深水固井隔音罩的开发与应用

2016-04-11侯林中海油田服务股份有限公司油田化学事业部天津300450

长江大学学报(自科版) 2016年1期

关键词：降噪固井深水

侯林　(中海油田服务股份有限公司油田化学事业部,天津 300450)

王庆楠，黄红华　(四机赛瓦石油钻采设备有限公司，湖北荆州 434024)

李斌　(中海油田服务股份有限公司油田化学事业部,天津 300450)

王延浩，钟明军　(四机赛瓦石油钻采设备有限公司，湖北荆州 434024)

深水固井隔音罩的开发与应用

侯林(中海油田服务股份有限公司油田化学事业部,天津 300450)

王庆楠，黄红华(四机赛瓦石油钻采设备有限公司，湖北荆州 434024)

李斌(中海油田服务股份有限公司油田化学事业部,天津 300450)

王延浩，钟明军(四机赛瓦石油钻采设备有限公司，湖北荆州 434024)

[摘要]为了改善海上平台现场环境，保护施工人员健康，实现深水固井作业降噪，研发了深水固井隔音罩。根据隔声原理进行隔声插入损失计算，确定了设计方案的隔声量。经试验应用证明，该隔音罩有效降低了噪声的影响，能够满足深水固井作业要求。

[关键词]隔音罩；降噪；深水；固井

随着石油勘探开发正逐步向深水发展，代表我国最新技术水平的HY981半潜式平台已投入实际应用。HY981半潜式平台搭载了SJS公司生产的PCS-522B型双机双泵固井橇，该型号固井橇装机功率大、混浆质量好、自动化程度高，符合深水固井作业的需要。在海上平台上，噪声是造成施工人员身体损害的主要因素之一[1,2]，发动机和传动装置等构成的动力系统是深水固井设备噪声的主要来源。深水固井压裂设备配置双发动机的动力系统时，2套发动机组的间隔距离很小，噪声声压叠加；加之平台舱内配备大装机功率固井橇，产生反射混响声，可能形成更具危害的共振效应。笔者根据现场工况，研发了适用于深水固井作业的隔音罩，并应用于HY981半潜式平台固井作业，取得了良好效果。

1理论设计

图1　隔音罩示意图

1.1设计思路

从声源辐射出来的声音形成声波，在空气中传播，而在其传播路径上插入障碍物进行阻挡，可减少对环境的污染[3]。固井设备动力系统的主要噪声源是涡轮增压柴油发动机的排气噪声、进气噪声、燃烧噪声和机械噪声。深水固井隔音罩的设计思路是将设备动力系统与固井机组整体单独隔离开，形成相对独立的封闭单元，通过吸声与隔声设计降低噪声向外传递。

在密闭空间内，双发动机的机械噪声和涡流噪声将经过反射、声压叠加，产生共振效应。应用吸声结构和吸声材料，吸收隔音罩内的声能，减小入射声一侧的反射声能，吸收直达声，降低混响声。采用共振吸声结构，使用微穿孔板并填充梯度吸音棉，声能经过共振作用和入射不同密度介质而逐步衰减。采用高密度隔声毡敷设在隔音罩钢制外壳的内侧，其透射声能小，并可抑制罩体共振产生辐射噪声，降低对隔音罩外相邻空间的噪声干扰。隔音罩示意图如图1所示。

1.2设计参数

隔声结构由全封闭的隔音罩壁组成，罩壁的隔声量是50db。隔音罩开设检修门和观察窗，检修门的隔声量是40db，观察窗的隔声量是20db。罩壁的尺寸是5.5m×3m；罩壁设置2个检修门，每个检修门的尺寸是2m×1m；每个检修门上各设置1个观察窗，观察窗的尺寸是0.32m×0.32m 。罩壁的面积S1=12.5m2；检修门的总面积S2=3.8m2，观察窗的总面积S3=0.2m2。

隔音罩由各个隔声构件组合成，其综合隔声量取决于各构件的面积、隔声量等因素[4]。

综合声能透射系数τc为：

=1.52×10-4

(1)

式中，τ1为罩壁的声能透射系数，1；τ2为检修门的声能透射系数，1；τ3为观察窗的声能透射系数，1。

综合隔声量Rc为：

=38.18(dB)

(2)

2总体结构

图2　隔音罩结构图

海上平台的操作空间局促，隔音罩设计为拼装结构，组合形成一个整体框架式结构，作为独立的舱室将整机的动力系统封闭起来，隔音罩结构如图2所示。近操作平台的隔音罩末端设计可拆卸的隔音墙，可根据不同型号固井设备的动力系统结构调整其布置的位置，适用面广。隔音罩前端和两侧面设置检修用隔声门，侧面隔声门上设置观察用隔声多层窗，以便于作业时的巡检和日常维护。隔音罩顶部设置可拆卸活动吸音板，满足动力系统大修吊装零部件的需要。

2.1隔音罩罩体

罩体由多层高阻隔音吸音材料组成，由内至外依次是微孔吸声板、阻燃玻纤布、梯度吸音棉、高阻隔声毡、镀锌钢板。微孔吸声板穿孔率是5%；阻燃玻纤布内衬固定吸声材料，防水阻燃；梯度吸音棉是多层不同密度的聚酯纤维吸音棉依次压制成型；罩体骨架采用型钢，罩体外壳采用2mm镀锌钢板，外表面作海洋防腐涂装。

2.2通风与散热

涡轮增压柴油发动机工作时，周期性的排气和进气噪声是最主要的噪声源。隔音罩设置独立的进气接口和排气接口，联接海上平台的隔音管道，形成空气补充和废气排放的独立通道，隔离动力系统的进气和排气噪声。独立的补气排气通道，可有效保证动力系统的进气质量和排气散热、降噪效果。隔音罩的顶部和底部设置通风口，形成下进上出的散热风道，散热风道的空气流动覆盖整个动力系统，能够有效保证动力系统的机体散热。散热口设置防爆轴流风机，安装折板式消声栅。

2.3功能接口

隔音罩设置功能接口，功能接口包括动力接口和管线接口，实现隔音罩封闭下的动力系统与设备整机的功能联系。动力接口主要是实现动力系统对固井柱塞泵和液压系统的动力输出，动力接口安装取力器，通过取力器的动力传递，实现动力输出和隔声降噪。管线接口主要是在封闭的动力系统与整机之间，实现液压、气控、冷却和电气等方面的联系，管线接口采用密封法兰的形式。功能接口的设置将开孔数量降到最低，减少漏声。功能接口的缝隙均作密封处理，接口采取减振、密封措施。

2.4密封与隔振

隔音罩各构件使用螺栓连接，牢固可靠、拆卸便捷。隔音罩的各构件、接口和隔声门窗之间的缝隙均作密封处理，减少漏声量。隔音罩与动力系统和底座不能有刚性接触，同时隔音罩与海上平台的甲板之间铺设隔振垫层，杜绝固体传声的可能。

3应用效果

图3　隔音罩安装图

固井设备整体就位后，按实际固井作业工况运行，在操作平台位置，实测噪声值112～120dB。在试验场安装动力系统隔音罩，组装严格执行工艺要求，基础隔振和缝隙密封均严格保证质量，隔音罩安装结果如图3所示。以相同工况运行，在操作平台位置进行测量，实测噪声值是83dB。工作场所噪声的接触限值是85dB[5]，满足国家职业卫生防护要求。

该隔音罩基本达到预期的设计目标，隔音降噪效果明显，有效地保护了操作平台区域的施工人员健康。同时充分考虑了固井单元的机组通风散热、维护保养、功能接口外接。该型隔音罩可明显改善深水固井作业的环境，适用性强，在各类海洋平台上应用前景广阔。目前，将应用于HY981半潜式平台的固井作业。

[参考文献]

[1]刘金友，李宝源，蔡立平，等. 海上石油平台及船舶人员的听力调查[J]. 耳鼻咽喉-头颈外科，2001，8(5)：259～262.

[2]隋广涛，杨静波，隋广平，等. 大庆油田钻井工人主要职业病危害因素的调查[J].职业与健康,2009(15):1603～1604.

[3]何渝生. 汽车噪声控制[M].北京：机械工业出版社，1995.

[4]马大猷.声学手册[M].北京：科技出版社，2004.

[5]GBZ 2.2-2007，工作场所有害因素职业接触限值物理因素[S].

[编辑]赵宏敏

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2016)01-0057-03

[中图分类号]TE951

[作者简介]侯林(1980-),男，工程师，现主要从事海洋石油固井装备技术管理方面的研究工作；E-mail：houlin@cosl.com.cn。