廖俊彥

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院安全與環(huán)境學(xué)院，福建 福州 350007)

為解決鋁板帶生產(chǎn)線的噪聲污染問題，同時滿足該生產(chǎn)線的工作與檢修需求，通過對聲屏障等降噪措施插入損失的設(shè)計計算，提出了集吸聲、隔聲、消聲為一體的綜合噪聲治理方案。完工后車間內(nèi)的噪聲達(dá)到了《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計規(guī)范》中的限值要求，保障了員工的職業(yè)健康，也為類似生產(chǎn)線的噪聲治理提供了參考。

1 項(xiàng)目概況

中鋁瑞閩股份有限公司福清分公司的鋁板帶生產(chǎn)車間內(nèi)有清洗生產(chǎn)線一條，該生產(chǎn)線由蒸汽清洗段、干燥段和烘干段構(gòu)成，在設(shè)備正常工作時會發(fā)出較大的噪聲?，F(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)如下：

①清洗段：距離清洗噴口1m處的聲級為105.9dB(A)，距噴口2m處的聲級為103.5dB(A)；

②烘干段：散熱風(fēng)機(jī)旁1m處的聲級為83.1dB(A)；

③控制室：在清洗段旁約1.5m處的控制室內(nèi)，在門關(guān)閉的情況下，內(nèi)部噪聲為88.8dB(A)。

清洗生產(chǎn)線所在的廠房室內(nèi)凈空較大，且無吸聲處理，廠房內(nèi)噪聲混響嚴(yán)重。因此，須對該鋁板帶清洗生產(chǎn)線的噪聲進(jìn)行治理。

2 治理目標(biāo)

2.1 標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

根據(jù)《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計規(guī)范》(GB/T 50087—2013)，每周工作5天，每天工作8小時的生產(chǎn)車間，噪聲限值不得高于85dB(A)，車間內(nèi)觀察室的噪聲限值不得超過70dB(A)，主控室的噪聲限值不能超過60dB(A)[1]。該車間為每天8小時工作制，生產(chǎn)線旁的控制室距離生產(chǎn)線很近，垂直距離1.5m左右。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果，車間與控制室的噪聲值均超過了規(guī)范的限值。車間與控制室的噪聲限值見表1所列。

表1 各類工作場所噪聲限值 單位：dB(A)

2.2 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

由于清洗生產(chǎn)線的噪聲主要是影響生產(chǎn)線及控制室的操作人員，考慮到車間內(nèi)凈空較大，甲方暫不對車間內(nèi)部進(jìn)行吸聲處理，故本次降噪工程將生產(chǎn)車間內(nèi)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)定為：在排除背景噪聲的情況下，鋁板帶清洗生產(chǎn)線降噪裝置外1m處的噪聲值≤85dB(A)。

由于控制室與清洗生產(chǎn)線的距離較近，考慮到在對清洗生產(chǎn)線進(jìn)行降噪處理后，降噪裝置的插入損失約為20dB(A)，故本次降噪工程暫不對控制室進(jìn)行噪聲治理。控制室內(nèi)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為：在控制室進(jìn)出門關(guān)閉的情況下，室內(nèi)噪聲值≤70dB(A)。

3 工程分析

3.1 設(shè)計思路

鋁板帶清洗生產(chǎn)線噪聲值最大的位置為清洗段的蒸汽噴口處，為了使清洗生產(chǎn)線旁的噪聲均降到85dB(A)以下，該降噪裝置的插入損失應(yīng)達(dá)到20dB(A)左右。根據(jù)各種噪聲治理措施的實(shí)際使用效果，首選隔聲罩的方式進(jìn)行治理，但使用該方式存在以下問題。

①隔聲罩內(nèi)為封閉式空間，為保證生產(chǎn)線工作時清洗蒸汽及烘干設(shè)備的熱量及時排出，應(yīng)設(shè)置進(jìn)排風(fēng)消聲器進(jìn)行通風(fēng)降噪。排風(fēng)消聲器一般設(shè)置在隔聲罩頂部，而清洗生產(chǎn)線的輥輪更換頻率較高，更換時需采用行車吊裝，因而要將隔聲罩頂部隔聲板及排風(fēng)消聲器移除。雖然采用頂部拆裝或電動滑軌的方式可以解決輥輪更換的問題，但會增加工作難度和后期維護(hù)的成本。

②鋁板的清洗蒸汽需及時排出，若冷凝后形成的水滴滴落在鋁板上，將會對鋁板質(zhì)量產(chǎn)生影響。故采用隔聲罩的方式需考慮在頂部安裝導(dǎo)水槽，將水蒸氣冷凝所形成的水滴順其排出，但在冬天室溫較低時產(chǎn)生的大量冷凝水仍有滴落的可能。

針對上述問題，考慮更換為聲屏障的方式進(jìn)行降噪。在生產(chǎn)線四周合適的范圍安裝吸隔聲屏障，其頂部敞開用于散熱且利于換輥時行車的吊裝。同時，在隔聲屏障板上的適當(dāng)部位安裝隔聲窗和消聲百葉，分別用于觀察設(shè)備運(yùn)行情況及增強(qiáng)通風(fēng)散熱效果。

隔聲屏障尺寸為：長13.8m、寬6.9m、高6.0m，設(shè)計效果如圖1所示。

圖1 聲屏障設(shè)計效果圖

3.2 插入損失

為達(dá)到20dB(A)插入損失的降噪效果，除了要求聲屏障的吸隔聲板有較好的吸聲和隔聲性能外，聲屏障的高度也應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)需求綜合考慮。驗(yàn)收點(diǎn)位置及相應(yīng)的插入損失值如表2所示。

表2 驗(yàn)收點(diǎn)位置及插入損失 單位：dB(A)

4 治理措施

該聲屏障的降噪原理包括吸聲、隔聲、消聲三個部分，其中重點(diǎn)在于聲屏障的高度計算[2]。

4.1 吸聲治理

對室內(nèi)空間或相對封閉的環(huán)境進(jìn)行吸聲處理，可以減少混響聲，降低空間內(nèi)的聲波能量從而達(dá)到降噪的目的。由于離心玻璃棉具有熱導(dǎo)率低、密度小、化學(xué)穩(wěn)定性高、不燃燒、彈性恢復(fù)力好、施工性能好、可切割加工等優(yōu)點(diǎn)，故本工程采用離心玻璃棉作為聲屏障內(nèi)側(cè)吸聲的材料[3]。

從工程實(shí)用角度看，多孔吸聲材料吸聲性能的影響因素主要是厚度、密度、背后空腔深度、護(hù)面層等。增加吸聲材料的厚度和密度，可以提高材料在低頻的吸收性能，進(jìn)而提高平均降噪量。本工程中采用32kg/m3、100mm厚的離心玻璃棉板，在125Hz～4000Hz的主要頻段內(nèi)的平均吸聲系數(shù)達(dá)0.90以上。為了防止水蒸氣對玻璃棉性能的影響，在玻璃棉外包裹透聲不透水的無堿纖維布，同時采用1.0mm的穿孔鋁板作為護(hù)面層[4]。

4.2 隔聲治理

聲屏障的龍骨由100mm×100mm的方管構(gòu)成，為方便日常觀察和人員進(jìn)出，屏障上開有隔聲窗和隔聲門。隔聲門的門板材料為雙層1.5mm厚鋼板，門板內(nèi)填有玻璃棉，門縫采用斜企口結(jié)構(gòu)，四周門縫處采用橡膠條密封，防止孔隙漏聲。該門的計權(quán)隔聲量在45dB以上[5]。同時，在生產(chǎn)線的重要觀察位置安裝隔聲窗，隔聲窗采用鋼材質(zhì)作為外框，框的空腔體內(nèi)填充吸聲玻璃棉，其玻璃采用三層中空玻璃。該窗的計權(quán)隔聲量在40dB以上。

該聲屏障的插入損失由繞射聲衰減量ΔLd、透射聲修正量ΔLt和反射聲修正量ΔLr三部分共同決定[6]。在聲屏障繞射聲的設(shè)計上，需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況選取合適的聲屏障模型。本工程將風(fēng)刀處的蒸汽噴口視為點(diǎn)聲源，而聲屏障四周封閉可視為無限長聲屏障，故在計算聲屏障的繞射聲衰減時可采用點(diǎn)聲源、無限長聲屏障繞射的公式[6]，計算公式如下：

(1)

式(1)中，ΔLd為繞射聲衰減量，dB；N為菲涅耳數(shù)。

(2)

式(2)中，λ為聲波波長，m；d為聲源和接收點(diǎn)間的距離，m；A為聲源和聲屏障頂端的距離，m；B為接收點(diǎn)和聲屏障頂端的距離，m。

在現(xiàn)場監(jiān)測時，獲取了各測點(diǎn)位16Hz～16000Hz的倍頻帶聲壓級數(shù)據(jù)，此處選擇63～8000Hz共8個主要倍頻帶作為設(shè)計依據(jù)。假定屏障高度為6m，預(yù)測在生產(chǎn)線垂直方向上距離聲屏障外不同距離處的聲壓級與A聲級。預(yù)測結(jié)果如表3所示。

表3 聲屏障外不同距離處的預(yù)測聲級 單位：dB(A)

由表3可知，當(dāng)屏障高度為6m時，經(jīng)聲屏障的繞射衰減，屏障外1～5m處的預(yù)測值相差在1dB(A)以內(nèi)；取驗(yàn)收點(diǎn)位置處，即聲屏障外1m處聲級76.4dB(A)為設(shè)計依據(jù)，則該屏障的繞射聲衰減值ΔLd=105.9-76.4=29.5dB(A)。

該聲屏障屏體采用的是2mm厚鋁板，其計權(quán)隔聲量為27dB，根據(jù)聲屏障的透射聲修正量：

ΔLt=ΔLd+10lg(10-ΔLd/10+10-TL/10)

(3)

式(3)中，ΔLd為繞射聲衰減量，dB；TL為屏體的傳聲損失，dB。

計算得該屏障的透射聲修正量如下：

ΔLt=29.5+10lg(10-29.5/10+10-27/10)=4.4dB(A)。

反射聲修正量取決于聲屏障、受聲點(diǎn)及聲源的高度，兩個平行聲屏障之間的距離，受聲點(diǎn)至聲屏障及聲源的距離，以及吸聲材料的降噪系數(shù)NRC[7]。此處取經(jīng)驗(yàn)值3dB(A)。

綜上所述，則該聲屏障的實(shí)際插入損失值：

IL=ΔLd-ΔLt-ΔLr

(4)

式(4)中，ΔLd為繞射聲衰減量，dB；ΔLt為透射聲修正量，dB；ΔLr為反射聲修正量，dB。

計算得IL=29.5-4.4-3=22.1dB(A)，故聲屏障外1m處驗(yàn)收點(diǎn)的預(yù)測值為105.9-22.1=83.8dB(A)<85dB(A)，符合設(shè)計要求。故本次工程聲屏障的高度為6m。

4.3 消聲治理

當(dāng)采取上述的治理措施后，聲屏障內(nèi)部變成一個相對封閉的空間。而在清洗生產(chǎn)線的烘干段設(shè)有烘干機(jī)組，為滿足機(jī)組的散熱需求，除了聲屏障頂部敞開散熱外，在屏障兩側(cè)沿生產(chǎn)線的方向設(shè)置消聲器，以加強(qiáng)內(nèi)部的自然通風(fēng)散熱。

消聲器是一種既可使氣流順利通過，又能有效阻止或減弱聲能向外傳播的裝置。消聲器從消聲機(jī)理上來說，可分為阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗復(fù)合消聲器及擴(kuò)散式消聲器等類型。阻性消聲器的消聲機(jī)理是借助安裝在其內(nèi)的吸聲材料的吸聲作用，當(dāng)聲波通過襯貼有吸聲材料的管道時，聲波將激發(fā)多孔材料中無數(shù)小孔內(nèi)空氣分子的振動，其中一部分聲能將用于克服摩擦阻力和粘滯力變?yōu)闊崮埽瑥亩_(dá)到消聲的目的。阻性消聲器具有吸聲頻帶較寬，有良好的中高頻消聲性能等優(yōu)點(diǎn)，多用于風(fēng)機(jī)、通風(fēng)空調(diào)、燃?xì)廨啓C(jī)等設(shè)備的進(jìn)、排氣噪聲治理[8]。阻性消聲器有直管式、片式、折板式、迷宮式、矩陣式、聲流式、盤式、彎頭式等多種結(jié)構(gòu)形式。在本工程中，根據(jù)工程特點(diǎn)與降噪要求，選用阻性片式消聲器，由于其長度較短，也被稱為消聲百葉。其設(shè)計消聲量應(yīng)與聲屏障屏體的隔聲量相當(dāng)[9]。

該工程中選用的消聲百葉厚度為600mm，百葉消聲片間距100mm，根據(jù)參考資料與工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)氣流流速較低時，其動態(tài)插入損失約為23～27dB(A)[10]。而本工程對烘干機(jī)組采用的是自然通風(fēng)，消聲百葉內(nèi)的流速很低，消聲效果可符合驗(yàn)收要求。

5 結(jié)論

通過上述降噪措施，工程完工后在各驗(yàn)收點(diǎn)進(jìn)行了監(jiān)測，各點(diǎn)的監(jiān)測值及治理效果如表4所示。

表4 工程完工后驗(yàn)收點(diǎn)治理效果 單位：dB(A)

由表4可知，各測點(diǎn)均達(dá)到了驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，從預(yù)測值和完工后的監(jiān)測值來看，誤差在1dB(A)之內(nèi)，預(yù)測的過程是十分準(zhǔn)確的。該工程的治理經(jīng)驗(yàn)可應(yīng)用到其他不適合采用隔聲罩治理方式的降噪工程中。