新疆油田锅炉降噪技术的研究与应用.docx
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新疆油田锅炉降噪技术的研究与应用
油商密★★★级5年
新疆油田锅炉降噪技术
研究与应用
新疆油田重油开发公司
2010年12月
研制单位：
重油开发公司
项目名称：
新疆油田降锅炉降噪技术的研究与应用
项目负责人：
吴平
起止时间：
2010年1月—2010年12月
主要研制人：
孙晓岗陈荣灿张新国张佑明吴平王国兴
主要参加人：
梁疆岭王连生郝军马天伟梁全胜过杨
审查人：
审核人：
主管领导：
摘要
新疆油田重油开发公司对克浅109井区1号供热站1#湿蒸汽发生器间噪声污染进行了检测研究分析发现,炉体正常运行时，室内声级高达90.0dB（A）以上严重影响了员工的身心健康。
本文从工艺流程入手排查主要噪声源,通过采用吸隔声材料、降噪技术改造及现场施工，达到了预期的降噪效果。
结合供热站噪音改造前后变化,论述了噪声技术改造内容以及实施效果和社会效益。
关键词:
噪声污染；吸声；隔声；治理；
目录
前言-1-
1立项背景及目的-2-
1.1立项背景-2-
1.2立项目的-6-
2技术路线、关键技术和创新点-6-
2.1技术路线-6-
2.2关键技术-7-
2.3创新点-11-
3成果推广应用情况-16-
3.1噪声治理工程施工地点的选择-17-
3.2工程概况-18-
4实施效果及经济、社会效益-21-
4.1实施效果-21-
4.2经济、社会效益-21-
5结论-22-
前言
噪声对人健康的危害和工作效率的影响是多方面的。
为减少工作场所中的噪声危害，2009年新疆油田公司开展了石油工业噪声治理研究与应用。
新疆油田石油工业锅炉噪声治理研究与应用项目以锅炉降噪技术为载体，通过对国内外工业噪声降噪治理技术调研，优选出经济有效适合于新疆油田使用的降噪工艺，结合新疆油田生产特点，确定新疆油田锅炉降噪技术并编制实施方案，进行现场试验，通过现场对噪声源的治理，优化降噪工艺，创立新疆油田锅炉噪声治理新标准及适用于新疆油田的降噪技术工艺。
1立项背景及目的
1.1立项背景
目前石油天然气开采行业普遍存在着噪声污染的问题，仅重油开发公司五年内职业病转岗人数多达28人以上，大多数都为高噪声车间工作引起。
我国石油开采行业中，噪声控制已经具备从被动保护转变为主动保护技术条件及手段，开始有针对性的对设备噪声指标加以控制及工作生活环境进行相应的噪声治理。
单就油田工业噪声治理技术而言，我国在该技术领域已接近世界先进水平。
新疆油田从上世纪六十年代开始开发至今，各项技术趋于完善，噪声治理也由前期的被动防护向主动保护转变。
经过长期的调研分析，目前，国内外对噪声控制已进行了一定程度的理论研究和技术尝试，建立了初步的技术模式，并开发了相应的工艺设备。
通常使用的方法主要分为吸声降噪、隔声降噪、消声降噪、减振降噪等。
通过上述技术方法，利用专用材料、设备对供热站进行噪声治理。
1.1.1噪声特性简介
1）环境噪声的局限性和分散性
局限性是指一般的噪声源只能影响它周围的一定区域，而不会像大气污染能飘散到很远的地方。
环境噪声扩散影响的范围具有局限性。
2）环境噪声的能量性
环境噪声是能量的污染，它不具备物质的累计性。
噪声是由发声物体的振动向外界辐射的一种声能。
若声源停止振动发声，声能就能失去补充，噪声污染随之终止，危害即消除。
噪声的能量转化系数很低，约为10-6，即百万分之一。
3）环境噪声的波动性和难避性
声能是以波动的形式传播的，因此噪声特别是低频噪声具有很强的绕射能力，可以说是“无孔不入”。
突发的噪声是难以逃避的。
4）噪声具有危害的潜伏性
大多数暴露在90dB（A）左右噪声条件下的员工，也认为能够忍受，实际上这种忍受是以听力偏移为代价的。
人耳听觉非常敏感，正常人能够察觉1dB的声音变化，3dB的差异将感到明显不同。
人耳存在掩蔽效应，当一个声音高于另一个声音10dB时，较小的声音因掩蔽而难于被听到和理解，由于掩蔽效应，在90-100dB的环境中，即使近距离讲话也会听不清。
下表为声级表1-1。
表1-1声级
声音
噪声级（A）
对人的影响
火箭导弹发射
150-160
听觉器官物理损伤
喷气飞机喷口
130-140
痛、无法忍受
螺旋桨飞机、高射机枪
120-130
痛
柴油机、球磨机
110-120
难于忍受
织布机、电锯、压缩机
100-110
较难忍受
载重汽车、高速公路边
90-100
很吵，难于语言通讯
大声说话、闹市
70-80
较吵
一般说话
60-70
对其他讲话者有干扰
普通房间
50-60
较静
静夜
30-40
非常静
消声室内
10-20
极静
听觉下限
0-10
听（0）
1.1.2国内工业噪声简介
工业噪声按其产生的机理可分为气体动力性噪声、机械噪声、电磁性噪声三种。
常见工业设备噪声范围如下表1-2
表1-2常见工业设备噪声范围
设备名称
声级范围dB（A）
设备名称
声级范围dB（A）
振动筛
93-130
空压机
73-116
球磨机
87-128
柴油机
107-111
织布机
96-130
水泵
89-103
鼓风机
80-126
发电机
71-106
引风机
75-118
抛光机
96-100
1）气体动力性噪声
叶片高速旋转或高速气流通过叶片，会使叶片两侧的空气发生压力突变，激发声波，如鼓风机、压缩机等。
2）机械噪声
由固体结构物振动产生的。
物体间的撞击、摩擦、交变机械力作用下的金属板、旋转几件的动力不平衡，一级运转的机械零件轴承、齿轮等都会产生机械噪声，如柱塞泵，机床等
3）电磁性噪声
由电磁振动、电机等的交变力相互作用产生的噪声，如电流和磁场的互相作用产生的噪声，发动机、变压器的噪声等。
1.1.3噪声的危害
噪声广泛地影响着人们的各种活动，如影响睡眠和休息，妨碍交谈，干扰工作，使听力受到损害，甚至引起神经系统、心血管系统、消化系统等方面的疾病。
噪声对人类健康的危害主要表现在一下方面：
1）听力损伤
近年来关于噪声对听觉影响的研究有了很大的进展，大量的调查研究证明强噪声会噪声耳聋。
在不同噪声级下长期工作，耳聋发病率的统计结果见表1-3。
从表中可以看出，噪声级在80dB（A）以下，才能保证长期工作不致耳聋。
在90dB（A）条件下，只能保证80%的人不会耳聋；即使85dB（A），还会有10%的人可能产生噪声性耳聋。
表1-3耳聋发病率的统计
噪声暴露时间（年）
5
10
15
20
25
30
35
40
等效连续A声级dB（A）
%
%
%
%
%
%
%
%
≤80
0
0
0
0
0
0
0
0
85
1
3
5
6
7
8
9
10
90
4
10
14
16
16
18
20
21
95
7
17
24
28
29
31
32
33
100
12
29
37
42
43
44
44
45
105
18
42
53
58
60
62
62
63
110
26
55
71
78
78
78
78
79
115
36
71
83
87
84
84
85
85
2）对交谈、通讯、思考的干扰
噪声妨碍人们之间的交谈、通讯及人们的思考思维活动。
试验证明噪声干扰（如下表1-4）。
表1-4噪声对交谈、通讯的干扰
噪声级dB（A）
主观反映
保持正常谈话距离
通讯质量
45
安静
10
很好
55
稍吵
3.5
好
65
吵
1.2
较困难
75
很吵
0.3
困难
85
太吵
0.1
不可能
3）对人体生理影响
大量调查统计资料表明，大量心脏病的发展和恶化与噪声有密切的联系。
试验结果表明，噪声会引起人体紧张的反应，是肾上腺素增加，引起心率改变和血压升高。
工业噪声调查的结果表明，在高噪声条件下工作的钢铁工人和锅炉车间工人比安静条件下的工作的工人循环系统的发病率要高，患高血压的病人也多。
噪声还会引起消化系统方面的疾病。
长期暴露在噪声环境下的工人，其消化功能有明显的改变，研究表明在吵闹的工作环境里溃疡症的发病率比安静环境的高5倍。
通过人和动物的试验都表明在高于80dB（A）的噪声环境中，肠蠕动要减少37%，造成消化不良和胃溃疡症。
在神经系统方面，神经衰弱症侯群是最明显的。
噪声能引起失眠、疲劳、头疼、头晕和记忆力衰退。
4）对心理的影响
噪声引起的心理影响只要是使人激动、易怒，甚至失去理智。
噪声容易使人疲劳，因此往往会影响精力集中和工作效率，尤其是对一些做非重复性的劳动者，影响更为明显。
此外，由于噪声的掩蔽效应，往往使人不易察觉一些危险信号，从而容易噪声工伤事故。
5）噪声对物质结构的影响
据试验，一块0.6mm的铝板在168dB的无规噪声作用下，只要15分钟就会断裂。
据世界卫生组织估计，仅工业噪声的影响，美国每年由于低效率，不上工、工伤事故和听力损失赔偿等就损失40亿美元。
1.2立项目的
对新疆油田重油开发公司克浅109井区1号供热站1#湿蒸汽发生器间噪声污染进行了检测研究分析发现,炉体正常运行时，室内声级最高达90.0dB（A）以上。
遵照国家、行业和企业有关法律、法规、标准和规定，以《工业企业设计卫生标准》（GBZ1-2010）为噪声限制标准，将锅炉车间内噪声控制在85dB（A）以下给在锅炉房工作环境下的员工提供一个良好的工作环境。
2技术路线、关键技术和创新点
2.1技术路线
新疆油田石油工业锅炉噪声治理研究与应用项目以石油降噪技术为载体，通过对国内外石油工业噪声助理技术调研，优选出经济有效的噪声控制技术，结合新疆油田注汽锅炉噪声的特点，确定锅炉降噪技术、并结合现场情况编制实施方案，进行现场试验，通过对噪声源的治理，最终优化降噪工艺，创立新疆油田锅炉噪声治理新标准及适用于新疆油田的降噪技术工艺。
（技术路线图2-1）
技术路线图2-1
2.1.1噪声源分析：
湿蒸汽发生器间内的高噪声是由柱塞泵、风机发出的，厂房内声级最高达90.7dB（A），其噪声值严重超标。
噪声主要由空气动力性噪声、机械性噪声、管道振动噪声等叠加而成，其噪声频谱具有以中高频为主的全频带高噪声特性。
噪声源特性主要有以下几个方面：
（1）空气动力性噪声：
由于电动机在运转时，叶片的高速旋转打破了原有空气压力的平衡，使空气之间摩擦产生噪声。
这种噪声的频谱以中低频为主。
（2）机械性噪声：
由于柱塞泵运行时各机械部件运动发生的撞击、摩擦、振动而产生的机械噪声。
设备发出的噪声基本上是全频带噪声。
（3）管道振动噪声：
由于流体管道内的空气摩擦振动及管道振动产生的噪声。
振动可以通过空气及地面等固体构筑物传播。
2.1.2国内降噪技术简介
噪声的防治主要是控制声源的输出和声的传播途径，以及对接收者进行保护，即主动保护与被动保护。
显然，如果条件允许，在声源处降低噪声是最根本的措施。
图2-1噪声控制措施实施措施
2.2关键技术
2.2.1降噪技术工艺
现阶段在锅炉噪声治理主要采用的降噪技术包括吸声降噪、隔声降噪、消声降噪、减振降噪等。
通过参数优选和经济性评价分析得出，针对新疆油田锅炉噪声治理应主要采用吸声和隔声降噪技术进行噪声治理。
1）隔声降噪技术
用隔声构件封闭起来，使其与周围环境隔绝，以减少噪声传递。
主要采用的隔声构件包括隔声间、隔声罩、隔声屏、隔声窗、隔声门等。
（如图2-1）车间内的噪声主要由直达声和反射声两部分组成。
在墙面及顶面做吸声处理后，能够降低室内反射声，但直达声依然存在，且比较严重。
因此必须采用隔声处理来阻隔室内的直达声。
隔声处理主要是将柱塞泵与车间环境隔离，降低直达声的传播（如图2-2）。
吸音障壁采用内部中空双层多孔吸声棉外罩穿孔金属板结构，并且内部填充了新型的隔声阻尼层。
此结构兼备了吸声与隔声的双重特性，障壁的高度为2.4m。
根据下式计算得此种新型吸音隔声障壁设计插入损失为15dB（A）左右。
其中菲涅耳数
式中
——绕射路径与直达路径的声程差；
——声波的频率
为满足平时对设备的维修、日常生产的巡检等因素，将吸音隔声屏障下方采用可锁式万向轮，同时在屏障上留置观察窗，在障壁正前方位置安装双向弹簧门，方便观察和巡检。
图2-1
图2-2屏障摆放示意图
2）吸声降噪技术
车间内的声波投射到墙体多孔材料表面时，部分投入的声波与纤维或颗粒表面产生内摩擦（摩擦力来自空气的压缩、膨胀），部分声能转变成热能，从而使声音的能量减小。
目前生产和使用的吸声材料有很多，其吸声原理----由声能转变为其它能量。
原理虽然相同，但转化的具体物理过程却因不同类型的材料而有所区别，它反应了不同类型材料具有不同的吸声频率特性。
在声学设计中，正确合理的选择吸声材料对于创造一个良好的室内声环境是非常重要的。
根据各种常用材料的不同特性，一般将吸声材料及吸声结构归纳为五大类：
多孔性吸声材料构造、穿孔板共振吸声构造、薄膜吸声构造、薄板吸声构造、特殊吸声构造（吸声尖劈）。
3）鼓风机消声器技术
针对车间内较大噪声源鼓风机采取安装鼓风机消声配合隔声技术进行消声。
风机消声器技术参数（如下表2-1）
消声器局部压力损失计算：
式中：
---局部阻力系数；查表得系数1.7
---空气密度kg/m3；1.29kg/m3
V---流速m/s；5m/s
g---重力加速度m/s2;取9.8m/s2
带入公式计算出消声器局部压力损失为3.33P。
表（2-1）风机消声器技术参数
消声器形式
阻性消声器
消声量
20db（A）
适用风机通风量
21000m3/h
适用风速
小于7m/s
压力损失
小于3.36pa
有效通风面积
574mm
有效消声长度
2.2m
3）、特殊吸声结构
1、帘幕
帘幕是具有通气性能的纺织品，具有多孔材料的吸声特性，由于较薄本身作为吸声材料使用是得不到较大的吸声效果的。
如果将它作为帘幕，离开墙面或窗洞一定距离安装，恰如多孔材料的背后设置了空气层，因而在中高频就能够具有一定的吸声效果。
当它离墙面1/4波长的奇数倍距离悬挂时就可获得相应频率的高吸声量。
2、空间吸声体
将吸声材料做成空间的立方体如：
平板行，球形，圆锥形棱锥形或柱形，使其多面吸收声波，在投影面积相同的情况下，相当于增加了有效的吸声面积和边缘效应，再加上声波的衍射作用，大大提高了实际的吸声效果，其高频吸声系数可达0.9。
在实际使用时，根据不同的使用地点和要求，可设计各种形式的从顶棚吊挂下来的吸声体。
（如图2-3）
如图2-3
2.3创新点
2.3.2吸声材料
现阶段大部分噪声控制工程中采用的吸声材料具有二次污染的现象。
（如离心玻璃棉、岩棉等）德国BASF吸声棉与玻璃棉对比（如下表2-2）。
为达到更好的吸声效果和环保标准，本次采用新型材料BASF吸声棉。
BASF吸声棉（图2-4）是浸有矿物质溶液的蜜胺树脂泡沫。
不含纤维颗粒或人造矿物纤维，是新型的绿色环保产品。
其吸声机理为：
声音通过介质振动传播，当声波入射到多孔吸声材料表里时激发起微孔内的空气振动，空气与固体孔隙间产生相对运动，由于空气的粘滞性，在微孔内产生相对粘滞阻力，使振动的空气动能不断地转化为热能，声能因此而衰减，从而达到吸声降噪的目的。
如图（2-4）
BASF环保吸声棉技术指标：
●宽频谱高吸声值设计
●不含天然/人造矿物纤维、卤素
●高耐热性（240℃）/绝热/绝缘
●抗腐蚀/耐老化/抗菌设计/抗潮湿
●高透气性/重量极轻/柔韧性
●明火不收缩（融化）/无有害气体生成
材料防火等级：
●防火性能达到国际（GB/T8624-2006）B级
●防火性能达到中国GB8624A级
●德国DIN4102等级B1（难燃）
●环保设计/安全的废弃处理/可适用与居住环境
●防静电
表2-2德国BASF吸声棉与玻璃棉对比表
防火安全性
德国BASF吸声棉
玻璃棉
在德国DIN4102标准监测下，
在德国DIN4102标准检测下，
BASF吸声棉为难燃体（B），遇火不产生有毒气体
玻璃棉为难燃体，但欲火产生有毒气体
抗热性能
零下200度至240度
零下60度至90度
老化情况
不老化
老化
产品特性
可以应用包括居住环境在内的结构上
不适用居住建筑结构
因蜜胺脂材料数年后不老化，所以声学和热量等指标保持不变
易老化，因声学和热量等指标的影响
单位体积轻
单位体积重
抗热性能好
抗热性能差
抗紫外线性好
抗紫外线性差
防静电
不防静电
经国内声学权威检测机构-清华大学建筑物理实验室检测，BASF吸声棉与透声铝扣板的组合构造吸声系数为0.9，具有很强的吸声降噪能力。
BASF吸声棉与透声铝扣板的组合构造设计为共振吸声结构：
即在BASF吸声棉表面装饰一层透声铝扣板，内饰吸声无纺布，并在墙体与BASF吸声棉之间预留有50㎜空气层，可以更有效地降低低频噪声。
透声铝扣板在低频段能充当亥姆霍兹共振器，与墙体之间的50mm空气层共同作用，对低频吸收效果较好。
透声铝扣板还能起到一定的美观装饰效果。
透声铝扣板与扣板支撑龙骨扣装连接，并在透声铝扣板表面做喷塑处理，因此具有清洁容易、更换简便的特点。
吸声构造墙体如图2-5所示:
图2-5：
吸声构造墙体示意图
通过现场的精确测量，同时采用计算机模拟技术对现场声环境的模拟。
具体为在多孔性吸声材料表面装饰一层穿孔透声铝扣板，内饰吸声无纺布，并在墙体与多孔性吸声材料之间预留有100mm空气层（材料与原墙体之间的空气层的作用相当于增加了材料的厚度，所以它的吸声特性随着空气层厚度的增加而提高了。
实验室研究表明：
当空气层的厚度等于1/4波长的奇数倍，可获得最大的吸声系数）。
厂房内噪声主要以中频为主，在此频段下100mm的空气层厚度为吸声效果最佳构造。
（如下图2-6）
图2-6
2.3.3墙体吸声尖劈及二部阶梯吊顶
1）.墙体吸声尖劈
吸声尖劈的吸声原理为声波从尖端入射时，由于吸声层的逐渐过渡性质，材料的声阻抗与空气的声阻抗能较好的匹配，使声波入吸声体，并被高效的吸收。
吸声尖劈由尖部、基部和空腔三部分组成，它的吸声特性与尖劈的长度、尖部与基部长度之比尖劈与刚性面的间的空腔，以及材料密度等参数有关。
尖劈愈长，低频吸声性能愈好。
吸声尖劈对垂直入射到其面的中、高频声波的吸声系数可达0.99。
通过安装吸收尖劈，能更有效的吸收沿纵向上来回反射的噪声声能。
（如图2-7）
如图2-7
2）二步阶梯吊顶
在原屋顶安装高效二部阶梯吊顶，此种吸声构造不但可以增加吸声量，而且其吊顶内的空腔可以更充分的吸收低频声能，增加室内混响吸声声量。
（如图2-8）
（如图2-8）
在原屋顶安装高效吸声构造顶体，如图2-9所示，此种吸声构造不但可以增加吸声量，而且其吊顶内的空腔可以更充分的吸收低频声能，增加室内混响声吸声量。
其主要特点是：
轻质、高强、经久耐用，防火（属不燃性A级）、防潮、隔热隔声，结构简便、安装快捷、性价比高。
图2-9：
吸声构造顶体示意图
室内混响声大小可用混响时间表示，其遵循塞宾定律，公式如下：
式中T——混响时间，
V——房间体积，
S——房间总表面积，
——房间表面的平均吸声系数（即房间各种吸声材料吸声系数与面积乘积的和再除以总表面积）。
经计算而得室内的混响时间约为5.54s，由于混响时间较长导致室内声级的增加。
在墙面和顶部做有效的吸声处理后，能够有效的降低室内的混响时间，从而降低室内混响声能，以达到降噪目的。
可在这种结构的房间内降低7～10dB（A）的噪声。
3成果推广应用情况
新疆油田工业噪声治理工艺采用吸声隔声等先进技术，属新疆首位应用噪声治理方面的技术工艺，在吸声及隔声的同时针对现场设计出不同的结构增加降噪效果，达到了《工业企业设计卫生标准》为站区职工提供了一个良好的工作环境，实现环境保护效益与经济效益双赢。
3.1噪声治理工程施工地点的选择
3.1.1施工方案选定原则
1）遵照国家、行业和企业有关法律、法规、规章标准和规定，适应当前需要，力争从源头上消除、控制和预防噪声危害，保护作业人员健康安全。
2）治理技术措施的选择上应优先选择能够从源头上治理的措施。
3）噪声治理技术选择应本着经济合理、工艺先进、成熟可靠的原则，治理方案针对性强、可操作性强。
4）噪声治理不得降低原有的生产功能，且不得增加工艺的安全环保风险。
5）噪声治理应先重点，后一般，统筹兼顾。
优先治理场所的选择应有代表性，兼顾生产实际。
3.1.2施工地点的确定
按照上述选址原则结合新疆油田石油工业噪声产生较严重的锅炉房实际情况，新疆油田石油工业噪声治理工程初期工程选定在重油开发公司所属克浅109井区1号供热站1#湿蒸汽发生器间，该供热站交通方便，周围各种设施齐全，可对1#式蒸汽发生器间的3台锅炉停炉施工。
（地址见图4-1）
新疆油田噪声治理工程选址区域位置图4-1
3.2工程概况
3.2.1现场情况
此厂房为克浅109井区1号供热站1#湿蒸汽发生器间，结构形式为砖混结构，表面光滑，其室内表面及设备的平均吸声系数约为0.05，噪声基本上不被吸收而全部通过地面、墙面、顶面、设备表面等产生反射，造成此种结构的房间混响时间很长，音质差，很难实现员工之间的语言交流。
为此在墙面、顶面采用强吸声构造来降低室内的混响声，以达到吸声降噪的目的。
3.2.2施工范围
1、湿蒸汽发生器间内的所有噪声控制工程。
2、不包括与其它专业的配合，包括工序之间的交叉配合，为其它专业留洞、留孔和其它专业的成品、半成品免遭因施工而造成的污染、损坏等。
3.2.3工程特点：
通过现场用TES-1358音频分析仪检测发现：
湿蒸汽发生器正常运行时，室内声级最高达90.7dB（A），操作工人长期工作在高噪声环境中会造成听力损伤，若长年在强噪声条件下工作，会导致噪声性耳聋；噪声引起疾病，噪声作用于人的中枢神经系统，长时间的接触会造成神经衰弱、消化不良、食欲不振、恶心呕吐以及体质减弱等；噪声还会干扰语言、降低劳动生产率以及损坏建筑物和仪器设备等。
本着为一线职工的切身利益考虑，全面贯彻HSE标准化目标，针对此站点的噪声源特性制定噪声治理工程方案。
噪声治理前车间内测点的曲线谱图如下：
1）、噪声测量数据
1、测点A：
离地高1.2m
①、噪声曲线频谱图（4-2）
②、噪声测量数据表（4-1）
dB
63
125
250
500
1k
2k
4k
8k
A
测点A
61.4
68.4
72.6
80.4
79.6
77.9
69.6
76.3
85.7
2、测点B：
离地高1.2m
①、噪声曲线频谱图（4-3）
②、噪声测量数据表（4-2）
dB
63
125
250
500
1k
2k
4k
8k
A
测点B
63.0
75.8
84.6
85.1
84.0
81.1
78.0
71.7
89.6
3、测点C：
离地高1.2m
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