鉆井井場噪聲分析及降噪方案設(shè)計(jì)

王浚璞， 劉東方， 李 勇

(中石油川慶鉆探工程公司設(shè)備處)

噪聲作為一種污染和危害，已經(jīng)明確寫進(jìn)《環(huán)境保護(hù)法》第四十二條，噪聲污染對(duì)人類健康和環(huán)境的危害，日益受到人們的重視。鉆井作業(yè)由于使用大功率的機(jī)械設(shè)備，在鉆井過程中會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的噪聲。井場噪聲不僅影響工人的身心健康，對(duì)近距離的村民生活也造成惡劣影響，因井場噪聲引發(fā)的問題，甚至?xí)璧K鉆井作業(yè)的正常進(jìn)行[1-3]，為此每年僅川渝地區(qū)因擾民賠付就達(dá)到200萬元，生產(chǎn)損失則更加高昂。因此，對(duì)井場噪聲進(jìn)行分析和治理，有著重要意義。

一、鉆井井場噪聲源分析

鉆井作業(yè)各種設(shè)備產(chǎn)生的高強(qiáng)度噪音，屬于點(diǎn)聲源，主要以機(jī)房(柴油機(jī))為中心，以球面波的形式向四周傳播輻射，具有中低頻聲波特點(diǎn)，波長較長，方向性弱，衰減消失緩慢，沿柴油機(jī)排氣管冷卻風(fēng)扇方向噪音最強(qiáng)[4-6]。機(jī)房平均噪聲為104 dB，最大噪聲為115 dB；鉆臺(tái)平均噪聲為92 dB，最大噪聲為118 dB；井場內(nèi)區(qū)域平均噪聲為87 dB；井場邊界平均噪聲為85 dB；井場邊界外50 m處，平均噪聲為71 dB；井場邊界外100m處，平均噪聲為65 dB；井場邊界外200 m處，平均噪聲為55 dB。

二、鉆井井場噪聲控制方案設(shè)計(jì)

1. 井場聲屏障設(shè)計(jì)

在聲源與受聲點(diǎn)之間,插入一個(gè)有足夠面密度的密實(shí)材料的物體,使聲波傳播有一個(gè)明顯的衰減,這樣的“障礙物”稱為聲屏障，如圖1所示。

圖1 聲屏障示意圖

聲屏障作為經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和耐用性都較理想的一種降噪措施，廣泛應(yīng)用于道路交通、工廠企業(yè)環(huán)境降噪。依據(jù)聲屏障聲學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范，聲屏障插入損失計(jì)算采用Meakawa理論公式：

(1)

式中：ΔL—聲音衰減值，dB；

λ—聲波波長，m；

A，B，C，D—聲屏障距離，m。

由Meakawa理論公式可以得出，當(dāng)N>0,表明受聲點(diǎn)位于“聲影區(qū)”,聲屏障的衰減范圍從5 dB到一個(gè)上限值,由空氣的不規(guī)則性及湍流決定。理論方法沒有提到聲屏障衰減的上限值,但實(shí)驗(yàn)資料表明,24 dB幾乎達(dá)到極限[7-8]。

當(dāng)C?D，C?H時(shí)，聲屏障的設(shè)計(jì)高度，可以按照簡化公式(2)來計(jì)算：

(2)

式中：f—聲音頻率。

按照式(2)，當(dāng)敏感點(diǎn)(民房)在100 m外，聲屏障衰減目標(biāo)值為24 dB時(shí)，聲屏障高度與噪聲源距離的關(guān)系見表1。

表1 聲源距離與聲屏障高度

由表1可以看出，聲屏障距噪聲源越遠(yuǎn)，需要的屏障高度越高，因此，綜合井場道路布局、聲屏障架設(shè)條件、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性等因素，聲屏障距聲源距離不宜超過6 m。

2. 主要噪聲源密閉設(shè)計(jì)

通過鉆井井場噪聲源分析發(fā)現(xiàn)，井場柴油動(dòng)力機(jī)是井場最大噪聲源。為實(shí)現(xiàn)較好的降噪效果，對(duì)機(jī)房柴油動(dòng)力機(jī)組進(jìn)行密閉設(shè)計(jì)，如圖2所示。

綜合考慮機(jī)房噪聲源，密閉設(shè)計(jì)將柴油機(jī)、變矩器(耦合器)、鏈條箱整體進(jìn)行封閉，隔聲板采用離心玻璃棉吸聲材料，進(jìn)排風(fēng)消聲采用形狀不同的吸聲折板模塊鋪設(shè)而成，柴油機(jī)散熱風(fēng)扇與消聲模塊采用排風(fēng)導(dǎo)罩連接。

圖2 柴油動(dòng)力機(jī)密閉設(shè)計(jì)

2.1 消聲量計(jì)算

進(jìn)、排風(fēng)消聲器為阻性折板式消聲器。由于聲波在消聲器內(nèi)多次彎折，加大了聲波對(duì)吸聲材料的入射角，避免高頻聲波呈束狀直接通過消聲器，提高了吸聲效率，達(dá)到改善高頻消聲性能的效果[9]。

設(shè)計(jì)采用的阻性折板式消聲器的消聲量可由式(3)計(jì)算：

(3)

式中：α0—表示材料的吸聲系數(shù)；

φ(α0)—表示材料的消聲系數(shù)；

P—表示進(jìn)、排風(fēng)通道周長，m；

S—表示進(jìn)、排風(fēng)通道截面積，m2；

l—表示進(jìn)、排風(fēng)通道長度，m。

根據(jù)已設(shè)計(jì)的進(jìn)、排風(fēng)消聲器各個(gè)參數(shù)，按照等能量原則可換算成倍頻程中心頻率結(jié)果如表2。

表2 進(jìn)、排氣噪聲量

各個(gè)倍頻程中心頻率下的進(jìn)、排氣噪聲按聲壓級(jí)疊加得到總進(jìn)氣噪聲級(jí)為67.7 dB。

墻體及頂棚的隔聲量可由式(4)計(jì)算：

(4)

計(jì)算各個(gè)倍頻程中心頻率結(jié)果如表3。

各個(gè)倍頻程中心頻率下的輻射噪聲按聲壓級(jí)疊加得到總輻射噪聲級(jí)為59.6 dB。密閉室外總噪聲級(jí)等于進(jìn)氣噪聲與輻射噪聲按聲壓級(jí)疊加得到，為68.3 dB；單臺(tái)柴油機(jī)工作時(shí)，與氣流再生噪聲61.8 dB按聲壓級(jí)疊加得69.2 dB；兩臺(tái)工作時(shí)，與氣流再生噪聲79.9 dB按聲壓級(jí)疊加得80.2 dB。

表3 墻體及頂棚噪聲量

2.2 通風(fēng)量計(jì)算

密閉室總通風(fēng)量可用如式(4)計(jì)算：

(4)

式中：Q—為總排放熱量，kJ/h；

γ—為空氣密度，一般為1.29 kg/m3；

Cr—為空氣比熱，一般為1 kJ/kg·℃；

ΔT—為進(jìn)排氣溫差，一般取10℃～15℃，取12℃。

12V190柴油機(jī)的在常用工況下熱耗率一般為8 000 kJ/kW·h,熱效率為31%，單臺(tái)柴油機(jī)總排放熱量：

單臺(tái)柴油機(jī)總通風(fēng)量：

單臺(tái)柴油機(jī)工作時(shí)進(jìn)氣量28 m3/s大于總通風(fēng)量24.4 m3/s，機(jī)房內(nèi)的通風(fēng)量滿足要求；兩臺(tái)柴油機(jī)并行工作時(shí)同樣滿足通風(fēng)量要求，因此無需額外安裝風(fēng)機(jī)以增加進(jìn)氣量。

三、鉆井井場噪聲治理效果

根據(jù)井場噪聲控制方案設(shè)計(jì)，對(duì)磨溪117井川東鉆探70516隊(duì)機(jī)械鉆機(jī)的主要噪聲源(動(dòng)力設(shè)備)實(shí)施全密閉降噪，包括機(jī)房柴油機(jī)降噪房和發(fā)電機(jī)組降噪房，通過井場噪聲測量數(shù)據(jù)表明，對(duì)井場主要噪聲源動(dòng)力設(shè)備實(shí)施全密閉降噪，能使聲源處噪聲降至85 dB以下，達(dá)到國標(biāo)GBZ/T 189.8“單體設(shè)備噪聲低于85 dB”要求；距井場邊100 m外噪聲低于50 dB，達(dá)到國標(biāo)GB 12348“夜間噪聲不超過50 dB”要求。

四、結(jié)論

(1)鉆井井場產(chǎn)生的噪音，屬于點(diǎn)聲源，主要以機(jī)房(柴油機(jī))為中心，以球面波的形式向四周傳播輻射，具有中低頻聲波特點(diǎn)，波長較長，方向性弱，衰減消失緩慢。

(2)綜合井場道路布局、聲屏障架設(shè)條件、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性等因素，聲屏障距聲源距離不宜超過6 m。

(3)對(duì)主要噪聲源柴油動(dòng)力機(jī)進(jìn)行密閉降噪處理能達(dá)到理想的降噪效果，預(yù)計(jì)能將噪聲降至80.2 dB，受井場多噪聲源綜合噪聲影響，井場實(shí)測噪聲降至85 dB。

(4)采用密閉設(shè)計(jì)，在不增加排風(fēng)裝置條件下，密閉室內(nèi)溫度增幅可控制在12℃以下，實(shí)際室內(nèi)溫度增幅不超過5℃。

(5)鉆井井場噪聲治理可根據(jù)井場地理位置和民房分布情況，設(shè)置聲屏障、密閉隔音房以及兩種方案組合使用。