某热电厂大型空压机噪声危害分析及治理技术研究

王 虎，于金宁，赵 盛，刘金秋

(1.中国石化齐鲁分公司，山东淄博 255000 2.中石化安全工程研究院有限公司，山东青岛 266104)

空压机是石化热电装置主要高噪声设备，其噪声强度高、影响范围大。由于噪声损伤听力、神经、心血管、消化系统等身体多个系统，且与石化企业典型毒物具有联合作用[1-3]，因而成为危害作业人员职业健康的重要风险。近年来，随着健康中国战略的实施，健康企业建设日益得到重视，以保护职工听力健康为目的的噪声治理工作正在大力实施。石化热电装置大型空压机噪声治理不仅涉及降噪专业技术，还需满足生产工艺、设备稳定运行、通风散热、检维修等多方面要求，因此，亟需一套系统化解决方案满足工业降噪的综合要求。

1 对象与方法

1.1 对象

选择某石化热电装置空压机作为研究对象，其电机功率1 700 kW，转速1 550 r/min，空气流量为3 655 m3/h，出口压力为0.14 MPa。

1.2 声源分析与检测

利用GLFore G100声成像仪对空压机本体、进风过滤器、管道、干燥罐等部位进行声辐射可视化扫描分析。利用CASELLA/63X声级计进行噪声源强度和频谱特征检测。声级计固定在三角架上，测点距测定对象表面100 cm处。

2 综合降噪技术方案

2.1 隔声罩设计

用噪声评价(NR)曲线进行噪声评价，将空压机本体测点噪声倍频程声压级与目标NR曲线对比，计算噪声源各中心频率降噪量。根据噪声源各中心频率降噪量选择对应降噪材料，根据公式(1)～(3)分别计算隔声罩理论平均隔声量和插入损失。

(1)

式中：IL——隔声插入损失，dB(A)；

R1——罩的隔声量，dB(A)；

α1——罩内表面的平均吸声系数；

τ1——罩的透射系数。

当隔声罩透声量较小时，隔声插入损失近似

IL=R1+10lg(α1)

(2)

采用经验隔声量公式：

(3)

m——面密度，kg/m2。

2.2 通风散热设计

由于空压机产热量较大，密闭式隔声罩需进行设备通风散热设计。消除隔声罩内余热所需风量采用公式(4)：

(4)

Q=η·N

(5)

式中：G——通风量，kg/s；

Q——发电机、增压机、油站等设备产生的余热量，kW；

η——综合系数，根据不同设备选取，范围常为0.1～0.8；

N——工作机额定功率，kW；

C——空气的质量比热，取1.01 kJ/kg·℃；

tp——室内(或罩内)允许气温，℃；

t0——室外(或罩外)空气温度，℃；

2.3 检维修设计

针对设备检维修作业要求，对隔声罩采取模块化拼装设计，同时相应部位分别留置观察窗、操作门、检修门，提高降噪设备的界面友好性。

3 结果

3.1 声源分析

根据声成像仪和声级计检测结果可知，空压机的主要噪声源包括本体机械噪声、进出气管道空气动力噪声以及干燥罐导淋口、室外进气过滤器产生的空气动力性噪声。空压机本体及附近噪声频谱呈现中高频特征，1 000～4 000 Hz频段的噪声强度较高；距离噪声源1 m处噪声强度结果为99.5 dB(A)。空压机噪声源典型频谱特征如图1所示。

图1 空压机噪声源典型频谱特征

3.2 降噪实施

3.2.1 空压机进风过滤器

室外进风过滤器尺寸为L5 500 mm×W5 500 mm×H8 000 mm，综合考虑生产工艺条件、检维修要求等，实施以下噪声治理方案：①进风过滤器四周1 m处分别设置隔声屏障，底部设置检修和巡检出入门，顶部区域开放进风并设置遮雨棚，原有过滤器进气量30 000 m3/h，经核算，改造前后通风面积不变，保证进气量相同。②进风滤器连接进风管线进行吸隔声材料包扎。降噪处理实施前后对比详见图2。治理后空气过滤器周围噪声强度由93.9 dB(A)降为65.8 dB(A)。

图2 空压机进风过滤器治理前后对比

3.2.2 空压机本体

空压机本体增设全密闭通风散热隔声罩，如图3所示。隔声罩为模块化拼装结构，由罩体、隔声门、观察窗、排风扇、进排风消声器以及照明系统等组成。罩体罩板采用多层复合吸隔声结构，由内向外依次为：镀锌穿孔板0.8 mm-玻璃布-高频吸声结构50 mm-中低频吸声结构50 mm-低频阻尼结构3 mm-镀锌喷塑压型板2 mm。隔声罩板的阻尼材料选用宽温域、宽频带高分子阻尼材料。另外，采用机械进排风保证空压机加装隔声罩后具备良好通风散热效果，进、排风口分别加装消声器。通风散热系统气流组织采用下进上排，进风空气取自室外，外部冷量以10 m/s风速的高速气流及直径0.7 m的大风面状态传递给电机散热风扇处，对其形成持续冷量包裹，有效降温，保证夏季最热月罩内环境温度不引起设备温控报警。隔声罩内设置2个温控探头(风机启动温度40 ℃)，温控信号引入DCS观察，就地控制，与风机联锁，当温控探头测温高于40 ℃时，对应风机运转；当温度降低至40 ℃以下时，风机停止运转，重复上述动作，从而达到温控目的。经检测，治理后现场噪声强度由99.5 dB(A)降为81.7～84.2 dB(A)，通风散热效果良好，满足工艺生产要求。

图3 空压机本体模块化拼装隔声罩

3.2.3 干燥罐导淋口

根据声成像声源分析结果，确定导淋口为主要声辐射源。噪声治理方案包括：①在导淋口排出管阀门加装减压膨胀节；②将排水气口引入排水沟，同时对排水沟加装带消声通气通道的隔声盖板。治理后干燥罐导淋口周围噪声强度由109.6 dB(A)降为80.4 dB(A)，如图4所示。

图4 空压机干燥罐导淋口改造示意

4 讨论

预防和控制职业性噪声危害、减少听力损失的发生，是职业卫生领域的重点和难点[4]，石化装置高噪声设备众多，动设备、物料管线布置密集紧凑，加上严格的防火、防爆、防毒和通风散热要求，使得降噪项目的实施面临诸多挑战。空压机是石化企业各生产装置常用设备之一，噪声特征呈高、中、低频状态，从而导致频带宽、穿透力强、治理难度大。以往企业高噪声治理工作存在以下难点：①常规检测技术手段无法区分同一空间主次噪声源，往往凭借经验法将进风过滤器、空压机本体、进排气管线、干燥罐和导淋口等的一种或几种列为主要声源，并采取相应降噪措施。治理方案没有针对性，漏声情况严重，整体降噪效果不佳。②干燥罐内部压力变化引起的空气动力性噪声通常采用表面吸隔声包扎方案，但长周期运行后干燥罐内温度升高影响工艺生产而不得不拆除，造成投资浪费。本文针对以上空压机高噪声治理存在的问题进行了全方位探索性研究。

a) 采用声成像技术对装置现场复杂声场环境下主次声源进行精确识别定位，保证噪声治理技术方案具有可操作性和针对性。

b) 空压机本体噪声辐射点位多且分散，若仅采取厂房内吸声处理，直达声强度高，降噪效果差，无法达到保护作业人员听力的目的。隔声罩是处理空压机本体噪声的有效办法，但存在高温环境下阻尼材料损耗因子衰减、设备通风散热的问题。对于大型空压机，电机和空压机缸体及附属管线均辐射较大热量，通风换气量和气流组织方面需要进行良好的通风散热设计。本研究选择宽温域、宽频带高分子阻尼材料避免了高温环境下阻尼材料损耗因子大幅衰减；同时准确计算空压机各种辐射热量，优化气流组织设计，采用重点散热部位冷量包裹的方法，既大大降低了能耗，又保证了散热效果。

c) 经声源定位后，对干燥罐导淋口排出管阀门加装减压膨胀节、排水气口加装隔声盖板，总体降噪效果明显。

d) 进风过滤器选用隔声屏障，具有不增加进风阻力、设计简单、施工方便、拆装检修简单等优点，同时可避免老化的消声器吸声材料、逸出纤维或粉末状材料进入空气压缩机的气缸，影响设备稳定运行。

治理后上述高噪声设备周围噪声强度均降到85 dB(A)以下，大大改善工人劳动环境。本项目在声源识别分析、通风散热设计和复合吸隔声高性能材料等方面的创新性实践应用，解决了大功率空压机噪声治理的工程难题，可为石化企业大型空压机噪声治理提供借鉴。