埕島海洋平臺天然氣壓縮機噪聲仿真與分析

鄭立新，羅宏志，劉建華，叢 軍，甘 璐，劉學智

(中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司，山東 東營 257000)

計算機與信息化

埕島海洋平臺天然氣壓縮機噪聲仿真與分析

鄭立新，羅宏志，劉建華，叢 軍，甘 璐，劉學智

(中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司，山東 東營 257000)

受空間的限制，海洋石油平臺主要噪聲源的噪聲總是對整個平臺區(qū)域產生持續(xù)的影響。噪聲由振動引起，振動損害設備，噪聲污染環(huán)境。本文對埕島二號海洋石油平臺上的天然氣壓縮機設備進行了振動與噪聲測試，并在此基礎上建立了聲學模型，仿真分析了各設備周圍的聲壓及聲功率分布。分析結果表明，噪聲的輻射范圍受周邊設備的遮擋影響，尤其是高頻頻帶噪聲受遮擋影響更明顯。據(jù)此，本文提出了改善噪聲場分布的具體措施，指出了應該重點進行個人隔聲防護的區(qū)域。

采油平臺；噪聲；邊界元；仿真

1 研究背景

海洋石油平臺在環(huán)境惡劣的海洋中受到各種載荷的作用，并會配置大量的髙功率動力設備，這會引發(fā)機械振動和噪聲輻射。由于海洋平臺大多均為鋼材制成，阻尼小，振動和噪聲更容易傳遞。嚴重振動會導致平臺設備、結構疲勞破壞。噪聲對平臺人員的工作和生活環(huán)境造成污染，帶來不適的感覺，并損害健康。在以人為本的社會大環(huán)境下，減振降噪問題日益受到重視。

勝利油田海洋采油廠埕島中心二號海洋石油平臺主要包含生活平臺、注水平臺、動力平臺、儲罐平臺四個平臺區(qū)域，主要的噪聲設備有：天然氣壓縮機、空壓機、大型注水泵、污水提升泵等，其噪聲聲壓級均達到90 dB(A)以上；受其影響，生活區(qū)職工宿舍內的噪聲在40～55 dB(A)之間。本文選擇天然氣壓縮機進行測試和仿真。

2 測試和仿真

2.1 測試方法和標準

測量方法按照GBZ/T189.8-2007《工作場所物理因素測量第8部分：噪聲》執(zhí)行，噪聲結果的判定按照GBZ/T2.2-2007《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值第2部分：物理因素》的要求進行。

表1 測量內容、設備及方法

2.2 測試數(shù)據(jù)

該設備噪聲主要由壓縮機產生。圖1～3分別為壓縮機的振動加速度、噪聲聲壓和功率譜。

圖1 天然氣壓縮機振動加速度

圖2 壓縮機噪聲聲壓圖

圖3 壓縮機噪聲功率譜(A計權，1/3倍頻程)

2.3 建模與仿真

由圖可知，壓縮機振動加速度最大值為40 g，噪聲聲壓為12Pa，聲壓級最大值為91.5dB，位于300Hz頻帶附近。使用SolidWorks建立該設備的三維模型(圖4)，使用Ansys劃分邊界元網格，使用Virtual Lab進行仿真。在四個壓縮機處插入點聲源進行解算分析，數(shù)據(jù)提取區(qū)域為采油平臺地面，如圖5外圍網格所示。300Hz頻率噪聲的分析結果如圖6所示。在云圖中選擇距離壓縮機底座邊緣分別為0.5 m、1 m、2 m、4 m、5 m的5個點，提取數(shù)據(jù)如圖所示，與現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)基本吻合。說明本算例較為精確，解算結果符合實際。

圖4 天然氣壓縮機聲學三維模型

圖5 噪聲分布場點邊界元網格

圖6噪聲在平臺平面的分布云圖(300Hz)

3 噪聲治理方案

3.1 振動噪聲產生原因分析

海洋平臺上壓縮機組應用廣泛，也是產生噪聲和振動的主要裝備。壓縮機的振動主要集中在軸承、轉子以及管路等結構上，主要包括機械振動、流體振動、管路振動等方面，由此產生了機械噪聲、流體動力性噪聲、電磁噪聲。其中，機械噪聲主要是由機械各零件間的相互作用力引起的，各零件間的相互作用會引起機械結構的振動噪聲。

此外，電機軸承在運轉時，其內部各運動元件間的摩擦，碰撞以及振動也會引起噪聲。壓縮機結構復雜，運動時每個振動部件都會發(fā)出聲音，并且聲音頻率和幅值都不相同。因此，壓縮機運動產生的振動噪聲頻帶很寬。這些噪聲主要由壓縮機組的設計、選材、加工等因素決定，不會隨著壓縮機的運行而逐漸減小。流體動力性噪聲主要包含旋轉噪聲、進排氣口噪聲等部分。

對于目前海洋平臺來講，由于壓縮機的型號確定以后，其轉速也隨之確定，從而也確定了管路系統(tǒng)的激振力頻率。

3.2 減噪方案措施

3.2.1 隔聲降噪

采用隔聲構件將噪聲源和接收者分開，隔離空氣噪聲的傳播，從而降低噪聲污染程度。采用適當隔聲設施，能降低噪聲級20～50dB(A)。

圖7 聲屏障安裝示意圖

圖7所示為天然氣壓縮機隔聲屏障示意圖。依據(jù)前述仿真分析結果，在設備外圍，靠近生活平臺側設置隔音屏障進行噪聲隔離。

3.2.2 個人防護措施

圖8 天然氣壓縮機噪聲嚴重區(qū)域(R=12.5 m)

采取個人防護是最有效、最經濟的辦法。個人防護用具有耳塞、耳罩、耳棉等。耳塞一般平均隔聲可達20dB(A)以上，性能良好的耳罩可達30dB(A)。

根據(jù)邊界元噪聲場點分析結果，天然氣壓縮機周圍的噪聲聲壓分布如圖8所示。在該設備附長時間工作時，如果已經進入圓圈范圍，建議佩戴耳罩、耳塞等防護用具。

4 結論

本文結合實測數(shù)據(jù)以及噪聲的基本方程相關理論，利用有限元+邊界元的方法對聲壓、聲功率和聲強、聲級和頻譜等參數(shù)進行分析，得出目標平臺上主要噪聲激勵源及其分布情況最終建立聲學模型，對關鍵設備的噪聲聲壓級水平進行數(shù)值預報。最終驗證預測值與實際測試的誤差，并據(jù)此提出優(yōu)化完善治理方案。

同時，本文分析了振動、噪聲產生的原因，形成了對設備行之有效的降噪方案。

[1] 唐曉娟.關于海洋工程結構中噪聲與振動控制的探討[J].海洋石油，2013(3):102-105.

[2] 楊 樹，刁素仿.海上平臺發(fā)電機房的減噪設計[J].船舶工藝與流程，2014(3):23-26.

[3] 楊 樹，吉慶林.海上平臺噪音分析研究[J].船舶標準化工程師，2014(2):45-48.

[4] 寧 宇.海上石油平臺噪聲危害現(xiàn)狀及對作業(yè)工人聽力及常見疾病影響研究[D].天津:天津醫(yī)科大學,2014.

[5] 李慶梅，徐菖松，劉樹林.某海上平臺生活區(qū)振動測試及分析[J].機械制造，2016，54(4):88-92.

[6] 解寶卿.海上平臺噪聲的危害及防治[J].中國石油和化工標準與質量，2012，33(13):247.

[7] 孫玉東，王鎖泉，劉忠族，等.液-管耦合空間管路系統(tǒng)振動噪聲的有限元分析方法[J].振動工程學報，2005，18(2):149-153.

(本文文獻格式：鄭立新，羅宏志，劉建華，等.埕島海洋平臺天然氣壓縮機噪聲仿真與分析[J].山東化工,2017,46(3):120-122.)

Chengdao Offshore Natural Gas Compressor Noise Simulation and Analysis

ZhengLixin,LuoHongzhi,LiuJianhua,CongJun,GanLu,LiuXuezhi

(China Petroleum Chemical Co.,Shengli Oilfield Branch,Dongying 257000,China)

Restricted by space,the main noise source of the offshore oil platform always have a lasting impact on the entire platform area. The noise caused by vibration,vibration damage equipment,and noise pollute environment. In this paper,the vibration and noise of natural gas compressor in Chengdao No.2 offshore platform were tested,and on this basis,the acoustic model was established to simulate and analyzing the sound pressure and sound power distribution.The analysis results show that the noise radiation effected by peripheral devices,especially high frequency band noise is shielded more obviously. Accordingly,this paper put forward specific measures to improve the noise distribution,pointed out the area that should focus on individual sound insulation protection.

oil production platform; noise; boundary element; simulation

2016-12-30

鄭立新(1968—)，男，山東壽光人，安全環(huán)保處副處長，從事海上安全環(huán)保管理和技術管理工作。

TQ015.9

A

1008-021X(2017)03-0120-03