FPSO常规管路系统的噪音预测评估方法

朱睿峰,吴承恩

(1.惠生工程(中国)有限公司,上海 200000; 2.南通中远海运船务工程有限公司,江苏 南通 226006)

0 引言

浮式生产储存卸货装置(FPSO)常规管路系统主要围绕保障人员生活、油气处理存储及安全消防设计,包括压载水、柴油、生活用水、货油、消防水等系统,此类管路噪音往往是由于管道内部介质流动摩擦碰撞及扰动引起的,通常表现在管道流动噪音、排放口(气体)噪音及流体经过阀门与孔板引起的阻挡噪音[1-7]。随着世界海洋油气开发迈向深远海发展,针对FPSO这种将油气处理装置直接用于海上的高端海工产品,其安全、舒适性设计成为重中之重。管道系统噪音的预测及预防作为操作环境舒适性的重要组成部分备受关注。本研究通过对典型工艺管路、排放口噪音进行计算分析,结合不同操作工况下的噪音限值标准,评估管道系统噪音水平,明确管道隔音或排放口消音的必要性。针对控制阀、安全阀、节流孔板这类请购产品,设计建造方不仅要确保功能参数的合理性,还要对其产生的阻挡噪音进行审查,确保整体设计合规。基于制定的噪音控制标准,通过对管路系统噪音计算分析及对供货方的设计管控,以明确系统隔音、降噪措施的必要性及请购产品(控制阀、安全阀等)的选型,从而形成一套针对常规管路系统的噪音预测评估方法。

1 管路系统噪音计算方法

1.1 管道流动噪音

为了明确管道隔声保护的必要性,采用以下方法对管道流动噪声进行预测,考虑了直管段流速、管道截面、密度及温度的影响,如式(1)所示。考虑到流体在管道弯头处存在潜在的速度增加,故下游声功率可能增加高达18 dB。在计算距离管道1 m处的噪声水平时,基于钢材料(STC为35～45)和辐射表面的声传输损失特性,保守假设管道外部声功率水平相比于管道内部的降低25 dB。

(1)

式中,PWLins为管道内声功率级,dB;Vf为管道内流体流速,m/s(V0=1 m/s);S为流动管线横截面,m2(S0=1 m2);Tf为流体温度,K(T0=273K);Δf为流体密度,kg/m3(Δ0=1 kg/m3)。

1.2 排放口噪音

在日常工艺系统中往往存在很多接通大气的排放口,用于平衡设备/系统压力,起到应急释放的功能。根据API 521[9],在排放点(噪音源)以外30 m处的噪声水平可用式(2)近似计算:

L30(100)=L+10lg(0.5qm*c2)

(2)

式中,L30(100)为距离排放点30 m处的噪音水平,dB;L为基于排放口的出口压力(或限流管附件上游绝对静压)与大气压力(或限流管附件下游绝对释放压力)的比值PR,参照API 521图18(见图1)得出的噪音水平,dB;qm为通过阀门或限流管附件的质量流量,kg/s;c为阀门处气体的声速,m/s。

图1 距排放口末端30 m处的声压级Fig.1 Sound pressure level at 30 m from the end of the outlet

其中,X为压力比PR;Y为距排风口末端30 m处的声压级,dB。参考API 521,计算声速c可用式(3)计算。

(3)

式中,k为气体比热容比;M为气体的相对分子质量;T为气体温度,单位为开尔文(K)。

为了根据操作条件更好地评估排放口噪声水平,通过应用式(4)对距离30 m的参考边界进行调整。

(4)

式中,Lp为距离噪音源r处噪音水平,dB;L30(100)为距离噪音源30 m处的噪音水平,dB;r为到噪音源的距离,m。

除了上述管道流动噪音及排放口噪音外,管路系统往往还包含各种类型的控制阀门及孔板,它们是确保整个工艺系统功能性、完整性的关键。但在实际工程项目执行过程中,这些控制阀门及孔板通常由专门的产品制造商供货。项目设计建造方不仅需要明确控制阀门及孔板的工艺参数要求,还要对供货商的产品方案、材料及交付保证等进行综合审查,特别是噪音问题,因为不同供货商的制造工艺、产品特性及计算依据不同,故设计建造方需提前与供货方进行技术澄清,明确噪音计算方法及产品测试流程/证书是否满足项目要求。

针对控制阀门及孔板的噪音计算方法,如无特定要求,根据以往项目实践,建议供应商按照VDMA 24422 、IEC 60534-8-3及IEC 60534-8-4开展计算,将计算结果体现在产品数据表(datasheet)或专门噪音数据表(noisedatasheet)中,以供技术审查。

2 评估准则

2.1正常运行工况

对于控制阀或节流孔板,在正常工况下其产生的噪音水平不应超过85dBA@1m;对于排放到大气中的排放口,其持续(或正常运行)的排放噪音水平不应超过85 dBA@3m(假设在排放口3 m范围内无工作平台);对于管道,在正常运行时其管道流动噪声不应超过85 dBA@1m,如果超过,可对管道及工艺设备进行隔声处理。

2.2 间歇性运行工况

针对一些发出间歇、波动或周期性噪声的设备(如减压、锅炉排污或污水泵),其间隔内的等效声压级(LAeq)为90 dBA@1m。

2.3 应急运行工况

紧急情况下,在距离噪音源1 m处a加权声压级不应超过115 dBA。设备和设施的紧急关闭可被认为是不适用噪音限制管控的情形,如在非常规基础上或在紧急情况下为容器及系统提供泄压保护而运行的泄压阀,不应有噪声级别限制。针对在应急情况下操作的控制阀,节流孔板及排放口产生的噪音水平不应超过115 dBA@1m。

3 计算实例

3.1 典型压载系统管线流动噪音计算

依据工艺管线清单,提取单根管线A基础参数(表1所示)进行流动噪音计算,主要输入参数如下:

表1 压载系统管线A基础参数(正常工况)Tab.1 Basic parameters of ballast system pipeline A (normal condition)

根据式(1)计算出管道内部噪音水平为48 dB,鉴于海水在管道弯头处存在潜在流速增加,会造成管线下游声功率增加(+18 dB)。管线内部噪音辐射传输也存在一定的损耗(-25 dB)。故距离A管道1 m处的噪声水平为41 dB,满足正常工况下管道流动噪声不应超过85 dBA@1m的要求。

若系统中管路的计算噪音超过85 dBA@1m的要求,建议根据管径及噪音偏差选取必要的管道隔音措施[8-9],并在三维模型配管布置时及时预留相应的隔音材料空间。

3.2 典型压载舱排放口噪音计算

依据该压载舱工艺设计及API 521图18(如图1所示),主要输入参数如下:

表2 压载舱空气排放口基础参数(正常工况)Tab.2 Basic parameters of ballast tank air outlet (normal condition)

根据上述式(2)～(4),计算出此常规压载舱透气排放口噪音水平为72 dB@3m,满足正常工况下气体排放口噪音水平不应超过85 dBA@3m的要求。

4 结束语

从FPSO项目实践出发,基于制定的噪音评价标准,采用较为成熟的计算方法,定量预测分析管道流动噪音及气体排放口噪音水平,及时识别常规管道系统噪音风险。针对控制阀、安全阀、节流孔板这类请购产品,通过对供应商设计审查,及时有效地进行噪音管控,形成一套针对FPSO常规管路系统的噪音预测评估方法,取得了较好的应用效果,可在海上油气生产处理装置建造中进行推广及应用。