某氣田增壓站壓縮機(jī)組噪聲治理效果分析

朱 愚 王 玨 袁 增 李小斌 宋文明 江 瑞 張小川 湯興偉

(中國石油西南油氣田分公司重慶氣礦)

0 引 言

隨著氣田開發(fā)進(jìn)入中后期，多數(shù)氣田整體壓力不斷下降，開采難度持續(xù)加大，常規(guī)工藝已不能滿足氣田的高效開發(fā)。因此，越來越多的增產(chǎn)措施被應(yīng)用到氣田的二次開發(fā)中，增壓工藝即是其中之一。天然氣增壓場站多采用大、中功率整體式壓縮機(jī)組，其主要由動力缸、曲軸箱、壓縮缸、冷卻系統(tǒng)及排氣系統(tǒng)構(gòu)成，通過壓縮缸對氣體做功，最終實現(xiàn)天然氣增壓后集輸[1-2]。壓縮機(jī)組的發(fā)動機(jī)、壓縮缸及排氣消聲器等部位因其復(fù)雜結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)特殊性，存在多個噪聲源，導(dǎo)致不同程度的噪聲超標(biāo)[3-5]。有關(guān)人員對壓縮機(jī)運行過程的噪聲超標(biāo)及治理問題進(jìn)行了大量研究，主要集中于機(jī)組工況優(yōu)化、振動消減措施、增加固定裝置及廠房結(jié)構(gòu)調(diào)整等[5-11]。

某氣田增壓站于2008年投產(chǎn)，建有4臺ZTY630MH7×7×7天然氣壓縮機(jī)組，初期運行壓力為4.5 MPa，處理規(guī)模為80×104m3/d。該站壓縮機(jī)組經(jīng)過多年的生產(chǎn)運行，噪聲超標(biāo)問題凸顯。本文以該站壓縮機(jī)組及廠房為研究對象，系統(tǒng)地分析了廠界噪聲超標(biāo)的原因，提出了相應(yīng)的降噪治理方案，并開展了現(xiàn)場工程應(yīng)用。改造后廠界及環(huán)境敏感點噪聲均低于GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》二類要求，實現(xiàn)了安全平穩(wěn)運行。

1 增壓站現(xiàn)狀

1.1 增壓站概況

該增壓站是一座具有采、集、輸、增壓和配氣功能的大型增壓集輸站。該站由各單井進(jìn)行采氣，經(jīng)管線集輸至工藝區(qū)匯管后，分4路進(jìn)入1#～4#壓縮機(jī)組，最終增壓后進(jìn)入下游脫水工藝。2017年8月，經(jīng)技術(shù)簡化升級改造，1#、2#機(jī)組搬遷至其他生產(chǎn)區(qū)塊，僅保留3#、4#機(jī)組，日常采用“一用一備”模式生產(chǎn)運行，處理規(guī)模為(30～60)×104m3/d。

該站所處區(qū)域為丘陵地貌，場站位于丘坡，總體地勢西高東低，場站南側(cè)100 m內(nèi)有兩處居民點，呈階梯狀分布。壓縮機(jī)廠房位于場站中部，面積為825 m2，主要采用鋼構(gòu)及海綿材料建造，兩臺壓縮機(jī)并排分布，動力缸排出的廢氣經(jīng)消音器垂直排放。增壓站及周邊環(huán)境示意見圖1。

圖1 增壓站及周邊環(huán)境示意

1.2 噪聲超標(biāo)情況

2018年6月，對該增壓站開展噪聲治理前，分別在3#機(jī)組運行、4#機(jī)組運行及3#～4#機(jī)組同時運行3種工況下，對場站的設(shè)備噪聲、廠界噪聲和環(huán)境敏感點噪聲進(jìn)行了晝間監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果表明，3種工況的晝間廠界噪聲均>60 dB(A)，超過GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》二類晝間≤60 dB(A)的要求。

2 噪聲超標(biāo)分析

壓縮機(jī)組在運行過程中會產(chǎn)生寬頻段性機(jī)械振動和空氣動力噪聲，為摸清其來源，對現(xiàn)場進(jìn)行測試?，F(xiàn)場測點布置及測試方法如下。

1)廠界噪聲：測點設(shè)置在廠界圍墻外1 m、高1.2 m或高于圍墻0.5 m處。

2)倍頻帶聲壓級：根據(jù)監(jiān)測任務(wù)要求布點，測點位置與同點噪聲測點相同；以壓縮機(jī)廠房為設(shè)備聲源，測點距離廠房2～3 m，高3 m以上。

3)環(huán)境敏感點噪聲：根據(jù)監(jiān)測任務(wù)要求進(jìn)行布點。

4)測試機(jī)組平穩(wěn)運行工況，通過模擬合成得出計算數(shù)據(jù)。

現(xiàn)場測點設(shè)置示意見圖2。

圖2 現(xiàn)場測點設(shè)置示意

2.1 設(shè)備噪聲

單臺壓縮機(jī)組運行狀態(tài)下，1#、2#測點噪聲監(jiān)測結(jié)果見表1。

表1 單臺壓縮機(jī)組運行噪聲監(jiān)測結(jié)果 dB(A)

由表1可知，設(shè)備噪聲監(jiān)測值為69.9～107.7 dB(A)，1#、2#測點計權(quán)噪聲分別為88.9，88.5 dB(A)，遠(yuǎn)高于GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》二類晝間≤60 dB(A)的要求。

2.2 廠界噪聲

不同方位廠界噪聲監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 不同方位廠界噪聲監(jiān)測結(jié)果 dB(A)

由表2可知，北側(cè)廠界3#、4#測點計權(quán)噪聲分別為60.1，60.4 dB(A)，超過GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》二類晝間≤60 dB(A)的要求。此處廠界受壓縮機(jī)透射噪聲和排風(fēng)消聲器噪聲影響，導(dǎo)致其噪聲超標(biāo)。西南側(cè)廠界5#、6#測點計權(quán)噪聲分別為51.5，52.4 dB(A)，但部分測點噪聲超標(biāo)。

2.3 環(huán)境敏感點噪聲

環(huán)境敏感點噪聲監(jiān)測結(jié)果見表3。

表3 環(huán)境敏感點噪聲監(jiān)測結(jié)果 dB(A)

由表3可知，7#、8#環(huán)境敏感點計權(quán)噪聲分別為 51.9，47.3 dB(A)，滿足GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》二類晝間≤60 dB(A)的要求。

2.4 噪聲數(shù)據(jù)對比

為了摸清噪聲分布情況，進(jìn)一步對不同點位的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，結(jié)果見圖3。

圖3 不同監(jiān)測點位監(jiān)測數(shù)據(jù)對比

由圖3可看出，不同監(jiān)測點位的噪聲監(jiān)測值與監(jiān)測頻率有關(guān)。在31.5～500 Hz，壓縮機(jī)組、西南側(cè)廠界及環(huán)境敏感點噪聲均隨監(jiān)測頻率增加而下降，在1 000～8 000 Hz趨于平穩(wěn)，說明繼續(xù)增大頻率不會對噪聲監(jiān)測值產(chǎn)生影響。

3 噪聲治理方案

3.1 噪聲模擬

根據(jù)以上監(jiān)測結(jié)果，采用噪聲模擬軟件，對廠區(qū)環(huán)境噪聲進(jìn)行模擬評估，通過反向模擬找出廠區(qū)噪聲源的準(zhǔn)確位置及噪聲的傳播范圍。圖4為增壓站噪聲三維模擬效果示意，圖5為模擬不同工況條件的噪聲等值線。

圖4 增壓站噪聲三維模擬效果示意

圖5 模擬不同工況條件的噪聲等值線

由圖4可看出，增壓站運行時噪聲覆蓋面較廣，最遠(yuǎn)處接近場站環(huán)境敏感點，與表3監(jiān)測結(jié)果一致。由圖5可看出，不同工況條件下的噪聲等值線均呈現(xiàn)擴(kuò)散趨勢。3#機(jī)運行狀態(tài)下，噪聲最大值出現(xiàn)在壓縮機(jī)廠房位置，經(jīng)廠房隔斷后，在環(huán)境敏感點處降至最低，為50 dB(A)。但在3#～4#機(jī)組同時運行狀態(tài)下，噪聲等值線有所提高，最近環(huán)境敏感點位置被完全覆蓋。綜上所述，增壓站噪聲源主要集中在壓縮機(jī)廠房，且影響范圍接近環(huán)境敏感點。因此，在壓縮機(jī)組工況條件不變的情況下，為了使廠界噪聲達(dá)標(biāo)，需同時對壓縮機(jī)廠房和排氣消聲器進(jìn)行噪聲治理。

3.2 噪聲控制途徑

噪聲控制從聲音傳播的三要素(聲源、介質(zhì)及接受體)考慮，可以針對三要素或其中任何一個要素。噪聲控制措施主要包括在聲源處控制、在噪聲傳播途中控制及在人耳處減弱噪聲。由于壓縮機(jī)組為正常運行狀態(tài)，在聲源降低噪聲不現(xiàn)實，而人耳處又難以控制，因此，針對增壓站噪聲超標(biāo)問題，綜合考慮在噪聲傳播途徑進(jìn)行噪聲控制是較為簡單且有效的方式。綜上所述，增壓站噪聲控制措施是改造壓縮機(jī)廠房，使壓縮機(jī)組產(chǎn)生的噪聲通過廠房四面墻體的吸隔聲結(jié)構(gòu)進(jìn)行消聲降噪，在有效降低廠房內(nèi)混響噪聲的同時，降低機(jī)組外傳噪聲量。

3.3 現(xiàn)場噪聲治理措施

通過現(xiàn)場模擬發(fā)現(xiàn)，壓縮機(jī)廠房結(jié)構(gòu)隔聲量不夠，其復(fù)合阻尼層隔聲層對低頻噪聲處理能力較弱。因此，擬對壓縮機(jī)廠房墻體、屋面等進(jìn)行升級改造，通過提高低頻隔聲量的方式，使壓縮機(jī)廠房的隔聲墻體和隔聲屋面成為低頻隔聲模塊，從而達(dá)到降噪的目的。降噪治理方案見圖6。

圖6 增壓站降噪治理方案

1)墻面改造。墻面增加一層高效低頻隔聲板，設(shè)計低頻隔聲板實測綜合隔聲量大于20 dB(A)，在 25 Hz～4 kHz的1/3倍頻程中心頻率隔聲量大于 8.2 dB(A)，降噪系數(shù)為0.95。墻面低頻隔聲板單獨設(shè)置輕鋼結(jié)構(gòu)作為支撐結(jié)構(gòu)，輕鋼結(jié)構(gòu)與原有結(jié)構(gòu)采用雙向阻尼隔振器連接，避免產(chǎn)生聲橋效應(yīng)。

2)屋面改造。屋面增加一層高效低頻隔聲板，設(shè)計屋面低頻隔聲板聲學(xué)性能同墻面低頻隔聲板，由外向內(nèi)安裝。屋面低頻隔聲板單獨設(shè)置輕鋼檁條以支撐隔聲板，同時增加一層壓型鋼板，輕鋼檁條與原有屋面結(jié)構(gòu)中間鋪加阻尼隔振墊，避免產(chǎn)生聲橋效應(yīng)。

3)進(jìn)風(fēng)口改造。在壓縮機(jī)廠房進(jìn)風(fēng)口增加消聲通道，防止漏聲。設(shè)計消聲通道長度為2 000 mm，消聲通道保證實測插入損失大于10 dB(A)。在實驗室4 m/s風(fēng)速的情況下，標(biāo)準(zhǔn)聲源測試插入損失大于20 dB(A)，且在 63 Hz～8 kHz的1/1倍頻程中心頻率插入損失大于7 dB(A)，阻力系數(shù)小于1.0。進(jìn)風(fēng)口改造示意見圖7。

圖7 進(jìn)風(fēng)口改造示意

4)隔聲門改造。在原大門外增加聲閘結(jié)構(gòu)隔聲門，設(shè)計隔聲門實測綜合隔聲量大于 20 dB(A)，實驗室測試計權(quán)隔聲量大于40 dB(A)，且在25 Hz～4 kHz的1/3倍頻程中心頻率隔聲量大于10.6 dB(A)。隔聲門改造示意見圖8。

圖8 隔聲門改造示意

5)消聲器改造。因原設(shè)備放空消聲器消聲量下降，對其進(jìn)行二次消聲。在排風(fēng)孔安裝寬頻消聲器，設(shè)計寬頻消聲器實測插入損失大于15 dB(A)。在實驗室8 m/s風(fēng)速的情況下，標(biāo)準(zhǔn)聲源測試插入損失大于25 dB(A)，且在63 Hz～8 kHz的1/1倍頻程中心頻率插入損失大于10 dB(A)，阻力系數(shù)小于1.3。

6)內(nèi)增加吸聲墻。在原隔聲墻內(nèi)貼100 mm吸聲體，用于減少混響。設(shè)計吸聲體降噪系數(shù)為0.95。二次消聲及增加吸聲墻改造示意見圖9。

圖9 二次消聲及增加吸聲墻改造示意

7)增加強(qiáng)制送風(fēng)系統(tǒng)。壓縮機(jī)廠房采用機(jī)械排風(fēng)、自然進(jìn)風(fēng)的通風(fēng)方式，為進(jìn)一步強(qiáng)化壓縮機(jī)廠房正常換氣和降噪效果，增加強(qiáng)制送風(fēng)系統(tǒng)對廠房進(jìn)行送風(fēng)，同時在空氣對流過程中降低空氣噪聲的影響。

8)增加隔聲墻。在噪聲治理前，1#、2#機(jī)組已被拆除，為了使隔聲構(gòu)件盡量靠近聲源，在2#與3#機(jī)組之間加裝隔聲墻，將原壓縮機(jī)廠房分隔成兩個部分。隔墻結(jié)構(gòu)為外墻75 mm厚玻璃棉夾芯板+420 mm空腔+100 mm厚復(fù)合式吸隔聲板，復(fù)合式吸隔聲板結(jié)構(gòu)和材料與其他墻面一致。

9)工藝優(yōu)化。由于氣田產(chǎn)能大幅降低，經(jīng)理論計算，目前兩臺壓縮機(jī)組可滿足生產(chǎn)需要，即處理運行規(guī)?？刂圃?30～60)×104m3/d，且對機(jī)組進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，保證處理效果達(dá)到最佳。

4 現(xiàn)場噪聲治理效果

2018年12月—2019年6月，對壓縮機(jī)廠房進(jìn)行現(xiàn)場改造，改造后廠界及環(huán)境敏感點噪聲監(jiān)測結(jié)果見表4、表5。

表4 改造后廠界噪聲監(jiān)測結(jié)果 dB(A)

表5 改造后環(huán)境敏感點噪聲監(jiān)測結(jié)果 dB(A)

由表4可知，在3種工況下，不同方位晝間噪聲為38～58 dB(A)，夜間為39～50 dB(A)，符合GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》二類晝間≤60 dB(A)，夜間≤50 dB(A)的要求。南側(cè)噪聲晝間最大為43 dB(A)，夜間為45 dB(A)，降幅在所有監(jiān)測點位中最大。這是因為在3#機(jī)組處新建了一面隔聲墻，進(jìn)一步阻止了噪聲的傳播，使得廠界噪聲大大降低。因此，經(jīng)過降噪治理后，壓縮機(jī)組無論處于何種工況下，廠界噪聲均能實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

對比表2發(fā)現(xiàn)，在兩臺機(jī)組加載運行工況下，廠界晝間噪聲西南側(cè)保持一致，北側(cè)降低了16.1～16.4 dB(A)，降幅最大達(dá)到27.2%。

由表5可知，在3種工況下，環(huán)境敏感點兩處居民樓晝間、夜間最大噪聲分別為49.3，49.0 dB(A)，符合GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》二類晝間≤60 dB(A)，夜間≤50 dB(A)的要求。另外，此處噪聲監(jiān)測值均小于西南側(cè)廠界(5#、6#測點)噪聲。這是因為在監(jiān)測過程中，環(huán)境敏感點處的環(huán)境噪聲和生活噪聲是最大噪聲源，遠(yuǎn)低于機(jī)組噪聲。

綜上所述，改造后的廠界噪聲和環(huán)境敏感點噪聲均符合GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》二類要求，實現(xiàn)了噪聲的有效治理。

5 結(jié) 論

1)本次降噪治理針對噪聲傳播途徑進(jìn)行噪聲控制，通過軟件模擬發(fā)現(xiàn)，增壓站噪聲源主要集中在壓縮機(jī)廠房，且影響范圍接近環(huán)境敏感點，需同步對壓縮機(jī)廠房和排氣消聲器進(jìn)行治理，以降低噪聲傳播。

2)本次噪聲治理對壓縮機(jī)廠房墻面、屋頂、大門、進(jìn)風(fēng)口及消音器等進(jìn)行改造，采用的復(fù)合式吸隔聲模塊吸隔聲效果好，抗振動防變形能力強(qiáng)，適用于長期大幅度振動的壓縮機(jī)組噪聲治理。

3)改造后，增壓站廠界噪聲較治理前降低16.1～16.4 dB(A)，降幅最大達(dá)到27.2%，環(huán)境敏感點晝間、夜間最大噪聲分別為49.3，49.0 dB(A)，符合GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》二類晝間≤60 dB(A)，夜間≤50 dB(A)的要求，實現(xiàn)了噪聲的有效治理。

4)增壓站噪聲治理取得了較好的降噪效果，達(dá)到了噪聲治理的目的，為增壓站的噪聲治理積累了寶貴的經(jīng)驗。