現(xiàn)代煤化工空分裝置噪聲污染防治技術(shù)研究

吳艷東

(國能榆林化工有限公司，陜西省榆林市，719302)

我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)現(xiàn)已取得長足進(jìn)步和發(fā)展[1]，并成為石化行業(yè)的重要組成部分，是煤炭清潔高效利用和高效轉(zhuǎn)化的重要途徑[2]。到2025年，我國將形成完備的煤制油、煤制天然氣、煤制化學(xué)品等現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)鏈[3]。

隨著煤化工技術(shù)的發(fā)展及產(chǎn)業(yè)鏈的不斷延伸，空分裝置作為重要生產(chǎn)裝置，在煤化工企業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。空分裝置主要通過空氣壓縮、預(yù)冷、凈化、精餾等措施分離空氣中各種氣體組成成分，在生產(chǎn)過程中，涉及多種高噪聲設(shè)備[4]。高噪聲設(shè)備產(chǎn)生的噪聲污染對人體健康有較大影響，不僅會干擾人的休息，長時(shí)間的影響會引起神經(jīng)衰弱、失眠、耳鳴、疲勞等癥狀。噪聲污染對人體的刺激還會削弱聽力，甚至?xí)饔糜谥袠猩窠?jīng)系統(tǒng)，使聽者出現(xiàn)頭暈、頭痛、記憶力衰退等癥狀。有研究表明，噪聲超過85 dB(A)，會使人無法專心工作，影響工作效率[5-6]。

因此，隨著國家對噪聲污染防治工作的不斷重視以及人們對良好聲環(huán)境的迫切需求，在推進(jìn)煤化工產(chǎn)業(yè)科技進(jìn)步的同時(shí)，有效控制空分裝置噪聲污染具有重要意義。

1 空分裝置噪聲現(xiàn)狀分析

國能榆林化工有限公司空分裝置為公司各類化學(xué)品生產(chǎn)提供氧氣、氮?dú)獾葰怏w。空分裝置主要包括雜質(zhì)清除系統(tǒng)、空氣加壓系統(tǒng)、空氣冷卻和液化系統(tǒng)、空氣精餾系統(tǒng)、產(chǎn)品輸送和貯存系統(tǒng)、儀器儀表電氣控制系統(tǒng)等，各個(gè)系統(tǒng)均包含多種噪聲源設(shè)備，各設(shè)備產(chǎn)生的噪聲會相互疊加，同時(shí)遇到墻體等障礙物會產(chǎn)生聲波反射，經(jīng)過疊加和反射的噪聲污染會更大。

空分裝置包括空氣壓縮機(jī)、預(yù)冷水泵、凝結(jié)水泵、液氧泵、膨脹機(jī)、空氣過濾器、空冷島等主要噪聲源設(shè)備及各類管道。其中，空氣壓縮機(jī)、預(yù)冷水泵、凝結(jié)水泵、膨脹機(jī)均設(shè)置在對應(yīng)廠房內(nèi)，設(shè)備產(chǎn)生的噪聲主要通過廠房門、窗、通風(fēng)口、屋頂?shù)认蛲廨椛洌豢諝膺^濾器、空冷島露天設(shè)置，各類管道設(shè)置綜合管廊，設(shè)備產(chǎn)生的噪聲以點(diǎn)、線、面等形式向外輻射。

空分裝置噪聲主要以機(jī)械性噪聲、空氣動力性噪聲為主。其中，空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的噪聲主要為壓縮機(jī)進(jìn)排氣噪聲、內(nèi)部機(jī)械部件運(yùn)動撞擊、摩擦產(chǎn)生的機(jī)械性噪聲以及驅(qū)動端汽輪機(jī)所產(chǎn)生的噪聲[7]；水泵類產(chǎn)生的噪聲主要為水泵工作噪聲和電機(jī)噪聲引起的復(fù)合噪聲；膨脹機(jī)產(chǎn)生的噪聲主要為空氣動力性噪聲及機(jī)械性噪聲；空氣過濾器產(chǎn)生的噪聲主要為氣流通過管道傳遞及氣流經(jīng)過空氣過濾器時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械性噪聲；空冷島產(chǎn)生的噪聲主要為風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)噪聲及渦流噪聲等空氣動力性噪聲；管廊產(chǎn)生的噪聲主要為流體流經(jīng)管道或閥門時(shí)，湍流和摩擦激發(fā)的擾動產(chǎn)生的流體動力性噪聲。國能榆林化工有限公司空分裝置主要噪聲源設(shè)備噪聲監(jiān)測結(jié)果見表1。

表1 主要噪聲源設(shè)備噪聲監(jiān)測結(jié)果

由表1可知，空氣壓縮機(jī)、預(yù)冷水泵、膨脹機(jī)、管廊產(chǎn)生噪聲均超過100 dB(A)，空氣壓縮機(jī)噪聲更是超過115 dB(A)，其余設(shè)備噪聲值亦在84～93 dB(A)之間。由于空分裝置廠房及設(shè)備排布緊湊，主要噪聲源設(shè)備產(chǎn)生的噪聲經(jīng)過疊加及建筑物、構(gòu)筑物的反射，使整個(gè)空分裝置區(qū)域形成連續(xù)、穩(wěn)定的高強(qiáng)混合噪聲。

2 噪聲污染防治技術(shù)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段噪聲污染防治主要通過噪聲源識別與定位、設(shè)計(jì)防治措施、模擬計(jì)算優(yōu)化措施，以實(shí)現(xiàn)對某一區(qū)域的噪聲污染防治。

2.1 噪聲源識別與定位

準(zhǔn)確地識別與定位噪聲源是噪聲污染防治工作的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。孫迪[8]等研究人員通過手持式傳聲器陣列與遠(yuǎn)場聲音定位的波束形成算法相結(jié)合的方法，對空分裝置區(qū)域噪聲進(jìn)行識別定位，找到主要聲源的位置；譚龍龍[9]等研究人員通過聯(lián)合頻譜分析、聲成像分析、模態(tài)分析3種方法，準(zhǔn)確識別離心式壓縮機(jī)的主要發(fā)聲部位，并有針對性地采取防治措施；郭宏志[10]等研究人員結(jié)合自動化、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，開發(fā)了建筑工地噪聲源智能檢測與識別系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑施工噪聲污染源的智能化精準(zhǔn)監(jiān)測。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，噪聲源的識別與定位技術(shù)會愈發(fā)成熟，并更多從研究階段走向?qū)嶋H應(yīng)用，為噪聲污染防治奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.2 設(shè)計(jì)防治措施

噪聲污染防治主要從噪聲源控制、傳播途徑控制、接受者個(gè)人防護(hù)3個(gè)方面進(jìn)行。噪聲源控制主要是通過選用低噪聲設(shè)備、在設(shè)備底部安裝必要的減振裝置以及在使用過程中定期維護(hù)設(shè)備等措施，使設(shè)備噪聲始終維持在出廠水平；傳播途徑控制主要通過吸聲、隔聲、消聲或三者相結(jié)合的措施降低噪聲的傳播；接受者個(gè)人防護(hù)主要通過減少接觸時(shí)間、佩戴降噪耳罩等措施，降低噪聲源對接受者的危害。噪聲污染防治措施中噪聲源控制是最根本、最有效的措施，但對于難以控制的噪聲源，在傳播途徑中控制就顯得尤為重要。

2.3 模擬計(jì)算優(yōu)化措施

模擬計(jì)算優(yōu)化措施主要是利用預(yù)測軟件模擬治理區(qū)域的聲環(huán)境現(xiàn)狀，并以此為依據(jù)添加噪聲污染防治措施，并預(yù)測噪聲污染防治措施的效果。噪聲模擬計(jì)算多采用德國Cadna/A軟件，該軟件是一套基于ISO 9613標(biāo)準(zhǔn)方法的噪聲模擬預(yù)測和控制軟件，并于2001年獲得國家環(huán)保總局環(huán)境工程評估中心的環(huán)境影響評價(jià)軟件認(rèn)證證書。Cadna/A軟件適用于工業(yè)設(shè)施、公路、鐵路和區(qū)域等多種噪聲源的影響預(yù)測、評價(jià)、工程設(shè)計(jì)及控制研究。李麗珍[11]等研究人員利用Cadna/A軟件模擬水泥粉生產(chǎn)線、火電廠噪聲現(xiàn)狀及噪聲治理后效果，用于指導(dǎo)工程降噪設(shè)計(jì)；姜凌[12]利用Cadna/A軟件進(jìn)行火電廠噪聲預(yù)測研究，并提出軟件計(jì)算結(jié)果受預(yù)測網(wǎng)格的影響較大、預(yù)測網(wǎng)格越細(xì)則預(yù)測結(jié)果越準(zhǔn)確的結(jié)論。噪聲軟件模擬計(jì)算可以直觀反映噪聲污染防治措施的效果，并為防治措施的優(yōu)化提供依據(jù)。

3 空分裝置噪聲污染防治

國能榆林化工有限公司空分裝置產(chǎn)生噪聲對生產(chǎn)管理區(qū)影響較大，為了改善生產(chǎn)管理區(qū)員工的辦公及生活環(huán)境，對空分裝置內(nèi)主要噪聲源設(shè)備采取噪聲污染防治措施。空分裝置現(xiàn)已投產(chǎn)運(yùn)行，從噪聲源控制進(jìn)行噪聲污染防治的效果十分有限，因此，需要重點(diǎn)控制傳播途徑中的噪聲輻射。傳播途徑中噪聲污染防治措施的設(shè)計(jì)與設(shè)備噪聲值、所在位置、周圍建筑物情況、與接受者的距離等因素有直接關(guān)系。在考慮設(shè)備通風(fēng)散熱、檢修維護(hù)、安全運(yùn)行等重要因素的前提下，針對不同的噪聲源設(shè)備需要設(shè)計(jì)不同的吸聲、隔聲、消聲等噪聲治理措施。

3.1 噪聲污染現(xiàn)狀模擬預(yù)測

以國能榆林化工有限公司空分裝置噪聲污染現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果為依據(jù)，運(yùn)用Cadna/A軟件并結(jié)合該項(xiàng)目的現(xiàn)場平面圖、地形圖、建筑圖，對本項(xiàng)目中主要建筑物、設(shè)備等的相對位置及大小規(guī)模進(jìn)行模擬。對主要噪聲源設(shè)備、傳聲面等進(jìn)行噪聲賦值，通過設(shè)計(jì)傳聲方向、建筑物反射、地面吸收、計(jì)算網(wǎng)格、模擬高度及聲源位置等關(guān)鍵參數(shù)，控制噪聲監(jiān)測點(diǎn)位處預(yù)測值與實(shí)際值偏差在1 dB(A)以內(nèi)，使模擬計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果相吻合。空分裝置噪聲污染現(xiàn)狀模擬如圖1所示。由圖1可以看出，空分裝置產(chǎn)生的噪聲影響較大，生產(chǎn)管理區(qū)部分區(qū)域噪聲值超過70 dB(A)。

3.2 噪聲污染防治措施

3.2.1 空氣壓縮機(jī)噪聲治理措施

空氣壓縮機(jī)房墻體為蒸壓加氣混凝土砌塊墻，屋面為復(fù)合夾心彩鋼板，墻體隔聲量能夠滿足需求，但屋面隔聲量有限，房內(nèi)設(shè)備噪聲通過屋面向外輻射趨勢明顯。因此，采用更換隔聲門、加裝隔聲窗、通風(fēng)口安裝通風(fēng)消聲器、屋頂加裝輕質(zhì)吸隔聲模塊等措施，降低廠房內(nèi)噪聲向外輻射。輕質(zhì)吸隔聲模塊由面板+阻尼吸聲棉+結(jié)構(gòu)層構(gòu)成，面板采用鍍鋅鋼板，阻尼吸聲棉根據(jù)室內(nèi)噪聲頻譜填充不同體積密度和厚度的吸聲材料，結(jié)構(gòu)整體上具有較寬的吸聲頻帶。

3.2.2 空冷島噪聲治理措施

空冷島露天設(shè)置，設(shè)備為鋼架結(jié)構(gòu)，聲源位置高，對生產(chǎn)管理區(qū)影響較大。針對空冷島風(fēng)機(jī)噪聲特性及運(yùn)行條件特點(diǎn)，在空冷島正對生產(chǎn)管理區(qū)域側(cè)加裝屏障式消聲器，減少空冷島風(fēng)機(jī)噪聲輻射。

3.2.3 空氣過濾器噪聲治理措施

在空氣過濾器外側(cè)加裝泄壓隔聲罩，泄壓隔聲罩由高效阻尼吸隔聲板與消聲器組成。高效阻尼吸隔聲板在空氣過濾器周圍形成屏障，降低噪聲向外傳播的趨勢。空氣經(jīng)由泄壓消聲器吸入空氣過濾器內(nèi)部，在滿足進(jìn)氣要求的同時(shí)降低噪聲的傳播。

3.2.4 管廊噪聲治理措施

在管廊區(qū)域?qū)?yīng)生產(chǎn)管理區(qū)一側(cè)加裝隔聲屏障，隔聲屏障頂部安裝通風(fēng)消聲器，滿足自然通風(fēng)要求。消防通道對應(yīng)位置設(shè)置隔聲走廊，在達(dá)到降噪要求的同時(shí)，也要滿足消防要求。管廊頂部安裝防雨隔聲棚，頂部隔聲棚對應(yīng)安全閥門處設(shè)置為可拆卸式，便于定期吊裝檢修。管廊兩端安裝隔聲圍擋，減少管廊噪聲從兩端的繞射傳播。隔聲屏障及隔聲圍擋采用高效阻尼吸隔聲板，高效阻尼吸隔聲板安裝采用橫向插入式，采用H鋼作為立柱，聲屏障立柱與管廊原有鋼結(jié)構(gòu)立柱連接。管廊北側(cè)隔聲圍擋從空分車間墻體外側(cè)開始，至膨脹機(jī)房墻壁外側(cè)結(jié)束，形成L型隔聲圍擋，管廊南側(cè)隔聲圍擋與通常隔聲屏障相連。在管廊下部通道對應(yīng)位置安裝隔聲門，便于工作人員及車輛進(jìn)出。對管廊內(nèi)高壓管道進(jìn)行管道包裹，管道上安裝扁鐵抱箍提供固定面，利用保溫釘將隔聲包裹材料及外護(hù)面板包裹在管道外側(cè)，有效降低高壓管道產(chǎn)生噪聲向外輻射。

圖1 空分裝置噪聲污染現(xiàn)狀模擬

3.2.5 膨脹機(jī)及水泵噪聲治理措施

依托現(xiàn)有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，在既有門窗上加裝隔聲門、隔聲窗，并對部分洞口進(jìn)行通風(fēng)改造并加裝通風(fēng)消聲器。為保證泵房夏季通風(fēng)換熱需求，增加強(qiáng)制通風(fēng)風(fēng)機(jī)，并配裝風(fēng)機(jī)專用消聲器。

3.3 降噪設(shè)備性能要求

降噪設(shè)備的性能直接決定噪聲污染防治措施的效果，在制定措施的同時(shí)，明確降噪設(shè)備的性能要求至關(guān)重要。

3.3.1 隔聲門性能要求

根據(jù)室內(nèi)噪聲源的噪聲特性設(shè)計(jì)，采用多層介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)，內(nèi)填高體積密度吸聲材料，并留一定厚度的空腔層，以消除空腔中的駐波共振。隔聲門面板與背板之間采用柔性元件連接，避免產(chǎn)生聲橋，門框四周安裝密封墊及抗氧化密封膠，防止縫隙漏聲，提高整體隔聲量。要求隔聲門面板、背板厚度不小于1 mm，吸聲材料體積密度不小于32 kg/m3，隔聲門計(jì)權(quán)隔聲量不小于30 dB(A)。

3.3.2 隔聲窗性能要求

隔聲窗采用雙層中空結(jié)構(gòu)并設(shè)阻尼層，聲波在兩層介質(zhì)之間多次反射造成互相之間的干涉使聲強(qiáng)衰減，從而提高整體隔聲量。隔聲窗的隔聲性能亦受隔聲窗安裝時(shí)密封性的影響，因此，隔聲窗密封采用阻尼隔聲密封材料。在保證密封的前提下，要求隔聲窗雙層中空結(jié)構(gòu)中玻璃厚度不低于5 mm，空氣層厚度不低于12 mm，隔聲窗的隔聲量不低于30 dB(A)。

3.3.3 消聲器性能要求

消聲器根據(jù)不同噪聲源噪聲特性選擇阻性、抗性或阻抗復(fù)合型消聲器。如百葉式消聲器是一種典型的阻性消聲器，對中高頻噪聲有很好的消聲效果，同時(shí)消聲性能受百葉間距、安裝角度、有效消聲長度等因素影響。流阻可調(diào)消聲器兼有阻性和抗性消聲的特點(diǎn)，對各頻段噪聲均有較好的消聲效果，消聲性能穩(wěn)定。要求消聲器的通透率不小于50%，消聲器內(nèi)部消聲單元間距不小于1.2倍消聲單元厚度，消聲器的阻力損失小于60 Pa，氣流再生噪聲小于20 dB(A)，消聲器消聲量不小于25 dB(A)。

3.3.4 隔聲板性能要求

隔聲板采用高效阻尼吸隔聲板，該隔聲板由面板+吸聲層+阻尼層+背板構(gòu)成，面板為具有一定穿孔率的鍍鋅鋼板；吸聲層填充不同厚度、體積密度的吸聲材料，可有效降低由于背板反射聲波造成的駐波共振，對中高頻聲波具有良好的吸收作用；阻尼層內(nèi)貼于背板共同組成隔聲構(gòu)件，對隔聲板的彎曲振動具有積極的阻礙作用，并提高吻合效應(yīng)區(qū)的隔聲量。要求隔聲板面板穿孔率不小于20%，背板厚度不小于1 mm，吸聲層吸聲系數(shù)不小于0.8，阻尼層厚度不小于10 mm，隔聲板總體厚度不小于100 mm，隔聲板的隔聲量不小于30 dB(A)。

3.4 噪聲污染防治效果模擬

以噪聲污染現(xiàn)狀模擬為基礎(chǔ)，對噪聲污染防治效果進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果如圖2。由圖2可以看出，采取噪聲污染防治措施后，空分裝置的噪聲從傳播途徑上得到了有效的控制，生產(chǎn)管理區(qū)噪聲從70 dB(A)降至55 dB(A)以下。

圖2 空分裝置噪聲污染防治效果模擬

4 結(jié)語

通過對國能榆林化工有限公司空分裝置主要噪聲源設(shè)備的噪聲現(xiàn)狀分析，結(jié)合當(dāng)前噪聲污染防治技術(shù)，提出了空分裝置噪聲污染防治的措施及要求，并運(yùn)用Cadna/A軟件模擬預(yù)測出所采取的空分裝置噪聲污染防治措施可行，為后續(xù)空分裝置噪聲污染的治理提供了研究基礎(chǔ)。