众一阿美科福斯特惠勒工程有限公司 上海 201500
摘要：本文介绍了石油化工企业噪声污染的危害和控制，分析了工艺系统设计中噪声控制的方法及相关计算。最后通过具体项目实例从工艺系统设计角度对有效处理排气放空的噪声如何控制进行了描述。
关键词：噪声控制；工艺系统设计；管道最低共振频率；隔声量；声压级；亚声速喷注噪声；阻塞喷注噪声
Noise Control Analysis of Process System Design
in Petroleum and Chemical Engineering
Hongjun Sheng
(SZPE AMECFW Engineering Co., Ltd. Shanghai, 201500)
Abstract: The harm and control of noise pollution in petroleum and chemical enterprise were introduced in this thesis, analyzed the methods and related calculation of noise control in the process system design phase. Finally, how to effectively control gas vented noise by process system design, which was described in detail by specific example of project.
Keywords: Noise control; Process system design; Lowest resonant frequency of pipe; Sound transmission loss; Sound pressure level; Subsonic injection noise; Blocking injection noise
引言
噪声作为一种公害，严重影响着人们的工作环境以及学习等，甚至威胁人的身心健康。噪声污染是世界上第三大公害，存在于不同的工业企业中，尤其是石油化工企业。随着人们生活水平的提高以及社会经济的发展，噪声污染逐渐受到关注和重视，噪声控制消除的要求也逐渐提高。因此，减少石油化工企业噪声造成的危害，创造好的石油化工企业生产环境和卫生条件极为重要。
一、噪声污染的危害
科学研究表明，如果噪声强度达到80dB会影响人体健康，超过110dB会给人体造成直接性的伤害,在石油化工企业中会直接对职工的身心健康、工厂及周围的声学环境、生产安全和建筑结构及设备产生一定的影响。
（一）噪声对人体产生的影响
噪声对于人体产生的最为直接性的伤害就是听力方面的，使得患者出现暂时性的听觉位移或者噪声聋等[1]。暂时性的听觉位移是听觉系统上的一种变化，人远离噪声影响一段时间之后，听力是能够恢复的，但是如果不能及时的处理，就容易出现永久性的听觉位移。噪声聋是以永久性听力位移为基础发展的，是双耳性的，其发病率与人们接触噪声的强度、工龄、缺氧等相关。
噪声也会对人体的生理机能产生影响。噪声污染与心脏病的恶化发展也有一定的联系，噪声污染还可能对人们的内分泌、消化以及神经系统等产生影响。此外，噪声污染还容易使人出现焦虑、烦躁等不良的心理情绪，噪声的强度大，产生烦恼的可能性就大，噪声通过听觉器官对大脑的中枢神经系统产生影响，会对全身的器官产生影响，时间久了，人容易出现头晕、头痛、眼疲劳、眼花等不良现象。
（二）噪声对安全生产的影响
在石油化工企业，环境是复杂多变以及危险的，噪声导致的影响会让人在嘈杂的环境中失去准确辨别信号的能力，无法很准确的对危险声音信号进行辨别，使人们无法准确的对环境安全度进行判断。
长时间在强噪声干扰的环境中，会让工人的神经出现紧张，容易兴奋和愤怒，人们之间的摩擦会增加，使得从业人员有很强的疲劳感，进而使人们无法安心工作的，注意力无法集中，工作中的反应能力和速度不高，容易增加错误、遗漏出现的几率，事故发生几率会提高，不利于安全生产和工作效率的提升。
（三）特强噪声对建筑结构及设备产生的影响
当噪声达到一定强度后，仪器设备会受到损伤，甚至会使设备出现失效的情况。噪声影响仪器设备是与噪声的强度、频率以及设备结构等有关系，如果噪声超过150dB后，电阻、晶体管等会受到损坏[2]。同时，当噪声大于140dB时，还会对轻型建筑产生破坏，比如门窗出现损伤、玻璃破碎、墙壁开裂等。
二、石油化工工艺系统设计的噪声控制
依据我国相关的设计标准以及技术经济水平等的要求，噪声控制设计应贯穿于建设工程项目各个不同的阶段，对于石油化工项目工程设计阶段更是如此，而工艺系统设计的噪声控制尤为重要，其重点是要对生产装置中管系和排气放空的噪声控制和消声设计方面对噪声污染进行有效的源头控制。
（一）科学控制管系噪声
管道阀门噪声的声音频带较宽，有很大部分是高频带噪声，管道噪声尽管要小于阀门噪声，但是由于其线声源，特别是在管廊上有蒸汽泄露的位置，出现高频尖叫的声音，其会波及很广的范围。根据数据分析，管系噪声的峰值频率在1000Hz～2000Hz之间，主要声级在500Hz以上。
1.管系噪声
管系的噪声主要由以下几种：
（1）机械振动噪声
由于压力变化和流体的脉冲，使阀门零部件及管系、吊架产生振动，其噪声频率在1000Hz以下。机械振动噪声的第二声源是阀门部件在其固有频率处的共振，是一种单调噪声，其频率通常在2000～7000Hz之间。管道最低共振频率，又称管道自鸣频率，可以通过下式计算：
fB=CL/πd
式中
fB-管道最低共振频率，Hz；
CL-管道内纵波传播速度，m/s，钢管为5100m/s；
d-管道直径，m。
（2）阀门节流噪声
当阀门节流时，在其下游产生噪声，具有中高频特性。气流流速等于声速时会产生强烈的激波噪声。所以节流时务必控制其压降比（节流点前后的压力比），使其小于临界压力比1.89。当压降比超过临界压力比时，激波噪声迅速提高，直到压降比等于3时为止，此时噪声增加渐趋缓慢。管路中增设限流孔板，可使阀门的节流压降减小，实践证明，限流孔板选用恰当，一般可降噪声10～15dB（A）。
在工艺设计时，也可以通过选用低噪声的多级降压型和分散流道型阀门来对阀门控制噪声。多级降压型阀门的噪声可比一般控制阀降低20～25dB（A）；分散流道型阀门用许多小孔或细长间隙所构成的通道来代替一般阀门的大通道，从而降低阀门噪声。
（3）水锤声
由于阀门或水泵的突然开闭，使管道内液体压力突然改变，压力波（冲量）沿管道向前后反射，产生如撞击的噪声，高达110～115dB，并且会造成管系剧烈震动。
（4）气穴噪声
气穴噪声又称空穴噪声或气蚀噪声。当管道内局部有阻碍物时，由于局部的高速及低压而产生气穴噪声。在特定速度下，液体的压力低于其蒸汽压力，从而产生气泡，这些气泡突然破裂产生噪声。
（5）固体传声
与管系连接的各种动力设备产生的机械噪声、气流噪声及震动通过管系向空气辐射噪声。
（6）管道内液体的湍流、气体的涡流、流体流速及流向突然改变，均会产生强烈噪声。
管道本身是一种单层的隔声壁，对其管系的噪声有一定的隔声能力，管道的隔声量可以通过以下方式进行估算。
①圆形管道在最低共振频率以下时，隔声量可通过下图查取管道隔声量的极限值，然后通过修正系数得到隔声量的修正值。
圆管在共振频率以下隔声量的修正值
②在最低共振频率以上，管道的隔声量几乎与单层平板一样，可应用单层平板平均隔声量的计算式估算其隔声量。
=13.5lgm+14
式中
-平均隔声量,dB；
m单层平板的面密度，kg/m2。其中，m≤200kg/m2。
2.管系噪声的控制
在石油化工工艺设计中，可以通过一系列科学的对策来控制管系中的噪声。
（1）控制流速
流体在阀门或管道内的流速高，噪声亦高，降低流速可减小噪声，一般采用扩大管径的方法来降低流速。在无气穴的情况下，流速加倍，噪声增加18dB。
控制噪声的管内流速限制值
（2）合理的管道连接
管道的支管尽可能避免T形连接，最好改用分流的接管方式、对于管径大于200mm的管道更是如此。
（3）采用挠性连接
挠性接管可以隔绝噪声在管道中传递，可防止动力设备振动传递给管道，又可对管道中心线的偏移给以补偿。实践证明挠性接管一般可降噪10～15dB（A）。
（4）采用管道隔声支吊架
采用弹性支吊架可防止管道噪声从吊架、支座传递到墙壁、天花板、基础上。
（5）管道内加吸声内衬
在管道和弯头内，衬以一定厚度的吸声材料，即组合成一个简单的阻性消声元件，称消声直管或消声弯头。吸声层厚度一般在50mm～80mm之间，并用透气性织物-玻璃布或金属穿孔板护面，护面结构根据管道内气流速度选定。
（6）隔声包扎
强噪声的管道宜布置在地下或采用隔声包扎的方法来降噪。对辐射噪声大于90dB的工艺管道应采取阻尼或隔声包扎措施。
（7）选用合适的消声器
在气体动力设备的进、出口和气流管道的阀门上、下游安装合适的消声器是控制设备噪声和阀门噪声沿管道传播和辐射的有效措施。消声器分为阻性消声器、抗性消声器[3]、阻抗复合消声器等，消声效果一般在20～25dB（A）。
液体输送管道中，当液体压力大于1MPa时，可采用液体消声器，一般降噪量为20dB/0.5m。
在石油化工企业中，鼓风机是比较常用的，这也是重要的噪声源，鼓风机的型号以及种类等不同，其噪声的频率特点也是存在差异的。工艺设计时，不但要做好型号种类的选择，还需要从安装消声器处理管道空气动力性噪声方面控制噪声。如果气流噪声是高频的，需要选择阻性消声器，如果是低频，需要选择抗性消声器[3]。
（8）使用隔声罩
对于独立的强机械噪声设备（包括阀门），可使用隔声罩。根据实践经验，固定密封型结构的隔声罩降噪量在30～40dB（A），活动密封型结构的隔声罩降噪量在15～30dB（A），局部开敞型结构的隔声罩降噪量在10～20dB（A），带有通风散热消声结构的隔声罩降噪量在15～25dB（A）。
对于大的通风机，在设计时可以放在隔声室中，相当于隔声罩，使风机运行时噪声对环境的影响减少，隔声室的设计降噪量，应根据使用功能要求确定，宜在20dB(A)-30dB(A)之间选取。
（二）有效处理排气放空的噪声
蒸汽、工艺气体放空、空气动力设备的排气都会产生噪声，最高可达140dB（A），影响半径达500m。排气放空噪声也称为喷注噪声，按喷口气流速度大小可分为亚声速喷注和阻塞喷注两种。
1.亚声速喷注噪声
亚声速喷注噪声，喷口处的驻点压力（或容器内压力）小于临界压力，其噪声具有明显的指向性，在与喷射方向成30o方位处噪声最强烈。排气速率越高，管径越小，则噪声的峰值频率就越高，排气速度减小一半，噪声可降低24dB。亚声速喷注的噪声可通过下式计算：
L90o=80+20lg（（R-1）2/(R-0.5）)+20lgD
式中
L90o-喷口1m远处侧向喷注湍流噪声的声压级，dB；
R-驻点压力比，R=Ps/P0；
Ps-喷口内的驻点压力或气室绝对压力，Pa；
P0-环境大气压：P0=9.8X104Pa；
D-喷口直径，mm。
2.阻塞喷注噪声
阻塞喷注噪声，喷口处气流速度等于声速，其噪声分为两部分，即连续谱噪声和离散谱噪声。连续谱噪声与亚声速喷注噪声相似，但峰值频率较高，离散谱噪声主要产生于气室压力等于0.2～0.4MPa。阻塞喷注噪声的计算经验式如下：
LA=110+20lgQ-20lgD
式中
LA-距喷口1m远，与喷射方向成45o时A声级，dB（A）；
Q-排气流量，Kg/h；
D-排气管内径，mm。
石油化工工艺系统设计时，可以通过在排气口安装消声器的有效方法降低排气放空噪声，常用的消声器型号有扩散缓冲型消声器和小孔型消声器。实践数据显示其降噪水平在30～35dB（A）。
三、项目实例
某石油化工厂有一规格为¢58X4的放空管，放空介质为过热蒸汽，放空压力为4.0MpaG，温度为390oC，放空量≤400m3/h，放空点距厂界围墙的水平距离为100m，距地面的垂直距离为30m，围墙外有交通干线。所在地区属于工业区。从工艺系统设计角度如何有效控制排气产生的噪声，并使其符合相关规定的要求。
（一）噪声控制方法
根据以上2.2的分析可知，在排气口安装消声器是降低排气放空噪声的有效方法，所以从工艺系统设计角度，可以选择合适的消声器来降低放空噪声。
（二）设计步骤
1.判定该排气噪声类型
由已知条件知，驻点压力Ps>P0[(k+1)/2]k/(k-1)（过热蒸汽的k=1.33，环境大气压P0=9.8X104Pa），所以该排气噪声属于阻塞喷注噪声。
2.估算噪声级
用上述2.2.2的公式LA=110+20lgQ-20lgD估算距放空管1m处远450方向处的噪声级。
已知：Q=400m3/h；D=50mm；ρ=13.88kg/m3
所以：LA=110+20lg（400X13.88）-20lg50=110+74.9-34=150.9dB(A)
3.选定噪声限制值
根据国标GB12348-90规定，工业区厂界噪声限制值：昼间65dB（A），夜间55dB（A）。该标准中又规定，白天排气噪声峰值允许超标10dB（A），夜间允许超标15dB（A），所以选定噪声限制值为白天75dB（A），夜间70dB（A）。
（1）设计目标值确定
①噪声的距离衰减计算
已知：r1=1m；r2=（1002+302）1/2=104.4m
所以：距离衰减值为ΔL=20lg（r2/r1）=40.4dB（A）
②估算厂界外噪声级
LA界=150.9-40.4=110.5dB（A）
③消声量的设计目标值确定
ΔL消=110.5-75=35.5dB（A）
（2）消声器选型
根据以上计算并结合供应商消声器的具体型号选择消声量在35dB（A）以上的消声器即可。
结束语
本文通过对石油化工企业中噪声控制的分析，从工艺系统设计方面阐述了噪声控制的方法和相关计算。通过项目实例，从工艺系统设计上对有效处理排气放空的噪声如何控制进行了描述。由以上分析和实例可知，在石油化工企业中，从工艺系统设计方面对噪声污染及危害进行源头控制和减少，可有效降低企业中噪声，从而保障石油化工企业生产安全以及工作人员的身心健康和生命安全。
参考文献
[1]金玉文.石化企业噪声危害现状评价与分析[J].职业卫生与病伤,2016, 31(04):195-199.
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[3]孙倩,黄德寅.某石油化工企业噪声和高温联合暴露对听力影响及控制对策[J].职业卫生与应急救援,2011,29(01):32-34.
[4]石油化工行业标准SH/T3146-2004石油化工噪声控制设计规范[S].
[5]化学工业部设计标准HG/T20570.10-95工艺系统专业噪声控制设计[S].
[6]化学工业部设计标准HG20503-1992化工建设项目噪声控制设计规定[S].
[7]国家标准GBJ87-85工业企业噪声控制设计规范[S].
[8]化工部工程建设标准HGJ18-88化学工业炉噪声控制设计规范[S].
[9]国家标准GB12348-90工业企业厂界噪声标准[S].
[10]国家标准GB12349-90工业企业厂界噪声测量方法[S].
[11]国家标准GBJ122-88工业企业噪声测量规范[S].
论文作者:盛红军
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/8/17
标签：噪声论文; 管道论文; 消声器论文; 噪声控制论文; 隔声论文; 阀门论文; 压力论文; 《基层建设》2018年第17期论文;