某核电厂自然通风冷却塔噪声环境影响及防治措施探讨

郝 睿，江 君，杨宗甄

（中国广核集团苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州215004）

核电厂和火电厂的冷却水循环通常采用一次循环和二次循环两种方式。与冷却水一次循环相比，二次循环主要是增加了冷却塔（池）设施。目前国内在建和商运的沿海核电厂均采用冷却水一次循环方式，而规划中的内陆核电厂主要采用冷却水二次循环方式[1]。随着我国对生态环境的高度重视和海洋生态环保标准的日益严格，我国规划中的部分沿海核电厂也在积极探索采用冷却塔进行循环水冷却的必要性。

冷却塔在火电行业中已成功运行多年，是维持电厂正常运转的重要设备。在火电厂的环境影响评价中，冷却塔是备受关注的重点对象之一。而相对于火电厂的冷却塔，核电厂热能利用率较低，仅不到40 %，因此冷却塔的规模要远大于火电厂冷却塔。部分学者研究了核电厂冷却塔运行过程中的雾羽飘滴、荫屏和盐沉积等对周围环境的不利影响[2]。从某些规划带自然通风冷却塔的核电厂平面布置上看，考虑厂址面积、核岛布置、地质条件、区域气候、景观影响因素后，冷却塔多建于厂址边界附近区域，相对于其他影响，冷却塔噪声污染和周边公众的投诉将成为冷却塔环境影响的重要关注点。因此后续随着冷却水二次循环式核电厂的建设和运行，冷却塔噪声的环境影响和治理将越来越引起重视。

1 冷却塔噪声机理及特性

自然通风冷却塔噪声源主要是水滴下落时冲击水面产生的连续性落水噪声，即水滴在水池、淋水构架板、梁柱等各个表面上产生的冲击噪声。在冷却塔上主要有3个声音扩散面：上部排风口、下部进风口和塔体本身，其中，下开口（进风口）是落水噪声最主要的扩散面。发生过程为高处的冷却水在重力作用下将势能转化为动能，当下落到集水池与水面撞击时，其中一部分动能便转化为声能进行传播。同时，水滴撞击集水池水面所产生气泡的体积脉动，也会辐射比较尖锐的噪声。淋水噪声声强随着淋水量、淋水密度以及水滴质量、水力高度的增大而增大，并与塔内风速有关，因为向上的气流使水滴的下落速度减小。噪声频谱表现为中高频特性，并且随着集水池水深的增加，向低频方向移动。有学者通过试验对冷却塔淋水噪声进行模拟并验证了上述特性[3]。

除淋水噪声外，冷却塔噪声还包括布水噪声和空气对流噪声。喷嘴布水到填料上以及进入塔内的空气对流都会产生噪声，但较之淋水噪声要小得多。另外水温对噪声也有影响，因为水温影响水的表面张力，一般水池水温每增加10°C，声压级减少1 dB。循环水泵产生的噪声可以通过循环水管道传到塔内，然后向四周辐射，一般比淋水噪声明显要小，其噪声频谱表现为低频噪声[4]。

2 冷却塔噪声衰减规律及预测模式适用性

冷却塔落水噪声随距离的衰减特性符合半球面波在传播过程中随能量分布扩大而衰减的规律。声源为内置的一片圆形水面，腔体内声波通过进风口向外传播，所以可将环形进风口作为面声源。面源声波的衰减并不立即按通常声源随距离快速衰减，而是有它自己的衰减规律。在由近及远的过程中分别按照“面声源”至“线声源”最后至“点声源”的模式衰减[5]，该情形可利用《环境影响评价技术导则-声环境》（HJ2.4-2009）中的面源噪声衰减推荐模式进行估算[6]：

当r≤a/π时，衰减值接近为0 dB，距离变化，声压级几乎无变化；

当a/π＜r＜b/π 时，按线声源考虑，L1-L2=10 lg（r2/r1），距离每增加一倍声能衰减3 dB；

当r≥b/π 时，按点声源考虑，L1-L2=20 lg（r2/r1），距离每增加一倍声能衰减6 dB；

其中：r——预测点距离声源（冷却塔）的直线距离，m；

L1——起始点噪声源强，dB；

L2——预测点噪声源强，dB；

a——冷却塔进风口高度，m；

b——冷却塔淋水池直径，m。

为验证该预测模式的适用型，选择了国内某沿海火电厂大型自然通风冷却塔进行噪声实测。监测时天气良好，仪器采用AWA6228 多功能声级计，校准证书在有效期内。监测时电厂有2台冷却塔正常运行，冷却塔部分参数见下表1。

表1 某沿海火电厂海水冷却塔塔型参数

监测点位选择时考虑尽量减少电厂其他设施的噪声干扰，在一台冷却塔东北侧沿两台冷却塔连线的延长线布设，点位间隔为5 m。现场布点见图1，噪声预测和实际监测结果见表2。

图1 某沿海火电厂冷却塔噪声现场监测布点图

经查阅该火电厂环评报告，海边区域的噪声背景值最大为52 dB（A），噪声监测时风速小于5 m/s。本次噪声预测时考虑了厂址背景噪声和2台冷却塔的噪声叠加。

表2 某沿海火电厂海水冷却塔噪声预测与实测结果对比

图2给出了单台冷却塔噪声预测值、2台冷却塔叠加背景预测值以及噪声实际监测值的对比图。

图2 某沿海火电厂噪声预测与实测结果对比图

由图可知，噪声实测值随距离的衰减规律与HJ2.4-2009 导则推荐模式预测值基本一致，但实测值略大，主要是由于现场监测噪声不仅包括了冷却塔噪声，还包括电厂内其他设施的噪声影响，而模式预测仅考虑了冷却塔和背景噪声的叠加影响，因此实测值略大是合理的。噪声实测结果表明导则推荐模式对冷却塔噪声衰减模拟是适用的。

3 某核电厂大型自然通风冷却塔噪声环境影响预测

3.1 某核电厂基本概况

某核电厂址位于国内东部地区，规划建设6 台AP1000机组，厂坪初定标高为80 m。综合考虑厂址位置、规划容量、地形地貌和现行环保要求，该核电厂冷却水拟采用二次循环方式即冷却塔。

根据厂区面积和机组容量测算，拟采用一机一塔配置，共设置6 台自然通风冷却塔，塔体0 m 处直径约180 m～200 m，塔高约160 m～180 m，进风口高度12 m～15 m，淋水面积约1.8万m2～2.0万m2，6台冷却塔呈“一”字形布置于厂区南侧。厂区总平面布置见图3。

图3 设有自然通风冷却塔的某核电厂总平布置图

厂区拟征地范围内目前有一村庄，人口494人，后期拟搬迁。此外最近的居民点为厂址北侧1.6 km处的另一村庄，人口649人。

3.2 核电厂主要噪声源

核电厂的噪声源较多，主要来自核岛厂房群和汽轮机厂房中高速运转和有高速流体流动的设备。虽然核电厂噪声源较多，但由于核电厂占地面积较大（通常150 hm2～250 hm2），核岛及常规岛厂房因安全因素主要位于厂区中部位置，距离厂界有一定距离，且高噪声设备经过减振处理和厂房隔声围护，对厂界噪声贡献相对较小。冷却塔由于体积大、热量排放大等特点，大多置于厂区靠近边界位置，因此冷却塔为核电厂中对厂界噪声贡献较大的声源。

3.3 冷却塔噪声源强及影响预测

依据核电厂初步设计资料，并类比其他自然通风冷却塔噪声源强，给出了该核电厂自然通风冷却塔的预估噪声源强，详见表3。

采用HJ2.4-2009导则推荐模式对核电厂冷却塔噪声开展预测，噪声预测等值线分布见图4。

由图可知，冷却塔周围厂界处噪声已超过GB12348-2008 中3 类功能区限值要求（昼间65dB（A），夜间55 dB（A））。厂址征地范围内的村庄搬迁后本项目最近的居民点位于厂址北侧约1.6 km，距离冷却塔约2 km，有人口649人，预测噪声贡献值＜55 dB（A）。除此之外区域内无其他学校、医院、养老院、科研院所等敏感人群居住点，也未有相关敏感点规划。

表3 某核电厂自然通风冷却塔噪声类比源强

图4 某核电厂自然通风冷却塔噪声影响预测图

4 冷却塔噪声控制措施

针对冷却塔噪声的发生机理、传播方式，可将冷却塔噪声治理归结为塔内、塔外治理两种途径。塔内以声源的降噪治理为主，塔外以传声途径上的声波阻隔（隔声）、声波吸收（消声）为主。

相对于塔内治理，目前塔外治理在国内外应用均较多。塔外治理主要有两种形式，一种为在进风口周围设置消声器，一种是在冷却塔周边一定范围设置声屏障。冷却塔消声装置一般设置在距冷却塔进风口一定距离，根据受噪声影响的区域大小，沿冷却塔圆周方向设置。采取这种措施后无论在近场、厂界还是敏感点可达到10 dB(A)～20 dB(A)的降噪量，能获得良好的降噪效果。声屏障在很多领域的噪声治理中均得到广泛的应用[7]。为达到降噪要求,冷却塔声屏障要求高出进风口高度，声屏障的隔声量通常可达20 dB(A)以上。消声+声屏障组合应用的工程也有较多实例，且取得了较好的降噪效果[8-9]。

5 噪声达标排放考核点设置探讨

与火电厂、水泥厂、钢铁厂等企业环保要求不同，核电厂须设置一定范围的非居住区边界。《核动力厂环境辐射防护规定》（GB6249-2011）中5.6 款说明[10]，必须在核动力厂周围设置非居住区，非居住区边界的确定应考虑选址假想事故的放射性后果。不要求非居住区是圆形，可以根据厂址的地形、地貌、气象、交通等具体条件确定，但非居住区边界离反应堆的距离不得小于500 m。根据美国AP1000 设计控制文件，AP1000机组的非居住区边界离反应堆的距离不得小于800 m。非居住区内严禁有常住居民，仅允许公路、铁路、水路穿过。因此该区域内不得建设居住、办公、学校、医院等噪声敏感点。

对于前述规划的AP1000核电厂址，由于厂址面积较小，其反应堆半径800 m范围已超出厂址边界，超出的区域内不得设置居民常住场所等敏感点，而现有的居民点也将全部搬迁。也就是说，核电厂运行后反应堆半径800 m 范围内没有环境敏感点，噪声不会出现扰民现象，因此将用地红线作为厂界噪声排放考核点就会过于严格，而将非居住区边界作为噪声排放考核点更贴近核电厂的实际情况。此外，核电厂冷却塔尺寸大、噪声源强高，采用隔声屏和消声器等措施治理的全部费用将以数百万计，考虑到近年核电企业等实体经济发展现状，这将对核电企业项目开发和电价竞争上网产生较大的压力。笔者建议在建设初期重点从冷却塔设备、材料和设计上考虑声源的降噪，暂不考虑冷却塔声屏障的设置，后续根据设定的非居住区边界范围、试运行期噪声监测结果、最近敏感点距离等实际情况综合考虑隔声、消声、吸声等工程措施。

6 结语

大型自然通风冷却塔在火电厂中应用较多，其噪声影响预测和治理是该类项目环评审查的重点内容。选取国内某沿海火电厂大型自然通风冷却塔进行噪声实测，对HJ2.4-2009 导则推荐的冷却塔噪声预测模型进行了验证，结果表明导则推荐模式对冷却塔噪声衰减模拟具有较好的的适用性。

大型自然通风冷却塔在核电项目中还未有应用实例，但已有多个内陆和沿海核电项目规划建设大型自然通风冷却塔。选取某规划AP1000核电项目，利用HJ2.4-2009导则推荐模式对该核电厂6座自然通风冷却塔的噪声影响进行预测，结果表明厂界处噪声存在一定超标，须开展针对性的噪声工程治理。冷却塔噪声治理是一项投资大的复杂工程，参考国内外冷却塔噪声治理研究现状，总结了核电厂冷却塔可采用的工程措施。同时，根据核电项目须设置非居住区边界的专门环保法规要求，并结合近年能源等实体经济发展现状，提出厂界噪声达标排放考核点从原有用地红线放宽至非居住区边界范围，对于非居住区边界未全部超出项目用地红线的厂址，可将达标排放考核点放宽至非居住区边界和厂区用地红线的包络线。项目建设初期重点考虑冷却塔内部声源降噪，后期根据确定的非居住区边界范围、敏感点分布和试运行期噪声监测结果，综合采取技术经济合理的工程降噪措施，而不是完全以用地红线处的厂界噪声达标作为治理标准。这种方式既解决噪声矛盾问题，又符合企业实际情况，降低了环保投资费用。