機箱吸風口中心點風速作為初始風速的特征參數。

2) 關小排氣蝶閥后，工況8測得的排氣風速由工況2的18.5 m/s降低為15.5 m/s，排氣管壓力表真空度由7 625 Pa降低為6 125 Pa。從工況2到工況8，壓力表示數降低為原來的80.3%，流量的二次冪約降低為原來的70.2%。考慮測量誤差和輔助套筒斷面風速的不均勻性，兩者基本相符。

3) 工況5～8相比工況2～4，房間總體噪聲水平下降了3～4 dB，主要是排氣管風速降低的結果。比較工況4和工況5可發現，排氣流量降低，A、B、C點噪聲均有所降低。表明在排氣管路蝶閥從100%開度降低為60%開度時，管路氣流噪聲和蝶閥節流噪聲相比，前者權重較大。

可見，該工藝中風機噪聲、管道氣流噪聲和蝶閥等局部阻力部件的節流噪聲三者之中，管道氣流噪聲所占比重最大。為此，推薦在工藝允許的情況下提高供氣溫度，保持原有烘干效率，降低烘干工藝的供氣和排氣流量。經現場試驗驗證，將供氣溫度提高至90 ℃，風量適當降低后，仍可滿足運行需求，此時各工況噪聲測量結果見表4。

表4 運行參數調整后各工況測量參數

結果表明，運行參數調整之后，系統正常運行時操作區的幾個主要測點A聲級噪聲降低至85 dB左右，噪聲環境得以明顯改善。同時，由于運行人員每周進行工藝操作的時間約為2～3 d，工作環境也可滿足每周40 h等效聲級職業衛生接觸限值要求[4]。鑒于已有明顯的降噪效果，現場運行人員體感噪聲也有明顯降低，營運方決定該烘干工藝后續直接采用調整之后的參數運行，不再增設變頻器。

3.4 降噪結果分析

按照文獻[5]，管道射流的氣流噪聲遵循以下公式：

LW=C+10lgF+60lguc

(1)

式中LW為氣流聲功率級，dB；C為常數，不同類型部件的具體數值不同，dB；F為部件最小斷面積，m2；uc為氣流流速，m/s。

該式表明了氣流速度在氣流噪聲控制中的重要性，當流速翻倍時，氣流聲功率級約增大18 dB。文獻[6]給出的原始試驗數據表明，式(1)適用的氣流速度約在46～180 m/s范圍內。本工藝烘干工作箱內最小口徑?140 mm管道射流流速在該范圍內。按照式(1)，降低氣流速度后，理論聲壓級約減小4.8 dB。實際降噪結果與經驗公式計算結果相當。

4 結果與討論

1) 氣流流速是影響管路氣流噪聲的關鍵參數之一，通過調整工藝運行風量，將A聲級噪聲由約90 dB降低至85 dB左右，與現有文獻報道的理論降噪量相當。

2) 本文所述降噪措施僅通過調整工藝運行參數，并未對工藝系統及周邊環境進行實體改造，即實現了良好的降噪效果。可見，噪聲控制改造或設計中，如能抓住主要噪聲源，從聲源上治理和控制，往往能夠更為有效。

3) 本文所述的降噪措施可為該類烘干工藝的優化提供參考，在確保熱質交換烘干效率的基礎上，可通過管徑優化、合理選擇風機等適當降低管路氣流速度，兼顧噪聲水平。