郭滿霞

(中國(guó)石化洛陽分公司，河南洛陽 471012)

石油化工企業(yè)高噪聲設(shè)備種類多、數(shù)量大、分布面廣和聲源種類復(fù)雜的固有特點(diǎn)，以及裝置向大型化、聯(lián)合化發(fā)展的趨勢(shì)，使噪聲問題日益凸顯。其中羅茨風(fēng)機(jī)噪聲達(dá)到100dB(A)以上，已成為石化企業(yè)職業(yè)病危害控制的焦點(diǎn)與難點(diǎn)。本文以某石化裝置羅茨風(fēng)機(jī)為例，對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲源特性、產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行分析，并采用雙層隔聲罩、阻尼降噪模塊、空氣過濾器消聲等技術(shù)對(duì)羅茨風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行了治理，獲得了良好的降噪效果。

1 羅茨風(fēng)機(jī)噪聲源分析

選擇某石化裝置的送風(fēng)羅茨風(fēng)機(jī)作為治理對(duì)象，其技術(shù)規(guī)格為電機(jī)功率90 kW,轉(zhuǎn)速1 550 r/min，排氣體積3 655 m3/h，入口壓力0.1 MPa，出口0.14 MPa。

利用SoundPro SE/DL聲級(jí)計(jì)對(duì)噪聲源進(jìn)行倍頻程聲壓級(jí)檢測(cè)。聲級(jí)計(jì)固定在三角架上，測(cè)點(diǎn)取在管線軸線45°方向上，距測(cè)定對(duì)象表面10 cm處。背景噪聲測(cè)定方法為距離羅茨風(fēng)機(jī)20 m空曠處1.5 m高度。

羅茨風(fēng)機(jī)噪聲源主要來源于氣缸、進(jìn)出風(fēng)口管道處、空氣過濾器處及電機(jī)處。其中，氣缸處噪聲是由于轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)壓縮空氣產(chǎn)生的氣動(dòng)性噪聲及振動(dòng)性機(jī)械噪聲；進(jìn)出風(fēng)口管道及空氣過濾器處噪聲是由于壓力變化較大產(chǎn)生的氣動(dòng)性噪聲及振動(dòng)性機(jī)械噪聲；電機(jī)處噪聲主要是電機(jī)運(yùn)行的電磁噪聲、電機(jī)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的氣動(dòng)噪聲、皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械性噪聲。對(duì)噪聲源的頻譜特征分析發(fā)現(xiàn)，羅茨風(fēng)機(jī)本體及附近噪聲頻譜呈現(xiàn)寬頻特征，羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)口過濾器處噪聲頻譜呈現(xiàn)低頻特征，見表1。

表1 噪聲測(cè)量值與頻譜特征

2 噪聲治理設(shè)計(jì)

2.1 隔聲罩設(shè)計(jì)

a) 用噪聲評(píng)價(jià)數(shù)(NR)曲線進(jìn)行噪聲評(píng)價(jià)，將羅茨風(fēng)機(jī)氣缸與電機(jī)連接處噪聲倍頻程聲壓級(jí)與羅茨風(fēng)機(jī)目標(biāo)NR曲線對(duì)比，計(jì)算噪聲源各中心頻率降噪量，見表2。

表2 羅茨風(fēng)機(jī)氣缸與電機(jī)連接處各中心頻率降噪量 dB(A)

b) 根據(jù)噪聲源各中心頻率降噪量選擇合適材料，制作隔聲罩。考慮到該羅茨風(fēng)機(jī)需要定期測(cè)溫、更換潤(rùn)滑油、更換皮帶、機(jī)殼吊出內(nèi)壁粉刷防腐涂料等操作，隔聲罩形式選用滑動(dòng)吊軌式對(duì)開隔聲罩。

運(yùn)用公式(1)(2)(3)[1]分別計(jì)算隔聲罩理論平均隔聲量和插入損失(不包括因加隔聲罩后罩內(nèi)聲壓級(jí)的增加)。

(1)

式中：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)。

隔聲罩透聲很小時(shí)，隔聲插入損失近似

IL=R1+10lg(α1)

(2)

經(jīng)驗(yàn)隔聲量公式：

(3)

每塊隔聲板的平均隔聲量為29.1 dB(A)。

c) 隔聲罩通風(fēng)散熱

由于羅茨風(fēng)機(jī)產(chǎn)熱量較大，設(shè)置密閉式隔聲罩需要考慮設(shè)備通風(fēng)散熱。根據(jù)公式(4)(5)[1]計(jì)算羅茨風(fēng)機(jī)散熱所需冷量。

消除隔聲罩內(nèi)余熱所需的風(fēng)量可用下式計(jì)算：

(4)

式中：Q——為發(fā)電機(jī)、增壓機(jī)、油站等設(shè)備產(chǎn)生的余熱量，kw；通常有：

Q=η·N

(5)

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，91 kw；

C——空氣的質(zhì)量比熱，其值為：1.01 kJ/kg·℃；

l——空氣的密度，1.29 kg/m3；

tp——室內(nèi)(或罩內(nèi))允許氣溫，取60 ℃；

t0——室外(或罩外)空氣溫度，取40 ℃。

式(4)中，根據(jù)GB50019-2012《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，按工程所在地區(qū)夏季通風(fēng)室外計(jì)算溫度選取，按工程所在地區(qū)夏季生產(chǎn)廠房工作地點(diǎn)允許溫度選取。

因此，設(shè)計(jì)需要送風(fēng)冷量V=1 257 m3/h。

2.2 消聲器的設(shè)計(jì)

a) 用噪聲評(píng)價(jià)數(shù)(NR)曲線進(jìn)行噪聲評(píng)價(jià)，將羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口空氣過濾器處測(cè)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，見表3。

b) 根據(jù)噪聲源各中心頻率降噪量選擇合適材料，制作進(jìn)風(fēng)口空氣過濾器消聲器?？紤]到該羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口空氣過濾器所使用過濾棉需定期更換，消聲器選用半固定式卡扣消聲器。根據(jù)表3初步判定需要選用阻性消聲器進(jìn)行消聲，消聲量計(jì)算按照公式(6)。

表3 羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口空氣過濾器處各中心頻率降噪量 dB(A)

(6)

式中：φ(α0)——與材料吸聲系數(shù)有關(guān)的消聲系數(shù);

L——消聲器的有效長(zhǎng)度，1.154 m；

P——消聲器通道橫斷面周長(zhǎng)，2.9 m；

S——消聲器通道有效橫斷面面積，0.135 m2。

根據(jù)吸聲材料的吸聲特性(取值0.75)，帶入公式計(jì)算得到消聲量為24 dB(A)。

3 噪聲治理技術(shù)實(shí)施與效果

3.1 羅茨風(fēng)機(jī)本體降噪技術(shù)與實(shí)施效果

a) 首先為羅茨風(fēng)機(jī)機(jī)體安裝吊滑軌式隔聲罩，方便日常維護(hù)及檢維修等。同時(shí)考慮到羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)出風(fēng)管道消聲器處噪聲較高為100.1dB(A)，為其設(shè)置模塊化可快速拆卸式消聲器隔聲罩，羅茨風(fēng)機(jī)四周設(shè)置模塊化可快速拆卸式隔聲板。

b) 為了防止安裝隔聲罩后羅茨風(fēng)機(jī)散熱出現(xiàn)問題，在隔聲罩進(jìn)風(fēng)口及出風(fēng)口分別配置3臺(tái)直徑為 20 cm、單臺(tái)風(fēng)量為600 m3/h的防爆軸流風(fēng)機(jī)用于強(qiáng)制進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)，并在電機(jī)與皮帶連接處設(shè)置防爆熱電阻溫感探頭同軸流風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖設(shè)置，該處空氣溫度超過60℃，軸流風(fēng)機(jī)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)降溫。經(jīng)過公式計(jì)算電機(jī)散熱需要的通風(fēng)量為1 257 m3/h，現(xiàn)使用單臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量為600 m3/h，模塊化可快速拆卸式消聲器隔聲罩上部設(shè)置2臺(tái)強(qiáng)進(jìn)風(fēng)，外部隔聲罩設(shè)3臺(tái)強(qiáng)制進(jìn)風(fēng)、3臺(tái)強(qiáng)制排風(fēng)，可以保證設(shè)備通風(fēng)，正常運(yùn)行。

c) 罩體吸隔聲墻體結(jié)構(gòu)從內(nèi)向外組成依次為: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。隔聲觀察窗采用雙層亞克力板，用于觀察設(shè)備儀表顯示及罩體內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，方便工作人員及時(shí)掌握罩內(nèi)情況。見圖1、圖2。

圖1 隔聲罩結(jié)構(gòu)示意

圖2 隔聲罩現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

實(shí)施后對(duì)羅茨風(fēng)機(jī)本體噪聲強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果顯示，距離羅茨風(fēng)機(jī)本體10 cm處的噪聲由實(shí)施前的103.9～104 dB(A)降低為73.4～75.6 dB(A)，距離羅茨風(fēng)機(jī)西側(cè)20 m空曠處的背景噪聲為71.2 dB(A)，降噪效果明顯。

3.2 隔聲罩進(jìn)風(fēng)口空氣過濾器降噪技術(shù)與實(shí)施效果

進(jìn)風(fēng)口空氣過濾器處因?yàn)樨?fù)壓吸入空氣，產(chǎn)生噪聲值超標(biāo)嚴(yán)重，需在進(jìn)風(fēng)口處加裝進(jìn)風(fēng)消聲器。進(jìn)風(fēng)消聲器制作成可拆卸式，便于防塵海綿更換。消聲改造后情況見圖3。

圖3 空氣進(jìn)口過濾器改造后

實(shí)施后檢測(cè)結(jié)果顯示，距離進(jìn)風(fēng)口空氣過濾器10 cm處的噪聲由實(shí)施前的99.9 dB(A)降低為74.1 dB(A)，距離羅茨風(fēng)機(jī)西側(cè)20 m空曠處的背景噪聲為71.2 dB(A)，降噪效果明顯。

4 結(jié)果與討論

預(yù)防和控制職業(yè)性噪聲危害、減少噪聲聾的發(fā)生，是職業(yè)衛(wèi)生領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)。以羅茨風(fēng)機(jī)為代表的高壓風(fēng)機(jī)，具有空氣動(dòng)力學(xué)噪聲、機(jī)械噪聲等多種噪聲特性，在噪聲治理過程中困難重重，使得羅茨風(fēng)機(jī)等高壓風(fēng)機(jī)噪聲成為石化企業(yè)噪聲控制的焦點(diǎn)。在羅茨風(fēng)機(jī)噪聲治理過程中，除去噪聲治理技術(shù)水平問題，導(dǎo)致羅茨風(fēng)機(jī)噪聲難治理的原因有：① 由于羅茨風(fēng)機(jī)安裝前未做好減振施工，特別一些建成年代較早的石化裝置，建廠安裝風(fēng)機(jī)時(shí)未考慮減振施工，而石化企業(yè)不能為風(fēng)機(jī)更換減振基礎(chǔ)等作業(yè)而隨便停車或長(zhǎng)期停車，導(dǎo)致羅茨風(fēng)機(jī)等高壓風(fēng)機(jī)噪聲治理較為困難。② 為保障羅茨風(fēng)機(jī)長(zhǎng)周期安全運(yùn)行，企業(yè)提高了羅茨風(fēng)機(jī)等高壓風(fēng)機(jī)的巡檢、維護(hù)頻率及電機(jī)溫度可控度。因現(xiàn)有風(fēng)機(jī)隔聲罩均為全密閉式的，并且空間有限，嚴(yán)重影響了風(fēng)機(jī)的巡檢測(cè)振、測(cè)溫、更換潤(rùn)滑油、涂刷防腐油漆等巡檢與維護(hù)作業(yè)的開展，加之通風(fēng)不良，嚴(yán)重影響了電機(jī)散熱，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)因電機(jī)過熱停機(jī)、燒機(jī)事故時(shí)有發(fā)生[2]。③石化企業(yè)一般4～5年進(jìn)行一次全廠大檢修，對(duì)各部件進(jìn)行探傷、校正、保養(yǎng)、更換等作業(yè)，屆時(shí)羅茨風(fēng)機(jī)等高壓風(fēng)機(jī)要從基座上拆除，全密閉隔聲罩也要拆除。很多情況是拆除完發(fā)現(xiàn)隔聲罩無法安裝如初；更有拆解過程導(dǎo)致隔聲板變形，導(dǎo)致隔聲罩部分因無法安裝回位而缺失，散熱、隔聲效果大打折扣。

本研究選擇了石化企業(yè)羅茨風(fēng)機(jī)作為噪聲治理研究對(duì)象，采用了對(duì)開吊軌式隔聲罩、模塊化隔聲等降噪技術(shù)，以滿足日常巡檢、維護(hù)、大型檢修拆除設(shè)備等要求，做到了隔聲效果有保證、電機(jī)散熱效果能滿足、外部隔聲罩推拉輕便，內(nèi)部模塊化隔聲罩隨時(shí)可拆；采用進(jìn)風(fēng)口空氣過濾高效模塊化消聲器對(duì)距離較遠(yuǎn)的進(jìn)風(fēng)口起到了很好的消聲作用，同時(shí)企業(yè)定期更換過濾材料時(shí)只需打開卡扣，消聲器前后分離，便可進(jìn)行更換。

本文工程實(shí)踐顯示，對(duì)開吊軌式隔聲罩配合模塊化隔聲部件及空氣過濾器消聲器能有效降低石化羅茨風(fēng)機(jī)噪聲，可為石化企業(yè)噪聲治理提供有益借鑒。與此同時(shí)，筆者在實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)這種對(duì)開吊軌式隔聲罩需要空間相對(duì)獨(dú)立，較為適合大型機(jī)組的噪聲控制，對(duì)于石化裝置小型機(jī)泵集中布置的情況，這種降噪形式難以滿足空間要求 。因此，后續(xù)還需繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)開發(fā)與設(shè)計(jì)優(yōu)化，以期為石化行業(yè)提供高適應(yīng)型的降噪技術(shù)產(chǎn)品。