工业冷却塔噪声治理及案例分析研究

党鹏刚，张英，刘毅

（1.陕西煤业化工技术研究院，西安 710100；2.陕西省环境科学研究院，西安 710043；3.陕西渭河煤化工集团有限责任公司，陕西 渭南 715100)

近年来，随着人们环保意识的增强，噪声问题逐渐成为制约工业装置长周期稳定运行的新问题。冷却塔是工业上用冷却循环水使其温度降低的构筑物，常用于化工、电力、水泥等需要控制装置运行水温的行业，工业冷却塔在运行过程中因为电机、风机及水流运动会产生大量噪声，给周围环境带来较大影响[1]。工业设计规范中，一般将安全性高、污染特性小的水处理、冷却塔、原料堆场、产品库房等布置在靠近厂界位置[2]，用于防止和减少主生产工序的有害气体、烟、雾、粉尘、震动、噪声对周围环境的影响[3—5]。对冷却塔之类不能影响其通风的化工装置来说，普通的封闭隔音、消声技术难以适用。目前，我国工业企业周边噪声超标问题非常普遍，本文介绍了某集团工业冷却塔噪声治理案例，提出既能解决噪声影响又不影响装置通风的降噪方案，对治理冷却塔噪声、保障工业生产长期稳定运行具有重要意义。

1 工业冷却塔的结构

工业冷却塔一般采用多组大型塔式组合的形式，由塔体、电动机、风机、水轮机、风筒、淋水器、进风口、下塔体（集水池）、管路、循环水泵、阀门等组成[6]。冷却塔在工业生产中主要是利用水和空气的接触，通过蒸发作用来散去制冷设备中产生的废热。其工作原理是外界环境的空气通过塔顶上部风机抽动后，冷空气自下部的进风口进入冷却塔内，与塔内下落的热水流进行交换，产生蒸发现象，并通过顶部风筒将水中的热量带走，从而达到降温的目的。

2 噪声源分析

根据冷却塔的结构特点及工作原理，其噪声源主要有淋水噪声、风机噪声、电机和水轮机噪声、管道系统噪声。噪声具体产生部位见图1。

图1 冷却塔气流流动及噪声辐射方向示意图

2.1 淋水噪声

冷却水从落水装置下落时与塔底蓄水池水面撞击产生淋水噪声，其频谱本身呈现中、高频特性，噪声级与落水高度、单位时间内的水流量有关[7,8]。冷却塔进风口面积很大，淋水噪声呈面声源向外辐射，同时，因为进风口需要有大风量空气进入塔内进行对流交换，故冷却塔下部封闭降噪方案不可行[9]。

2.2 风机噪声

风机噪声也是冷却塔主要的噪声源，是一种空气动力噪声，包括湍流噪声和旋转噪声。当气流通过叶片表面时，会在其背部脱体，在尾部由于气流的黏滞形成一系列涡流，从而产生湍流噪声，具有连续频谱特性。旋转噪声是由叶片旋转时形成的压力脉产生的，与叶片数、转速、气体流量等有关，其频谱呈低、中频特性，由于低频噪声传播衰减慢，所以风机噪声对厂界及远场区域均有很大影响[10,11]。

2.3 电机和水轮机噪声

电机噪声由电磁噪声和机械噪声组成，水轮机噪声主要是旋转齿轮啮合时产生的机械噪声，这些噪声比淋水噪声和风机噪声要低，如果电机装在风筒的外部，则需要进行降噪处理。

2.4 管道系统噪声

管道系统噪声包括循环水泵运行的机械噪声、阀门内流体的冲击噪声、管道内流体的冲击噪声和振动噪声。

3 冷却塔噪声治理

本项目位于厂区北侧，冷却塔毗邻厂界北侧，东西延伸210m，居民区距离厂界北侧围墙约500m，企业经常接到噪声投诉。2015 年在冷却塔的顶部安装了隔吸声屏障，虽然有一定的降噪效果，但仍难达标。表1 为治理前后的噪声监测情况，沿围墙外210m 厂界均匀布点监测。

3.1 治理方案分析

冷却塔上部噪声主要为风机噪声，经过治理，各点位噪声降幅约为10dB(A)。冷却塔下部的淋水噪声、管道噪声等是厂界噪声的主要声源。冷却塔下部进气口组合噪声的传播方式可认为是以长条矩形的平面波形式辐射的，且以宽频的特性向远处传播，传播越远低频特性越强。此外，除底部的风机系统噪声和淋水噪声外，管道噪声也不能忽视，管道噪声虽辐射面小，但噪声级高。风机系统噪声对厂区远处影响较大，淋水和管道对厂界噪声影响较大。

3.2 冷却塔噪声综合治理方案

经对冷却塔运行要求和噪声治理要求的综合考虑，对冷却塔顶部排风噪声的治理以隔声挡声为主，使其反射到敏感源的另一侧；将风机改为中空玻璃纤维材质，通过减轻重量，从而减少震动、降低噪声；通过优化填料结构、改善布水方式、增加换热效率等方式减小落水噪声。根据冷却塔下部进风部位综合隔声和进风要求，治理方案采用多种隔声结构相结合的方式：底部砖混墙体结构，起到隔声及基础作用，用来支撑上部结构；多通道片式消声器，采用风道式隔吸声板结构，既起隔声、吸声作用又能满足通风要求；上部采用隔声窗结构，满足隔声及采光要求；顶部采用隔音板，隔音挡音。综合治理方案见图2。

图2 综合方案示意图

表1 厂界噪声监测情况单位：dB(A)

增设进、排气消声器将影响通风效果，因此在消声器的选择上除了要考虑消声量的要求外，还要考虑通风阻力。一般采用消声围裙（消声空腔），进风通过消声百叶窗进入，使得淋水声通过进风口向外辐射时有较大的衰减。消声器的消声量与消声器的结构形式、空气通道横断面的形状与面积、气流速度、长度，以及吸声材料的种类、密度、厚度、护面板材料等因素有关。消声器一般有直管式、片式、蜂窝式、折板式和声流式等，需要根据实际情况进行特殊设计[6,12]。多通道片式消声器见图3。

图3 多通道片式消声器示意

本项目中设计的消声风道是一种阻性消声器，在气流通道的内壁加衬一层吸声材料或吸声结构（本项目填充材料选用玻璃吸声棉），形成一个吸声通道结构，这样既能满足通风要求，又能起到消声降噪的作用。声波在吸声通道中传播，通过摩擦作用将声能转化为热能散发掉，使沿通道传播的噪声随距离而衰减，从而达到消声目的，对高频噪声有良好的消声效果。

本方案中的消声器结构均为阻性消声，其消声量的计算方法采用如下公式[13]：

式中，L为气流通道周长，m；S为气流通道截面积，m2；l为管道长度，m；φα0为消声系数，与材料的吸声系数α0有关，其换算关系如下式[9]：

超细玻璃棉吸声系数见表2，由公式①②可计算出各频率消声量（见表3）。

表2 超细玻璃棉吸声系数

表3 不同倍频程中心频率消声量

3.3 治理前后厂界噪声情况

综合治理方案实施前，监测人员于某日22：00—23：00 对厂界噪声进行了测量[14]，厂界噪声测点分布及噪声级见图4。

图4 冷却塔单侧噪声测点及声级分布图

由图4 测点及数据分布可以看出，冷却塔中部噪声较大，由中部向两端延伸，噪声逐渐减弱，但降幅不大，这是因为冷却塔两端为实体混凝土结构，对噪声向外侧传播有阻挡作用。

综合治理方案实施后，按照治理前的监测点位和监测时段（22：00—23：00）进行复测。治理后，厂界噪声满足《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB 12348—2008）3 类功能区夜间噪声55dB(A)的限值要求[9]。噪声治理完成效果见表4。

表4 噪声治理完成效果（夜间）单位：dB(A)

4 结语

本文分析了冷却塔运行噪声产生的原因，对因冷却塔运行造成的厂界噪声超标问题提出了治理方案，并通过案例实施证实了方案的可行性。噪声治理方案实施后，敏感点位最大降噪9.79dB(A),平均降噪9.0dB(A)，企业厂界环境噪声达标。噪声问题是一个综合问题，特别是生产设备和工艺复杂的大型企业，厂内生产设备的机械噪声、放空噪声、管道噪声等交错产生，持续噪声、间歇噪声等的产生随机性强。要彻底解决工业企业厂内及厂界周围噪声问题，建议必须坚持从大到小、持续治理，不断解决显著噪声对环境的影响。此外，加强隔音消音设备的运行维护，保证生产设施稳定运行也是杜绝噪声产生的有效途径。