天然氣壓縮機(jī)噪聲治理及效果評(píng)價(jià)

史 亮，劉 平，張文琦，王 偉，蘇 容，楊 杰

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，陜西西安 710018）

為保障天然氣的遠(yuǎn)距離輸送，在天然氣集輸管網(wǎng)的不同節(jié)點(diǎn)設(shè)置了不同增壓能力的增壓站，壓縮機(jī)是增壓站的核心設(shè)備。壓縮機(jī)根據(jù)動(dòng)力源的不同分為燃?xì)怛?qū)壓縮機(jī)和電驅(qū)壓縮機(jī)，燃?xì)怛?qū)天然氣壓縮機(jī)因其投資少，技術(shù)成熟在蘇里格氣田廣泛使用[1-4]。

壓縮機(jī)廠房在建設(shè)初期，根據(jù)《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》，結(jié)合廠區(qū)周邊空曠無(wú)人的環(huán)境特點(diǎn)采取了一定的降噪措施，墻體內(nèi)部做吸聲隔噪處理，屋頂做吸聲吊頂處理。隨著時(shí)間的推移及周邊群眾的遷移，壓縮機(jī)廠房周邊陸續(xù)出現(xiàn)了少量群眾長(zhǎng)期定居，壓縮機(jī)噪聲對(duì)周邊群眾的身心健康產(chǎn)生了一定的影響。根據(jù)《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》，為了降低噪聲，滿足新條件下的噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)（晝間≤60 dB（A），夜間≤50 dB（A）），增壓站從壓縮廠房、消音器、空冷器等方面開(kāi)展了全面的降噪技術(shù)改造。

1 壓縮機(jī)噪聲源分析

增壓站壓縮機(jī)組動(dòng)力部分選用CAT3608 燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率1 767 kW，排氣量為170 L，排氣流量為85 m3/min，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度為480～500 ℃。壓縮機(jī)采用艾瑞爾往復(fù)式壓縮機(jī)，排量150×104m3/d，進(jìn)口壓力1.95～2.5 MPa，出口壓力3.85～5.45 MPa。空冷氣采用美國(guó)AXH 公司生產(chǎn)的132～2ZF 空冷器，每分鐘空氣流量達(dá)到6 400 m3。根據(jù)壓縮機(jī)組的組成，其噪聲特性主要包含以下幾方面。

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲分析

發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲主要由以下幾部分產(chǎn)生：

（1）氣體動(dòng)力性噪聲：主要是天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲，冷卻風(fēng)機(jī)引起的空氣流動(dòng)噪聲，工藝氣體在機(jī)組管道、壓力容器運(yùn)行中沖刷噪聲。

（2）機(jī)械性噪聲：由于天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)而發(fā)生的撞擊噪聲，機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)生的噪聲、機(jī)組各運(yùn)動(dòng)部件摩擦噪聲，壓縮機(jī)組氣閥啟閉產(chǎn)生噪聲、輔助機(jī)泵運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機(jī)械噪聲。

（3）振動(dòng)噪聲：天然氣壓縮機(jī)工作時(shí)，由于氣流脈動(dòng)引發(fā)的進(jìn)排氣管道、壓力容器振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲，冷卻風(fēng)機(jī)引起空冷器振動(dòng)噪聲。

現(xiàn)場(chǎng)使用手持式噪聲頻譜分析儀對(duì)增壓站北側(cè)和東北側(cè)進(jìn)行了實(shí)地檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1）。

從表1 中可以看出，壓縮機(jī)機(jī)組的噪聲頻譜呈寬頻帶，在高、中、低頻處噪聲均比較大，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)噪聲頻譜的特征來(lái)設(shè)計(jì)壓縮機(jī)排氣的降噪措施。

表1 實(shí)測(cè)壓縮機(jī)機(jī)組噪聲數(shù)據(jù)

1.2 空冷器噪聲源分析

空冷器噪聲主要由以下幾部分產(chǎn)生：（1）空冷器工作時(shí)，運(yùn)動(dòng)的零部件互相摩擦發(fā)出的機(jī)械噪聲；（2）進(jìn)風(fēng)口風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)引起空氣快速流動(dòng)所產(chǎn)生的空氣動(dòng)力性噪聲；（3）機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于振動(dòng)而通過(guò)各種連接管線向外輻射的振動(dòng)噪聲。

現(xiàn)場(chǎng)使用手持式噪聲頻譜分析儀對(duì)增壓站北側(cè)和東北側(cè)進(jìn)行了實(shí)地檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2）。

從表2 中可以看出，空冷器機(jī)組的噪聲頻譜呈寬頻帶，其中在中、低頻處噪聲比較大，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)噪聲頻譜的特征來(lái)設(shè)計(jì)空冷器機(jī)組的降噪措施。

表2 實(shí)測(cè)空冷器噪聲數(shù)據(jù)

2 降噪措施分析

目前采用的降噪方式主要有以下幾種[5-10]。

2.1 吸聲降噪

聲波在傳播過(guò)程中遇到各種材料時(shí)，會(huì)出現(xiàn)部分聲能被反射，部分聲能被材料吸收，部分聲能透過(guò)材料繼續(xù)再向外傳播。在噪聲源周?chē)O(shè)置隔聲屏障，可以降低室內(nèi)的混響聲。房間內(nèi)做吸聲處理后的平均吸聲降噪量可參照下式計(jì)算：

式中：ΔLp-降噪量；α1、α2-加入吸聲材料前后的房間吸聲量。

2.2 隔聲降噪

一般采用多類(lèi)型混合固體組成的隔聲材料來(lái)阻擋和減弱聲波，無(wú)規(guī)入射條件下質(zhì)量定律的經(jīng)驗(yàn)公式求隔聲量：

式中：TL-隔聲量；m-壁面單位面積的質(zhì)量；f-入射聲波的頻率。

2.3 消聲降噪

消聲原理是利用吸聲材料、護(hù)面材料及隔聲材料組合成一定結(jié)構(gòu)來(lái)降低噪聲。消聲器是一種既能使噪聲得到有效的衰減又能保證氣流正常通過(guò)的一種設(shè)備。消聲器的消聲量參照以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：Φ（a0）-與材料吸聲系數(shù)a0有關(guān)的消聲系數(shù)；a0-正入射吸聲系數(shù)；P-消音器通道截面積周長(zhǎng)，m；S-消音器通道截面積，m2；L-消音器有效長(zhǎng)度，m。

2.4 阻尼隔振降噪

在隔聲材料上涂刷特殊配比的阻尼材料，能有效減少隔聲材料的振動(dòng)，對(duì)提高隔聲材料尤其是薄板隔聲材料的隔聲量有明顯的作用，特別是低頻共振時(shí)的隔聲量。

根據(jù)廠區(qū)平面布置以及實(shí)地測(cè)量的噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲治理模擬實(shí)驗(yàn)，通過(guò)計(jì)算機(jī)聲學(xué)模擬數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)背景噪聲修正后與模擬數(shù)據(jù)基本吻合。結(jié)合噪聲源分析，造成增壓站噪聲超標(biāo)的主要原因?yàn)閴嚎s機(jī)組發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲、機(jī)械噪聲、空冷器運(yùn)行風(fēng)噪及振動(dòng)噪聲，因此針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲主要采用消音降噪，針對(duì)空冷器噪聲主要采用隔聲和吸聲降噪，針對(duì)壓縮機(jī)組廠房噪聲主要采用吸聲、隔聲和阻尼降噪。

3 增壓站噪聲治理

3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲治理

發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管配套的是一組直通式吸音消聲器，額定功率下排氣口噪聲實(shí)際檢測(cè)值為105 dB，為了進(jìn)一步降低排氣噪聲，重新進(jìn)行排氣消聲器結(jié)構(gòu)改造（見(jiàn)圖1）。

圖1 新消音器排氣方式

（1）增加了排氣消音器吸音面積，將原來(lái)消音器直行由Φ600 增加到Φ900；

（2）將直通式排氣方式改為旋流進(jìn)氣+過(guò)濾吸音式，更有效的提高消音效果。

消音器更換前、后在距消音器2～3 m 處進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖2）。

根據(jù)圖2 可知，消音器改造前后，消音器出口晝、夜間噪聲等級(jí)分別從105.4 dB 和105.7 dB 下降至90.9 dB 和91.3 dB。1#機(jī)組位于增壓站最西側(cè)受其他機(jī)組噪聲干擾作用影響較小，所以測(cè)得數(shù)值較低。

圖2 消音器改造前后噪聲檢測(cè)數(shù)據(jù)

3.2 空冷器噪聲治理

空冷器的降噪主要是修建降噪小屋，降噪小屋主要包括以下部分：

3.2.1 墻體及屋頂吸隔聲模塊 吸隔聲模塊面板采用厚度不低于1.2 mm 的鋼板制作，孔板采用厚度不低于0.7 mm 的鋼板制作，吸聲材料表面采用防火吸聲布包裹。吸隔聲模塊結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖3）。

圖3 隔聲罩吸隔聲模塊結(jié)構(gòu)

3.2.2 進(jìn)、排氣消聲器 進(jìn)氣消聲器由于空間位置有限，采用消聲長(zhǎng)度短，消聲效果好的折板式阻性消聲器。屋頂排風(fēng)消聲器采用矩陣阻性消聲器。空冷器排風(fēng)口與排風(fēng)消聲器之間設(shè)置導(dǎo)流罩，避免熱風(fēng)在隔聲罩內(nèi)循環(huán)，結(jié)構(gòu)示意圖（見(jiàn)圖4）。

圖4 空冷器進(jìn)氣、排氣消音器模塊結(jié)構(gòu)

3.3 壓縮機(jī)廠房降噪措施

根據(jù)噪聲源與廠界的位置關(guān)系、噪聲源值大小、降噪目標(biāo)值以及設(shè)備工藝要求等，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，制定吸聲、隔聲、隔振和通風(fēng)消聲等噪聲控制措施。

（1）壓縮機(jī)廠房墻體北側(cè)、西側(cè)和東側(cè)利用原有的結(jié)構(gòu)，在輕鋼龍骨上安裝多層輕質(zhì)隔聲板、多層多孔吸聲材料和一層防火吸聲布，更換外墻原有夾芯板（見(jiàn)圖5）。

圖5 壓縮機(jī)廠房墻體結(jié)構(gòu)

（2）壓縮機(jī)廠房屋頂利用原有的結(jié)構(gòu)，在輕鋼龍骨上安裝單層輕質(zhì)隔聲板，更換屋面原有夾芯板。

（3）北側(cè)原有平開(kāi)窗更換成高隔聲量隔聲窗，隔聲窗的玻璃采用6 mm+0.76 PVB+6 mm 夾膠鋼化玻璃。廠房原有的門(mén)全部更換成隔聲門(mén)。

（4）壓縮機(jī)廠房北側(cè)進(jìn)風(fēng)口設(shè)置進(jìn)風(fēng)消聲器，屋頂排風(fēng)口設(shè)置風(fēng)機(jī)強(qiáng)排消聲器，其中屋頂風(fēng)機(jī)通風(fēng)必須滿足《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50251-2015）》要求，壓縮機(jī)廠房按照事故通風(fēng)風(fēng)量進(jìn)行設(shè)計(jì)，能滿足防火防爆要求。

4 檢測(cè)結(jié)果

降噪技術(shù)改造結(jié)束后，聘請(qǐng)兩家檢測(cè)機(jī)構(gòu)在處理廠東側(cè)邊界、南側(cè)邊界、西側(cè)邊界、北門(mén)崗等16 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行噪聲檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果（見(jiàn)表3）。

表3 噪聲實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表

從檢測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)可以看出，各檢測(cè)點(diǎn)在技術(shù)改造后晝夜間噪聲測(cè)量值在45.0～49.8 dB，均低于50 dB（A），滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，壓縮機(jī)噪聲超標(biāo)的主要部位是發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲、空冷器風(fēng)機(jī)噪聲和整體壓縮機(jī)廠房噪聲產(chǎn)生。針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲，采用旋流進(jìn)氣+過(guò)濾吸音式消音器，針對(duì)壓縮機(jī)組廠房噪聲，采用吸聲、隔聲和阻尼降噪。綜合改造后，壓縮機(jī)周界噪聲測(cè)量值在45.0～49.8 dB，符合《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB12348-2008）Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)要求，即晝間≤60 dB（A），夜間≤50 dB（A）。