FPSO常規管路系統的噪音預測評估方法

朱睿峰,吳承恩

(1.惠生工程(中國)有限公司,上海 200000; 2.南通中遠海運船務工程有限公司,江蘇 南通 226006)

0 引言

浮式生產儲存卸貨裝置(FPSO)常規管路系統主要圍繞保障人員生活、油氣處理存儲及安全消防設計,包括壓載水、柴油、生活用水、貨油、消防水等系統,此類管路噪音往往是由于管道內部介質流動摩擦碰撞及擾動引起的,通常表現在管道流動噪音、排放口(氣體)噪音及流體經過閥門與孔板引起的阻擋噪音[1-7]。隨著世界海洋油氣開發邁向深遠海發展,針對FPSO這種將油氣處理裝置直接用于海上的高端海工產品,其安全、舒適性設計成為重中之重。管道系統噪音的預測及預防作為操作環境舒適性的重要組成部分備受關注。本研究通過對典型工藝管路、排放口噪音進行計算分析,結合不同操作工況下的噪音限值標準,評估管道系統噪音水平,明確管道隔音或排放口消音的必要性。針對控制閥、安全閥、節流孔板這類請購產品,設計建造方不僅要確保功能參數的合理性,還要對其產生的阻擋噪音進行審查,確保整體設計合規。基于制定的噪音控制標準,通過對管路系統噪音計算分析及對供貨方的設計管控,以明確系統隔音、降噪措施的必要性及請購產品(控制閥、安全閥等)的選型,從而形成一套針對常規管路系統的噪音預測評估方法。

1 管路系統噪音計算方法

1.1 管道流動噪音

為了明確管道隔聲保護的必要性,采用以下方法對管道流動噪聲進行預測,考慮了直管段流速、管道截面、密度及溫度的影響,如式(1)所示。考慮到流體在管道彎頭處存在潛在的速度增加,故下游聲功率可能增加高達18 dB。在計算距離管道1 m處的噪聲水平時,基于鋼材料(STC為35～45)和輻射表面的聲傳輸損失特性,保守假設管道外部聲功率水平相比于管道內部的降低25 dB。

(1)

式中,PWLins為管道內聲功率級,dB;Vf為管道內流體流速,m/s(V0=1 m/s);S為流動管線橫截面,m2(S0=1 m2);Tf為流體溫度,K(T0=273K);Δf為流體密度,kg/m3(Δ0=1 kg/m3)。

1.2 排放口噪音

在日常工藝系統中往往存在很多接通大氣的排放口,用于平衡設備/系統壓力,起到應急釋放的功能。根據API 521[9],在排放點(噪音源)以外30 m處的噪聲水平可用式(2)近似計算:

L30(100)=L+10lg(0.5qm*c2)

(2)

式中,L30(100)為距離排放點30 m處的噪音水平,dB;L為基于排放口的出口壓力(或限流管附件上游絕對靜壓)與大氣壓力(或限流管附件下游絕對釋放壓力)的比值PR,參照API 521圖18(見圖1)得出的噪音水平,dB;qm為通過閥門或限流管附件的質量流量,kg/s;c為閥門處氣體的聲速,m/s。

圖1 距排放口末端30 m處的聲壓級Fig.1 Sound pressure level at 30 m from the end of the outlet

其中,X為壓力比PR;Y為距排風口末端30 m處的聲壓級,dB。參考API 521,計算聲速c可用式(3)計算。

(3)

式中,k為氣體比熱容比;M為氣體的相對分子質量;T為氣體溫度,單位為開爾文(K)。

為了根據操作條件更好地評估排放口噪聲水平,通過應用式(4)對距離30 m的參考邊界進行調整。

(4)

式中,Lp為距離噪音源r處噪音水平,dB;L30(100)為距離噪音源30 m處的噪音水平,dB;r為到噪音源的距離,m。

除了上述管道流動噪音及排放口噪音外,管路系統往往還包含各種類型的控制閥門及孔板,它們是確保整個工藝系統功能性、完整性的關鍵。但在實際工程項目執行過程中,這些控制閥門及孔板通常由專門的產品制造商供貨。項目設計建造方不僅需要明確控制閥門及孔板的工藝參數要求,還要對供貨商的產品方案、材料及交付保證等進行綜合審查,特別是噪音問題,因為不同供貨商的制造工藝、產品特性及計算依據不同,故設計建造方需提前與供貨方進行技術澄清,明確噪音計算方法及產品測試流程/證書是否滿足項目要求。

針對控制閥門及孔板的噪音計算方法,如無特定要求,根據以往項目實踐,建議供應商按照VDMA 24422 、IEC 60534-8-3及IEC 60534-8-4開展計算,將計算結果體現在產品數據表(datasheet)或專門噪音數據表(noisedatasheet)中,以供技術審查。

2 評估準則

2.1正常運行工況

對于控制閥或節流孔板,在正常工況下其產生的噪音水平不應超過85dBA@1m;對于排放到大氣中的排放口,其持續(或正常運行)的排放噪音水平不應超過85 dBA@3m(假設在排放口3 m范圍內無工作平臺);對于管道,在正常運行時其管道流動噪聲不應超過85 dBA@1m,如果超過,可對管道及工藝設備進行隔聲處理。

2.2 間歇性運行工況

針對一些發出間歇、波動或周期性噪聲的設備(如減壓、鍋爐排污或污水泵),其間隔內的等效聲壓級(LAeq)為90 dBA@1m。

2.3 應急運行工況

緊急情況下,在距離噪音源1 m處a加權聲壓級不應超過115 dBA。設備和設施的緊急關閉可被認為是不適用噪音限制管控的情形,如在非常規基礎上或在緊急情況下為容器及系統提供泄壓保護而運行的泄壓閥,不應有噪聲級別限制。針對在應急情況下操作的控制閥,節流孔板及排放口產生的噪音水平不應超過115 dBA@1m。

3 計算實例

3.1 典型壓載系統管線流動噪音計算

依據工藝管線清單,提取單根管線A基礎參數(表1所示)進行流動噪音計算,主要輸入參數如下:

表1 壓載系統管線A基礎參數(正常工況)Tab.1 Basic parameters of ballast system pipeline A (normal condition)

根據式(1)計算出管道內部噪音水平為48 dB,鑒于海水在管道彎頭處存在潛在流速增加,會造成管線下游聲功率增加(+18 dB)。管線內部噪音輻射傳輸也存在一定的損耗(-25 dB)。故距離A管道1 m處的噪聲水平為41 dB,滿足正常工況下管道流動噪聲不應超過85 dBA@1m的要求。

若系統中管路的計算噪音超過85 dBA@1m的要求,建議根據管徑及噪音偏差選取必要的管道隔音措施[8-9],并在三維模型配管布置時及時預留相應的隔音材料空間。

3.2 典型壓載艙排放口噪音計算

依據該壓載艙工藝設計及API 521圖18(如圖1所示),主要輸入參數如下:

表2 壓載艙空氣排放口基礎參數(正常工況)Tab.2 Basic parameters of ballast tank air outlet (normal condition)

根據上述式(2)～(4),計算出此常規壓載艙透氣排放口噪音水平為72 dB@3m,滿足正常工況下氣體排放口噪音水平不應超過85 dBA@3m的要求。

4 結束語

從FPSO項目實踐出發,基于制定的噪音評價標準,采用較為成熟的計算方法,定量預測分析管道流動噪音及氣體排放口噪音水平,及時識別常規管道系統噪音風險。針對控制閥、安全閥、節流孔板這類請購產品,通過對供應商設計審查,及時有效地進行噪音管控,形成一套針對FPSO常規管路系統的噪音預測評估方法,取得了較好的應用效果,可在海上油氣生產處理裝置建造中進行推廣及應用。