劉 波

(中石化安全工程研究院有限公司，山東青島 266104)

噪聲是石化企業(yè)主要職業(yè)病危害之一，呈現(xiàn)點多、面廣、接害人員多的特點，其導致的以聽力系統(tǒng)為主的人體多器官系統(tǒng)損傷成為石化企業(yè)主要的健康風險。在充分調研石化企業(yè)噪聲危害現(xiàn)狀的基礎上，本文綜述了石化噪聲特征、總結石化企業(yè)設備降噪技術現(xiàn)狀，同時介紹了部分典型設備噪聲治理措施，并對降噪新技術在石化企業(yè)噪聲治理中的應用進行了展望。

1 石化企業(yè)設備噪聲特征分析

1.1 石化企業(yè)噪聲特點

石化企業(yè)集油氣田開采、煉油化工等為一體，輸送及處理的物料形態(tài)包括液體、氣體及固體，工藝流程中多使用高溫高壓、大流量的機械設備。按照噪聲產(chǎn)生機理分類，存在的主要噪聲源有：由于流體流動過程中相互作用產(chǎn)生的流體噪聲，如換熱器、高壓蒸汽放空、鍋爐導淋口等產(chǎn)生的噪聲；由于物料或設備運動部分摩擦、振動、撞擊而產(chǎn)生的機械噪聲，如磨煤機、機泵、物料成型、包裝及運輸?shù)犬a(chǎn)生的噪聲；由于磁場脈動而引起電氣部件振動的電磁性噪聲，如柴油發(fā)電機組及羅茨風機電機等產(chǎn)生的電磁噪聲。

石化企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，噪聲有著高強度、連續(xù)性、穩(wěn)態(tài)等特點，一是由于石化企業(yè)生產(chǎn)工藝復雜，噪聲設備分布廣泛，噪聲設備多且布置集中，聲輻射面大強度高；二是由于石化企業(yè)生產(chǎn)具有連續(xù)性的特點，噪聲也有穩(wěn)態(tài)、連續(xù)的特點[1]。

1.2 石化企業(yè)典型噪聲設備分布

根據(jù)現(xiàn)場調查及查閱資料，石化企業(yè)典型噪聲設備分布見表1。

表1 石化企業(yè)典型噪聲設備分布情況 dB

2 石化企業(yè)噪聲控制技術

基于噪聲傳播機理，噪聲控制可以分為從聲源上降低噪聲、從噪聲傳播途徑降低噪聲、對接受者進行防護3種措施，具體采取哪一種或幾種方式則應從經(jīng)濟、技術上進行綜合考慮，這也是噪聲控制的原則。聲源降噪及接受者防護更多偏重于低噪聲工藝和設備的替代，以及正確的個體聽力防護用品選擇及佩戴，本文不再展開討論。

由于技術、經(jīng)濟、工藝方面的原因，目前尚難以從噪聲源上完全控制噪聲危害，這時需要從傳播途徑上加以考慮，中石化企業(yè)應用最成熟的是以消聲、隔聲、吸聲及隔振等為代表的被動降噪技術。

2.1 消聲降噪

消聲技術是指采用消聲設備使噪聲強度減弱的技術，消聲設備是一種允許氣流通過而同時使噪聲減弱的裝置，是在噪聲控制工程中應用廣泛的一種降噪措施[2]。消聲器一般應用于氣流和噪聲同時存在的各種傳輸管道中，通過突變截面引起聲反射以及聲阻抗變化或者利用具有吸聲性能的內襯吸聲材料進行消聲[3]。消聲器按其消聲原理及結構，可分為阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗復合式消聲器等。

章奎生等[4]針對大排風量低頻排風機，充分考慮防水耐濕的要求，通過設計阻抗復合式排氣消聲器，以阻性降低中頻為主的寬帶噪聲，以共振性降低低頻峰值噪聲，綜合共振腔與吸聲環(huán)結構，消聲量為15～20 dB，達到預期降噪要求。

趙傳輝等[5]通過研究阻性陣列式消聲器應用于冷卻塔降噪，探索了阻性陣列式消聲器幾何結構對消聲性能、阻力特性及對冷卻塔循環(huán)水溫的影響，總結出阻性陣列式消聲器在保證熱力性能前提下，滿足冷卻塔的降噪要求。

2.2 隔聲降噪

隔聲技術就是利用隔聲材料來阻礙噪聲的傳播，使通過材料后噪聲能量減小的技術，常見的隔聲措施有隔聲屏障與圍擋、隔聲幕簾、隔聲罩。石化企業(yè)對高噪聲設備的傳統(tǒng)隔聲降噪技術，多是針對設備頻譜特征，組合不同隔聲材料設計，采用隔聲罩形式有針對性降噪。隨著信息化技術的發(fā)展，現(xiàn)階段多結合ANASYS、SYSNOISE、Insul等軟件，深化設計隔聲罩表面、結構等重點參數(shù)，并對隔聲性能進行數(shù)值模擬，為隔聲罩的優(yōu)化設計提供新參考。

曹澤仁等[6]使用了輕型裝卸式隔聲罩設計對空壓機進行了噪聲治理。隔聲罩內表面吸聲材料選擇了超細玻璃棉、空氣層、阻尼層及鋼板，并對縫隙加強密封處理，控制縫隙率在1%以下，進排風口加裝消聲器，實際隔聲量為20.5 dB。付常佳、陳長征等[7]以隔聲罩為研究對象，通過SYSNOISE軟件建立有限元模型并分析厚度、阻尼層等關鍵參數(shù)對隔聲罩降噪效果的影響，為解決實際問題提供參考依據(jù)。劉歡等[8]人通過隔聲量公式計算聲級隔聲量和頻帶隔聲量等參數(shù)，綜合考慮工程實際存在的噪聲混響和二次噪聲等因素，使用ANASYS分析隔聲罩的降噪性能，綜合分析隔聲罩的降噪性能。

2.3 吸聲降噪

吸聲技術就是通過吸聲材料，消耗接觸到物體表面的聲音能量，使噪聲能量減少的技術。吸聲材料在降噪措施中主要用來降低聲波反射產(chǎn)生的混響[9]。吸聲材料根據(jù)原理及結構主要分為多孔吸聲材料和共振吸聲結構兩大類型。多孔吸聲材料多應用在中高頻噪聲降噪中，在低頻段吸聲性能較差。共振吸聲結構則可通過共振結構設計，用于低頻段噪聲降噪，但存在吸聲頻帶范圍較窄的不足[10]。

吸聲材料及結構在石化設備降噪中主要應用在高噪聲設備廠房內部吸聲體、消聲層、消聲器中，常常與隔聲材料共同使用，作為綜合降噪手段的一個重要組成部分。

楊磊等[11]針對原油集中處理站內壓縮機房及注水泵房高噪聲環(huán)境，選用了固化離心玻璃棉芯板、外敷PVC涂層織物的吸聲體，通過設計廠房內部懸掛位置及數(shù)量，將廠房室內混響時間由13 s降低到0.8 s。

彭罡等[12]在壓縮機廠房的設計中，采用了新型外墻材料，并把風機與壓縮機組隔離，單獨在廠房兩角布置全封閉風機房，以減少風機與壓縮機混響噪聲；外墻采用了15%穿孔率的鋁孔板，內部吸聲材料為降噪系數(shù)超0.95超細玻璃纖維，輔助阻尼膠及鋼板，該控制措施綜合降噪量可達到25 dB左右。

龔凡等[13]利用聲學理論，建立了雙層阻抗復合吸聲結構的聲學設計和優(yōu)化方法，并在某地下電站廠房降噪實踐，通過MATLAB數(shù)值計算軟件求解內外層吸聲材料密度、穿孔板厚度、孔徑等復合函數(shù)最優(yōu)解，實現(xiàn)了250～4 000 Hz的寬頻帶降噪。

2.4 減振降噪

減振降噪是指通過振動控制，限制系統(tǒng)的振動水平，從而降低噪聲傳播的降噪技術，其主要措施是在設備基礎上安裝隔振器材或隔振材料，使設備和基礎之間的剛性連軸變成彈性支撐，防止或減弱振動能量的傳播，從而實現(xiàn)減振降噪的目的。振動的控制方法是將需要隔離的儀器或設備安裝在隔振器材上，使大部分振動被隔振器材所吸收。減振控制具有結構簡單、易于維護及經(jīng)濟性好等優(yōu)點，但也存在著寬頻減振必須提高系統(tǒng)質量，阻尼材料對外部溫度環(huán)境和頻率較為敏感，及有效吸振頻帶范圍較窄且不可調節(jié)等不足。

石化企業(yè)設備多涉及大型設備，采取的減振措施為被動阻尼減振、振動隔振和動力吸振3種主要技術手段。袁麗等[14]人經(jīng)過計算預壓載荷、固有頻率等關鍵參數(shù)，采用雙層減振體系，對離心風機加裝阻尼彈簧減振器，減振效率可達到85%，滿足減振器的設計條件。

3 石化企業(yè)重點噪聲設備降噪措施

經(jīng)過資料收集與統(tǒng)計，綜合油氣田開采、煉化及銷售等各個業(yè)務板塊，石化裝置中比較典型的高噪聲設備有泵、發(fā)電機組、壓縮機、磨煤機等，其中壓縮機和磨煤機是石化工藝生產(chǎn)中常見的強度較大的噪聲設備，崗位作業(yè)人員接觸頻次較高，暴露程度較重。

3.1 壓縮機

壓縮機是石化企業(yè)物料集輸過程增壓的核心設備，在石油化工行業(yè)中主要用于物料輸送、氣體分離等環(huán)節(jié)，其噪聲部位主要為產(chǎn)生空氣動力性噪聲的進、出氣口，產(chǎn)生機械噪聲的結構件，以及產(chǎn)生電磁噪聲的驅動機。

針對離心壓縮機機械噪聲和氣動噪聲問題，譚龍龍等[15]人聯(lián)合頻譜分析、聲成像分析和模態(tài)分析3種方法，在空間上定位了主要噪聲源分布為排氣管口、進氣管口、齒輪箱，通過整體加裝吸隔聲罩降低機械噪聲，在進排風口加裝阻抗復合型消聲器降低空氣動力性噪聲等綜合降噪措施，達到了降噪量21.5 dB的效果。

天然氣壓縮機噪聲主要由天然氣壓縮至高壓后產(chǎn)生的動力性噪聲、發(fā)動機及壓縮機運行時活塞柱塞往復運動產(chǎn)生的脈沖機械性噪聲以及管道振動噪聲，針對氣動性噪聲問題，鄒麗蓉等[16]人通過對天然氣壓縮機空冷區(qū)進排風口加裝消聲器等降噪措施，降噪量達20.1 dB。

3.2 磨煤機

磨煤機是將煤塊破碎并磨成煤粉的機械，其噪聲是由機械性噪聲、機械嚙合噪聲、電機噪聲和排風噪聲構成。磨煤機的治理措施主要有兩種途徑，一是振動源與噪聲源控制，如加裝橡膠、磁性等襯板，優(yōu)化襯板結構，使用非球形研磨介質等，不同的降噪量在8～25 dB之間，是一種從根本上解決磨煤機振動與噪聲的有效途徑，但也存在著單一的結構改進措施降噪量有限的不足，墊層易引入額外共振等問題限制工程應用；二是傳播途徑控制，如隔聲屏、隔聲罩和隔聲間、阻尼包裹、隔聲簾幕等，不同措施的降噪量在15～40 dB之間，具有中高頻降噪效果明顯、應用成熟等優(yōu)點，但也存在低頻降噪效果差、不利于散熱及日常檢修不便等不足。目前我國對磨煤機的噪聲控制主要通過減振和降噪技術在噪聲傳播途徑上控制，如采用隔聲罩和隔聲間等[17]。

在振動源與噪聲源控制方面，成鵬[17]在傳統(tǒng)數(shù)值理論計算方法基礎上，對磨煤機彈性墊層改進后的筒體進行有限元軟件分析，研究復合彈性墊層在球磨機減振與降噪技術中應用的可行性。

針對電機噪聲，劉歡等[8]人以磨煤機的電動機和減速器為研究對象，提出了在電動機外安裝隔聲罩的降噪方案，并采用ANASYS有限元軟件模擬分析效果，并對降噪效果不足區(qū)域改進優(yōu)化設計修正，為解決實際工程問題提供了思路參考。

牛慶堂等[18]人測量煤磨機的噪聲強度和頻譜數(shù)據(jù)，對照各種材料的隔聲吸聲指數(shù)，通過選擇隔聲吸聲材料，設計建成可拆卸的方形局部式隔聲罩。隔聲罩面板由波浪型穿孔板、隔聲板、吸聲材料、隔聲網(wǎng)、玻璃絲布、阻尼漆、油漆等復合而成，實際綜合降噪量達到15～18 dB。

4 降噪技術展望

隨著噪聲產(chǎn)生與傳播機理研究的深入，石化設備降噪技術的研究已不再局限單一技術應用，而是廣泛利用各種新技術和新材料的噪聲綜合治理技術。開發(fā)吸隔聲性能優(yōu)異且工程應用廣泛的新材料，克服低頻降噪材料厚度難題的新技術新手段，都是降噪技術的研究熱門。

4.1 聲學超構材料研發(fā)

聲學超構材料[19]作為一種新型的人工結構材料，擁有天然材料所不具備的超常物理特性，進一步拓展了材料的聲學屬性。同時，聲學超構材料可以實現(xiàn)對聲波精準的、可設計的操控，具有重要的理論研究意義和應用價值。

從吸聲、隔聲、減振、抗沖擊等實際應用功能出發(fā)，也可將聲學超構材料分為吸聲超構材料和隔聲超構材料2類[20]。近幾年來，吸聲超構材料主要的研究方向是在較小體積下，通過聲學結構設計，實現(xiàn)較寬頻率范圍內的高效吸聲。Li[21]提出了一種輕質多層蜂窩膜型聲學超材料，并對其傳輸損耗進行了實驗研究。結果表明，輕質蜂窩夾芯板在重量極輕的情況下平均聲傳輸損耗可達17 dB。但現(xiàn)階段大多數(shù)吸聲超構材料仍存在結構尺寸、聲學性能、成本和耐久性的限制，仍然不適合在石化企業(yè)內部大面積工程應用，需要新的設計和制造技術來達到性能與成本的平衡。

隔聲超構材料主要研究方向則是高剛度、輕量化、良好寬頻隔聲性能，其中薄膜型超構材料因為具備輕量化、低頻隔聲性能好等潛能而引人關注。Sui等[22]人將蜂窩結構與不含質量塊的薄膜結合，設計了一種蜂窩型聲學超材料，對500 Hz以下聲波的傳遞損耗均超過25 dB，同時，面密度僅1.3 kg/m2。相比傳統(tǒng)阻尼降噪材料，其降噪性能優(yōu)異、設備輕量化，更適合設備管線密集、散熱降噪空間緊促的石化企業(yè)裝置，應用前景廣闊。

4.2 主動降噪技術

處理降低低頻噪聲問題時，傳統(tǒng)吸隔聲材料由于受質量定律制約，面臨著頻段較窄，整體裝備體積龐大且笨重的現(xiàn)狀，而有源噪聲控制(Active Noise Control，ANC，也被稱為主動噪聲控制)技術給出了一種新的解決辦法，即根據(jù)兩個聲波相消性干涉或聲輻射抑制的原理，通過抵消聲源產(chǎn)生與被抵消聲源的聲波大小相等但相位相反的聲波，兩聲波疊加后輻射相互抵消，從而達到降低噪聲的目的?，F(xiàn)階段因復雜環(huán)境聲場的復雜性，有源噪聲控制技術在三維自由聲場中的聲場分析及算法的實現(xiàn)較為困難，現(xiàn)階段比較成熟的應用為管道噪聲的有源控制。

安偉等[23]人針對廣泛存在的管道穩(wěn)態(tài)噪聲，引入分頻混頻技術的有源噪聲控制系統(tǒng)，根據(jù)實際消聲頻帶要求設計分頻帶，擴大了消聲頻帶寬度，達到了單頻聲降噪量25～30 dB，對某通風管道寬帶噪聲實際應用取得了11.3 dB的降噪量。目前隨著芯片小型化及深度學習、神經(jīng)網(wǎng)絡等AI技術的發(fā)展，有源降噪技術也在本地化部署及自適應算法實現(xiàn)等方面取得一定的突破[24,25]，期望這一輕量化、智能化的降噪技術能克服現(xiàn)有功耗大、效率低、設備維護困難等不足，早日在石化設備降噪中發(fā)揮作用。

5 結語

石化設備降噪技術是一項面向實際生產(chǎn)環(huán)境的綜合性工程。隨著降噪技術的不斷發(fā)展，新技術新材料的應用，不僅推動著吸聲隔聲消聲等傳統(tǒng)降噪技術發(fā)展，也在主動降噪、聲學超構材料等方面開拓新的降噪方向，因此多學科交叉的綜合性降噪技術會越來越多地服務于降噪工程。