现代煤化工空分装置噪声污染防治技术研究
我国现代煤化工产业现已取得长足进步和发展[1]，并成为石化行业的重要组成部分，是煤炭清洁高效利用和高效转化的重要途径[2]。到2025年，我国将形成完备的煤制油、煤制天然气、煤制化学品等现代煤化工产业链[3]。
随着煤化工技术的发展及产业链的不断延伸，空分装置作为重要生产装置，在煤化工企业的应用越来越广泛。空分装置主要通过空气压缩、预冷、净化、精馏等措施分离空气中各种气体组成成分，在生产过程中，涉及多种高噪声设备[4]。高噪声设备产生的噪声污染对人体健康有较大影响，不仅会干扰人的休息，长时间的影响会引起神经衰弱、失眠、耳鸣、疲劳等症状。噪声污染对人体的刺激还会削弱听力，甚至会作用于中枢神经系统，使听者出现头晕、头痛、记忆力衰退等症状。有研究表明，噪声超过85 dB(A)，会使人无法专心工作，影响工作效率[5-6]。
因此，随着国家对噪声污染防治工作的不断重视以及人们对良好声环境的迫切需求，在推进煤化工产业科技进步的同时，有效控制空分装置噪声污染具有重要意义。
1 空分装置噪声现状分析
国能榆林化工有限公司空分装置为公司各类化学品生产提供氧气、氮气等气体。空分装置主要包括杂质清除系统、空气加压系统、空气冷却和液化系统、空气精馏系统、产品输送和贮存系统、仪器仪表电气控制系统等，各个系统均包含多种噪声源设备，各设备产生的噪声会相互叠加，同时遇到墙体等障碍物会产生声波反射，经过叠加和反射的噪声污染会更大。
空分装置包括空气压缩机、预冷水泵、凝结水泵、液氧泵、膨胀机、空气过滤器、空冷岛等主要噪声源设备及各类管道。其中，空气压缩机、预冷水泵、凝结水泵、膨胀机均设置在对应厂房内，设备产生的噪声主要通过厂房门、窗、通风口、屋顶等向外辐射；空气过滤器、空冷岛露天设置，各类管道设置综合管廊，设备产生的噪声以点、线、面等形式向外辐射。
空分装置噪声主要以机械性噪声、空气动力性噪声为主。其中，空气压缩机产生的噪声主要为压缩机进排气噪声、内部机械部件运动撞击、摩擦产生的机械性噪声以及驱动端汽轮机所产生的噪声[7]；水泵类产生的噪声主要为水泵工作噪声和电机噪声引起的复合噪声；膨胀机产生的噪声主要为空气动力性噪声及机械性噪声；空气过滤器产生的噪声主要为气流通过管道传递及气流经过空气过滤器时产生的机械性噪声；空冷岛产生的噪声主要为风机旋转产生的旋转噪声及涡流噪声等空气动力性噪声；管廊产生的噪声主要为流体流经管道或阀门时，湍流和摩擦激发的扰动产生的流体动力性噪声。国能榆林化工有限公司空分装置主要噪声源设备噪声监测结果见表1。
表1 主要噪声源设备噪声监测结果
序号噪声源设备噪声值/dB(A)1空气压缩机115～1172预冷水泵101～1023凝结水泵84～864液氧泵87～885膨胀机106～1086空冷岛90～917空气过滤器92～938管廊103～104
由表1可知，空气压缩机、预冷水泵、膨胀机、管廊产生噪声均超过100 dB(A)，空气压缩机噪声更是超过115 dB(A)，其余设备噪声值亦在84～93 dB(A)之间。由于空分装置厂房及设备排布紧凑，主要噪声源设备产生的噪声经过叠加及建筑物、构筑物的反射，使整个空分装置区域形成连续、稳定的高强混合噪声。
2 噪声污染防治技术现状
现阶段噪声污染防治主要通过噪声源识别与定位、设计防治措施、模拟计算优化措施，以实现对某一区域的噪声污染防治。
2.1 噪声源识别与定位
准确地识别与定位噪声源是噪声污染防治工作的基础和关键。孙迪[8]等研究人员通过手持式传声器阵列与远场声音定位的波束形成算法相结合的方法，对空分装置区域噪声进行识别定位，找到主要声源的位置；谭龙龙[9]等研究人员通过联合频谱分析、声成像分析、模态分析3种方法，准确识别离心式压缩机的主要发声部位，并有针对性地采取防治措施；郭宏志[10]等研究人员结合自动化、人工智能、物联网等技术，开发了建筑工地噪声源智能检测与识别系统，能够实现对建筑施工噪声污染源的智能化精准监测。随着信息技术的不断发展，噪声源的识别与定位技术会愈发成熟，并更多从研究阶段走向实际应用，为噪声污染防治奠定了坚实基础。
2.2 设计防治措施
噪声污染防治主要从噪声源控制、传播途径控制、接受者个人防护3个方面进行。噪声源控制主要是通过选用低噪声设备、在设备底部安装必要的减振装置以及在使用过程中定期维护设备等措施，使设备噪声始终维持在出厂水平；传播途径控制主要通过吸声、隔声、消声或三者相结合的措施降低噪声的传播；接受者个人防护主要通过减少接触时间、佩戴降噪耳罩等措施，降低噪声源对接受者的危害。噪声污染防治措施中噪声源控制是最根本、最有效的措施，但对于难以控制的噪声源，在传播途径中控制就显得尤为重要。
2.3 模拟计算优化措施
模拟计算优化措施主要是利用预测软件模拟治理区域的声环境现状，并以此为依据添加噪声污染防治措施，并预测噪声污染防治措施的效果。噪声模拟计算多采用德国Cadna/A软件，该软件是一套基于ISO 9613标准方法的噪声模拟预测和控制软件，并于2001年获得国家环保总局环境工程评估中心的环境影响评价软件认证证书。Cadna/A软件适用于工业设施、公路、铁路和区域等多种噪声源的影响预测、评价、工程设计及控制研究。李丽珍[11]等研究人员利用Cadna/A软件模拟水泥粉生产线、火电厂噪声现状及噪声治理后效果，用于指导工程降噪设计；姜凌[12]利用Cadna/A软件进行火电厂噪声预测研究，并提出软件计算结果受预测网格的影响较大、预测网格越细则预测结果越准确的结论。噪声软件模拟计算可以直观反映噪声污染防治措施的效果，并为防治措施的优化提供依据。
3 空分装置噪声污染防治
国能榆林化工有限公司空分装置产生噪声对生产管理区影响较大，为了改善生产管理区员工的办公及生活环境，对空分装置内主要噪声源设备采取噪声污染防治措施。空分装置现已投产运行，从噪声源控制进行噪声污染防治的效果十分有限，因此，需要重点控制传播途径中的噪声辐射。传播途径中噪声污染防治措施的设计与设备噪声值、所在位置、周围建筑物情况、与接受者的距离等因素有直接关系。在考虑设备通风散热、检修维护、安全运行等重要因素的前提下，针对不同的噪声源设备需要设计不同的吸声、隔声、消声等噪声治理措施。
3.1 噪声污染现状模拟预测
以国能榆林化工有限公司空分装置噪声污染现状监测结果为依据，运用Cadna/A软件并结合该项目的现场平面图、地形图、建筑图，对本项目中主要建筑物、设备等的相对位置及大小规模进行模拟。对主要噪声源设备、传声面等进行噪声赋值，通过设计传声方向、建筑物反射、地面吸收、计算网格、模拟高度及声源位置等关键参数，控制噪声监测点位处预测值与实际值偏差在1 dB(A)以内，使模拟计算结果与现场监测结果相吻合。空分装置噪声污染现状模拟如图1所示。由图1可以看出，空分装置产生的噪声影响较大，生产管理区部分区域噪声值超过70 dB(A)。
3.2 噪声污染防治措施
3.2.1 空气压缩机噪声治理措施
空气压缩机房墙体为蒸压加气混凝土砌块墙，屋面为复合夹心彩钢板，墙体隔声量能够满足需求，但屋面隔声量有限，房内设备噪声通过屋面向外辐射趋势明显。因此，采用更换隔声门、加装隔声窗、通风口安装通风消声器、屋顶加装轻质吸隔声模块等措施，降低厂房内噪声向外辐射。轻质吸隔声模块由面板+阻尼吸声棉+结构层构成，面板采用镀锌钢板，阻尼吸声棉根据室内噪声频谱填充不同体积密度和厚度的吸声材料，结构整体上具有较宽的吸声频带。
3.2.2 空冷岛噪声治理措施
空冷岛露天设置，设备为钢架结构，声源位置高，对生产管理区影响较大。针对空冷岛风机噪声特性及运行条件特点，在空冷岛正对生产管理区域侧加装屏障式消声器，减少空冷岛风机噪声辐射。
3.2.3 空气过滤器噪声治理措施
在空气过滤器外侧加装泄压隔声罩，泄压隔声罩由高效阻尼吸隔声板与消声器组成。高效阻尼吸隔声板在空气过滤器周围形成屏障，降低噪声向外传播的趋势。空气经由泄压消声器吸入空气过滤器内部，在满足进气要求的同时降低噪声的传播。
3.2.4 管廊噪声治理措施
在管廊区域对应生产管理区一侧加装隔声屏障，隔声屏障顶部安装通风消声器，满足自然通风要求。消防通道对应位置设置隔声走廊，在达到降噪要求的同时，也要满足消防要求。管廊顶部安装防雨隔声棚，顶部隔声棚对应安全阀门处设置为可拆卸式，便于定期吊装检修。管廊两端安装隔声围挡，减少管廊噪声从两端的绕射传播。隔声屏障及隔声围挡采用高效阻尼吸隔声板，高效阻尼吸隔声板安装采用横向插入式，采用H钢作为立柱，声屏障立柱与管廊原有钢结构立柱连接。管廊北侧隔声围挡从空分车间墙体外侧开始，至膨胀机房墙壁外侧结束，形成L型隔声围挡，管廊南侧隔声围挡与通常隔声屏障相连。在管廊下部通道对应位置安装隔声门，便于工作人员及车辆进出。对管廊内高压管道进行管道包裹，管道上安装扁铁抱箍提供固定面，利用保温钉将隔声包裹材料及外护面板包裹在管道外侧，有效降低高压管道产生噪声向外辐射。
图1 空分装置噪声污染现状模拟
3.2.5 膨胀机及水泵噪声治理措施
依托现有结构基础，在既有门窗上加装隔声门、隔声窗，并对部分洞口进行通风改造并加装通风消声器。为保证泵房夏季通风换热需求，增加强制通风风机，并配装风机专用消声器。
3.3 降噪设备性能要求
降噪设备的性能直接决定噪声污染防治措施的效果，在制定措施的同时，明确降噪设备的性能要求至关重要。
3.3.1 隔声门性能要求
根据室内噪声源的噪声特性设计，采用多层介质复合结构，内填高体积密度吸声材料，并留一定厚度的空腔层，以消除空腔中的驻波共振。隔声门面板与背板之间采用柔性元件连接，避免产生声桥，门框四周安装密封垫及抗氧化密封胶，防止缝隙漏声，提高整体隔声量。要求隔声门面板、背板厚度不小于1 mm，吸声材料体积密度不小于32 kg/m3，隔声门计权隔声量不小于30 dB(A)。
3.3.2 隔声窗性能要求
隔声窗采用双层中空结构并设阻尼层，声波在两层介质之间多次反射造成互相之间的干涉使声强衰减，从而提高整体隔声量。隔声窗的隔声性能亦受隔声窗安装时密封性的影响，因此，隔声窗密封采用阻尼隔声密封材料。在保证密封的前提下，要求隔声窗双层中空结构中玻璃厚度不低于5 mm，空气层厚度不低于12 mm，隔声窗的隔声量不低于30 dB(A)。
3.3.3 消声器性能要求
消声器根据不同噪声源噪声特性选择阻性、抗性或阻抗复合型消声器。如百叶式消声器是一种典型的阻性消声器，对中高频噪声有很好的消声效果，同时消声性能受百叶间距、安装角度、有效消声长度等因素影响。流阻可调消声器兼有阻性和抗性消声的特点，对各频段噪声均有较好的消声效果，消声性能稳定。要求消声器的通透率不小于50%，消声器内部消声单元间距不小于1.2倍消声单元厚度，消声器的阻力损失小于60 Pa，气流再生噪声小于20 dB(A)，消声器消声量不小于25 dB(A)。
3.3.4 隔声板性能要求
隔声板采用高效阻尼吸隔声板，该隔声板由面板+吸声层+阻尼层+背板构成，面板为具有一定穿孔率的镀锌钢板；吸声层填充不同厚度、体积密度的吸声材料，可有效降低由于背板反射声波造成的驻波共振，对中高频声波具有良好的吸收作用；阻尼层内贴于背板共同组成隔声构件，对隔声板的弯曲振动具有积极的阻碍作用，并提高吻合效应区的隔声量。要求隔声板面板穿孔率不小于20%，背板厚度不小于1 mm，吸声层吸声系数不小于0.8，阻尼层厚度不小于10 mm，隔声板总体厚度不小于100 mm，隔声板的隔声量不小于30 dB(A)。
3.4 噪声污染防治效果模拟
以噪声污染现状模拟为基础，对噪声污染防治效果进行模拟，模拟结果如图2。由图2可以看出，采取噪声污染防治措施后，空分装置的噪声从传播途径上得到了有效的控制，生产管理区噪声从70 dB(A)降至55 dB(A)以下。
图2 空分装置噪声污染防治效果模拟
4 结语
通过对国能榆林化工有限公司空分装置主要噪声源设备的噪声现状分析，结合当前噪声污染防治技术，提出了空分装置噪声污染防治的措施及要求，并运用Cadna/A软件模拟预测出所采取的空分装置噪声污染防治措施可行，为后续空分装置噪声污染的治理提供了研究基础。
[1] 谢克昌. “十四五”现代煤化工发展的几点思考[N].中国能源报，2020-09-07(16).
[2] 胡迁林，赵明. "十四五"时期现代煤化工发展思考[J].中国煤炭，2021，47(3):1-8.
[3] 王建立，温亮.现代煤化工产业竞争力分析及高质量发展路径研究[J].中国煤炭，2021，47(3):9-14.
[4] 杜荣祥.空分工艺噪声综合治理实践[J].劳动保护，2019(8):84-85.
[5] 赵鹏涛，赵广田.噪声污染的危害及防治措施[J].大众科技，2011(10):109-111.
[6] 沈莘，刘小峰，向超胜. 城市噪声污染及监测方法综述[J]. 电子测量技术，2017，40(11):201-207.
[7] 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.
[8] 孙迪，杜鑫，刘波，等.基于波束形成技术的大型空分装置噪声源识别定位[J]. 安全、健康和环境，2020，20(12):50-54.
[9] 谭龙龙，吴群，吕岩，等.离心式压缩机噪声源定位分析及降噪方法[J]. 噪声与振动控制，2021，41(1):32-36，53.
[10] 郭宏志,户文成,李帅. 建筑工地噪声源智能监测与识别系统：2021年中国航空工业技术装备工程协会年会论文集[C].北京：测控技术杂志社，2021.
[11] 李丽珍，刘辉. Cadna/A噪声预测软件在火电厂工程环评中的应用[J]. 环境与可持续发展，2015(4):106-108.
[12] 姜凌.基于CadnaA软件的火电厂噪声预测研究[J]. 环境与可持续发展，2015，40(5):98-101.
Research on noise pollution prevention technology for air separation unit of modern coal chemical industry
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WU Yandong.Research on noise pollution prevention technology for air separation unit of modern coal chemical industry[J].China Coal，2022，48(8):98-103.
