某天然氣處理廠壓縮機噪聲分析及治理方案

鄒麗蓉 張軍峰 林 奇 黃莎莎 劉 平

(1.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠；2.中國石油集團安全環(huán)保技術(shù)研究院有限公司)

0 引 言

天然氣壓縮機是氣田開發(fā)集輸過程增壓的核心設(shè)備，但運行過程中廠界噪聲往往超過國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。噪聲污染會影響人體健康，且易引發(fā)安全事故。控制噪聲不僅是勞動保護、環(huán)境保護的需要，也是企業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的重要問題。提高氣田周邊聲環(huán)境質(zhì)量，從源頭削減噪聲污染，是解決環(huán)境問題的必由之路。

1 概 況

蘇里格氣田某天然氣處理廠設(shè)計天然氣處理量為30×108m3/a，廠界噪聲執(zhí)行GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》2類標(biāo)準(zhǔn)，即晝間不高于60 dB(A)、夜間不高于50 dB(A)[1]。

處理廠設(shè)有7臺JGC-4/G3608往復(fù)活塞式分體式天然氣壓縮機組[2]。壓縮機組布置在壓縮機房內(nèi)，空冷器置于廠房外。壓縮機房雖已采取設(shè)置吸隔聲墻體及屋頂、隔聲門窗、消音器等降噪措施，但北廠界最高等效噪聲值仍達80.4 dB(A)。壓縮機房與廠界距離見圖1。

圖1 壓縮機房與廠界距離

2 天然氣壓縮機噪聲分析及噪聲現(xiàn)狀

2.1 噪聲源特性分析

2.1.1 壓縮機組噪聲

壓縮機組的高噪聲是由天然氣發(fā)動機及其帶動的壓縮機發(fā)出的噪聲，主要由天然氣被壓縮至高壓后產(chǎn)生的動力性噪聲、發(fā)動機及壓縮機運行時活塞柱塞往復(fù)運動產(chǎn)生的脈沖機械性噪聲、管道振動噪聲等疊加而成，具有頻帶寬、低頻聲強(500 Hz以下)的特性[3]。壓縮機組動力端噪聲數(shù)據(jù)頻譜見圖2。

圖2 壓縮機組動力端噪聲數(shù)據(jù)頻譜

根據(jù)現(xiàn)場測量結(jié)果，JGC-4/G3608天然氣壓縮機組噪聲頻帶寬，在高、中、低各頻段上都有較高的噪聲值，壓縮機動力端聲壓級高達104.2 dB(A)[4]。

2.1.2 空冷器噪聲

空冷器產(chǎn)生的噪聲主要是機械設(shè)備工作時運動的零部件互相摩擦發(fā)出的機械噪聲、進風(fēng)口風(fēng)扇轉(zhuǎn)動引起空氣快速流動產(chǎn)生的空氣動力性噪聲、機械設(shè)備運轉(zhuǎn)時由于振動而通過各種連接管線向外輻射的振動噪聲。主要噪聲源包括空冷器進風(fēng)口、空冷器排風(fēng)口、發(fā)動機消音器排氣口，噪聲值見表1。

表1 壓縮機組配套空冷器噪聲值 dB(A)

通過對3類噪聲源頻譜進行分析，其噪聲特性是中、高頻段較突出，并夾雜一定量的低頻噪聲，呈寬頻帶噪聲。

2.1.3 天然氣處理廠噪聲現(xiàn)狀

壓縮機房距離北廠界30 m，其噪聲對北廠界影響較大。在天然氣處理廠正常工況運行下，對北廠界噪聲進行兩次監(jiān)測，數(shù)據(jù)基本一致。北廠界圍墻內(nèi)噪聲為80.4 dB(A)，對應(yīng)廠界圍墻外30 m廠界安防網(wǎng)處的噪聲為68.8 dB(A)。廠界圍墻處、圍墻外噪聲頻譜見圖3。

圖3 廠界圍墻處、圍墻外噪聲頻譜

由廠界及噪聲源強監(jiān)測點位、監(jiān)測數(shù)據(jù)可看出，處理廠北廠界噪聲超標(biāo)嚴(yán)重。結(jié)合廠區(qū)內(nèi)主要噪聲源平面位置、高度、聲壓級及噪聲頻譜特性分析可知：

1)壓縮機運行時的噪聲強度較大。壓縮機房墻面及吊頂已進行過降噪處理，但由于廠房通風(fēng)口、窗戶等存在漏聲現(xiàn)象，噪聲由室內(nèi)通過其向室外傳播，造成壓縮機噪聲對北廠界貢獻值較大。

2)空冷器區(qū)域未采取任何降噪措施，且距離北廠界較近，其運行噪聲直接影響北廠界的聲環(huán)境。由于空冷器噪聲屬于寬頻噪聲，噪聲強度大，傳播遠，直接導(dǎo)致北廠界噪聲超標(biāo)。

3)雖已更換新型消音器，但壓縮機排氣口噪聲值仍超過88 dB(A)。

2.2 噪聲現(xiàn)狀模擬

1)噪聲源對廠界聲環(huán)境質(zhì)量的影響

將現(xiàn)場測試的壓縮機組、空冷器噪聲數(shù)據(jù)代入聲學(xué)模擬軟件[5]，對壓縮機組及室外空冷器噪聲進行聲環(huán)境影響模擬。噪聲源聲場模擬結(jié)果見表2，廠界噪聲現(xiàn)狀模擬見圖4。

表2 噪聲源聲場模擬結(jié)果 dB(A)

圖4 天然氣處理廠廠界噪聲現(xiàn)狀模擬

模擬結(jié)果表明：北廠界圍墻內(nèi)、北廠界圍墻外、北廠界圍墻外安防網(wǎng)處的噪聲值模擬結(jié)果與現(xiàn)場實測結(jié)果基本相等。因此，模擬數(shù)據(jù)結(jié)果可作為研究參考依據(jù)。

2)空冷器對廠界聲環(huán)境質(zhì)量的影響

將現(xiàn)場測試的空冷器噪聲數(shù)據(jù)(不考慮壓縮機組的噪聲)代入聲學(xué)模擬軟件進行聲場模擬，結(jié)果如表3所示，僅空冷器噪聲對廠界聲環(huán)境質(zhì)量的影響已超過GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》2類標(biāo)準(zhǔn)的限值要求。

表3 空冷器噪聲聲場模擬結(jié)果 dB(A)

3)壓縮機組對廠界聲環(huán)境質(zhì)量的影響

將現(xiàn)場測試的壓縮機組噪聲數(shù)據(jù)(不考慮空冷器噪聲)代入聲學(xué)模擬軟件進行聲場模擬，結(jié)果如表4所示，僅壓縮機組噪聲對廠界聲環(huán)境質(zhì)量的影響已超過GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》2類標(biāo)準(zhǔn)的限值要求。

表4 壓縮機組噪聲聲場模擬結(jié)果 dB(A)

3 控制措施方案研究

噪聲污染已和水污染、空氣污染及垃圾并列為現(xiàn)代社會的四大公害，常見噪聲控制措施包括治理噪聲源、在傳播途徑上降低噪聲和防護接收點，治理方法主要有隔聲、隔振、消聲和吸聲等[6]。

目前國內(nèi)對于規(guī)模較大的處理廠、儲氣庫等站場分體式壓縮機(功率大、臺數(shù)多)，通常是從壓縮機、空冷器和發(fā)動機排氣消音器(氣驅(qū))3個方面進行噪聲治理。采用的主要降噪措施為設(shè)置壓縮機及空冷器降噪房、排氣消音器降噪圍護結(jié)構(gòu)以及配套的進風(fēng)、排風(fēng)消音器等。典型的成功案例為西南油氣田安岳處理廠八里村增壓站、相國寺儲氣庫等。

3.1 空冷器區(qū)域降噪措施

通過分析JGC-4/G3608天然氣壓縮機組運行產(chǎn)生的高強度工業(yè)噪聲源特性，結(jié)合國內(nèi)降噪治理技術(shù)現(xiàn)狀，提出空冷器和壓縮機房降噪綜合治理、設(shè)置聲屏障、空冷器安裝進排氣消音器+廠界微粒吸隔聲屏障綜合治理3種方案，并對治理效果進行模擬。

3.1.1 空冷器區(qū)域降噪、壓縮機房降噪升級改造

1)空冷器區(qū)域降噪措施

7臺空冷器位于壓縮機房北面室外，見圖5。

圖5 天然氣壓縮機配套的室外空冷器

空冷器單臺風(fēng)量為3 900 m3/min，通過采用吸隔聲屋面及吸隔聲墻體在空冷器區(qū)域設(shè)置降噪房，使用降噪逃生門及聲閘，同時在空冷器進氣、排氣口設(shè)置消音器，確保進風(fēng)風(fēng)速低于5 m/s，進風(fēng)面積不低于91 m2，保證進風(fēng)段消聲量不低于30 dB(A)，排氣段消聲量不低于25 dB(A)。空冷器區(qū)域降噪設(shè)計示意見圖6，降噪措施及效果預(yù)測見表5。

2)壓縮機房降噪升級設(shè)計

目前壓縮機房已采取降噪措施，但廠房整體隔聲量不足。廠房南墻內(nèi)墻體處噪聲為94.2 dB(A)，南墻外對應(yīng)處墻體噪聲為77.9 dB(A)。

圖6 空冷器區(qū)域降噪設(shè)計示意

表5 空冷器區(qū)域降噪措施及效果預(yù)測

7臺JGC-4/G3608機組靠近壓縮機房北墻，機組對廠房北墻噪聲影響比南墻大，壓縮機房北墻內(nèi)噪聲約為104.2 dB(A)，北墻外傳噪聲為85.3 dB(A)，其外傳噪聲對北廠界聲環(huán)境影響較大。

控制措施設(shè)計：增設(shè)墻體及屋面的復(fù)合吸隔聲體、更換機房大門為吸隔聲門、更換墻體窗戶為雙層隔聲窗、墻體進風(fēng)百葉窗處安裝進氣消音器、對廠房通風(fēng)散熱系統(tǒng)進行噪聲治理，以上措施消聲量≥25 dB(A)。

3.1.2 降噪效果聲場模擬

空冷器區(qū)域降噪及壓縮機房整體降噪后，分別對空冷器噪聲、綜合噪聲(空冷器噪聲+壓縮機組噪聲)、空冷器降噪+壓縮機房整體降噪升級后的綜合噪聲進行聲環(huán)境模擬，結(jié)果見表6。

表6 降噪后聲場模擬結(jié)果 dB(A)

模擬結(jié)果表明：由于壓縮機房背景噪聲的影響，僅對空冷器區(qū)域進行噪聲治理，無法滿足廠界達標(biāo)要求，空冷器區(qū)域降噪后，同時實施壓縮機房整體降噪升級，最終可滿足廠界噪聲治理要求。

3.2 設(shè)置聲屏障

3.2.1 聲屏障降噪原理

在空氣中傳播的聲波遇到聲屏障時，會產(chǎn)生反射、透射和繞射現(xiàn)象。一部分越過聲屏障頂端繞射到達受聲點，一部分穿透聲屏障到達受聲點，一部分在聲屏障壁面產(chǎn)生反射。聲屏障降噪的基本原理是通過阻擋直達聲的傳播，隔離透射聲，并使繞射聲有足夠的衰減。當(dāng)聲波撞擊到聲屏障的壁面上時，會在聲屏障邊緣產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，在屏障背后形成“聲影區(qū)”，使位于“聲影區(qū)”內(nèi)的噪聲級低于未設(shè)置聲屏障時的噪聲級[7]。

3.2.2 設(shè)置廠界聲屏障

針對壓縮機組及其配套空冷器設(shè)備噪聲，計劃在空冷器附近的北廠界及東北側(cè)廠界安裝吸隔聲屏障，并分別對同一位置、屏障高度為18，25 m的隔聲效果進行模擬。廠界吸隔聲屏障效果見圖7。

圖7 廠界吸隔聲屏障效果

3.2.3 設(shè)置空冷器近場聲屏障

在空冷器區(qū)域近場附近，離空冷器端面6.5 m處安裝U形微粒吸隔聲屏障，與壓縮機房兩側(cè)山墻相連，聲屏障總長144 m，高18 m。空冷器區(qū)域近場吸隔聲屏障效果見圖8。

圖8 空冷器區(qū)域近場吸隔聲屏障效果

3.2.4 聲場模擬

將壓縮機組、空冷器噪聲代入聲學(xué)模擬軟件，分別對3種聲屏障方案治理效果進行聲環(huán)境模擬，結(jié)果見表7。

表7 設(shè)置聲屏障后聲場模擬結(jié)果 dB(A)

由表7可知：

1)設(shè)置吸隔聲屏障后，因空冷器噪聲受聲屏障影響產(chǎn)生繞射聲，雖北廠界噪聲值有所降低，但繞射聲導(dǎo)致其他廠界噪聲值升高。

2)增加聲屏障高度對北廠界圍墻外征地紅線處降噪作用有限，且聲屏障工程造價急劇上升，修建廠界聲屏障不能滿足廠界噪聲治理要求。

3.3 空冷器安裝進、排氣消音器+廠界微粒吸隔聲屏障

3.3.1 治理方案

在空冷器區(qū)域安裝進氣、排氣消音器進行噪聲治理，同時在空冷器區(qū)域廠界圍墻內(nèi)側(cè)安裝高12 m，長300 m的微粒吸隔聲屏障。

3.3.2 聲場模擬

空冷器安裝進氣、排氣消音器+廠界隔聲屏障后聲場模擬結(jié)果如圖9所示，最終北廠界圍墻外噪聲為45.2 dB(A)，北廠界安防網(wǎng)處聲噪聲值為47.6 dB(A)。但由于聲屏障繞射現(xiàn)象導(dǎo)致南廠界安防網(wǎng)處噪聲為53.9 dB(A)，超過GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》2類標(biāo)準(zhǔn)，不能滿足廠界噪聲治理要求。

圖9 空冷器安裝進、排氣消音器+廠界隔聲屏障后聲場模擬

3.4 降噪效果對比

3種降噪方案模擬效果對比見表8。

表8 3種降噪方案模擬效果對比

通過對空冷器區(qū)域降噪、壓縮機房降噪升級改造，廠界噪聲可滿足GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》2類標(biāo)準(zhǔn)，即晝間不高于60 dB(A)，夜間不高于50 dB(A)，同時能明顯改善廠區(qū)內(nèi)聲環(huán)境質(zhì)量。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié) 論

1)JGC-4/G3608天然氣壓縮機組噪聲頻帶寬，在高、中、低各頻段上都有較高的噪聲值，壓縮機動力端聲壓級高達104.2 dB(A)。空冷器噪聲中、高頻段突出，并夾雜一定量的低頻噪聲，呈寬頻帶噪聲。

2)吸隔聲屏障可對噪聲的產(chǎn)生和傳遞特征有針對性地控制，但其繞射現(xiàn)象會增加其他廠界的噪聲排放值。

3)通過在空冷器區(qū)域設(shè)置吸隔聲屋面及吸隔聲墻體的降噪房，使用降噪逃生門及聲閘，在空冷器進氣、排氣口設(shè)置消音器，同時對壓縮機房實施增設(shè)復(fù)合吸隔聲墻體及屋面，吸隔聲門等降噪措施，可使處理廠北廠界噪聲降低20.1 dB(A)，達到GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》2類標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 建 議

根據(jù)聲學(xué)模擬軟件對3種治理方案的效果模擬結(jié)果，建議處理廠在空冷器區(qū)域采取降噪措施的同時對壓縮機房進行降噪升級改造，使廠界噪聲滿足GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》2類標(biāo)準(zhǔn)。通過對天然氣壓縮機進行治理，可提高站內(nèi)聲環(huán)境質(zhì)量、減少噪聲污染，具有良好的社會和環(huán)境效益。