徐璇 饒維 王薛輝 張鵬 羅小蘭 鄒海山

1.中國(guó)石油西南油氣田公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院 2.四川天宇石油環(huán)保安全技術(shù)咨詢(xún)服務(wù)有限公司 3.中國(guó)石油西南油氣田公司基建工程處 4.南京大學(xué)

采氣單井站運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生噪聲，高產(chǎn)量采氣井站產(chǎn)生的噪聲聲壓級(jí)可能更高[1-2]。為加強(qiáng)場(chǎng)站噪聲防治工作，對(duì)典型高產(chǎn)氣井站的鉆井噪聲進(jìn)行了研究，分析噪聲來(lái)源和形成原因，提出了治理措施和建議。

1 采氣單井站概況

采氣單井站通常采用“模塊化設(shè)計(jì)、工廠化預(yù)制、撬裝化安裝”的方式建站。采用兩級(jí)節(jié)流工藝，具備分離、計(jì)量、清管發(fā)球、抑制劑加注、緩蝕劑滴注及預(yù)膜功能。原料氣在井口經(jīng)過(guò)兩級(jí)節(jié)流，進(jìn)入分離計(jì)量橇，進(jìn)行單井分離計(jì)量，氣相管線(xiàn)上設(shè)置配套的計(jì)量?jī)x表實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量，液相管線(xiàn)通過(guò)計(jì)次排放的方式來(lái)計(jì)量產(chǎn)液量；分離出來(lái)的液相再次進(jìn)入原料氣管線(xiàn)，通過(guò)采氣管線(xiàn)氣液混輸進(jìn)入下游集氣站進(jìn)行分離。

高產(chǎn)量采氣站較一般采氣站而言產(chǎn)量較高，在實(shí)際生產(chǎn)中通常將日產(chǎn)量大于50×104m3的采氣站稱(chēng)為高產(chǎn)井。高產(chǎn)井與一般采氣站的工藝流程一致，具體見(jiàn)圖1。

2 噪聲來(lái)源和成因

2.1 噪聲來(lái)源

選取8座高產(chǎn)量單井站作為研究對(duì)象，辨識(shí)單井站噪聲主要來(lái)源，并分析其主要產(chǎn)生原因。

2.1.1采氣樹(shù)和節(jié)流閥

為進(jìn)一步識(shí)別單井站內(nèi)噪聲來(lái)源，選取了1#單井站作為研究對(duì)象，對(duì)采氣樹(shù)、一級(jí)節(jié)流閥、二級(jí)節(jié)流閥、分離器周邊進(jìn)行了噪聲監(jiān)測(cè)，分析噪聲主要來(lái)源。

1#單井站內(nèi)設(shè)備主要由1個(gè)采氣井和2臺(tái)分離器組成，分離器和井口的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2中虛線(xiàn)所示。測(cè)量時(shí)分離器1對(duì)應(yīng)線(xiàn)路的采氣規(guī)模約為100×104m3/d，分離器2對(duì)應(yīng)線(xiàn)路的采氣規(guī)模約為50×104m3/d。

從表1可知，靠近節(jié)流閥的測(cè)點(diǎn)(W1-W4、W7-W11、W14)的噪聲監(jiān)測(cè)值較采氣樹(shù)附近及對(duì)面測(cè)點(diǎn)(W5-W6、W12-W13)的聲級(jí)相對(duì)較大。該結(jié)果說(shuō)明采氣井的噪聲源主要位于節(jié)流閥及其連接管道處。另結(jié)合左側(cè)井口的流量(100×104m3/d)大于右側(cè)井口的流量(50×104m3/d)，說(shuō)明節(jié)流閥處的噪聲大小與井口流量有關(guān)。

表1 采氣樹(shù)周邊各測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)Table 1 SPL of monitoring points around gas treedB(A)測(cè)點(diǎn)W1W2W3W4W5W6W7聲壓級(jí)85.7～86.683.1～86.582.3～84.680.4～82.676.7～79.075.3～77.380.7～81.5測(cè)點(diǎn)W8W9W10W11W12W13W14聲壓級(jí)83.1～85.382.6～84.280.6～80.877.7～80.276.7～78.677.8～80.179.7～82.6

2.1.2分離器

1#單井站設(shè)有2臺(tái)分離器，分別與2個(gè)井口相連。在每個(gè)分離器四周選取12個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行噪聲測(cè)量，測(cè)點(diǎn)分布圖見(jiàn)圖4，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。

分離器1附近12個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均聲壓級(jí)在兩次測(cè)量中分別為90.1 dB(A)和91.9 dB(A)，分離器2附近12個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均聲壓級(jí)在兩次測(cè)量中分別為84.4 dB(A)和85.3 dB(A)。可以看出，分離器1的噪聲明顯高于分離器2的噪聲。

表2 分離器周邊各測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)Table 2 SPL of monitoring points around separatorsdB(A)分離器1測(cè)點(diǎn)S1S2S3S4S5S6聲壓級(jí)88.1～88.189.8～90.990.6～92.290.4～92.791.2～93.490.0～91.5分離器1測(cè)點(diǎn)S7S8S9S10S11S12聲壓級(jí)83.7～87.089.8～91.190.9～93.191.1～93.390.7～92.589.7～92.1分離器2測(cè)點(diǎn)S13S14S15S16S17S18聲壓級(jí)83.7～84.081.0～83.482.0～83.682.9～83.882.2～82.681.8～93.2分離器2測(cè)點(diǎn)S19S20S21S22S23S24聲壓級(jí)83.5～84.285.6～87.085.9～87.586.5～88.185.8～87.185.2～85.8

表1中分離器1對(duì)應(yīng)的節(jié)流閥噪聲高于分離器2對(duì)應(yīng)的節(jié)流閥噪聲，說(shuō)明分離器1所在線(xiàn)路各個(gè)部件的噪聲均高于分離器2所在線(xiàn)路各個(gè)部件的噪聲。由于兩條線(xiàn)路的設(shè)計(jì)基本相同，可以推測(cè)設(shè)備噪聲的大小可能與井口流量有關(guān)。

2.2 噪聲強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)

表3 主要單井站噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果Table 3 Noise monitoring results of main single gas stations井站編號(hào)產(chǎn)量/(104 m3·d-1)井口節(jié)流閥區(qū)域噪聲/dB(A)分離器區(qū)域噪聲/dB(A)廠界噪聲/dB(A)1#1009189722#1009595723#10010298734#10096102795#1009085756#909495727#608688728#60949668

為進(jìn)一步了解單井站井口節(jié)流閥與分離器噪聲及各單井站廠界噪聲，對(duì)8座典型場(chǎng)站的井口節(jié)流閥區(qū)域、分離器區(qū)域、廠界噪聲均進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3可以看出，主要單井站井口節(jié)流閥區(qū)域噪聲為86～102 dB(A)，分離器區(qū)域噪聲為85～102 dB(A)，廠界噪聲為68～79 dB(A)。廠界噪聲超過(guò)了GB 12348-2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》的2類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(晝間值≤60 dB(A)，夜間值≤50 dB(A))。

病例1 男性，79歲。因“持續(xù)上腹疼痛伴氣促11 d”入院 ，外院診斷“AP”，但治療后癥狀改善不明顯而轉(zhuǎn)入我院。入院后檢查，患者血清胰酶升高超過(guò)正常值3倍，并有膽囊結(jié)石，但腹部體征不明顯，胰腺影像改變與患者呼吸道癥狀和低氧血癥不相符，隨即行胸部增強(qiáng)CT(CECT)檢查，結(jié)果提示右側(cè)肺血管內(nèi)血栓形成(圖1)，修正診斷為肺栓塞，予溶栓抗凝治療后癥狀改善。

2.3 噪聲特性

以1#井站為例，井口節(jié)流閥區(qū)域和分離器區(qū)域噪聲頻譜見(jiàn)圖5。

從圖5可以看出，井口節(jié)流閥區(qū)域和分離器區(qū)域噪聲的頻帶很寬，能量主要集中在500～8 000 Hz的中高頻范圍內(nèi)。井口節(jié)流閥區(qū)域噪聲在2 000 Hz以上的高頻段仍保持了較高的能量，而分離器區(qū)域噪聲在2 000 Hz以上的高頻段則有比較明顯的能量衰減。

2.4 噪聲成因分析

由上文分析可知，單井站噪聲主要來(lái)源于場(chǎng)站內(nèi)分布安裝的節(jié)流閥、分離器和工藝管道。究其原因，主要為以下3點(diǎn)。

(1) 單井站一般采用二級(jí)節(jié)流。一級(jí)節(jié)流閥和二級(jí)節(jié)流閥均為外籠套式節(jié)流閥，依次將天然氣壓力從60 MPa降低到25 MPa、從25 MPa降低到8 MPa，壓比分別為2.4和3.1。節(jié)流閥閥瓣壁面對(duì)流體具有一定的阻擋作用，這種阻擋作用伴隨著閥門(mén)開(kāi)度的增大而下降，受到阻擋作用的流體在閥瓣前壁面處產(chǎn)生局部高壓區(qū)；流體流出閥瓣后，在閥瓣后壁面處膨脹，產(chǎn)生局部低壓區(qū)；前后壓差的產(chǎn)生以及閥瓣各部位流速的不同導(dǎo)致閥瓣前、后壁面以及腔內(nèi)產(chǎn)生渦流[3-5]。流速和壓力的急劇變化會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流和湍流，渦流和湍流因自身的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和沖擊，會(huì)將流體的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為聲能，產(chǎn)生的噪聲為流體動(dòng)力學(xué)噪聲[6-8]。

(2) 天然氣從井口節(jié)流后經(jīng)站內(nèi)管道輸送至分離器，分離器距離井口約20～30 m。氣流在經(jīng)過(guò)分離器時(shí)，管徑突然變大，高壓氣流沖擊、摩擦分離器內(nèi)壁產(chǎn)生的能量，以聲波的形式輻射出來(lái)。

隨著分離器內(nèi)溫度逐漸升高，其鋼構(gòu)件彈性逐漸升高，固有頻率逐漸降低，當(dāng)來(lái)自井口的殘余噪聲和分離器入口的噴氣噪聲共同作用在分離器的鋼構(gòu)件的振動(dòng)達(dá)到共振時(shí)，噪聲會(huì)急劇增加。

(3) 天然氣在站內(nèi)工藝管道系統(tǒng)內(nèi)部高速輸送，產(chǎn)生了較高的流致噪聲，通過(guò)與管道的流固耦合向外傳播[9]。同時(shí)，由于存在彎頭等結(jié)構(gòu)和管徑的變化，原有流場(chǎng)在這些部位會(huì)發(fā)生突變，也會(huì)產(chǎn)生氣流噪聲。

3 降噪措施及效果

3.1 降噪措施

為降低單井站噪聲，對(duì)場(chǎng)站工藝設(shè)備和管道流程進(jìn)行優(yōu)化，主要采取了以下措施。

(2) 加大站內(nèi)工藝管道管徑和彎頭曲率半徑，減少?gòu)濐^數(shù)量。在2#井站的試驗(yàn)中，采取二級(jí)節(jié)流閥后管線(xiàn)及管件管徑從DN150加大到DN200，彎頭曲率半徑從1.5D加大到5D，井口二級(jí)節(jié)流閥到分離器彎頭減少到4個(gè)的措施后，有效地降低了氣體流速和氣流沖擊對(duì)管線(xiàn)產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲。

(3) 優(yōu)化站內(nèi)工藝管道敷設(shè)方式。將二級(jí)節(jié)流閥至分離器之間的工藝管道敷設(shè)方式從露空敷設(shè)改為埋地敷設(shè)，同時(shí)增加埋地敷設(shè)的長(zhǎng)度。通過(guò)管線(xiàn)埋地可降低管道振動(dòng)、阻止管道噪聲向四周傳播。

3.2 降噪效果

以2#井站為例，采取上述降噪措施前后，單井站噪聲對(duì)比見(jiàn)表5。

表5 主要單井站降噪效果Table 5 Noise reduction effect of main single gas stations井站編號(hào)產(chǎn)量/(104 m3·d-1)井口節(jié)流閥區(qū)域噪聲/dB(A)分離器區(qū)域噪聲/dB(A)廠界噪聲/dB(A)采取降噪措施前100959572采取降噪措施后100869363

從表5可以看出，采取降噪措施后，單井站井口節(jié)流閥區(qū)域噪聲和廠界噪聲均降低了9 dB(A)，分離器區(qū)域噪聲降低了2 dB(A)，取得了一定的降噪效果。但廠界噪聲仍超過(guò)了GB 12348-2008的2類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(晝間值≤60 dB(A)，夜間值≤50 dB(A))。

4 進(jìn)一步降噪措施

為進(jìn)一步降低單井站噪聲，在上述現(xiàn)有降噪措施的基礎(chǔ)上，可以采取以下措施。

(1) 優(yōu)化布局。部分現(xiàn)有單井站廠界噪聲超標(biāo)較為嚴(yán)重的原因之一為分離器與廠界距離較近。因此，通過(guò)優(yōu)化站內(nèi)布局，盡量將分離器布置在站內(nèi)中間位置，增大分離器至各廠界的距離，可增加噪聲的衰減。

(2) 隔聲。通過(guò)2.3節(jié)可以看出，單井站噪聲以中高頻為主，而聲屏障等隔聲結(jié)構(gòu)對(duì)中高頻噪聲有較好的降噪效果。因此，可在單井站站內(nèi)井口裝置區(qū)域和分離器區(qū)域四周設(shè)置隔聲屏障或修建磚砌圍墻，通過(guò)隔聲來(lái)增加噪聲的衰減。

5 結(jié) 論

(1) 采氣單井站噪聲的主要來(lái)源為節(jié)流閥、分離器和工藝管道，主要噪聲源強(qiáng)度為85～102 dB(A)，單井站噪聲是以中高頻為主的寬頻噪聲。

(2) 通過(guò)采取加大二級(jí)節(jié)流閥通徑，加大站內(nèi)工藝管道管徑和彎頭曲率半徑，減少?gòu)濐^數(shù)量，優(yōu)化站內(nèi)工藝管道敷設(shè)方式等措施，單井站噪聲降低了約9 dB(A)。

(3) 通過(guò)優(yōu)化布局和隔聲可進(jìn)一步降低單井站噪聲。