FPSO常規(guī)管路系統(tǒng)的噪音預(yù)測評估方法

朱睿峰,吳承恩

(1.惠生工程(中國)有限公司,上海 200000; 2.南通中遠海運船務(wù)工程有限公司,江蘇 南通 226006)

0 引言

浮式生產(chǎn)儲存卸貨裝置(FPSO)常規(guī)管路系統(tǒng)主要圍繞保障人員生活、油氣處理存儲及安全消防設(shè)計,包括壓載水、柴油、生活用水、貨油、消防水等系統(tǒng),此類管路噪音往往是由于管道內(nèi)部介質(zhì)流動摩擦碰撞及擾動引起的,通常表現(xiàn)在管道流動噪音、排放口(氣體)噪音及流體經(jīng)過閥門與孔板引起的阻擋噪音[1-7]。隨著世界海洋油氣開發(fā)邁向深遠海發(fā)展,針對FPSO這種將油氣處理裝置直接用于海上的高端海工產(chǎn)品,其安全、舒適性設(shè)計成為重中之重。管道系統(tǒng)噪音的預(yù)測及預(yù)防作為操作環(huán)境舒適性的重要組成部分備受關(guān)注。本研究通過對典型工藝管路、排放口噪音進行計算分析,結(jié)合不同操作工況下的噪音限值標準,評估管道系統(tǒng)噪音水平,明確管道隔音或排放口消音的必要性。針對控制閥、安全閥、節(jié)流孔板這類請購產(chǎn)品,設(shè)計建造方不僅要確保功能參數(shù)的合理性,還要對其產(chǎn)生的阻擋噪音進行審查,確保整體設(shè)計合規(guī)。基于制定的噪音控制標準,通過對管路系統(tǒng)噪音計算分析及對供貨方的設(shè)計管控,以明確系統(tǒng)隔音、降噪措施的必要性及請購產(chǎn)品(控制閥、安全閥等)的選型,從而形成一套針對常規(guī)管路系統(tǒng)的噪音預(yù)測評估方法。

1 管路系統(tǒng)噪音計算方法

1.1 管道流動噪音

為了明確管道隔聲保護的必要性,采用以下方法對管道流動噪聲進行預(yù)測,考慮了直管段流速、管道截面、密度及溫度的影響,如式(1)所示?？紤]到流體在管道彎頭處存在潛在的速度增加,故下游聲功率可能增加高達18 dB。在計算距離管道1 m處的噪聲水平時,基于鋼材料(STC為35～45)和輻射表面的聲傳輸損失特性,保守假設(shè)管道外部聲功率水平相比于管道內(nèi)部的降低25 dB。

(1)

式中,PWLins為管道內(nèi)聲功率級,dB;Vf為管道內(nèi)流體流速,m/s(V0=1 m/s);S為流動管線橫截面,m2(S0=1 m2);Tf為流體溫度,K(T0=273K);Δf為流體密度,kg/m3(Δ0=1 kg/m3)。

1.2 排放口噪音

在日常工藝系統(tǒng)中往往存在很多接通大氣的排放口,用于平衡設(shè)備/系統(tǒng)壓力,起到應(yīng)急釋放的功能。根據(jù)API 521[9],在排放點(噪音源)以外30 m處的噪聲水平可用式(2)近似計算:

L30(100)=L+10lg(0.5qm*c2)

(2)

式中,L30(100)為距離排放點30 m處的噪音水平,dB;L為基于排放口的出口壓力(或限流管附件上游絕對靜壓)與大氣壓力(或限流管附件下游絕對釋放壓力)的比值PR,參照API 521圖18(見圖1)得出的噪音水平,dB;qm為通過閥門或限流管附件的質(zhì)量流量,kg/s;c為閥門處氣體的聲速,m/s。

圖1 距排放口末端30 m處的聲壓級Fig.1 Sound pressure level at 30 m from the end of the outlet

其中,X為壓力比PR;Y為距排風(fēng)口末端30 m處的聲壓級,dB。參考API 521,計算聲速c可用式(3)計算。

(3)

式中,k為氣體比熱容比;M為氣體的相對分子質(zhì)量;T為氣體溫度,單位為開爾文(K)。

為了根據(jù)操作條件更好地評估排放口噪聲水平,通過應(yīng)用式(4)對距離30 m的參考邊界進行調(diào)整。

(4)

式中,Lp為距離噪音源r處噪音水平,dB;L30(100)為距離噪音源30 m處的噪音水平,dB;r為到噪音源的距離,m。

除了上述管道流動噪音及排放口噪音外,管路系統(tǒng)往往還包含各種類型的控制閥門及孔板,它們是確保整個工藝系統(tǒng)功能性、完整性的關(guān)鍵。但在實際工程項目執(zhí)行過程中,這些控制閥門及孔板通常由專門的產(chǎn)品制造商供貨。項目設(shè)計建造方不僅需要明確控制閥門及孔板的工藝參數(shù)要求,還要對供貨商的產(chǎn)品方案、材料及交付保證等進行綜合審查,特別是噪音問題,因為不同供貨商的制造工藝、產(chǎn)品特性及計算依據(jù)不同,故設(shè)計建造方需提前與供貨方進行技術(shù)澄清,明確噪音計算方法及產(chǎn)品測試流程/證書是否滿足項目要求。

針對控制閥門及孔板的噪音計算方法,如無特定要求,根據(jù)以往項目實踐,建議供應(yīng)商按照VDMA 24422 、IEC 60534-8-3及IEC 60534-8-4開展計算,將計算結(jié)果體現(xiàn)在產(chǎn)品數(shù)據(jù)表(datasheet)或?qū)ｉT噪音數(shù)據(jù)表(noisedatasheet)中,以供技術(shù)審查。

2 評估準則

2.1正常運行工況

對于控制閥或節(jié)流孔板,在正常工況下其產(chǎn)生的噪音水平不應(yīng)超過85dBA@1m;對于排放到大氣中的排放口,其持續(xù)(或正常運行)的排放噪音水平不應(yīng)超過85 dBA@3m(假設(shè)在排放口3 m范圍內(nèi)無工作平臺);對于管道,在正常運行時其管道流動噪聲不應(yīng)超過85 dBA@1m,如果超過,可對管道及工藝設(shè)備進行隔聲處理。

2.2 間歇性運行工況

針對一些發(fā)出間歇、波動或周期性噪聲的設(shè)備(如減壓、鍋爐排污或污水泵),其間隔內(nèi)的等效聲壓級(LAeq)為90 dBA@1m。

2.3 應(yīng)急運行工況

緊急情況下,在距離噪音源1 m處a加權(quán)聲壓級不應(yīng)超過115 dBA。設(shè)備和設(shè)施的緊急關(guān)閉可被認為是不適用噪音限制管控的情形,如在非常規(guī)基礎(chǔ)上或在緊急情況下為容器及系統(tǒng)提供泄壓保護而運行的泄壓閥,不應(yīng)有噪聲級別限制。針對在應(yīng)急情況下操作的控制閥,節(jié)流孔板及排放口產(chǎn)生的噪音水平不應(yīng)超過115 dBA@1m。

3 計算實例

3.1 典型壓載系統(tǒng)管線流動噪音計算

依據(jù)工藝管線清單,提取單根管線A基礎(chǔ)參數(shù)(表1所示)進行流動噪音計算,主要輸入?yún)?shù)如下:

表1 壓載系統(tǒng)管線A基礎(chǔ)參數(shù)(正常工況)Tab.1 Basic parameters of ballast system pipeline A (normal condition)

根據(jù)式(1)計算出管道內(nèi)部噪音水平為48 dB,鑒于海水在管道彎頭處存在潛在流速增加,會造成管線下游聲功率增加(+18 dB)。管線內(nèi)部噪音輻射傳輸也存在一定的損耗(-25 dB)。故距離A管道1 m處的噪聲水平為41 dB,滿足正常工況下管道流動噪聲不應(yīng)超過85 dBA@1m的要求。

若系統(tǒng)中管路的計算噪音超過85 dBA@1m的要求,建議根據(jù)管徑及噪音偏差選取必要的管道隔音措施[8-9],并在三維模型配管布置時及時預(yù)留相應(yīng)的隔音材料空間。

3.2 典型壓載艙排放口噪音計算

依據(jù)該壓載艙工藝設(shè)計及API 521圖18(如圖1所示),主要輸入?yún)?shù)如下:

表2 壓載艙空氣排放口基礎(chǔ)參數(shù)(正常工況)Tab.2 Basic parameters of ballast tank air outlet (normal condition)

根據(jù)上述式(2)～(4),計算出此常規(guī)壓載艙透氣排放口噪音水平為72 dB@3m,滿足正常工況下氣體排放口噪音水平不應(yīng)超過85 dBA@3m的要求。

4 結(jié)束語

從FPSO項目實踐出發(fā),基于制定的噪音評價標準,采用較為成熟的計算方法,定量預(yù)測分析管道流動噪音及氣體排放口噪音水平,及時識別常規(guī)管道系統(tǒng)噪音風(fēng)險。針對控制閥、安全閥、節(jié)流孔板這類請購產(chǎn)品,通過對供應(yīng)商設(shè)計審查,及時有效地進行噪音管控,形成一套針對FPSO常規(guī)管路系統(tǒng)的噪音預(yù)測評估方法,取得了較好的應(yīng)用效果,可在海上油氣生產(chǎn)處理裝置建造中進行推廣及應(yīng)用。