沁水盆地煤层气压缩机环境降噪探讨与应用

王利祥 王荣松 屈丽彬 王泽龙

(中国石油天然气股份有限公司山西煤层气勘探开发分公司，山西 046000)

1 研究的意义

沁水盆地煤层气地处盆地南部，地形以山区为主，煤层气储量约占全国的十分之一，现有产量历年也保持在全国煤层气产量的90%以上，到目前为止，是我国煤层气勘探开发投入最多的区域，有极高的开发潜力与商业价值。在煤层气田生产过程中，经过气井的排水采气工艺技术措施，将开采出的煤层气进行气液分离，利用压缩机增压输送。由于受当地特殊地理形态的约束，压缩机场站大多只能建于山林之间，紧邻村庄，产生的噪音不仅影响当地居民的生活，还对养殖业形成冲击，大大降低了繁衍数量，一度造成工农关系紧张。随着煤层气产业的形成与发展，会有越来越多的压缩机投入到生产中来，噪声污染将会是阻碍发展的一个重要因素，为此，迫于环境保护的压力，噪声污染已经成为急需解决的关键问题之一。本文就压缩机降噪措施进行了综述，希望对解决噪音污染提供一定的参考。

2 噪音的形成与测试

2.1 噪声的形成

噪声主要有以下几类：①运行过程中由于进(排)气阀不停地间歇开闭，气体间歇吸入和排出产生压力脉动而产生的噪声；②冷却风扇高速旋转与空气剧烈摩擦而产生的气流噪声；③飞轮、活塞杆等设备的运动件相对于固定件的周起作用所激发的机械噪声。

郑1集气站内噪声源为3套往复活塞式压缩机(2套DTY1600ML、1套DTY1000ML)及其配套空冷器，压缩机布置在工棚内，空冷器露天布置，距离东厂界约6m。

2.2 噪音测试

通过当地环保部门选取8个监测点对集气站厂界进行噪音测试，发现厂界周边1m处噪音分布为： 1#(59.6dB(A))、2#(59.6dB(A))、3#(60.2dB(A))、4#(61.9dB(A))、5#(62.6dB(A))、6#(58.1dB(A))、7#(60.6dB(A))、8#(64.8dB(A))(取点位置见图1)。

图1 场站平面图

根据《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB 12348—2008)的要求，工厂应满足2类标准(表1)。

表1 噪声排放标准

3 噪音现状及分析

3.1 噪声现状

集气站内主要运行设备噪声源：往复式压缩机组噪声及配套空冷器噪声(表2)，对压缩机周边1m处噪音为92～95dB(A)，空冷器周边1m处噪音为85～92dB(A)。根据数据绘制噪声源频谱图如图2所示。

表2 噪声分布

图2 压缩机、空冷器设备1m处噪音现场测量示意图

由图3可以看出压缩机及空冷器噪声低频部分突出，低频噪声具有衰减慢、声波长、穿透性强等特性。可见，在煤层气压缩机原始运行状态下的主要噪声源为机组和空冷器吸气口，此时的厂界噪声值高于标准要求，且噪声表现出低频比例较大的特点。

图3 集气站噪声频谱图

3.2 噪音分析

通过分析厂界超标量，找出超标原因，制作厂界噪声超标分析表(表3)，进而确定各区域声源所需的降噪量(表4)。

表3 厂界噪声值超标分析表

表4 各噪声源降噪量表

4 降噪工艺技术

4.1 隔声

对露天和半露天布置的噪声源设置必要的建筑隔声维护结构，对隔声量不能有效匹配的围护结构从声学角度予以必要的匹配。单层均质墙板在不同频率下的隔声量(dB)一般参照以下经验公式计算：

R=16lgM+14lgf-29

(1)

式中：M为壁面单位面积的质量；f为入射声波的频率。

R为100～3150Hz的平均隔声量(dB)，一般参照以下经验公式计算：

R=16lgM+8 (M≥200kg/m2)

(2)

R=13.5lgM+14 (M<200kg/m2)

(3)

4.2 吸声

利用吸声处理在噪声传播途径上进行控制是一种传统常用而且有效的方法。当室内声源发出的声音遇到墙面、顶棚、地坪及其它物体表面时，都会发生反射现象。声波在传播过程中遇到各种材料时，都会发生一部分声能被反射，一部分声能向材料内部传播并被吸收，一部分声能透过材料在向外传播。

在噪声源周围设置了隔声围护结构的内侧壁面上做必要的吸声处理，不但可有效加强隔声围护结构的隔声量，而且可降低室内的混响声大6～8dB(A)，同时改善操作人员的操作环境。

4.3 消声

对所有的空气动力性噪声、进风口噪声统一采用消声治理措施，噪声源采取消声治理后，要求既要有适宜的消声量(即声学性能)，同时对设备的运行不能有明显的影响(即良好的空气动力性能)。特别是空冷器通风量大、散热量高，消声器是一种既能使噪声得到有效的衰减又能保证气流正常通过的一种设备，如果消声器仅能满足消声要求，而不能满足设备工艺要求，该消声器的设计是失败的。

其中阻性消声器的消声量参照以下经验公式计算：

表5 消声系数φ(α0)与α0

4.4 阻尼减振降噪

在薄板隔声维护结构的隔声背板上涂刷特殊配比的阻尼材料能有效增加隔声结构的内阻尼，它能使隔声构件的动能转化为热能，从而减少了构件的振动，因而阻尼对提高隔声构件尤其是薄板隔声结构的隔声量有明显的作用，特别是低频共振时的隔声量。

4.5 声屏障

在空气中传播的声波遇到声屏障时，就会产生反射、透射和绕射现象。一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点；一部分在声屏障壁面产生反射。声屏障的插入损失主要取决于声源发出的声波沿着三条道路传播的声能分配。声屏障的作用就是阻挡直达声的传播，隔离透射声，并使绕射声有足够的衰减。当声波撞击到声屏障的壁面时，会在声屏障边缘产生绕射现象，而在屏障背后形成“声影区”。我们所期待声屏障的减噪效果就在“声影区”的范围内。与光影区相比较，由于声波波长比光波波长大的多，因此，这种“声影区”的边界并不明显，经过屏障边缘之外，声源发出来的声波可以直接到达的范围，叫做“亮区”。从亮区到声影区之间还有一小段“过渡区”。位于“声影区”内的噪声级低于未设置声屏障时的噪声级，这就是声屏障降噪的基本原理(图4)。

图4 声屏障的声绕射原理图

隔声屏障的高度应根据设计要求的噪声衰减量、屏障的长度、屏障与保护目标之间的相对位置、及加装范围线型等因素共同决定。

4.6 噪声随距离的衰减

点声源衰减计算公式：

ΔL=10log(1/4πr2)

距离点声源r1、r2，噪声衰减计算公式：

ΔL=20log(r1/r2)

式中：ΔL为衰减量；r为点声源至受声点的距离。

距离增加一倍，衰减6dB(A)。由此绘制点声源距离衰减表，见表6。

表6 点声源距离衰减表

5 降噪工艺措施

5.1 棚内压缩机机组降噪

壁体选取吸-隔组合式结构，吸声壁体选用宽频带组合式吸声板；隔声壁体采用双层板隔声结构，外层设置阻尼隔声板，内层设置中阻尼隔声材料。在集气站钢结构框架立面外加200mm复合吸音、隔音层：内侧为穿孔吸音板+200mm吸音棉+外部瓦楞彩钢板；屋面铺设复合吸音、隔音层：穿孔吸音板+100mm吸音棉+瓦楞彩钢板。采用吸-隔组合式结构能够有效降低噪声能量，罩内的噪声污染也能得到有效的治理。

5.2 棚外空冷器消音降噪

消声器的选择应注意统筹考虑其消声性能、空气动力性能、额定处理风量、使用环境以及外型、强度等因素。

5.3 厂界隔音降噪

通过在厂界设置围墙和声屏障的方式来确保厂界外的噪声值能够达到降噪要求，修建2.5m高的砖围墙，同时在噪声值较大的区域增设2.5m高的声屏障。