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保技術研究院有限公司)

0 引 言

天然氣壓縮機是氣田開發集輸過程增壓的核心設備，但運行過程中廠界噪聲往往超過國家相關標準。噪聲污染會影響人體健康，且易引發安全事故。控制噪聲不僅是勞動保護、環境保護的需要，也是企業可持續健康發展的重要問題。提高氣田周邊聲環境質量，從源頭削減噪聲污染，是解決環境問題的必由之路。

1 概 況

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

處理廠設有7臺JGC-4/G3608往復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，空冷器置于廠房外。壓縮機房雖已采取設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動機及其帶動的壓縮機發出的噪聲，主要由天然氣被壓縮至高壓后產生的動力性噪聲、發動機及壓縮機運行時活塞柱塞往復運動產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據頻譜見圖2。

圖2 壓縮機組動力端噪聲數據頻譜

根據現場測量結果，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

空冷器產生的噪聲主要是機械設備工作時運動的零部件互相摩擦發出的機械噪聲、進風口風扇轉動引起空氣快速流動產生的空氣動力性噪聲、機械設備運轉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口、空冷器排風口、發動機消音器排氣口，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測，數據基本一致。北廠界圍墻內噪聲為80.4 dB(A)，對應廠界圍墻外30 m廠界安防網處的噪聲為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測點位、監測數據可看出，處理廠北廠界噪聲超標嚴重。結合廠區內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，但由于廠房通風口、窗戶等存在漏聲現象，噪聲由室內通過其向室外傳播，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，直接導致北廠界噪聲超標。

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 噪聲現狀模擬

1)噪聲源對廠界聲環境質量的影響

將現場測試的壓縮機組、空冷器噪聲數據代入聲學模擬軟件[5]，對壓縮機組及室外空冷器噪聲進行聲環境影響模擬。噪聲源聲場模擬結果見表2，廠界噪聲現狀模擬見圖4。

表2 噪聲源聲場模擬結果 dB(A)

圖4 天然氣處理廠廠界噪聲現狀模擬

模擬結果表明：北廠界圍墻內、北廠界圍墻外、北廠界圍墻外安防網處的噪聲值模擬結果與現場實測結果基本相等。因此，模擬數據結果可作為研究參考依據。

2)空冷器對廠界聲環境質量的影響

將現場測試的空冷器噪聲數據(不考慮壓縮機組的噪聲)代入聲學模擬軟件進行聲場模擬，結果如表3所示，僅空冷器噪聲對廠界聲環境質量的影響已超過GB 12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》2類標準的限值要求。

表3 空冷器噪聲聲場模擬結果 dB(A)

3)壓縮機組對廠界聲環境質量的影響

將現場測試的壓縮機組噪聲數據(不考慮空冷器噪聲)代入聲學模擬軟件進行聲場模擬，結果如表4所示，僅壓縮機組噪聲對廠界聲環境質量的影響已超過GB 12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》2類標準的限值要求。

表4 壓縮機組噪聲聲場模擬結果 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]。

目前國內對于規模較大的處理廠、儲氣庫等站場分體式壓縮機(功率大、臺數多)，通常是從壓縮機、空冷器和發動機排氣消音器(氣驅)3個方面進行噪聲治理。采用的主要降噪措施為設置壓縮機及空冷器降噪房、排氣消音器降噪圍護結構以及配套的進風、排風消音器等。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 空冷器區域降噪措施

通過分析JGC-4/G3608天然氣壓縮機組運行產生的高強度工業噪聲源特性，結合國內降噪治理技術現狀，提出空冷器和壓縮機房降噪綜合治理、設置聲屏障、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 空冷器區域降噪、壓縮機房降噪升級改造

1)空冷器區域降噪措施

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域設置降噪房，使用降噪逃生門及聲閘，同時在空冷器進氣、排氣口設置消音器，確保進風風速低于5 m/s，進風面積不低于91 m2，保證進風段消聲量不低于30 dB(A)，排氣段消聲量不低于25 dB(A)。空冷器區域降噪設計示意見圖6，降噪措施及效果預測見表5。

2)壓縮機房降噪升級設計

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

圖6 空冷器區域降噪設計示意

表5 空冷器區域降噪措施及效果預測

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境影響較大。

控制措施設計：增設墻體及屋面的復合吸隔聲體、更換機房大門為吸隔聲門、更換墻體窗戶為雙層隔聲窗、墻體進風百葉窗處安裝進氣消音器、對廠房通風散熱系統進行噪聲治理，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境模擬，結果見表6。

表6 降噪后聲場模擬結果 dB(A)

模擬結果表明：由于壓縮機房背景噪聲的影響，僅對空冷器區域進行噪聲治理，無法滿足廠界達標要求，空冷器區域降噪后，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，會產生反射、透射和繞射現象。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。當聲波撞擊到聲屏障的壁面上時，會在聲屏障邊緣產生繞射現象，在屏障背后形成“聲影區”，使位于“聲影區”內的噪聲級低于未設置聲屏障時的噪聲級[7]。

3.2.2 設置廠界聲屏障

針對壓縮機組及其配套空冷器設備噪聲，計劃在空冷器附近的北廠界及東北側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 設置空冷器近場聲屏障

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

圖8 空冷器區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模擬軟件，分別對3種聲屏障方案治理效果進行聲環境模擬，結果見表7。

表7 設置聲屏障后聲場模擬結果 dB(A)

由表7可知：

1)設置吸隔聲屏障后，因空冷器噪聲受聲屏障影響產生繞射聲，雖北廠界噪聲值有所降低，但繞射聲導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

在空冷器區域安裝進氣、排氣消音器進行噪聲治理，同時在空冷器區域廠界圍墻內側安裝高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)，北廠界安防網處聲噪聲值為47.6 dB(A)。但由于聲屏障繞射現象導致南廠界安防網處噪聲為53.9 dB(A)，超過GB 12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》2類標準，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《工業企業廠界環境噪聲排放標準》2類標準，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內聲環境質量。

4 結論與建議

4.1 結 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生和傳遞特征有針對性地控制，但其繞射現象會增加其他廠界的噪聲排放值。

3)通過在空冷器區域設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、排氣口設置消音器，同時對壓縮機房實施增設復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《工業企業廠界環境噪聲排放標準》2類標準。

4.2 建 議

根據聲學模擬軟件對3種治理方案的效果模擬結果，建議處理廠在空冷器區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《工業企業廠界環境噪聲排放標準》2類標準。通過對天然氣壓縮機進行治理，可提高站內聲環境質量、減少噪聲污染，具有良好的社會和環境效益。