海上平台噪声分析及防治

巩 雪*

（海洋石油工程股份有限公司）

0 引言

噪声不仅会对人们的工作、学习、休息产生影响，也会影响人们的身体健康。长期在噪声环境下工作，可能会引起人体不适、疲劳，甚至会引发肠胃、脊柱、腰椎等多种疾病，更严重时可能会导致听力损伤或其他疾病[2]。基于健康安全环保的作业理念，对海上平台开展噪声分析是十分有必要的，本文对海上平台噪声产生的主要原因进行了分析，提出了噪声防治措施，从而减少噪声带来的危害。

1 海上平台设施噪声分布及限值

海上平台远离陆地，且作业空间有限，因此工作区和生活区通常设置在同一平台上。平台上的主要噪声源是各类动力设备和转动设备，包括透平发电机、压缩机、风机、泵及空调系统等。根据国家标准要求，上述设备都要进行噪声级别监测检验合格后才能出厂。由于平台作业区域设备布置较为密集，运行时多种设备的噪声相互叠加，同时海上平台主体为钢结构，加剧了噪声的影响效果。

研究者对3 个海上气田和8 个油田装置的工艺操作工进行了噪声强度个体测量，另外对高噪声设备以及生活区内房间进行噪声定点测量并分析，得到了透平发电机、压缩机、消防泵等设备噪声强度范围为97.5～103.3 dB(A)，生活楼中央控制室、休息室、办公室、医务室、无线电室噪声强度范围为49～63.6 dB(A)。其中中央控制室、医务室、无线电室的噪声强度分别超过《海上固定平台安全规则》第十八章中噪声控制要求，具体可见表1。

表1 噪声控制要求

2 海上平台噪声源

海上平台噪声主要可分为空气动力性噪声和机械性噪声。空气动力性噪声是由气体扰动引起空气振动形成的噪声；机械性噪声是固体在撞击、摩擦、交变机械应力或电磁力作用下发生振动而形成的噪声。

2.1 空气动力性噪声

海上平台空气动力性噪声主要来自通风机和空调系统。这类噪声是由于高速气流、不稳定性气流与物体相互作用而产生的。对暖通空调系统噪声产生的机理进行分析后可知，不论是通风机噪声还是空调噪声，都可分为空气动力源机械运转产生的噪声和管道气流再生噪声两种类型。

2.2 机械性噪声

由振动系统的一个或多个固有振动频率为主要组成部分引起的噪声称为机械性噪声。任何机械部件都有固定的振动方式，不同的振动方式振动频率也不同。因此不管何种原因引起的海上平台整体或局部振动，只要频率在声频范围内都会引起机械性噪声。

3 噪声分析方法

噪声分析方法主要可分为两种，一种是严格将噪声按照机械波来研究，属于波动声学；另一种是在一定条件下，将声波看成声线或声能量粒子来研究，属于统计声学。

在波动声学领域，主要采用的分析方法为有限元与边界法则。有限元分析法广泛应用于各个领域，在噪声分析当中可以用来计算较复杂结构的振动与声学问题，但对于高频声或尺寸较大的声场，其分析能力比较有限。边界法是随着计算机技术不断发展而兴起的一种计算方法，是解析与数值相结合的计算方法。

采用统计声学进行研究时，首先应引入声线的概念，声线代表点声源发出的球面波的一部分，也就是将声波看成能量粒子来进行分析。统计能量分析法的优势为分析速度快、运算量小，且对高频声的分析较为有效。但该方法受限于弱耦合、激励源之间不相关等一些基本假设，无法准确分析低频声传播情况。另外，损耗因子主要依靠试验来确定，这也是统计能量分析法应用中的关键。因此统计能量分析法可用于未知结构的声场预测，对实际声场分析后得到的结果精度则比较有限。

4 噪声防治方法

控制噪声的基本途径可以从以下三个方面来考虑：从声源处降低噪声、限制噪声传播及减少噪声接收。具体方法包括加装消声器、利用吸声材料、设置操作间或声屏障以及主动控制等。

4.1 降低声源噪音

海上平台许多动力设备如透平发电机、空压机等的主要噪声都来自排气过程，因此在声源设备上加装消声器是行之有效的降噪方法。透平发电机噪声主要是由叶轮中高速旋转的气流产生的，可以将其分为中低频和高频两种噪声，并以前者为主。针对中低频噪声，通常可采用抗性消声器，抗性消声器是在排气管与管口之间串联或并联一些各种形状及尺寸的管道，使声波在管道中发生反射或干涉，从而削弱了排气管中相应频率的声波向管口传播的能量。抗性消声器的气流阻力较小，但消声频带较窄，在中低频范围内消声效果好。空压机噪声与透平发电机的噪声机理是类似的。由于空压机内的气体温度较低，容积流量较小，气流逐级收缩且稳定性好，因此产生的气体动力性噪声级较低，且以高频为主。针对高频噪声，通常采用阻性消声器或阻抗复合型消声器。阻性消声器是在管道内适当的地方布置吸声材料，利用吸声材料中的空隙使气流产生摩擦式黏滞，利用气流的节流与扩张来降低气流的振动幅度。阻性消声器对于高频声波具有良好的消声效果，但气流阻力较大。

4.2 限制噪声传播

改变噪音的传播途径是限制噪声传播的有效方法，如采用隔声技术、利用吸声材料等。

隔声是控制噪声传播最简单有效的措施，具体包括设置声屏障、隔声罩、隔声间等。以单层隔声屏障为例，隔声量可根据隔声质量定律来计算。隔声屏障的效果也是随着声频率增大而增强。在设置声屏障的时候需要选择合适的屏障厚度，从而避开屏障的吻合效应，当吻合效应发生时，墙壁的隔声效果会大大降低。与单层隔声屏障相比，双层隔声结构由于其间空气阻尼振动引起的衰减，隔声效果比同质量的单层结构好6～10dB（A）。若要求的隔声量相同，双层结构比单层结构的质量要轻2/3～3/4。在隔声结构中，门、窗是透声率较大的部位。从隔声的角度考虑，最好采用隔声效果较好的门窗结构。因此对海上平台来说，门窗要做好边缘处的密封，最好用择双层门窗结构。

采用吸声材料也是一种有效减少噪声传播的措施。海上平台房间一般采用钢板作为房间壁板和地板，钢制材料容易使声波发生反射。声波在墙壁反射后的效果则是造成混响噪声，增加了接受者听到的噪声强度。可在海上平台舱室顶板或壁板加装吸声材料，从而减少壁板的发射声，增加舱室内的总吸声量，提高舱室内的平均吸声系数，从而达到降低舱室内噪声的目的。以5 mm 厚的密度为150 kg/m3的玻璃棉为例，其对125 Hz 噪声的吸声系数为0.12，而对1 000 Hz 噪声的吸声系数为0.99。因此在实际应用中，通常需对吸声材料进行加工，将其制成多孔吸声材料或共振吸声结构，可提高对中低频声的吸声系数。

4.3 降低噪声接收

当在声源和传播途径上无法采取措施，或采取的措施达不到预期效果时，需要对噪音接收者采取防护措施以降低噪声带来的影响。用于预防噪声危害的个人防护用品常用的包括防声耳塞和防声耳罩两大类。

耳塞体积小，便于携带，也不妨碍其他防护用品的佩戴，在湿热环境中，长时间佩戴比耳罩更舒适，且可以有效降低噪声带来的影响。以海上平台某操作间需佩戴耳塞工作8 h 为例，耳塞的标准降噪值为30 dB（A），佩戴8 h 能够取得30 dB（A）的降噪效果；佩戴7.5 h，有效防护只有12 dB（A）；佩戴4 h，有效防护则只有4 dB（A）。可见耳塞佩戴时间越短，有效防护也将锐减，因此在海上平台噪声工作场所应始终坚持正确佩戴耳塞。

防声耳罩是用隔声的罩子将外耳罩住，两个耳罩之间采用具有适当夹紧力的头带或颈带将耳罩固定在头上，也可以设置插槽与安全帽配合使用。防声耳罩隔声效果比防声耳塞效果好，佩戴位置稳定，当在户外或寒冷季节作业使用可同时起到保暖作用，使用寿命较长，平时需要进行维护保养。

5 结论

海上平台声场分析历来不太受到重视，针对平台结构的声场分析研究也比较少。声源设备噪声特性、区域噪声场分析方法以及噪声防治措施的研究相对较多。在降噪方面，吸声、隔声等措施都在实际应用中都取得了不错的效果，但在平台环境有限的条件下如何应用仍缺乏有效的研究。因此未来将针对海上平台声场分析重点对台噪声源设备特性进行调查研究，了解各个声源设备的噪声级与频谱特性，熟悉平台结构与材料特征，准确了解声场状况。在符合条件的前提下，将陆地声场分析方法应用在平台环境，并根据平台实际状况进行修正。对于以钢结构为主的平台结构，则应探索结构振动声辐射对声场的影响。

在噪声场所环境下工作的人员，应做好噪声防护培训及防护措施，提高作业人员的自我防护意识，自觉佩戴个人防护用品，从而降低噪声带来的损害。