鞏 雪*

（海洋石油工程股份有限公司）

0 引言

噪聲不僅會(huì)對(duì)人們的工作、學(xué)習(xí)、休息產(chǎn)生影響，也會(huì)影響人們的身體健康。長(zhǎng)期在噪聲環(huán)境下工作，可能會(huì)引起人體不適、疲勞，甚至?xí)l(fā)腸胃、脊柱、腰椎等多種疾病，更嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致聽(tīng)力損傷或其他疾病[2]。基于健康安全環(huán)保的作業(yè)理念，對(duì)海上平臺(tái)開(kāi)展噪聲分析是十分有必要的，本文對(duì)海上平臺(tái)噪聲產(chǎn)生的主要原因進(jìn)行了分析，提出了噪聲防治措施，從而減少噪聲帶來(lái)的危害。

1 海上平臺(tái)設(shè)施噪聲分布及限值

海上平臺(tái)遠(yuǎn)離陸地，且作業(yè)空間有限，因此工作區(qū)和生活區(qū)通常設(shè)置在同一平臺(tái)上。平臺(tái)上的主要噪聲源是各類動(dòng)力設(shè)備和轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，包括透平發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵及空調(diào)系統(tǒng)等。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，上述設(shè)備都要進(jìn)行噪聲級(jí)別監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)合格后才能出廠。由于平臺(tái)作業(yè)區(qū)域設(shè)備布置較為密集，運(yùn)行時(shí)多種設(shè)備的噪聲相互疊加，同時(shí)海上平臺(tái)主體為鋼結(jié)構(gòu)，加劇了噪聲的影響效果。

研究者對(duì)3 個(gè)海上氣田和8 個(gè)油田裝置的工藝操作工進(jìn)行了噪聲強(qiáng)度個(gè)體測(cè)量，另外對(duì)高噪聲設(shè)備以及生活區(qū)內(nèi)房間進(jìn)行噪聲定點(diǎn)測(cè)量并分析，得到了透平發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、消防泵等設(shè)備噪聲強(qiáng)度范圍為97.5～103.3 dB(A)，生活樓中央控制室、休息室、辦公室、醫(yī)務(wù)室、無(wú)線電室噪聲強(qiáng)度范圍為49～63.6 dB(A)。其中中央控制室、醫(yī)務(wù)室、無(wú)線電室的噪聲強(qiáng)度分別超過(guò)《海上固定平臺(tái)安全規(guī)則》第十八章中噪聲控制要求，具體可見(jiàn)表1。

表1 噪聲控制要求

2 海上平臺(tái)噪聲源

海上平臺(tái)噪聲主要可分為空氣動(dòng)力性噪聲和機(jī)械性噪聲。空氣動(dòng)力性噪聲是由氣體擾動(dòng)引起空氣振動(dòng)形成的噪聲；機(jī)械性噪聲是固體在撞擊、摩擦、交變機(jī)械應(yīng)力或電磁力作用下發(fā)生振動(dòng)而形成的噪聲。

2.1 空氣動(dòng)力性噪聲

海上平臺(tái)空氣動(dòng)力性噪聲主要來(lái)自通風(fēng)機(jī)和空調(diào)系統(tǒng)。這類噪聲是由于高速氣流、不穩(wěn)定性氣流與物體相互作用而產(chǎn)生的。對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)噪聲產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行分析后可知，不論是通風(fēng)機(jī)噪聲還是空調(diào)噪聲，都可分為空氣動(dòng)力源機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的噪聲和管道氣流再生噪聲兩種類型。

2.2 機(jī)械性噪聲

由振動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)固有振動(dòng)頻率為主要組成部分引起的噪聲稱為機(jī)械性噪聲。任何機(jī)械部件都有固定的振動(dòng)方式，不同的振動(dòng)方式振動(dòng)頻率也不同。因此不管何種原因引起的海上平臺(tái)整體或局部振動(dòng)，只要頻率在聲頻范圍內(nèi)都會(huì)引起機(jī)械性噪聲。

3 噪聲分析方法

噪聲分析方法主要可分為兩種，一種是嚴(yán)格將噪聲按照機(jī)械波來(lái)研究，屬于波動(dòng)聲學(xué)；另一種是在一定條件下，將聲波看成聲線或聲能量粒子來(lái)研究，屬于統(tǒng)計(jì)聲學(xué)。

在波動(dòng)聲學(xué)領(lǐng)域，主要采用的分析方法為有限元與邊界法則。有限元分析法廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在噪聲分析當(dāng)中可以用來(lái)計(jì)算較復(fù)雜結(jié)構(gòu)的振動(dòng)與聲學(xué)問(wèn)題，但對(duì)于高頻聲或尺寸較大的聲場(chǎng)，其分析能力比較有限。邊界法是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展而興起的一種計(jì)算方法，是解析與數(shù)值相結(jié)合的計(jì)算方法。

采用統(tǒng)計(jì)聲學(xué)進(jìn)行研究時(shí)，首先應(yīng)引入聲線的概念，聲線代表點(diǎn)聲源發(fā)出的球面波的一部分，也就是將聲波看成能量粒子來(lái)進(jìn)行分析。統(tǒng)計(jì)能量分析法的優(yōu)勢(shì)為分析速度快、運(yùn)算量小，且對(duì)高頻聲的分析較為有效。但該方法受限于弱耦合、激勵(lì)源之間不相關(guān)等一些基本假設(shè)，無(wú)法準(zhǔn)確分析低頻聲傳播情況。另外，損耗因子主要依靠試驗(yàn)來(lái)確定，這也是統(tǒng)計(jì)能量分析法應(yīng)用中的關(guān)鍵。因此統(tǒng)計(jì)能量分析法可用于未知結(jié)構(gòu)的聲場(chǎng)預(yù)測(cè)，對(duì)實(shí)際聲場(chǎng)分析后得到的結(jié)果精度則比較有限。

4 噪聲防治方法

控制噪聲的基本途徑可以從以下三個(gè)方面來(lái)考慮：從聲源處降低噪聲、限制噪聲傳播及減少噪聲接收。具體方法包括加裝消聲器、利用吸聲材料、設(shè)置操作間或聲屏障以及主動(dòng)控制等。

4.1 降低聲源噪音

海上平臺(tái)許多動(dòng)力設(shè)備如透平發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)等的主要噪聲都來(lái)自排氣過(guò)程，因此在聲源設(shè)備上加裝消聲器是行之有效的降噪方法。透平發(fā)電機(jī)噪聲主要是由葉輪中高速旋轉(zhuǎn)的氣流產(chǎn)生的，可以將其分為中低頻和高頻兩種噪聲，并以前者為主。針對(duì)中低頻噪聲，通?？刹捎每剐韵暺?，抗性消聲器是在排氣管與管口之間串聯(lián)或并聯(lián)一些各種形狀及尺寸的管道，使聲波在管道中發(fā)生反射或干涉，從而削弱了排氣管中相應(yīng)頻率的聲波向管口傳播的能量?？剐韵暺鞯臍饬髯枇^小，但消聲頻帶較窄，在中低頻范圍內(nèi)消聲效果好?？諌簷C(jī)噪聲與透平發(fā)電機(jī)的噪聲機(jī)理是類似的。由于空壓機(jī)內(nèi)的氣體溫度較低，容積流量較小，氣流逐級(jí)收縮且穩(wěn)定性好，因此產(chǎn)生的氣體動(dòng)力性噪聲級(jí)較低，且以高頻為主。針對(duì)高頻噪聲，通常采用阻性消聲器或阻抗復(fù)合型消聲器。阻性消聲器是在管道內(nèi)適當(dāng)?shù)牡胤讲贾梦暡牧?，利用吸聲材料中的空隙使氣流產(chǎn)生摩擦式黏滯，利用氣流的節(jié)流與擴(kuò)張來(lái)降低氣流的振動(dòng)幅度。阻性消聲器對(duì)于高頻聲波具有良好的消聲效果，但氣流阻力較大。

4.2 限制噪聲傳播

改變?cè)胍舻膫鞑ネ緩绞窍拗圃肼晜鞑サ挠行Х椒?，如采用隔聲技術(shù)、利用吸聲材料等。

隔聲是控制噪聲傳播最簡(jiǎn)單有效的措施，具體包括設(shè)置聲屏障、隔聲罩、隔聲間等。以單層隔聲屏障為例，隔聲量可根據(jù)隔聲質(zhì)量定律來(lái)計(jì)算。隔聲屏障的效果也是隨著聲頻率增大而增強(qiáng)。在設(shè)置聲屏障的時(shí)候需要選擇合適的屏障厚度，從而避開(kāi)屏障的吻合效應(yīng)，當(dāng)吻合效應(yīng)發(fā)生時(shí)，墻壁的隔聲效果會(huì)大大降低。與單層隔聲屏障相比，雙層隔聲結(jié)構(gòu)由于其間空氣阻尼振動(dòng)引起的衰減，隔聲效果比同質(zhì)量的單層結(jié)構(gòu)好6～10dB（A）。若要求的隔聲量相同，雙層結(jié)構(gòu)比單層結(jié)構(gòu)的質(zhì)量要輕2/3～3/4。在隔聲結(jié)構(gòu)中，門、窗是透聲率較大的部位。從隔聲的角度考慮，最好采用隔聲效果較好的門窗結(jié)構(gòu)。因此對(duì)海上平臺(tái)來(lái)說(shuō)，門窗要做好邊緣處的密封，最好用擇雙層門窗結(jié)構(gòu)。

采用吸聲材料也是一種有效減少噪聲傳播的措施。海上平臺(tái)房間一般采用鋼板作為房間壁板和地板，鋼制材料容易使聲波發(fā)生反射。聲波在墻壁反射后的效果則是造成混響噪聲，增加了接受者聽(tīng)到的噪聲強(qiáng)度?？稍诤Ｉ掀脚_(tái)艙室頂板或壁板加裝吸聲材料，從而減少壁板的發(fā)射聲，增加艙室內(nèi)的總吸聲量，提高艙室內(nèi)的平均吸聲系數(shù)，從而達(dá)到降低艙室內(nèi)噪聲的目的。以5 mm 厚的密度為150 kg/m3的玻璃棉為例，其對(duì)125 Hz 噪聲的吸聲系數(shù)為0.12，而對(duì)1 000 Hz 噪聲的吸聲系數(shù)為0.99。因此在實(shí)際應(yīng)用中，通常需對(duì)吸聲材料進(jìn)行加工，將其制成多孔吸聲材料或共振吸聲結(jié)構(gòu)，可提高對(duì)中低頻聲的吸聲系數(shù)。

4.3 降低噪聲接收

當(dāng)在聲源和傳播途徑上無(wú)法采取措施，或采取的措施達(dá)不到預(yù)期效果時(shí)，需要對(duì)噪音接收者采取防護(hù)措施以降低噪聲帶來(lái)的影響。用于預(yù)防噪聲危害的個(gè)人防護(hù)用品常用的包括防聲耳塞和防聲耳罩兩大類。

耳塞體積小，便于攜帶，也不妨礙其他防護(hù)用品的佩戴，在濕熱環(huán)境中，長(zhǎng)時(shí)間佩戴比耳罩更舒適，且可以有效降低噪聲帶來(lái)的影響。以海上平臺(tái)某操作間需佩戴耳塞工作8 h 為例，耳塞的標(biāo)準(zhǔn)降噪值為30 dB（A），佩戴8 h 能夠取得30 dB（A）的降噪效果；佩戴7.5 h，有效防護(hù)只有12 dB（A）；佩戴4 h，有效防護(hù)則只有4 dB（A）?？梢?jiàn)耳塞佩戴時(shí)間越短，有效防護(hù)也將銳減，因此在海上平臺(tái)噪聲工作場(chǎng)所應(yīng)始終堅(jiān)持正確佩戴耳塞。

防聲耳罩是用隔聲的罩子將外耳罩住，兩個(gè)耳罩之間采用具有適當(dāng)夾緊力的頭帶或頸帶將耳罩固定在頭上，也可以設(shè)置插槽與安全帽配合使用。防聲耳罩隔聲效果比防聲耳塞效果好，佩戴位置穩(wěn)定，當(dāng)在戶外或寒冷季節(jié)作業(yè)使用可同時(shí)起到保暖作用，使用壽命較長(zhǎng)，平時(shí)需要進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

5 結(jié)論

海上平臺(tái)聲場(chǎng)分析歷來(lái)不太受到重視，針對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的聲場(chǎng)分析研究也比較少。聲源設(shè)備噪聲特性、區(qū)域噪聲場(chǎng)分析方法以及噪聲防治措施的研究相對(duì)較多。在降噪方面，吸聲、隔聲等措施都在實(shí)際應(yīng)用中都取得了不錯(cuò)的效果，但在平臺(tái)環(huán)境有限的條件下如何應(yīng)用仍缺乏有效的研究。因此未來(lái)將針對(duì)海上平臺(tái)聲場(chǎng)分析重點(diǎn)對(duì)臺(tái)噪聲源設(shè)備特性進(jìn)行調(diào)查研究，了解各個(gè)聲源設(shè)備的噪聲級(jí)與頻譜特性，熟悉平臺(tái)結(jié)構(gòu)與材料特征，準(zhǔn)確了解聲場(chǎng)狀況。在符合條件的前提下，將陸地聲場(chǎng)分析方法應(yīng)用在平臺(tái)環(huán)境，并根據(jù)平臺(tái)實(shí)際狀況進(jìn)行修正。對(duì)于以鋼結(jié)構(gòu)為主的平臺(tái)結(jié)構(gòu)，則應(yīng)探索結(jié)構(gòu)振動(dòng)聲輻射對(duì)聲場(chǎng)的影響。

在噪聲場(chǎng)所環(huán)境下工作的人員，應(yīng)做好噪聲防護(hù)培訓(xùn)及防護(hù)措施，提高作業(yè)人員的自我防護(hù)意識(shí)，自覺(jué)佩戴個(gè)人防護(hù)用品，從而降低噪聲帶來(lái)的損害。