天然氣分輸站噪聲治理措施探討

江濤，李方圓

山東省天然氣管道有限責(zé)任公司(山東濟(jì)南250101)

天然氣分輸站噪聲治理措施探討

江濤，李方圓

山東省天然氣管道有限責(zé)任公司(山東濟(jì)南250101)

隨著國(guó)內(nèi)對(duì)天然氣需求量的不斷增大，越來(lái)越多的天然氣分輸站都出現(xiàn)了不同程度的場(chǎng)站噪聲超標(biāo)的問(wèn)題，給場(chǎng)站操作人員的身體健康和周邊環(huán)境帶來(lái)了較大的不利影響。采取適當(dāng)?shù)脑肼曋卫泶胧?，有效降低噪聲水平，是天然氣從業(yè)人員需要重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。結(jié)合某分輸站噪聲污染現(xiàn)狀，分析了噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，探討了常用的噪聲治理措施。結(jié)果表明，通過(guò)開(kāi)展噪聲污染治理，該場(chǎng)站的噪聲水平達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，取得了較好效果。

天然氣分輸站;噪聲治理;噪聲值

某天然氣場(chǎng)站于2005年建成投產(chǎn)，調(diào)壓前管道設(shè)計(jì)壓力為3.9MPa，調(diào)壓后至出站管道設(shè)計(jì)壓力為2.5MPa，設(shè)計(jì)輸氣規(guī)模為160×104m3/d，目前日均外輸天然氣量約為100×104m3。投產(chǎn)以來(lái)，該站一直面臨廠界噪聲嚴(yán)重超標(biāo)的現(xiàn)象，給場(chǎng)站操作人員的職業(yè)健康帶來(lái)危害。

通過(guò)在工藝區(qū)旋風(fēng)分離器、匯管、調(diào)壓閥處設(shè)置噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)試了用氣高峰時(shí)段的噪聲分布情況。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果(表1)，工藝區(qū)噪聲值在75～96.8dB(A)之間，調(diào)壓閥處噪聲值遠(yuǎn)高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)，最大值可達(dá)96.8dB(A)，廠界噪聲最大值最大可達(dá)79.6dB(A)，遠(yuǎn)高于GB 12348-2008規(guī)定的3類(lèi)聲環(huán)境功能區(qū)噪聲排放限值65dB(A)的要求。

表1 某時(shí)段工藝區(qū)實(shí)測(cè)噪聲值/dB(A)

另外，通過(guò)對(duì)比不同用氣時(shí)段的噪聲分布情況，發(fā)現(xiàn)該場(chǎng)站每日噪聲值隨運(yùn)行工況的變化也呈現(xiàn)出較強(qiáng)的規(guī)律性。一般來(lái)說(shuō)，在日用氣高峰時(shí)段，由于氣流速度大、上下游壓差高，噪聲強(qiáng)度明顯高于其他用氣時(shí)段。

1 噪聲的來(lái)源分析

1.1 噪聲的產(chǎn)生

天然氣分輸站的噪聲主要包括天然氣局部節(jié)流產(chǎn)生的氣體動(dòng)力噪聲、天然氣沖刷管壁產(chǎn)生的流體動(dòng)力噪聲和機(jī)械類(lèi)振動(dòng)、固有頻率振動(dòng)和由閥芯振蕩性位移引起流體的壓力波動(dòng)而產(chǎn)生的機(jī)械噪聲［1］。天然氣經(jīng)局部節(jié)流件噴射出的高速氣流，在周?chē)a(chǎn)生強(qiáng)烈的引射現(xiàn)象，沿氣流噴射方向的一定距離內(nèi)大量天然氣被噴射氣流卷吸進(jìn)去，從而導(dǎo)致噴射氣流體積越來(lái)越大，速度逐漸降低。但在噴射口處氣流始終保持極高的流速，該部分氣流湍化程度高，氣流內(nèi)部存在著復(fù)雜多變的應(yīng)力，氣流內(nèi)各處壓強(qiáng)和流速迅速變化，從而輻射出較強(qiáng)的氣動(dòng)噪聲［2］。而高速氣流流經(jīng)節(jié)流面后，由于氣流紊流程度高，在上游氣壓作用下，對(duì)管壁形成劇烈的沖刷，此時(shí)噪聲的大小與沖刷的頻率有關(guān)，當(dāng)沖刷頻率等于管道固有頻率時(shí)，產(chǎn)生共振，會(huì)形成強(qiáng)烈的振動(dòng)和流體動(dòng)力噪聲;機(jī)械噪聲的產(chǎn)生與調(diào)壓器的設(shè)計(jì)、零部件材料、加工工藝、裝配質(zhì)量有關(guān)。

1.2 噪聲的疊加

氣動(dòng)噪聲、流體動(dòng)力噪聲、機(jī)械噪聲經(jīng)疊加后向上下游傳播，聲能在短距離內(nèi)衰減較小，傳播至匯管時(shí)，高速氣流沖擊匯管內(nèi)壁，產(chǎn)生聲焦聚和混聲，集中大量聲能，將噪聲再次放大，噪聲強(qiáng)度進(jìn)一步提高［3］。

當(dāng)2個(gè)噪聲疊加時(shí)，其總聲壓級(jí)為:

式中:Lp為噪聲疊加后的總聲壓級(jí)，dB(A);L1、L2為2個(gè)不相關(guān)噪聲的聲壓級(jí)，dB(A)。

根據(jù)式(1)可以得出，如聲壓級(jí)為90dB的調(diào)壓閥節(jié)流噪聲與聲壓級(jí)為80dB的過(guò)濾器沖刷噪聲疊加后，其總聲壓級(jí)為90.41dB，疊加后的噪聲總聲壓級(jí)大于單一噪聲聲壓級(jí)。

2 噪聲治理措施探討

根據(jù)噪聲控制理論，噪聲的控制通?？梢岳寐曉纯刂?、消聲、隔聲、擴(kuò)容、減振等多種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)，結(jié)合天然氣分輸站的噪聲特性，可通過(guò)優(yōu)化設(shè)備選型和增大管徑、纏繞隔音材料、安裝消聲器、優(yōu)化工藝布局等方式，降低噪聲的產(chǎn)生，切斷其傳播途徑，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的限值范圍內(nèi)。

2.1 優(yōu)化設(shè)備選型和增大管徑

過(guò)濾分離器、調(diào)壓閥、節(jié)流截止閥等設(shè)備是噪聲產(chǎn)生的主要來(lái)源。因此根據(jù)場(chǎng)站工況，盡可能選擇流通能力大、阻流構(gòu)件少的設(shè)備至關(guān)重要。過(guò)濾分離器產(chǎn)生的噪聲主要為彎頭、濾芯等處天然氣氣流沖刷形成的機(jī)械噪聲，在條件允許時(shí)，應(yīng)盡量設(shè)計(jì)一定的設(shè)備處理裕量;調(diào)壓閥和節(jié)流截止閥是消除噪聲的關(guān)鍵，當(dāng)分輸站上下游壓差大、瞬時(shí)流量大且流量變化幅度大時(shí)，調(diào)壓閥選型時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮耐大差壓，具有線性流量特性的產(chǎn)品，必要時(shí)可采用多段式調(diào)壓閥或者設(shè)置多級(jí)調(diào)壓結(jié)構(gòu)。其主要原理是通過(guò)多級(jí)調(diào)壓閥串聯(lián)，把原來(lái)直接排到下游時(shí)的一次大的突變壓降分散為多次小的漸變壓降。噪聲功率與壓降的高次方成正比，因此把壓力突變改為壓力漸變，便可以取得較好的消聲效果［4］。圖1是一種典型的多段式調(diào)壓閥的結(jié)構(gòu)形式。

由于調(diào)壓閥下游氣流速度快，紊流程度高，天然氣對(duì)管壁造成的沖刷嚴(yán)重，因此增大調(diào)壓閥下游管道外徑可有效降低這種沖刷，對(duì)降低噪聲產(chǎn)生有明顯效果。

圖1 多段式調(diào)壓閥結(jié)構(gòu)圖

2.2 纏繞吸聲材料

這也是一種目前最常見(jiàn)、最有效的噪聲處理方法。采用吸聲材料纏繞調(diào)壓閥和閥后管線。管道纏繞層一般由2層材料構(gòu)成，內(nèi)層為柔軟的吸聲材料，常用的有玻璃棉、礦棉、巖棉、泡沫塑料等，外層為不透氣的吸聲材料，常用的有薄金屬板、氯丁橡膠片材、鉛皮等。

需要指出的是，纏繞吸聲材料對(duì)降低高頻噪聲效果尤為明顯，在低頻、波長(zhǎng)大于材料厚度10倍以上時(shí)，管道與吸聲材料層易產(chǎn)生共振而使吸聲性能下降［2］。

當(dāng)材料厚度增加時(shí)，可以顯著改善對(duì)低頻噪聲的吸聲特性。一般纏繞5cm厚度的吸聲材料，就可以較好地解決較大頻率覆蓋范圍的吸聲問(wèn)題。另外，由于噪聲可通過(guò)管道內(nèi)的天然氣軸向傳播，在未纏繞吸聲材料的管道裸露部分，噪聲強(qiáng)度又會(huì)有所增強(qiáng)。

2.3 安裝消聲器

管道內(nèi)置式阻性消聲器是解決管道噪聲的一種消聲設(shè)備，其主要原理是在天然氣通過(guò)管道時(shí)，在管道內(nèi)側(cè)一定厚度的多孔吸聲材料(即阻性材料)，吸收聲能(圖2)。阻性消聲器的形式種類(lèi)較多，具有較寬的消聲頻率范圍，在中高頻段消聲性能尤為顯著，一般可降低噪聲10～20dB(A)。

阻性圓管式消聲器的消聲量的計(jì)算公式為［2］:

式中:ΔL是消聲量，dB(A);φ(a0)為與材料吸聲系數(shù)a0有關(guān)的消聲系數(shù)，對(duì)阻性消聲器效果粗略估算時(shí)，可取φ(a0)=1;l為消聲器的有效長(zhǎng)度，m;D為阻性圓管式消聲器的斷面直徑，m。

由式(2)可以看出，消聲器降噪效果的因素主要與消聲系數(shù)、消聲器的斷面直徑和有效長(zhǎng)度有關(guān)。消聲系數(shù)由吸聲材料的類(lèi)別和厚度決定，一般吸聲材料的選擇除應(yīng)滿足吸聲性能要求之外，還要結(jié)合天然氣分輸站的生產(chǎn)實(shí)際，滿足耐溫、防潮、耐氣流沖刷等技術(shù)要求。吸聲材料的厚度一般為5～10cm，對(duì)于低頻噪聲較多的場(chǎng)合，也可以適當(dāng)增大吸聲材料厚度，改善其低頻吸聲性能。消聲器的斷面直徑與消聲性能和管內(nèi)介質(zhì)的空氣動(dòng)力性能直接相關(guān)，對(duì)于阻性圓管式消聲器來(lái)說(shuō)，為保持較好的降噪效果，一般控制消聲器的斷面直徑在300mm以內(nèi)。在理想情況下，消聲量與消聲器的有效噪聲成正比，增大消聲器的有效長(zhǎng)度，可顯著增強(qiáng)其降噪效果，然而，由于消聲器的實(shí)際降噪效果受氣流再生噪聲及背景噪聲的影響，有效長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)的消聲器，其降噪效果并不明顯，一般在實(shí)際使用過(guò)程中，有效長(zhǎng)度可選擇1～2m，在消聲要求較高時(shí)，可選擇3～4m。長(zhǎng)度為2m、斷面直徑為200mm、厚度為5mm的聚氨酯泡沫塑料阻性圓管式消聲器實(shí)測(cè)降噪效果可達(dá)18dB(A)。

2.4 優(yōu)化場(chǎng)站供氣方式

在用氣高峰時(shí)段，瞬時(shí)最大供氣量超限和不均衡系數(shù)超標(biāo)，往往造成嚴(yán)重的噪聲超標(biāo)。而多數(shù)分輸站調(diào)壓支路在初期設(shè)計(jì)時(shí)都設(shè)置了雙支路或三支路，以滿足設(shè)備檢修的需要。因此，可以根據(jù)下游用戶的用氣量及時(shí)調(diào)整工藝運(yùn)行方案，在下游用氣量較大時(shí)，將單支路供氣方案調(diào)整為雙支路或三支路供氣，平衡各調(diào)壓支路的過(guò)氣量，可明顯改善場(chǎng)站噪聲水平［5］。

2.5 設(shè)置隔聲屏障

當(dāng)采取以上措施噪聲仍較大時(shí)，可在噪聲源與場(chǎng)站辦公樓、道路之間設(shè)置隔聲屏障，將高頻噪聲反射回去，在隔聲屏障后形成聲影區(qū)，聲影區(qū)內(nèi)噪聲明顯降低。為實(shí)現(xiàn)隔聲效果最優(yōu)化，可以在隔聲屏障的噪聲源一側(cè)增加吸聲材料，圖2是一種典型的隔聲屏障結(jié)構(gòu)圖。表2是隔聲屏障的頻帶隔聲量。由表2可以看出，隔聲屏障對(duì)高頻噪聲的隔聲效果要明顯好于低頻噪聲，這是因?yàn)榈皖l噪聲波長(zhǎng)較長(zhǎng)，繞射能力強(qiáng)于高頻噪聲［6］。而由于調(diào)壓閥、節(jié)流截止閥處產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲大部分為高頻噪聲，因此設(shè)置隔聲屏障對(duì)于降低辦公區(qū)的噪聲水平效果明顯。

圖2 隔聲屏障結(jié)構(gòu)圖

3 應(yīng)用效果

根據(jù)以上噪聲治理措施分析情況，采用更換大口徑軸流式調(diào)壓閥、在調(diào)壓閥下游安裝SRS管道消聲器、增大調(diào)壓閥下游管道管徑和纏繞玻璃棉吸聲材料、在辦公樓與工藝區(qū)間設(shè)置隔聲屏障等措施，對(duì)該場(chǎng)站噪聲超標(biāo)情況進(jìn)行了系統(tǒng)治理。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，工藝區(qū)晝間最大噪聲值為73.4 dB(A)，廠界噪聲最大值為61.7 dB(A)(表3)，已基本滿足GB 12348-2008規(guī)定的3類(lèi)聲環(huán)境功能區(qū)噪聲排放限值的要求［7］，噪聲治理效果明顯。

表2 隔聲屏障頻帶隔聲量/dB(A)

表3 噪聲治理后某時(shí)段噪聲實(shí)測(cè)值/dB(A)

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)家對(duì)低碳能源的重視程度不斷提高，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)天然氣的需求將會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，天然氣管道的建設(shè)也將日趨呈現(xiàn)出長(zhǎng)距離、大口徑、高壓力等特點(diǎn)。伴隨著干線輸氣壓力的提高，分輸站噪聲超標(biāo)的問(wèn)題會(huì)越來(lái)越普遍，如何采取有效措施將噪聲水平控制在合理范圍將是天然氣從業(yè)者需要持續(xù)關(guān)注和重點(diǎn)解決的一個(gè)問(wèn)題。

［1］王玉彬，馮偉，苗青，等.輸氣管道站場(chǎng)調(diào)壓閥噪聲的產(chǎn)生機(jī)理［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2013，32(10):1118-1120.

［2］馬大猷.噪聲與振動(dòng)控制工程手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

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［5］施紀(jì)衛(wèi)，呂莉，武玉雙.天然氣長(zhǎng)輸管道工藝場(chǎng)站噪聲的治理［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2013，21(4):79-80，84.

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［7］GB 12348-2008工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

W ith the increasing of domestic natural gas demand，it ismore and more general that the noise in natural gas distribution stations exceeds the related standards，which brings some negative impacts on the staff’s health and the surrounding environment.So it is necessary to takemeasures to reduce the noise level.Taking the noise pollution of a natural gas distribution station as an example，the noise generatingmechanism of natural gas distribution stations is analyzed，and the noise controlmeasures are discussed.The noise level of the natural gas distribution station is significantly reduced by taking the noise controlmeasures.

natural gas distribution station;noise control;noise value

王梅

2014-08-26

江濤(1983-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事長(zhǎng)輸天然氣管道生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)、安全管理方面的工作。