鋁板帶清洗生產線噪聲綜合治理工程

廖俊彥

(福建船政交通職業學院安全與環境學院，福建 福州 350007)

為解決鋁板帶生產線的噪聲污染問題，同時滿足該生產線的工作與檢修需求，通過對聲屏障等降噪措施插入損失的設計計算，提出了集吸聲、隔聲、消聲為一體的綜合噪聲治理方案。完工后車間內的噪聲達到了《工業企業噪聲控制設計規范》中的限值要求，保障了員工的職業健康，也為類似生產線的噪聲治理提供了參考。

1 項目概況

中鋁瑞閩股份有限公司福清分公司的鋁板帶生產車間內有清洗生產線一條，該生產線由蒸汽清洗段、干燥段和烘干段構成，在設備正常工作時會發出較大的噪聲。現場監測數據如下：

①清洗段：距離清洗噴口1m處的聲級為105.9dB(A)，距噴口2m處的聲級為103.5dB(A)；

②烘干段：散熱風機旁1m處的聲級為83.1dB(A)；

③控制室：在清洗段旁約1.5m處的控制室內，在門關閉的情況下，內部噪聲為88.8dB(A)。

清洗生產線所在的廠房室內凈空較大，且無吸聲處理，廠房內噪聲混響嚴重。因此，須對該鋁板帶清洗生產線的噪聲進行治理。

2 治理目標

2.1 標準依據

根據《工業企業噪聲控制設計規范》(GB/T 50087—2013)，每周工作5天，每天工作8小時的生產車間，噪聲限值不得高于85dB(A)，車間內觀察室的噪聲限值不得超過70dB(A)，主控室的噪聲限值不能超過60dB(A)[1]。該車間為每天8小時工作制，生產線旁的控制室距離生產線很近，垂直距離1.5m左右。根據現場監測結果，車間與控制室的噪聲值均超過了規范的限值。車間與控制室的噪聲限值見表1所列。

表1 各類工作場所噪聲限值 單位：dB(A)

2.2 驗收標準

由于清洗生產線的噪聲主要是影響生產線及控制室的操作人員，考慮到車間內凈空較大，甲方暫不對車間內部進行吸聲處理，故本次降噪工程將生產車間內的驗收標準定為：在排除背景噪聲的情況下，鋁板帶清洗生產線降噪裝置外1m處的噪聲值≤85dB(A)。

由于控制室與清洗生產線的距離較近，考慮到在對清洗生產線進行降噪處理后，降噪裝置的插入損失約為20dB(A)，故本次降噪工程暫不對控制室進行噪聲治理。控制室內的驗收標準為：在控制室進出門關閉的情況下，室內噪聲值≤70dB(A)。

3 工程分析

3.1 設計思路

鋁板帶清洗生產線噪聲值最大的位置為清洗段的蒸汽噴口處，為了使清洗生產線旁的噪聲均降到85dB(A)以下，該降噪裝置的插入損失應達到20dB(A)左右。根據各種噪聲治理措施的實際使用效果，首選隔聲罩的方式進行治理，但使用該方式存在以下問題。

①隔聲罩內為封閉式空間，為保證生產線工作時清洗蒸汽及烘干設備的熱量及時排出，應設置進排風消聲器進行通風降噪。排風消聲器一般設置在隔聲罩頂部，而清洗生產線的輥輪更換頻率較高，更換時需采用行車吊裝，因而要將隔聲罩頂部隔聲板及排風消聲器移除。雖然采用頂部拆裝或電動滑軌的方式可以解決輥輪更換的問題，但會增加工作難度和后期維護的成本。

②鋁板的清洗蒸汽需及時排出，若冷凝后形成的水滴滴落在鋁板上，將會對鋁板質量產生影響。故采用隔聲罩的方式需考慮在頂部安裝導水槽，將水蒸氣冷凝所形成的水滴順其排出，但在冬天室溫較低時產生的大量冷凝水仍有滴落的可能。

針對上述問題，考慮更換為聲屏障的方式進行降噪。在生產線四周合適的范圍安裝吸隔聲屏障，其頂部敞開用于散熱且利于換輥時行車的吊裝。同時，在隔聲屏障板上的適當部位安裝隔聲窗和消聲百葉，分別用于觀察設備運行情況及增強通風散熱效果。

隔聲屏障尺寸為：長13.8m、寬6.9m、高6.0m，設計效果如圖1所示。

圖1 聲屏障設計效果圖

3.2 插入損失

為達到20dB(A)插入損失的降噪效果，除了要求聲屏障的吸隔聲板有較好的吸聲和隔聲性能外，聲屏障的高度也應結合生產需求綜合考慮。驗收點位置及相應的插入損失值如表2所示。

表2 驗收點位置及插入損失 單位：dB(A)

4 治理措施

該聲屏障的降噪原理包括吸聲、隔聲、消聲三個部分，其中重點在于聲屏障的高度計算[2]。

4.1 吸聲治理

對室內空間或相對封閉的環境進行吸聲處理，可以減少混響聲，降低空間內的聲波能量從而達到降噪的目的。由于離心玻璃棉具有熱導率低、密度小、化學穩定性高、不燃燒、彈性恢復力好、施工性能好、可切割加工等優點，故本工程采用離心玻璃棉作為聲屏障內側吸聲的材料[3]。

從工程實用角度看，多孔吸聲材料吸聲性能的影響因素主要是厚度、密度、背后空腔深度、護面層等。增加吸聲材料的厚度和密度，可以提高材料在低頻的吸收性能，進而提高平均降噪量。本工程中采用32kg/m3、100mm厚的離心玻璃棉板，在125Hz～4000Hz的主要頻段內的平均吸聲系數達0.90以上。為了防止水蒸氣對玻璃棉性能的影響，在玻璃棉外包裹透聲不透水的無堿纖維布，同時采用1.0mm的穿孔鋁板作為護面層[4]。

4.2 隔聲治理

聲屏障的龍骨由100mm×100mm的方管構成，為方便日常觀察和人員進出，屏障上開有隔聲窗和隔聲門。隔聲門的門板材料為雙層1.5mm厚鋼板，門板內填有玻璃棉，門縫采用斜企口結構，四周門縫處采用橡膠條密封，防止孔隙漏聲。該門的計權隔聲量在45dB以上[5]。同時，在生產線的重要觀察位置安裝隔聲窗，隔聲窗采用鋼材質作為外框，框的空腔體內填充吸聲玻璃棉，其玻璃采用三層中空玻璃。該窗的計權隔聲量在40dB以上。

該聲屏障的插入損失由繞射聲衰減量ΔLd、透射聲修正量ΔLt和反射聲修正量ΔLr三部分共同決定[6]。在聲屏障繞射聲的設計上，需要根據現場實際情況選取合適的聲屏障模型。本工程將風刀處的蒸汽噴口視為點聲源，而聲屏障四周封閉可視為無限長聲屏障，故在計算聲屏障的繞射聲衰減時可采用點聲源、無限長聲屏障繞射的公式[6]，計算公式如下：

(1)

式(1)中，ΔLd為繞射聲衰減量，dB；N為菲涅耳數。

(2)

式(2)中，λ為聲波波長，m；d為聲源和接收點間的距離，m；A為聲源和聲屏障頂端的距離，m；B為接收點和聲屏障頂端的距離，m。

在現場監測時，獲取了各測點位16Hz～16000Hz的倍頻帶聲壓級數據，此處選擇63～8000Hz共8個主要倍頻帶作為設計依據。假定屏障高度為6m，預測在生產線垂直方向上距離聲屏障外不同距離處的聲壓級與A聲級。預測結果如表3所示。

表3 聲屏障外不同距離處的預測聲級 單位：dB(A)

由表3可知，當屏障高度為6m時，經聲屏障的繞射衰減，屏障外1～5m處的預測值相差在1dB(A)以內；取驗收點位置處，即聲屏障外1m處聲級76.4dB(A)為設計依據，則該屏障的繞射聲衰減值ΔLd=105.9-76.4=29.5dB(A)。

該聲屏障屏體采用的是2mm厚鋁板，其計權隔聲量為27dB，根據聲屏障的透射聲修正量：

ΔLt=ΔLd+10lg(10-ΔLd/10+10-TL/10)

(3)

式(3)中，ΔLd為繞射聲衰減量，dB；TL為屏體的傳聲損失，dB。

計算得該屏障的透射聲修正量如下：

ΔLt=29.5+10lg(10-29.5/10+10-27/10)=4.4dB(A)。

反射聲修正量取決于聲屏障、受聲點及聲源的高度，兩個平行聲屏障之間的距離，受聲點至聲屏障及聲源的距離，以及吸聲材料的降噪系數NRC[7]。此處取經驗值3dB(A)。

綜上所述，則該聲屏障的實際插入損失值：

IL=ΔLd-ΔLt-ΔLr

(4)

式(4)中，ΔLd為繞射聲衰減量，dB；ΔLt為透射聲修正量，dB；ΔLr為反射聲修正量，dB。

計算得IL=29.5-4.4-3=22.1dB(A)，故聲屏障外1m處驗收點的預測值為105.9-22.1=83.8dB(A)<85dB(A)，符合設計要求。故本次工程聲屏障的高度為6m。

4.3 消聲治理

當采取上述的治理措施后，聲屏障內部變成一個相對封閉的空間。而在清洗生產線的烘干段設有烘干機組，為滿足機組的散熱需求，除了聲屏障頂部敞開散熱外，在屏障兩側沿生產線的方向設置消聲器，以加強內部的自然通風散熱。

消聲器是一種既可使氣流順利通過，又能有效阻止或減弱聲能向外傳播的裝置。消聲器從消聲機理上來說，可分為阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗復合消聲器及擴散式消聲器等類型。阻性消聲器的消聲機理是借助安裝在其內的吸聲材料的吸聲作用，當聲波通過襯貼有吸聲材料的管道時，聲波將激發多孔材料中無數小孔內空氣分子的振動，其中一部分聲能將用于克服摩擦阻力和粘滯力變為熱能，從而達到消聲的目的。阻性消聲器具有吸聲頻帶較寬，有良好的中高頻消聲性能等優點，多用于風機、通風空調、燃氣輪機等設備的進、排氣噪聲治理[8]。阻性消聲器有直管式、片式、折板式、迷宮式、矩陣式、聲流式、盤式、彎頭式等多種結構形式。在本工程中，根據工程特點與降噪要求，選用阻性片式消聲器，由于其長度較短，也被稱為消聲百葉。其設計消聲量應與聲屏障屏體的隔聲量相當[9]。

該工程中選用的消聲百葉厚度為600mm，百葉消聲片間距100mm，根據參考資料與工程經驗，當氣流流速較低時，其動態插入損失約為23～27dB(A)[10]。而本工程對烘干機組采用的是自然通風，消聲百葉內的流速很低，消聲效果可符合驗收要求。

5 結論

通過上述降噪措施，工程完工后在各驗收點進行了監測，各點的監測值及治理效果如表4所示。

表4 工程完工后驗收點治理效果 單位：dB(A)

由表4可知，各測點均達到了驗收標準，從預測值和完工后的監測值來看，誤差在1dB(A)之內，預測的過程是十分準確的。該工程的治理經驗可應用到其他不適合采用隔聲罩治理方式的降噪工程中。