某熱電廠大型空壓機(jī)噪聲危害分析及治理技術(shù)研究

王 虎，于金寧，趙 盛，劉金秋

(1.中國石化齊魯分公司，山東淄博 255000 2.中石化安全工程研究院有限公司，山東青島 266104)

空壓機(jī)是石化熱電裝置主要高噪聲設(shè)備，其噪聲強(qiáng)度高、影響范圍大。由于噪聲損傷聽力、神經(jīng)、心血管、消化系統(tǒng)等身體多個(gè)系統(tǒng)，且與石化企業(yè)典型毒物具有聯(lián)合作用[1-3]，因而成為危害作業(yè)人員職業(yè)健康的重要風(fēng)險(xiǎn)。近年來，隨著健康中國戰(zhàn)略的實(shí)施，健康企業(yè)建設(shè)日益得到重視，以保護(hù)職工聽力健康為目的的噪聲治理工作正在大力實(shí)施。石化熱電裝置大型空壓機(jī)噪聲治理不僅涉及降噪專業(yè)技術(shù)，還需滿足生產(chǎn)工藝、設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行、通風(fēng)散熱、檢維修等多方面要求，因此，亟需一套系統(tǒng)化解決方案滿足工業(yè)降噪的綜合要求。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象

選擇某石化熱電裝置空壓機(jī)作為研究對(duì)象，其電機(jī)功率1 700 kW，轉(zhuǎn)速1 550 r/min，空氣流量為3 655 m3/h，出口壓力為0.14 MPa。

1.2 聲源分析與檢測

利用GLFore G100聲成像儀對(duì)空壓機(jī)本體、進(jìn)風(fēng)過濾器、管道、干燥罐等部位進(jìn)行聲輻射可視化掃描分析。利用CASELLA/63X聲級(jí)計(jì)進(jìn)行噪聲源強(qiáng)度和頻譜特征檢測。聲級(jí)計(jì)固定在三角架上，測點(diǎn)距測定對(duì)象表面100 cm處。

2 綜合降噪技術(shù)方案

2.1 隔聲罩設(shè)計(jì)

用噪聲評(píng)價(jià)(NR)曲線進(jìn)行噪聲評(píng)價(jià)，將空壓機(jī)本體測點(diǎn)噪聲倍頻程聲壓級(jí)與目標(biāo)NR曲線對(duì)比，計(jì)算噪聲源各中心頻率降噪量。根據(jù)噪聲源各中心頻率降噪量選擇對(duì)應(yīng)降噪材料，根據(jù)公式(1)～(3)分別計(jì)算隔聲罩理論平均隔聲量和插入損失。

(1)

式中：IL——隔聲插入損失，dB(A)；

R1——罩的隔聲量，dB(A)；

α1——罩內(nèi)表面的平均吸聲系數(shù)；

τ1——罩的透射系數(shù)。

當(dāng)隔聲罩透聲量較小時(shí)，隔聲插入損失近似

IL=R1+10lg(α1)

(2)

采用經(jīng)驗(yàn)隔聲量公式：

(3)

m——面密度，kg/m2。

2.2 通風(fēng)散熱設(shè)計(jì)

由于空壓機(jī)產(chǎn)熱量較大，密閉式隔聲罩需進(jìn)行設(shè)備通風(fēng)散熱設(shè)計(jì)。消除隔聲罩內(nèi)余熱所需風(fēng)量采用公式(4)：

(4)

Q=η·N

(5)

式中：G——通風(fēng)量，kg/s；

Q——發(fā)電機(jī)、增壓機(jī)、油站等設(shè)備產(chǎn)生的余熱量，kW；

η——綜合系數(shù)，根據(jù)不同設(shè)備選取，范圍常為0.1～0.8；

N——工作機(jī)額定功率，kW；

C——空氣的質(zhì)量比熱，取1.01 kJ/kg·℃；

tp——室內(nèi)(或罩內(nèi))允許氣溫，℃；

t0——室外(或罩外)空氣溫度，℃；

2.3 檢維修設(shè)計(jì)

針對(duì)設(shè)備檢維修作業(yè)要求，對(duì)隔聲罩采取模塊化拼裝設(shè)計(jì)，同時(shí)相應(yīng)部位分別留置觀察窗、操作門、檢修門，提高降噪設(shè)備的界面友好性。

3 結(jié)果

3.1 聲源分析

根據(jù)聲成像儀和聲級(jí)計(jì)檢測結(jié)果可知，空壓機(jī)的主要噪聲源包括本體機(jī)械噪聲、進(jìn)出氣管道空氣動(dòng)力噪聲以及干燥罐導(dǎo)淋口、室外進(jìn)氣過濾器產(chǎn)生的空氣動(dòng)力性噪聲。空壓機(jī)本體及附近噪聲頻譜呈現(xiàn)中高頻特征，1 000～4 000 Hz頻段的噪聲強(qiáng)度較高；距離噪聲源1 m處噪聲強(qiáng)度結(jié)果為99.5 dB(A)。空壓機(jī)噪聲源典型頻譜特征如圖1所示。

圖1 空壓機(jī)噪聲源典型頻譜特征

3.2 降噪實(shí)施

3.2.1 空壓機(jī)進(jìn)風(fēng)過濾器

室外進(jìn)風(fēng)過濾器尺寸為L5 500 mm×W5 500 mm×H8 000 mm，綜合考慮生產(chǎn)工藝條件、檢維修要求等，實(shí)施以下噪聲治理方案：①進(jìn)風(fēng)過濾器四周1 m處分別設(shè)置隔聲屏障，底部設(shè)置檢修和巡檢出入門，頂部區(qū)域開放進(jìn)風(fēng)并設(shè)置遮雨棚，原有過濾器進(jìn)氣量30 000 m3/h，經(jīng)核算，改造前后通風(fēng)面積不變，保證進(jìn)氣量相同。②進(jìn)風(fēng)濾器連接進(jìn)風(fēng)管線進(jìn)行吸隔聲材料包扎。降噪處理實(shí)施前后對(duì)比詳見圖2。治理后空氣過濾器周圍噪聲強(qiáng)度由93.9 dB(A)降為65.8 dB(A)。

圖2 空壓機(jī)進(jìn)風(fēng)過濾器治理前后對(duì)比

3.2.2 空壓機(jī)本體

空壓機(jī)本體增設(shè)全密閉通風(fēng)散熱隔聲罩，如圖3所示。隔聲罩為模塊化拼裝結(jié)構(gòu)，由罩體、隔聲門、觀察窗、排風(fēng)扇、進(jìn)排風(fēng)消聲器以及照明系統(tǒng)等組成。罩體罩板采用多層復(fù)合吸隔聲結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外依次為：鍍鋅穿孔板0.8 mm-玻璃布-高頻吸聲結(jié)構(gòu)50 mm-中低頻吸聲結(jié)構(gòu)50 mm-低頻阻尼結(jié)構(gòu)3 mm-鍍鋅噴塑壓型板2 mm。隔聲罩板的阻尼材料選用寬溫域、寬頻帶高分子阻尼材料。另外，采用機(jī)械進(jìn)排風(fēng)保證空壓機(jī)加裝隔聲罩后具備良好通風(fēng)散熱效果，進(jìn)、排風(fēng)口分別加裝消聲器。通風(fēng)散熱系統(tǒng)氣流組織采用下進(jìn)上排，進(jìn)風(fēng)空氣取自室外，外部冷量以10 m/s風(fēng)速的高速氣流及直徑0.7 m的大風(fēng)面狀態(tài)傳遞給電機(jī)散熱風(fēng)扇處，對(duì)其形成持續(xù)冷量包裹，有效降溫，保證夏季最熱月罩內(nèi)環(huán)境溫度不引起設(shè)備溫控報(bào)警。隔聲罩內(nèi)設(shè)置2個(gè)溫控探頭(風(fēng)機(jī)啟動(dòng)溫度40 ℃)，溫控信號(hào)引入DCS觀察，就地控制，與風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖，當(dāng)溫控探頭測溫高于40 ℃時(shí)，對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度降低至40 ℃以下時(shí)，風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，重復(fù)上述動(dòng)作，從而達(dá)到溫控目的。經(jīng)檢測，治理后現(xiàn)場噪聲強(qiáng)度由99.5 dB(A)降為81.7～84.2 dB(A)，通風(fēng)散熱效果良好，滿足工藝生產(chǎn)要求。

圖3 空壓機(jī)本體模塊化拼裝隔聲罩

3.2.3 干燥罐導(dǎo)淋口

根據(jù)聲成像聲源分析結(jié)果，確定導(dǎo)淋口為主要聲輻射源。噪聲治理方案包括：①在導(dǎo)淋口排出管閥門加裝減壓膨脹節(jié)；②將排水氣口引入排水溝，同時(shí)對(duì)排水溝加裝帶消聲通氣通道的隔聲蓋板。治理后干燥罐導(dǎo)淋口周圍噪聲強(qiáng)度由109.6 dB(A)降為80.4 dB(A)，如圖4所示。

圖4 空壓機(jī)干燥罐導(dǎo)淋口改造示意

4 討論

預(yù)防和控制職業(yè)性噪聲危害、減少聽力損失的發(fā)生，是職業(yè)衛(wèi)生領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)[4]，石化裝置高噪聲設(shè)備眾多，動(dòng)設(shè)備、物料管線布置密集緊湊，加上嚴(yán)格的防火、防爆、防毒和通風(fēng)散熱要求，使得降噪項(xiàng)目的實(shí)施面臨諸多挑戰(zhàn)?？諌簷C(jī)是石化企業(yè)各生產(chǎn)裝置常用設(shè)備之一，噪聲特征呈高、中、低頻狀態(tài)，從而導(dǎo)致頻帶寬、穿透力強(qiáng)、治理難度大。以往企業(yè)高噪聲治理工作存在以下難點(diǎn)：①常規(guī)檢測技術(shù)手段無法區(qū)分同一空間主次噪聲源，往往憑借經(jīng)驗(yàn)法將進(jìn)風(fēng)過濾器、空壓機(jī)本體、進(jìn)排氣管線、干燥罐和導(dǎo)淋口等的一種或幾種列為主要聲源，并采取相應(yīng)降噪措施。治理方案沒有針對(duì)性，漏聲情況嚴(yán)重，整體降噪效果不佳。②干燥罐內(nèi)部壓力變化引起的空氣動(dòng)力性噪聲通常采用表面吸隔聲包扎方案，但長周期運(yùn)行后干燥罐內(nèi)溫度升高影響工藝生產(chǎn)而不得不拆除，造成投資浪費(fèi)。本文針對(duì)以上空壓機(jī)高噪聲治理存在的問題進(jìn)行了全方位探索性研究。

a) 采用聲成像技術(shù)對(duì)裝置現(xiàn)場復(fù)雜聲場環(huán)境下主次聲源進(jìn)行精確識(shí)別定位，保證噪聲治理技術(shù)方案具有可操作性和針對(duì)性。

b) 空壓機(jī)本體噪聲輻射點(diǎn)位多且分散，若僅采取廠房內(nèi)吸聲處理，直達(dá)聲強(qiáng)度高，降噪效果差，無法達(dá)到保護(hù)作業(yè)人員聽力的目的。隔聲罩是處理空壓機(jī)本體噪聲的有效辦法，但存在高溫環(huán)境下阻尼材料損耗因子衰減、設(shè)備通風(fēng)散熱的問題。對(duì)于大型空壓機(jī)，電機(jī)和空壓機(jī)缸體及附屬管線均輻射較大熱量，通風(fēng)換氣量和氣流組織方面需要進(jìn)行良好的通風(fēng)散熱設(shè)計(jì)。本研究選擇寬溫域、寬頻帶高分子阻尼材料避免了高溫環(huán)境下阻尼材料損耗因子大幅衰減；同時(shí)準(zhǔn)確計(jì)算空壓機(jī)各種輻射熱量，優(yōu)化氣流組織設(shè)計(jì)，采用重點(diǎn)散熱部位冷量包裹的方法，既大大降低了能耗，又保證了散熱效果。

c) 經(jīng)聲源定位后，對(duì)干燥罐導(dǎo)淋口排出管閥門加裝減壓膨脹節(jié)、排水氣口加裝隔聲蓋板，總體降噪效果明顯。

d) 進(jìn)風(fēng)過濾器選用隔聲屏障，具有不增加進(jìn)風(fēng)阻力、設(shè)計(jì)簡單、施工方便、拆裝檢修簡單等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可避免老化的消聲器吸聲材料、逸出纖維或粉末狀材料進(jìn)入空氣壓縮機(jī)的氣缸，影響設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

治理后上述高噪聲設(shè)備周圍噪聲強(qiáng)度均降到85 dB(A)以下，大大改善工人勞動(dòng)環(huán)境。本項(xiàng)目在聲源識(shí)別分析、通風(fēng)散熱設(shè)計(jì)和復(fù)合吸隔聲高性能材料等方面的創(chuàng)新性實(shí)踐應(yīng)用，解決了大功率空壓機(jī)噪聲治理的工程難題，可為石化企業(yè)大型空壓機(jī)噪聲治理提供借鑒。