環(huán)境敏感區(qū)域油井噪聲治理研究

黃鶴楠（遼河油田公司安全環(huán)保技術(shù)監(jiān)督中心）

人們對于居住區(qū)噪聲控制的要求越來越迫切[1-2]。目前一些油田區(qū)塊位于醫(yī)院、學(xué)校、居民區(qū)等周邊，因噪聲污染引起的糾紛和環(huán)保投訴時有發(fā)生，甚至造成居民堵路、阻攔生產(chǎn)等事故嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。因此必須把油田各類噪聲控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)[3-4]。

1 噪聲分析

當(dāng)噪聲源發(fā)出的聲波遇到聲屏障時，它將沿著三條路徑傳播：一部分越過聲屏障頂端繞射到達(dá)受聲點(diǎn)；一部分穿透聲屏障到達(dá)受聲點(diǎn)；一部分在聲屏障壁面上產(chǎn)生反射[5-6]。聲屏障的插入損失主要取決于聲源發(fā)出的聲波沿這三條路徑傳播的聲能分配。遼河油田大部分生產(chǎn)區(qū)域?qū)儆趪覙?biāo)準(zhǔn)GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的2類或3類聲環(huán)境功能區(qū)，要求晝間夜間噪聲不得大于60 dBA—50 dBA/65 dBA—55 dBA[7-8]。因此，被治理設(shè)備（區(qū)域）廠界噪聲不得超過55 dBA。根究現(xiàn)場的具體情況和工作條件的要求，可設(shè)置固定式或移動式隔音屏障。

2 隔音屏障損失計(jì)算

2.1 點(diǎn)聲源

當(dāng)線聲源的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于聲源至受聲點(diǎn)的距離時（聲源至受聲點(diǎn)的距離大于線聲源長度的3倍），可以看成點(diǎn)聲源，對一無限長聲屏障，點(diǎn)聲源的繞射聲衰減為：

式中：N為菲涅耳數(shù)，d為聲源與受聲點(diǎn)間的直線距離，m；B為受聲點(diǎn)至聲屏障頂端的距離，m。若聲源與受聲點(diǎn)的連線和聲屏障法線之間有一角度β時，則菲涅耳數(shù)應(yīng)為：N(β)=Ncosβ。

2.2 無限長線聲源

當(dāng)聲源為一無限長不相干線聲源時，其繞射聲衰減為：

式中：f為聲波頻率，Hz；δ=A+B-d為聲程差，m；c為聲速，m/s。

3 隔聲屏障設(shè)計(jì)與計(jì)算

3.1 隔音屏障設(shè)計(jì)程序

隔音屏障按以下程序進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)：確定設(shè)計(jì)目標(biāo)值；根據(jù)聲環(huán)境的要求，確定噪聲防護(hù)對象；屏障設(shè)計(jì)前背景噪聲的確定；位置的確定；幾何尺寸的確定；聲屏障插入損失計(jì)算；確定聲屏障隔聲要求；聲屏障吸聲構(gòu)造設(shè)計(jì)；聲屏障設(shè)計(jì)調(diào)整；在滿足聲學(xué)性能要求的同時，滿足其結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料物理性能；安全性能和景觀效果，均應(yīng)符合相應(yīng)的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求；通過調(diào)整聲屏障的高度、長度或聲屏障與聲源或受聲點(diǎn)的距離。經(jīng)反復(fù)調(diào)整計(jì)算，使插入損失ΔL達(dá)到降噪的設(shè)計(jì)目標(biāo)值[9-10]。

3.2 計(jì)算方法的選擇

3.2.1 距離自然衰減計(jì)算

點(diǎn)聲源隨距離衰減：

式中：Lw為點(diǎn)聲源聲功率級，dB；r為聲源與噪聲敏感點(diǎn)的距離，m；Q為聲源指向性因素。

3.2.2 點(diǎn)聲源隔聲屏障插入損失

計(jì)算時將采用公式（4）計(jì)算對居民和辦公區(qū)點(diǎn)的噪聲貢獻(xiàn)量，之后通過疊加計(jì)算得到居民點(diǎn)的總聲壓級。

3.3 聲源頻譜特性與等效頻率計(jì)算

從聲屏障插入損失計(jì)算公式可看出，隔聲屏障對不同頻率的聲音，其降噪量是不一樣的；相同的聲程差，低頻降噪量小于高頻。因此，要準(zhǔn)確的計(jì)算隔聲屏障的總體降噪量，必須知道聲源的頻譜。但由于現(xiàn)在缺乏聲源頻譜，只能采用類比的方式進(jìn)行計(jì)算。表1為某地水泥廠類似輸送帶的實(shí)測噪聲頻譜，經(jīng)A計(jì)權(quán)后的頻譜曲線噪聲峰值為500 Hz，噪聲主要能量集中在250～2 000 Hz的中頻段。隔聲屏障插入損失計(jì)算將參照此頻譜進(jìn)行計(jì)算。

表1 某地水泥廠類似輸送帶的實(shí)測噪聲頻譜

3.4 聲屏障隔聲和吸聲性能要求

隔聲屏障構(gòu)造自身的隔聲性能應(yīng)比隔聲屏障插入損失至少大10 dB，因此隔聲屏障隔聲性能應(yīng)大于30 dBA，其隔聲性能設(shè)計(jì)值應(yīng)大于35 dBA。

為了避免由于聲反射而造成插入損失的降低，靠近聲源一側(cè)需進(jìn)行吸聲處理，吸聲材料的機(jī)降噪系數(shù)不得小于0.75。

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況

興隆臺采油廠位于盤錦市興隆臺區(qū)中心區(qū)域，部分油區(qū)生產(chǎn)井被城市包圍，周邊有醫(yī)院、學(xué)校、居民區(qū)，極易引發(fā)噪聲污染糾紛和環(huán)保投訴。因此使生產(chǎn)噪聲控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，消除噪聲污染是十分必要的。

4.1 生產(chǎn)井用固定式隔音屏障

選取了一口正常生產(chǎn)井作為試驗(yàn)對象，根據(jù)噪聲治理目標(biāo)和周邊環(huán)境的要求，采用固定式隔音屏障方式（圖1）。

圖1 固定式生產(chǎn)井隔音屏障

通過隔音設(shè)施的有效設(shè)置，緩解了噪聲排放對周邊環(huán)境的污染，屏障外噪聲基本符合功能規(guī)劃區(qū)內(nèi)晝夜的環(huán)境噪聲限制。通過現(xiàn)場監(jiān)測示意圖見圖2（測量前為93.9 dBA），效果明顯：①和②號點(diǎn)45.0 dBA對比⑨號點(diǎn)59.2 dBA，下降了14.2 dBA；③和④號點(diǎn)44.0 dBA對比⑩號點(diǎn)58.9 dBA，下降了14.9 dBA；⑦和⑧號點(diǎn)58.0 dBA點(diǎn)對比○1號點(diǎn)68.1 dBA，下降了10.1 dBA。抽油生產(chǎn)廠界環(huán)境噪聲測量數(shù)據(jù)見表2。

表2 抽油生產(chǎn)廠界環(huán)境噪聲測量數(shù)據(jù)

圖2現(xiàn)場監(jiān)測示意圖

4.2 鉆修井用可移動式隔音屏障

選取了一口新鉆井作為試驗(yàn)對象，由于鉆井施工屬于階段性施工，因此采用可移動式隔音屏障，進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，可移動式隔音屏障應(yīng)用在鉆井柴油機(jī)上見圖3。

圖3 可移動式隔音屏障應(yīng)用在鉆井柴油機(jī)上

通過可移動式現(xiàn)場監(jiān)測示意圖見圖4（測量前為93.8 dBA），效果明顯：①和②號點(diǎn)57.2 dBA對比⑨號點(diǎn)80.6 dBA，下降了23.4 dBA；③和④號點(diǎn)58.5 dBA對比⑩號點(diǎn)81.2 dBA，下降了22.7 dBA；⑦號點(diǎn)75.2 dBA點(diǎn)對比○1號點(diǎn)87.0 dBA，下降了11.8 dBA。

圖4 可移動式現(xiàn)場監(jiān)測示意圖

通過隔音設(shè)施有效緩解了噪聲排放對周邊環(huán)境的污染，屏障外噪聲基本符合功能規(guī)劃區(qū)內(nèi)晝夜的環(huán)境噪聲限制，某井鉆井廠界環(huán)境噪聲測量數(shù)據(jù)見表3。

表3 某井鉆井廠界環(huán)境噪聲測量數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

1）對油田生產(chǎn)的噪聲源進(jìn)行分析研究，根究現(xiàn)場的具體情況和工作條件的要求，設(shè)計(jì)可移動式或固定式隔音屏障，效果好、成本低、易實(shí)施。

2）隔音屏障設(shè)計(jì)按以下程序進(jìn)行：通過科學(xué)的計(jì)算方法，調(diào)整聲屏障的高度、長度及聲屏障與聲源或受聲點(diǎn)的距離，使插入損失達(dá)到降噪的設(shè)計(jì)目標(biāo)值。

3）隔音屏障在興隆臺采油廠的應(yīng)用，有效的解決了生產(chǎn)井和鉆修井噪聲環(huán)境污染，可以進(jìn)一步在油田生產(chǎn)中進(jìn)行推廣應(yīng)用。