天然气分输站噪声治理措施探讨

江涛，李方圆

山东省天然气管道有限责任公司(山东济南250101)

天然气分输站噪声治理措施探讨

江涛，李方圆

山东省天然气管道有限责任公司(山东济南250101)

随着国内对天然气需求量的不断增大，越来越多的天然气分输站都出现了不同程度的场站噪声超标的问题，给场站操作人员的身体健康和周边环境带来了较大的不利影响。采取适当的噪声治理措施，有效降低噪声水平，是天然气从业人员需要重点关注的一个问题。结合某分输站噪声污染现状，分析了噪声的产生机理，探讨了常用的噪声治理措施。结果表明，通过开展噪声污染治理，该场站的噪声水平达到了相关标准的要求，取得了较好效果。

天然气分输站;噪声治理;噪声值

某天然气场站于2005年建成投产，调压前管道设计压力为3.9MPa，调压后至出站管道设计压力为2.5MPa，设计输气规模为160×104m3/d，目前日均外输天然气量约为100×104m3。投产以来，该站一直面临厂界噪声严重超标的现象，给场站操作人员的职业健康带来危害。

通过在工艺区旋风分离器、汇管、调压阀处设置噪声监测点，测试了用气高峰时段的噪声分布情况。根据现场测试结果(表1)，工艺区噪声值在75～96.8dB(A)之间，调压阀处噪声值远高于其他监测点，最大值可达96.8dB(A)，厂界噪声最大值最大可达79.6dB(A)，远高于GB 12348-2008规定的3类声环境功能区噪声排放限值65dB(A)的要求。

表1 某时段工艺区实测噪声值/dB(A)

另外，通过对比不同用气时段的噪声分布情况，发现该场站每日噪声值随运行工况的变化也呈现出较强的规律性。一般来说，在日用气高峰时段，由于气流速度大、上下游压差高，噪声强度明显高于其他用气时段。

1 噪声的来源分析

1.1 噪声的产生

天然气分输站的噪声主要包括天然气局部节流产生的气体动力噪声、天然气冲刷管壁产生的流体动力噪声和机械类振动、固有频率振动和由阀芯振荡性位移引起流体的压力波动而产生的机械噪声［1］。天然气经局部节流件喷射出的高速气流，在周围产生强烈的引射现象，沿气流喷射方向的一定距离内大量天然气被喷射气流卷吸进去，从而导致喷射气流体积越来越大，速度逐渐降低。但在喷射口处气流始终保持极高的流速，该部分气流湍化程度高，气流内部存在着复杂多变的应力，气流内各处压强和流速迅速变化，从而辐射出较强的气动噪声［2］。而高速气流流经节流面后，由于气流紊流程度高，在上游气压作用下，对管壁形成剧烈的冲刷，此时噪声的大小与冲刷的频率有关，当冲刷频率等于管道固有频率时，产生共振，会形成强烈的振动和流体动力噪声;机械噪声的产生与调压器的设计、零部件材料、加工工艺、装配质量有关。

1.2 噪声的叠加

气动噪声、流体动力噪声、机械噪声经叠加后向上下游传播，声能在短距离内衰减较小，传播至汇管时，高速气流冲击汇管内壁，产生声焦聚和混声，集中大量声能，将噪声再次放大，噪声强度进一步提高［3］。

当2个噪声叠加时，其总声压级为:

式中:Lp为噪声叠加后的总声压级，dB(A);L1、L2为2个不相关噪声的声压级，dB(A)。

根据式(1)可以得出，如声压级为90dB的调压阀节流噪声与声压级为80dB的过滤器冲刷噪声叠加后，其总声压级为90.41dB，叠加后的噪声总声压级大于单一噪声声压级。

2 噪声治理措施探讨

根据噪声控制理论，噪声的控制通常可以利用声源控制、消声、隔声、扩容、减振等多种途径来实现，结合天然气分输站的噪声特性，可通过优化设备选型和增大管径、缠绕隔音材料、安装消声器、优化工艺布局等方式，降低噪声的产生，切断其传播途径，使其达到标准要求的限值范围内。

2.1 优化设备选型和增大管径

过滤分离器、调压阀、节流截止阀等设备是噪声产生的主要来源。因此根据场站工况，尽可能选择流通能力大、阻流构件少的设备至关重要。过滤分离器产生的噪声主要为弯头、滤芯等处天然气气流冲刷形成的机械噪声，在条件允许时，应尽量设计一定的设备处理裕量;调压阀和节流截止阀是消除噪声的关键，当分输站上下游压差大、瞬时流量大且流量变化幅度大时，调压阀选型时应优先考虑耐大差压，具有线性流量特性的产品，必要时可采用多段式调压阀或者设置多级调压结构。其主要原理是通过多级调压阀串联，把原来直接排到下游时的一次大的突变压降分散为多次小的渐变压降。噪声功率与压降的高次方成正比，因此把压力突变改为压力渐变，便可以取得较好的消声效果［4］。图1是一种典型的多段式调压阀的结构形式。

由于调压阀下游气流速度快，紊流程度高，天然气对管壁造成的冲刷严重，因此增大调压阀下游管道外径可有效降低这种冲刷，对降低噪声产生有明显效果。

图1 多段式调压阀结构图

2.2 缠绕吸声材料

这也是一种目前最常见、最有效的噪声处理方法。采用吸声材料缠绕调压阀和阀后管线。管道缠绕层一般由2层材料构成，内层为柔软的吸声材料，常用的有玻璃棉、矿棉、岩棉、泡沫塑料等，外层为不透气的吸声材料，常用的有薄金属板、氯丁橡胶片材、铅皮等。

需要指出的是，缠绕吸声材料对降低高频噪声效果尤为明显，在低频、波长大于材料厚度10倍以上时，管道与吸声材料层易产生共振而使吸声性能下降［2］。

当材料厚度增加时，可以显著改善对低频噪声的吸声特性。一般缠绕5cm厚度的吸声材料，就可以较好地解决较大频率覆盖范围的吸声问题。另外，由于噪声可通过管道内的天然气轴向传播，在未缠绕吸声材料的管道裸露部分，噪声强度又会有所增强。

2.3 安装消声器

管道内置式阻性消声器是解决管道噪声的一种消声设备，其主要原理是在天然气通过管道时，在管道内侧一定厚度的多孔吸声材料(即阻性材料)，吸收声能(图2)。阻性消声器的形式种类较多，具有较宽的消声频率范围，在中高频段消声性能尤为显著，一般可降低噪声10～20dB(A)。

阻性圆管式消声器的消声量的计算公式为［2］:

式中:ΔL是消声量，dB(A);φ(a0)为与材料吸声系数a0有关的消声系数，对阻性消声器效果粗略估算时，可取φ(a0)=1;l为消声器的有效长度，m;D为阻性圆管式消声器的断面直径，m。

由式(2)可以看出，消声器降噪效果的因素主要与消声系数、消声器的断面直径和有效长度有关。消声系数由吸声材料的类别和厚度决定，一般吸声材料的选择除应满足吸声性能要求之外，还要结合天然气分输站的生产实际，满足耐温、防潮、耐气流冲刷等技术要求。吸声材料的厚度一般为5～10cm，对于低频噪声较多的场合，也可以适当增大吸声材料厚度，改善其低频吸声性能。消声器的断面直径与消声性能和管内介质的空气动力性能直接相关，对于阻性圆管式消声器来说，为保持较好的降噪效果，一般控制消声器的断面直径在300mm以内。在理想情况下，消声量与消声器的有效噪声成正比，增大消声器的有效长度，可显著增强其降噪效果，然而，由于消声器的实际降噪效果受气流再生噪声及背景噪声的影响，有效长度过长的消声器，其降噪效果并不明显，一般在实际使用过程中，有效长度可选择1～2m，在消声要求较高时，可选择3～4m。长度为2m、断面直径为200mm、厚度为5mm的聚氨酯泡沫塑料阻性圆管式消声器实测降噪效果可达18dB(A)。

2.4 优化场站供气方式

在用气高峰时段，瞬时最大供气量超限和不均衡系数超标，往往造成严重的噪声超标。而多数分输站调压支路在初期设计时都设置了双支路或三支路，以满足设备检修的需要。因此，可以根据下游用户的用气量及时调整工艺运行方案，在下游用气量较大时，将单支路供气方案调整为双支路或三支路供气，平衡各调压支路的过气量，可明显改善场站噪声水平［5］。

2.5 设置隔声屏障

当采取以上措施噪声仍较大时，可在噪声源与场站办公楼、道路之间设置隔声屏障，将高频噪声反射回去，在隔声屏障后形成声影区，声影区内噪声明显降低。为实现隔声效果最优化，可以在隔声屏障的噪声源一侧增加吸声材料，图2是一种典型的隔声屏障结构图。表2是隔声屏障的频带隔声量。由表2可以看出，隔声屏障对高频噪声的隔声效果要明显好于低频噪声，这是因为低频噪声波长较长，绕射能力强于高频噪声［6］。而由于调压阀、节流截止阀处产生的气动噪声大部分为高频噪声，因此设置隔声屏障对于降低办公区的噪声水平效果明显。

图2 隔声屏障结构图

3 应用效果

根据以上噪声治理措施分析情况，采用更换大口径轴流式调压阀、在调压阀下游安装SRS管道消声器、增大调压阀下游管道管径和缠绕玻璃棉吸声材料、在办公楼与工艺区间设置隔声屏障等措施，对该场站噪声超标情况进行了系统治理。经现场监测，工艺区昼间最大噪声值为73.4 dB(A)，厂界噪声最大值为61.7 dB(A)(表3)，已基本满足GB 12348-2008规定的3类声环境功能区噪声排放限值的要求［7］，噪声治理效果明显。

表2 隔声屏障频带隔声量/dB(A)

表3 噪声治理后某时段噪声实测值/dB(A)

4 结束语

随着国家对低碳能源的重视程度不断提高，国内市场对天然气的需求将会持续增长，天然气管道的建设也将日趋呈现出长距离、大口径、高压力等特点。伴随着干线输气压力的提高，分输站噪声超标的问题会越来越普遍，如何采取有效措施将噪声水平控制在合理范围将是天然气从业者需要持续关注和重点解决的一个问题。

［1］王玉彬，冯伟，苗青，等.输气管道站场调压阀噪声的产生机理［J］.油气储运，2013，32(10):1118-1120.

［2］马大猷.噪声与振动控制工程手册［M］.北京:机械工业出版社，2002.

［3］燕慧，李燕慧，王志会，等.青岛分输站噪音治理方案的探讨［J］.油气田地面工程，2009，28(3):53-54.

［4］洪宗辉.环境噪声控制工程［M］.北京:高等教育出版社，2002.

［5］施纪卫，吕莉，武玉双.天然气长输管道工艺场站噪声的治理［J］.电子设计工程，2013，21(4):79-80，84.

［6］刘欢，王健，李金凤，等.冷却塔的噪声特性分析与噪声治理［J］.工业安全与环保，2014，40(6):75-78.

［7］GB 12348-2008工业企业厂界环境噪声排放标准［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

江涛(1983-)，男，工程师，现主要从事长输天然气管道生产运营、安全管理方面的工作。