江濤，李方圓

山東省天然氣管道有限責任公司(山東濟南250101)

天然氣分輸站噪聲治理措施探討

江濤，李方圓

山東省天然氣管道有限責任公司(山東濟南250101)

隨著國內對天然氣需求量的不斷增大，越來越多的天然氣分輸站都出現了不同程度的場站噪聲超標的問題，給場站操作人員的身體健康和周邊環(huán)境帶來了較大的不利影響。采取適當的噪聲治理措施，有效降低噪聲水平，是天然氣從業(yè)人員需要重點關注的一個問題。結合某分輸站噪聲污染現狀，分析了噪聲的產生機理，探討了常用的噪聲治理措施。結果表明，通過開展噪聲污染治理，該場站的噪聲水平達到了相關標準的要求，取得了較好效果。

天然氣分輸站;噪聲治理;噪聲值

某天然氣場站于2005年建成投產，調壓前管道設計壓力為3.9MPa，調壓后至出站管道設計壓力為2.5MPa，設計輸氣規(guī)模為160×104m3/d，目前日均外輸天然氣量約為100×104m3。投產以來，該站一直面臨廠界噪聲嚴重超標的現象，給場站操作人員的職業(yè)健康帶來危害。

通過在工藝區(qū)旋風分離器、匯管、調壓閥處設置噪聲監(jiān)測點，測試了用氣高峰時段的噪聲分布情況。根據現場測試結果(表1)，工藝區(qū)噪聲值在75～96.8dB(A)之間，調壓閥處噪聲值遠高于其他監(jiān)測點，最大值可達96.8dB(A)，廠界噪聲最大值最大可達79.6dB(A)，遠高于GB 12348-2008規(guī)定的3類聲環(huán)境功能區(qū)噪聲排放限值65dB(A)的要求。

表1 某時段工藝區(qū)實測噪聲值/dB(A)

另外，通過對比不同用氣時段的噪聲分布情況，發(fā)現該場站每日噪聲值隨運行工況的變化也呈現出較強的規(guī)律性。一般來說，在日用氣高峰時段，由于氣流速度大、上下游壓差高，噪聲強度明顯高于其他用氣時段。

1 噪聲的來源分析

1.1 噪聲的產生

天然氣分輸站的噪聲主要包括天然氣局部節(jié)流產生的氣體動力噪聲、天然氣沖刷管壁產生的流體動力噪聲和機械類振動、固有頻率振動和由閥芯振蕩性位移引起流體的壓力波動而產生的機械噪聲［1］。天然氣經局部節(jié)流件噴射出的高速氣流，在周圍產生強烈的引射現象，沿氣流噴射方向的一定距離內大量天然氣被噴射氣流卷吸進去，從而導致噴射氣流體積越來越大，速度逐漸降低。但在噴射口處氣流始終保持極高的流速，該部分氣流湍化程度高，氣流內部存在著復雜多變的應力，氣流內各處壓強和流速迅速變化，從而輻射出較強的氣動噪聲［2］。而高速氣流流經節(jié)流面后，由于氣流紊流程度高，在上游氣壓作用下，對管壁形成劇烈的沖刷，此時噪聲的大小與沖刷的頻率有關，當沖刷頻率等于管道固有頻率時，產生共振，會形成強烈的振動和流體動力噪聲;機械噪聲的產生與調壓器的設計、零部件材料、加工工藝、裝配質量有關。

1.2 噪聲的疊加

氣動噪聲、流體動力噪聲、機械噪聲經疊加后向上下游傳播，聲能在短距離內衰減較小，傳播至匯管時，高速氣流沖擊匯管內壁，產生聲焦聚和混聲，集中大量聲能，將噪聲再次放大，噪聲強度進一步提高［3］。

當2個噪聲疊加時，其總聲壓級為:

式中:Lp為噪聲疊加后的總聲壓級，dB(A);L1、L2為2個不相關噪聲的聲壓級，dB(A)。

根據式(1)可以得出，如聲壓級為90dB的調壓閥節(jié)流噪聲與聲壓級為80dB的過濾器沖刷噪聲疊加后，其總聲壓級為90.41dB，疊加后的噪聲總聲壓級大于單一噪聲聲壓級。

2 噪聲治理措施探討

根據噪聲控制理論，噪聲的控制通?？梢岳寐曉纯刂?、消聲、隔聲、擴容、減振等多種途徑來實現，結合天然氣分輸站的噪聲特性，可通過優(yōu)化設備選型和增大管徑、纏繞隔音材料、安裝消聲器、優(yōu)化工藝布局等方式，降低噪聲的產生，切斷其傳播途徑，使其達到標準要求的限值范圍內。

2.1 優(yōu)化設備選型和增大管徑

過濾分離器、調壓閥、節(jié)流截止閥等設備是噪聲產生的主要來源。因此根據場站工況，盡可能選擇流通能力大、阻流構件少的設備至關重要。過濾分離器產生的噪聲主要為彎頭、濾芯等處天然氣氣流沖刷形成的機械噪聲，在條件允許時，應盡量設計一定的設備處理裕量;調壓閥和節(jié)流截止閥是消除噪聲的關鍵，當分輸站上下游壓差大、瞬時流量大且流量變化幅度大時，調壓閥選型時應優(yōu)先考慮耐大差壓，具有線性流量特性的產品，必要時可采用多段式調壓閥或者設置多級調壓結構。其主要原理是通過多級調壓閥串聯，把原來直接排到下游時的一次大的突變壓降分散為多次小的漸變壓降。噪聲功率與壓降的高次方成正比，因此把壓力突變改為壓力漸變，便可以取得較好的消聲效果［4］。圖1是一種典型的多段式調壓閥的結構形式。

由于調壓閥下游氣流速度快，紊流程度高，天然氣對管壁造成的沖刷嚴重，因此增大調壓閥下游管道外徑可有效降低這種沖刷，對降低噪聲產生有明顯效果。

圖1 多段式調壓閥結構圖

2.2 纏繞吸聲材料

這也是一種目前最常見、最有效的噪聲處理方法。采用吸聲材料纏繞調壓閥和閥后管線。管道纏繞層一般由2層材料構成，內層為柔軟的吸聲材料，常用的有玻璃棉、礦棉、巖棉、泡沫塑料等，外層為不透氣的吸聲材料，常用的有薄金屬板、氯丁橡膠片材、鉛皮等。

需要指出的是，纏繞吸聲材料對降低高頻噪聲效果尤為明顯，在低頻、波長大于材料厚度10倍以上時，管道與吸聲材料層易產生共振而使吸聲性能下降［2］。

當材料厚度增加時，可以顯著改善對低頻噪聲的吸聲特性。一般纏繞5cm厚度的吸聲材料，就可以較好地解決較大頻率覆蓋范圍的吸聲問題。另外，由于噪聲可通過管道內的天然氣軸向傳播，在未纏繞吸聲材料的管道裸露部分，噪聲強度又會有所增強。

2.3 安裝消聲器

管道內置式阻性消聲器是解決管道噪聲的一種消聲設備，其主要原理是在天然氣通過管道時，在管道內側一定厚度的多孔吸聲材料(即阻性材料)，吸收聲能(圖2)。阻性消聲器的形式種類較多，具有較寬的消聲頻率范圍，在中高頻段消聲性能尤為顯著，一般可降低噪聲10～20dB(A)。

阻性圓管式消聲器的消聲量的計算公式為［2］:

式中:ΔL是消聲量，dB(A);φ(a0)為與材料吸聲系數a0有關的消聲系數，對阻性消聲器效果粗略估算時，可取φ(a0)=1;l為消聲器的有效長度，m;D為阻性圓管式消聲器的斷面直徑，m。

由式(2)可以看出，消聲器降噪效果的因素主要與消聲系數、消聲器的斷面直徑和有效長度有關。消聲系數由吸聲材料的類別和厚度決定，一般吸聲材料的選擇除應滿足吸聲性能要求之外，還要結合天然氣分輸站的生產實際，滿足耐溫、防潮、耐氣流沖刷等技術要求。吸聲材料的厚度一般為5～10cm，對于低頻噪聲較多的場合，也可以適當增大吸聲材料厚度，改善其低頻吸聲性能。消聲器的斷面直徑與消聲性能和管內介質的空氣動力性能直接相關，對于阻性圓管式消聲器來說，為保持較好的降噪效果，一般控制消聲器的斷面直徑在300mm以內。在理想情況下，消聲量與消聲器的有效噪聲成正比，增大消聲器的有效長度，可顯著增強其降噪效果，然而，由于消聲器的實際降噪效果受氣流再生噪聲及背景噪聲的影響，有效長度過長的消聲器，其降噪效果并不明顯，一般在實際使用過程中，有效長度可選擇1～2m，在消聲要求較高時，可選擇3～4m。長度為2m、斷面直徑為200mm、厚度為5mm的聚氨酯泡沫塑料阻性圓管式消聲器實測降噪效果可達18dB(A)。

2.4 優(yōu)化場站供氣方式

在用氣高峰時段，瞬時最大供氣量超限和不均衡系數超標，往往造成嚴重的噪聲超標。而多數分輸站調壓支路在初期設計時都設置了雙支路或三支路，以滿足設備檢修的需要。因此，可以根據下游用戶的用氣量及時調整工藝運行方案，在下游用氣量較大時，將單支路供氣方案調整為雙支路或三支路供氣，平衡各調壓支路的過氣量，可明顯改善場站噪聲水平［5］。

2.5 設置隔聲屏障

當采取以上措施噪聲仍較大時，可在噪聲源與場站辦公樓、道路之間設置隔聲屏障，將高頻噪聲反射回去，在隔聲屏障后形成聲影區(qū)，聲影區(qū)內噪聲明顯降低。為實現隔聲效果最優(yōu)化，可以在隔聲屏障的噪聲源一側增加吸聲材料，圖2是一種典型的隔聲屏障結構圖。表2是隔聲屏障的頻帶隔聲量。由表2可以看出，隔聲屏障對高頻噪聲的隔聲效果要明顯好于低頻噪聲，這是因為低頻噪聲波長較長，繞射能力強于高頻噪聲［6］。而由于調壓閥、節(jié)流截止閥處產生的氣動噪聲大部分為高頻噪聲，因此設置隔聲屏障對于降低辦公區(qū)的噪聲水平效果明顯。

圖2 隔聲屏障結構圖

3 應用效果

根據以上噪聲治理措施分析情況，采用更換大口徑軸流式調壓閥、在調壓閥下游安裝SRS管道消聲器、增大調壓閥下游管道管徑和纏繞玻璃棉吸聲材料、在辦公樓與工藝區(qū)間設置隔聲屏障等措施，對該場站噪聲超標情況進行了系統(tǒng)治理。經現場監(jiān)測，工藝區(qū)晝間最大噪聲值為73.4 dB(A)，廠界噪聲最大值為61.7 dB(A)(表3)，已基本滿足GB 12348-2008規(guī)定的3類聲環(huán)境功能區(qū)噪聲排放限值的要求［7］，噪聲治理效果明顯。

表2 隔聲屏障頻帶隔聲量/dB(A)

表3 噪聲治理后某時段噪聲實測值/dB(A)

4 結束語

隨著國家對低碳能源的重視程度不斷提高，國內市場對天然氣的需求將會持續(xù)增長，天然氣管道的建設也將日趨呈現出長距離、大口徑、高壓力等特點。伴隨著干線輸氣壓力的提高，分輸站噪聲超標的問題會越來越普遍，如何采取有效措施將噪聲水平控制在合理范圍將是天然氣從業(yè)者需要持續(xù)關注和重點解決的一個問題。

［1］王玉彬，馮偉，苗青，等.輸氣管道站場調壓閥噪聲的產生機理［J］.油氣儲運，2013，32(10):1118-1120.

［2］馬大猷.噪聲與振動控制工程手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2002.

［3］燕慧，李燕慧，王志會，等.青島分輸站噪音治理方案的探討［J］.油氣田地面工程，2009，28(3):53-54.

［4］洪宗輝.環(huán)境噪聲控制工程［M］.北京:高等教育出版社，2002.

［5］施紀衛(wèi)，呂莉，武玉雙.天然氣長輸管道工藝場站噪聲的治理［J］.電子設計工程，2013，21(4):79-80，84.

［6］劉歡，王健，李金鳳，等.冷卻塔的噪聲特性分析與噪聲治理［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2014，40(6):75-78.

［7］GB 12348-2008工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準［S］.

W ith the increasing of domestic natural gas demand，it ismore and more general that the noise in natural gas distribution stations exceeds the related standards，which brings some negative impacts on the staff’s health and the surrounding environment.So it is necessary to takemeasures to reduce the noise level.Taking the noise pollution of a natural gas distribution station as an example，the noise generatingmechanism of natural gas distribution stations is analyzed，and the noise controlmeasures are discussed.The noise level of the natural gas distribution station is significantly reduced by taking the noise controlmeasures.

natural gas distribution station;noise control;noise value

王梅

2014-08-26

江濤(1983-)，男，工程師，現主要從事長輸天然氣管道生產運營、安全管理方面的工作。