天然气压缩机噪声治理及效果评价

史 亮，刘 平，张文琦，王 伟，苏 容，杨 杰

（中国石油长庆油田分公司第三采气厂，陕西西安 710018）

为保障天然气的远距离输送，在天然气集输管网的不同节点设置了不同增压能力的增压站，压缩机是增压站的核心设备。压缩机根据动力源的不同分为燃气驱压缩机和电驱压缩机，燃气驱天然气压缩机因其投资少，技术成熟在苏里格气田广泛使用[1-4]。

压缩机厂房在建设初期，根据《工业企业厂界环境噪声排放标准》，结合厂区周边空旷无人的环境特点采取了一定的降噪措施，墙体内部做吸声隔噪处理，屋顶做吸声吊顶处理。随着时间的推移及周边群众的迁移，压缩机厂房周边陆续出现了少量群众长期定居，压缩机噪声对周边群众的身心健康产生了一定的影响。根据《工业企业厂界环境噪声排放标准》，为了降低噪声，满足新条件下的噪声控制标准（昼间≤60 dB（A），夜间≤50 dB（A）），增压站从压缩厂房、消音器、空冷器等方面开展了全面的降噪技术改造。

1 压缩机噪声源分析

增压站压缩机组动力部分选用CAT3608 燃气发动机，发动机额定功率1 767 kW，排气量为170 L，排气流量为85 m3/min，发动机排气温度为480～500 ℃。压缩机采用艾瑞尔往复式压缩机，排量150×104m3/d，进口压力1.95～2.5 MPa，出口压力3.85～5.45 MPa。空冷气采用美国AXH 公司生产的132～2ZF 空冷器，每分钟空气流量达到6 400 m3。根据压缩机组的组成，其噪声特性主要包含以下几方面。

1.1 发动机排气噪声分析

发动机排气噪声主要由以下几部分产生：

（1）气体动力性噪声：主要是天然气发动机排气噪声，冷却风机引起的空气流动噪声，工艺气体在机组管道、压力容器运行中冲刷噪声。

（2）机械性噪声：由于天然气发动机运行时活塞往复运动而发生的撞击噪声，机械传动产生的噪声、机组各运动部件摩擦噪声，压缩机组气阀启闭产生噪声、辅助机泵运转产生的机械噪声。

（3）振动噪声：天然气压缩机工作时，由于气流脉动引发的进排气管道、压力容器振动产生的噪声，冷却风机引起空冷器振动噪声。

现场使用手持式噪声频谱分析仪对增压站北侧和东北侧进行了实地检测，检测数据（见表1）。

从表1 中可以看出，压缩机机组的噪声频谱呈宽频带，在高、中、低频处噪声均比较大，因此在设计时要根据噪声频谱的特征来设计压缩机排气的降噪措施。

表1 实测压缩机机组噪声数据

1.2 空冷器噪声源分析

空冷器噪声主要由以下几部分产生：（1）空冷器工作时，运动的零部件互相摩擦发出的机械噪声；（2）进风口风扇转动引起空气快速流动所产生的空气动力性噪声；（3）机械设备运转时由于振动而通过各种连接管线向外辐射的振动噪声。

现场使用手持式噪声频谱分析仪对增压站北侧和东北侧进行了实地检测，检测数据（见表2）。

从表2 中可以看出，空冷器机组的噪声频谱呈宽频带，其中在中、低频处噪声比较大，因此在设计时要根据噪声频谱的特征来设计空冷器机组的降噪措施。

表2 实测空冷器噪声数据

2 降噪措施分析

目前采用的降噪方式主要有以下几种[5-10]。

2.1 吸声降噪

声波在传播过程中遇到各种材料时，会出现部分声能被反射，部分声能被材料吸收，部分声能透过材料继续再向外传播。在噪声源周围设置隔声屏障，可以降低室内的混响声。房间内做吸声处理后的平均吸声降噪量可参照下式计算：

式中：ΔLp-降噪量；α1、α2-加入吸声材料前后的房间吸声量。

2.2 隔声降噪

一般采用多类型混合固体组成的隔声材料来阻挡和减弱声波，无规入射条件下质量定律的经验公式求隔声量：

式中：TL-隔声量；m-壁面单位面积的质量；f-入射声波的频率。

2.3 消声降噪

消声原理是利用吸声材料、护面材料及隔声材料组合成一定结构来降低噪声。消声器是一种既能使噪声得到有效的衰减又能保证气流正常通过的一种设备。消声器的消声量参照以下经验公式计算：

式中：Φ（a0）-与材料吸声系数a0有关的消声系数；a0-正入射吸声系数；P-消音器通道截面积周长，m；S-消音器通道截面积，m2；L-消音器有效长度，m。

2.4 阻尼隔振降噪

在隔声材料上涂刷特殊配比的阻尼材料，能有效减少隔声材料的振动，对提高隔声材料尤其是薄板隔声材料的隔声量有明显的作用，特别是低频共振时的隔声量。

根据厂区平面布置以及实地测量的噪声数据进行噪声治理模拟实验，通过计算机声学模拟数据与实测数据对比，实测数据经过背景噪声修正后与模拟数据基本吻合。结合噪声源分析，造成增压站噪声超标的主要原因为压缩机组发动机排气噪声、机械噪声、空冷器运行风噪及振动噪声，因此针对发动机排气噪声主要采用消音降噪，针对空冷器噪声主要采用隔声和吸声降噪，针对压缩机组厂房噪声主要采用吸声、隔声和阻尼降噪。

3 增压站噪声治理

3.1 发动机排气噪声治理

发动机排气管配套的是一组直通式吸音消声器，额定功率下排气口噪声实际检测值为105 dB，为了进一步降低排气噪声，重新进行排气消声器结构改造（见图1）。

图1 新消音器排气方式

（1）增加了排气消音器吸音面积，将原来消音器直行由Φ600 增加到Φ900；

（2）将直通式排气方式改为旋流进气+过滤吸音式，更有效的提高消音效果。

消音器更换前、后在距消音器2～3 m 处进行检测，检测数据（见图2）。

根据图2 可知，消音器改造前后，消音器出口昼、夜间噪声等级分别从105.4 dB 和105.7 dB 下降至90.9 dB 和91.3 dB。1#机组位于增压站最西侧受其他机组噪声干扰作用影响较小，所以测得数值较低。

图2 消音器改造前后噪声检测数据

3.2 空冷器噪声治理

空冷器的降噪主要是修建降噪小屋，降噪小屋主要包括以下部分：

3.2.1 墙体及屋顶吸隔声模块 吸隔声模块面板采用厚度不低于1.2 mm 的钢板制作，孔板采用厚度不低于0.7 mm 的钢板制作，吸声材料表面采用防火吸声布包裹。吸隔声模块结构（见图3）。

图3 隔声罩吸隔声模块结构

3.2.2 进、排气消声器 进气消声器由于空间位置有限，采用消声长度短，消声效果好的折板式阻性消声器。屋顶排风消声器采用矩阵阻性消声器。空冷器排风口与排风消声器之间设置导流罩，避免热风在隔声罩内循环，结构示意图（见图4）。

图4 空冷器进气、排气消音器模块结构

3.3 压缩机厂房降噪措施

根据噪声源与厂界的位置关系、噪声源值大小、降噪目标值以及设备工艺要求等，经过计算分析，制定吸声、隔声、隔振和通风消声等噪声控制措施。

（1）压缩机厂房墙体北侧、西侧和东侧利用原有的结构，在轻钢龙骨上安装多层轻质隔声板、多层多孔吸声材料和一层防火吸声布，更换外墙原有夹芯板（见图5）。

图5 压缩机厂房墙体结构

（2）压缩机厂房屋顶利用原有的结构，在轻钢龙骨上安装单层轻质隔声板，更换屋面原有夹芯板。

（3）北侧原有平开窗更换成高隔声量隔声窗，隔声窗的玻璃采用6 mm+0.76 PVB+6 mm 夹胶钢化玻璃。厂房原有的门全部更换成隔声门。

（4）压缩机厂房北侧进风口设置进风消声器，屋顶排风口设置风机强排消声器，其中屋顶风机通风必须满足《输气管道工程设计规范（GB 50251-2015）》要求，压缩机厂房按照事故通风风量进行设计，能满足防火防爆要求。

4 检测结果

降噪技术改造结束后，聘请两家检测机构在处理厂东侧边界、南侧边界、西侧边界、北门岗等16 个点进行噪声检测。检测结果（见表3）。

表3 噪声实测数据表

从检测报告数据可以看出，各检测点在技术改造后昼夜间噪声测量值在45.0～49.8 dB，均低于50 dB（A），满足《工业企业厂界环境噪声排放标准》中的Ⅱ类标准。

5 结论

通过现场实际检测数据分析，压缩机噪声超标的主要部位是发动机排气噪声、空冷器风机噪声和整体压缩机厂房噪声产生。针对发动机排气噪声，采用旋流进气+过滤吸音式消音器，针对压缩机组厂房噪声，采用吸声、隔声和阻尼降噪。综合改造后，压缩机周界噪声测量值在45.0～49.8 dB，符合《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008）Ⅱ类标准要求，即昼间≤60 dB（A），夜间≤50 dB（A）。