某天然气处理厂压缩机噪声分析及治理方案

2021-05-10邹丽蓉张军峰黄莎莎

油气田环境保护 2021年2期

邹丽蓉张军峰林奇黄莎莎刘平

(1.中国石油长庆油田分公司第三采气厂；2.中国石油集团安全环保技术研究院有限公司)

0 引言

天然气压缩机是气田开发集输过程增压的核心设备，但运行过程中厂界噪声往往超过国家相关标准。噪声污染会影响人体健康，且易引发安全事故。控制噪声不仅是劳动保护、环境保护的需要，也是企业可持续健康发展的重要问题。提高气田周边声环境质量，从源头削减噪声污染，是解决环境问题的必由之路。

1 概况

苏里格气田某天然气处理厂设计天然气处理量为30×108m3/a，厂界噪声执行GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》2类标准，即昼间不高于60 dB(A)、夜间不高于50 dB(A)[1]。

处理厂设有7台JGC-4/G3608往复活塞式分体式天然气压缩机组[2]。压缩机组布置在压缩机房内，空冷器置于厂房外。压缩机房虽已采取设置吸隔声墙体及屋顶、隔声门窗、消音器等降噪措施，但北厂界最高等效噪声值仍达80.4 dB(A)。压缩机房与厂界距离见图1。

图1 压缩机房与厂界距离

2 天然气压缩机噪声分析及噪声现状

2.1 噪声源特性分析

2.1.1 压缩机组噪声

压缩机组的高噪声是由天然气发动机及其带动的压缩机发出的噪声，主要由天然气被压缩至高压后产生的动力性噪声、发动机及压缩机运行时活塞柱塞往复运动产生的脉冲机械性噪声、管道振动噪声等叠加而成，具有频带宽、低频声强(500 Hz以下)的特性[3]。压缩机组动力端噪声数据频谱见图2。

图2 压缩机组动力端噪声数据频谱

根据现场测量结果，JGC-4/G3608天然气压缩机组噪声频带宽，在高、中、低各频段上都有较高的噪声值，压缩机动力端声压级高达104.2 dB(A)[4]。

2.1.2 空冷器噪声

空冷器产生的噪声主要是机械设备工作时运动的零部件互相摩擦发出的机械噪声、进风口风扇转动引起空气快速流动产生的空气动力性噪声、机械设备运转时由于振动而通过各种连接管线向外辐射的振动噪声。主要噪声源包括空冷器进风口、空冷器排风口、发动机消音器排气口，噪声值见表1。

表1 压缩机组配套空冷器噪声值 dB(A)

通过对3类噪声源频谱进行分析，其噪声特性是中、高频段较突出，并夹杂一定量的低频噪声，呈宽频带噪声。

2.1.3 天然气处理厂噪声现状

压缩机房距离北厂界30 m，其噪声对北厂界影响较大。在天然气处理厂正常工况运行下，对北厂界噪声进行两次监测，数据基本一致。北厂界围墙内噪声为80.4 dB(A)，对应厂界围墙外30 m厂界安防网处的噪声为68.8 dB(A)。厂界围墙处、围墙外噪声频谱见图3。

图3 厂界围墙处、围墙外噪声频谱

由厂界及噪声源强监测点位、监测数据可看出，处理厂北厂界噪声超标严重。结合厂区内主要噪声源平面位置、高度、声压级及噪声频谱特性分析可知：

1)压缩机运行时的噪声强度较大。压缩机房墙面及吊顶已进行过降噪处理，但由于厂房通风口、窗户等存在漏声现象，噪声由室内通过其向室外传播，造成压缩机噪声对北厂界贡献值较大。

2)空冷器区域未采取任何降噪措施，且距离北厂界较近，其运行噪声直接影响北厂界的声环境。由于空冷器噪声属于宽频噪声，噪声强度大，传播远，直接导致北厂界噪声超标。

3)虽已更换新型消音器，但压缩机排气口噪声值仍超过88 dB(A)。

2.2 噪声现状模拟

1)噪声源对厂界声环境质量的影响

将现场测试的压缩机组、空冷器噪声数据代入声学模拟软件[5]，对压缩机组及室外空冷器噪声进行声环境影响模拟。噪声源声场模拟结果见表2，厂界噪声现状模拟见图4。

表2 噪声源声场模拟结果 dB(A)

图4 天然气处理厂厂界噪声现状模拟

模拟结果表明：北厂界围墙内、北厂界围墙外、北厂界围墙外安防网处的噪声值模拟结果与现场实测结果基本相等。因此，模拟数据结果可作为研究参考依据。

2)空冷器对厂界声环境质量的影响

将现场测试的空冷器噪声数据(不考虑压缩机组的噪声)代入声学模拟软件进行声场模拟，结果如表3所示，仅空冷器噪声对厂界声环境质量的影响已超过GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》2类标准的限值要求。

表3 空冷器噪声声场模拟结果 dB(A)

3)压缩机组对厂界声环境质量的影响

将现场测试的压缩机组噪声数据(不考虑空冷器噪声)代入声学模拟软件进行声场模拟，结果如表4所示，仅压缩机组噪声对厂界声环境质量的影响已超过GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》2类标准的限值要求。

表4 压缩机组噪声声场模拟结果 dB(A)

3 控制措施方案研究

噪声污染已和水污染、空气污染及垃圾并列为现代社会的四大公害，常见噪声控制措施包括治理噪声源、在传播途径上降低噪声和防护接收点，治理方法主要有隔声、隔振、消声和吸声等[6]。

目前国内对于规模较大的处理厂、储气库等站场分体式压缩机(功率大、台数多)，通常是从压缩机、空冷器和发动机排气消音器(气驱)3个方面进行噪声治理。采用的主要降噪措施为设置压缩机及空冷器降噪房、排气消音器降噪围护结构以及配套的进风、排风消音器等。典型的成功案例为西南油气田安岳处理厂八里村增压站、相国寺储气库等。

3.1 空冷器区域降噪措施

通过分析JGC-4/G3608天然气压缩机组运行产生的高强度工业噪声源特性，结合国内降噪治理技术现状，提出空冷器和压缩机房降噪综合治理、设置声屏障、空冷器安装进排气消音器+厂界微粒吸隔声屏障综合治理3种方案，并对治理效果进行模拟。

3.1.1 空冷器区域降噪、压缩机房降噪升级改造

1)空冷器区域降噪措施

7台空冷器位于压缩机房北面室外，见图5。

图5 天然气压缩机配套的室外空冷器

空冷器单台风量为3 900 m3/min，通过采用吸隔声屋面及吸隔声墙体在空冷器区域设置降噪房，使用降噪逃生门及声闸，同时在空冷器进气、排气口设置消音器，确保进风风速低于5 m/s，进风面积不低于91 m2，保证进风段消声量不低于30 dB(A)，排气段消声量不低于25 dB(A)。空冷器区域降噪设计示意见图6，降噪措施及效果预测见表5。

2)压缩机房降噪升级设计

目前压缩机房已采取降噪措施，但厂房整体隔声量不足。厂房南墙内墙体处噪声为94.2 dB(A)，南墙外对应处墙体噪声为77.9 dB(A)。

图6 空冷器区域降噪设计示意

表5 空冷器区域降噪措施及效果预测

7台JGC-4/G3608机组靠近压缩机房北墙，机组对厂房北墙噪声影响比南墙大，压缩机房北墙内噪声约为104.2 dB(A)，北墙外传噪声为85.3 dB(A)，其外传噪声对北厂界声环境影响较大。

控制措施设计：增设墙体及屋面的复合吸隔声体、更换机房大门为吸隔声门、更换墙体窗户为双层隔声窗、墙体进风百叶窗处安装进气消音器、对厂房通风散热系统进行噪声治理，以上措施消声量≥25 dB(A)。

3.1.2 降噪效果声场模拟

空冷器区域降噪及压缩机房整体降噪后，分别对空冷器噪声、综合噪声(空冷器噪声+压缩机组噪声)、空冷器降噪+压缩机房整体降噪升级后的综合噪声进行声环境模拟，结果见表6。

表6 降噪后声场模拟结果 dB(A)

模拟结果表明：由于压缩机房背景噪声的影响，仅对空冷器区域进行噪声治理，无法满足厂界达标要求，空冷器区域降噪后，同时实施压缩机房整体降噪升级，最终可满足厂界噪声治理要求。

3.2 设置声屏障

3.2.1 声屏障降噪原理

在空气中传播的声波遇到声屏障时，会产生反射、透射和绕射现象。一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点，一部分穿透声屏障到达受声点，一部分在声屏障壁面产生反射。声屏障降噪的基本原理是通过阻挡直达声的传播，隔离透射声，并使绕射声有足够的衰减。当声波撞击到声屏障的壁面上时，会在声屏障边缘产生绕射现象，在屏障背后形成“声影区”，使位于“声影区”内的噪声级低于未设置声屏障时的噪声级[7]。

3.2.2 设置厂界声屏障

针对压缩机组及其配套空冷器设备噪声，计划在空冷器附近的北厂界及东北侧厂界安装吸隔声屏障，并分别对同一位置、屏障高度为18，25 m的隔声效果进行模拟。厂界吸隔声屏障效果见图7。

图7 厂界吸隔声屏障效果

3.2.3 设置空冷器近场声屏障

在空冷器区域近场附近，离空冷器端面6.5 m处安装U形微粒吸隔声屏障，与压缩机房两侧山墙相连，声屏障总长144 m，高18 m。空冷器区域近场吸隔声屏障效果见图8。

图8 空冷器区域近场吸隔声屏障效果

3.2.4 声场模拟

将压缩机组、空冷器噪声代入声学模拟软件，分别对3种声屏障方案治理效果进行声环境模拟，结果见表7。

表7 设置声屏障后声场模拟结果 dB(A)

由表7可知：

1)设置吸隔声屏障后，因空冷器噪声受声屏障影响产生绕射声，虽北厂界噪声值有所降低，但绕射声导致其他厂界噪声值升高。

2)增加声屏障高度对北厂界围墙外征地红线处降噪作用有限，且声屏障工程造价急剧上升，修建厂界声屏障不能满足厂界噪声治理要求。

3.3 空冷器安装进、排气消音器+厂界微粒吸隔声屏障

3.3.1 治理方案

在空冷器区域安装进气、排气消音器进行噪声治理，同时在空冷器区域厂界围墙内侧安装高12 m，长300 m的微粒吸隔声屏障。

3.3.2 声场模拟

空冷器安装进气、排气消音器+厂界隔声屏障后声场模拟结果如图9所示，最终北厂界围墙外噪声为45.2 dB(A)，北厂界安防网处声噪声值为47.6 dB(A)。但由于声屏障绕射现象导致南厂界安防网处噪声为53.9 dB(A)，超过GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》2类标准，不能满足厂界噪声治理要求。