摘　要：分析天然氣調(diào)壓箱的噪聲問題，提出降噪解決方案。通過更換新箱體和在管道上包裹雙層降噪材料，解決天然氣調(diào)壓箱持續(xù)供氣條件下降噪問題。對比分析降噪改造前后的數(shù)據(jù)，該種方法降噪效果良好。
關(guān)鍵詞：調(diào)壓箱  噪聲  降噪  吸聲材料
 

Engineering Practice of Noise Reduction of Natural Gas Regulator Box
 

Abstract：The noise problem of natural gas regulator box is analyzed，and a solution tor noise reduction is proposed．The noise under the condition of continuous gas supply by natural gas regulator box is redueed by changing the new box body and wrapping double-layer noise reduction material on pipeline．The data before and after noise reduction reconstruction are compared and analyzed．The noise reduction effect of this method is good．
Keywords：regulator box；noise；noise reduetion；sound-absorbing material

1、概述
    天然氣的使用遍及居民、商業(yè)和工業(yè)等各類用戶，隨著近年來天然氣用氣量的增加，一些調(diào)壓箱也由早期的低負(fù)荷運(yùn)行轉(zhuǎn)向滿負(fù)荷運(yùn)行，很多調(diào)壓箱開始面臨噪聲過大的問題。尤其是靠近居民小區(qū)的天然氣調(diào)壓箱，由于噪聲問題受到小區(qū)居民的投訴日趨增多。
    噪聲分為高頻噪聲和低頻噪聲，低頻噪聲在一般情況下對人的身心健康沒有什么害處。高頻噪聲則危害著人們的機(jī)體，使人感到疲勞，產(chǎn)生消極情緒，甚至引起疾病。調(diào)壓箱中高速氣流沖刷管壁產(chǎn)生的噪聲多為高頻噪聲，讓一些居民對此產(chǎn)生恐慌心理。
    對于調(diào)壓箱的降噪問題，早已有研究者進(jìn)行了分析，同時(shí)也提出了一些解決方案，如采用調(diào)壓器后加裝孔式消聲器來降低噪聲^[1]，或者采用隔聲屏障來降低噪聲的傳播^[2]。這些方法都有一定的可取之處，但對于一些已經(jīng)使用的調(diào)壓箱來說，現(xiàn)場已不具備再進(jìn)行加裝設(shè)備的條件。同時(shí)天然氣調(diào)壓箱按照規(guī)范需要一定面積的通風(fēng)口，無法采用全隔聲屏蔽方式進(jìn)行處理，為此調(diào)壓箱的噪聲問題一直困擾著燃?xì)夤尽?br /> 2、案例分析
2.1 調(diào)壓箱狀況
    武昌關(guān)山大道調(diào)壓箱，額定流量為8500m³／h，入口壓力為0.32MPa，出口壓力為0.15MPa。調(diào)壓計(jì)量結(jié)構(gòu)形式：兩路調(diào)壓計(jì)量加一旁通路，入口DN300mm，出口DN 300mm，箱體長3.1m，寬2.3m，高2.8m。位于關(guān)山大道邊的綠化帶內(nèi)，與道路邊距離為6.4m，背部靠近某居民小區(qū)的柵欄邊，與其中最近的兩棟居民樓直線距離為ll.5m和12.5m。
    該調(diào)壓箱2006年投入使用，后期由于噪聲增大，采取過箱體敷設(shè)隔聲材料的方法來阻斷噪聲傳播，但收效不大。舊箱體采用復(fù)合板箱體，本身不具備隔聲作用。內(nèi)部的隔聲材料采用普通吸聲棉，隨著時(shí)間的推移，出現(xiàn)老化沉降，吸聲效果大打折扣。外箱體門鎖和門板也出現(xiàn)個(gè)別損壞，已經(jīng)無法關(guān)閉嚴(yán)密。窗戶設(shè)計(jì)為普通窗型，沒有隔聲效果。綜上幾個(gè)方面，外箱體在隔聲方面實(shí)際效果較小，內(nèi)部噪聲基本能大部分傳到外圍空間。
2.2 現(xiàn)場測量
    此次調(diào)壓箱的噪聲測量采用BSWA801聲級(jí)計(jì)進(jìn)行。噪聲測量選取調(diào)壓箱外周3處(檢測點(diǎn)1、2、3，檢測點(diǎn)4用于測量環(huán)境背景噪聲)。調(diào)壓箱噪聲檢測點(diǎn)取距箱體外壁正中1m處，高度取箱體高度的一半，測量平面位置見圖l。

    噪聲治理前進(jìn)行了全天候的聲學(xué)測量，記錄了箱體內(nèi)部的噪聲整體水平、能量頻譜分布以及相應(yīng)的管道流量數(shù)據(jù)(本文實(shí)際測量過程中所提及的流量均為工況流量)，同時(shí)對關(guān)山大道區(qū)域的背景噪聲水平也進(jìn)行了記錄。箱體內(nèi)噪聲最高達(dá)到94.9dB(A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)，以下同)，總工況流量為776m³／h。其能量分布主要以中高頻噪聲為主，符合燃?xì)夤艿老到y(tǒng)噪聲的特點(diǎn)，噪聲水平隨著管道內(nèi)介質(zhì)流速的提高而顯著提高。
    武昌關(guān)山大道天然氣調(diào)壓箱背景噪聲主要來源為交通噪聲，其噪聲水平隨著車流量在65～75dB范圍變化，能量主要分布在低頻范圍，夏季時(shí)蟬等昆蟲鳴叫聲也很明顯，能量分布在高頻范圍。當(dāng)燃?xì)饬髁繛?0m³／h以下時(shí)，調(diào)壓箱內(nèi)的噪聲水平較低，約為61dB，隨著燃?xì)饬髁康脑黾佣粩嗌仙饾u成為現(xiàn)場噪聲的主要來源，測量最高值達(dá)到94.9dB，能量主要集中在中高頻段內(nèi)。根據(jù)湍流噪聲與流速的6次方成正比^[3]，并且以中高頻為主，可以預(yù)計(jì)冬季高峰用氣時(shí)，其箱內(nèi)噪聲最高可達(dá)110dB或更高。
2.3 噪聲源分析
    現(xiàn)場調(diào)壓箱管道布置緊湊，整體采用多層結(jié)構(gòu)，管道的變徑和彎頭較多，儀表接口密集，這些都為高頻噪聲的產(chǎn)生創(chuàng)造了有利條件。調(diào)壓箱的管道、閥門、調(diào)壓器等設(shè)備中天然氣高速流動(dòng)，產(chǎn)生較強(qiáng)的流動(dòng)噪聲，同時(shí)管道截面變化、旁支管道、彎頭等處都會(huì)激發(fā)出大量的二次噪聲。管道本身隔聲量不足以降低管道內(nèi)的噪聲向外傳播，同時(shí)由于流固耦合作用^[4]，管道、閥門、儀表等設(shè)備本身振動(dòng)明顯，向空氣中輻射噪聲。管道上儀表探頭插入管道，遇到高速流體類似于音叉效果，產(chǎn)生了十分刺耳的噪聲且傳播距離更遠(yuǎn)。
    雖然調(diào)壓箱本身具備一定的隔聲量(對于中高頻段)，但由于現(xiàn)場調(diào)壓箱壁板、天花板等邊界沒有做吸聲處理，導(dǎo)致箱內(nèi)噪聲反射強(qiáng)烈，混響聲擴(kuò)大。同時(shí)調(diào)壓箱四壁都安裝有檢修門，其原有設(shè)計(jì)并沒有做隔聲處理，表現(xiàn)在鉸鏈為普通設(shè)計(jì)，門縫處沒有安裝密封條，門窗隔聲量不夠。上方的通風(fēng)百葉窗也沒有做消聲處理，致使調(diào)壓箱隔聲量大大下降。
2.4 解決方案
    降低噪聲有3個(gè)處理方式：從聲源降噪，從傳播途徑降噪，從接收者降噪。由于接收者除了附近的樓棟居民還有過往的人員，因此從接收者進(jìn)行降噪的方式不予考慮。對于調(diào)壓箱來說，產(chǎn)生噪聲的根源在于天然氣與管道摩擦。因此對管道進(jìn)行處理可以降低噪聲。箱體處于聲源和接收者之間，是有效的噪聲傳播屏障，對箱體進(jìn)行處理同樣也可有效降低噪聲到達(dá)接收者的比例。針對以上分析結(jié)果，主要從聲源和傳播途徑進(jìn)行處理。對于管道、閥門和設(shè)備等直接聲源來說，首先要降低其摩擦振動(dòng)，其次對聲源處噪聲進(jìn)行吸收。可在管道進(jìn)行吸振材料敷設(shè)，在此基礎(chǔ)上再敷設(shè)吸聲材料。對于箱體，可在箱內(nèi)的壁板、門板、天花板上敷設(shè)吸聲材料。
    由于該調(diào)壓箱要持續(xù)供氣，因此整個(gè)施工過程中是帶氣作業(yè)，這對施工就有了更高的要求?？紤]到盡量不動(dòng)火施工，因此整個(gè)降噪施工過程中不能進(jìn)行焊接、敲擊等容易產(chǎn)生火星的工序。鑒于此，我們此次采用的主要降噪材料是Amlaflex和Armasound RD 240。
    Armaflex是柔性橡膠發(fā)泡絕熱材料，可以有效地降低管壁由于氣流沖刷產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲。同時(shí)具備完美的閉泡結(jié)構(gòu)和較低的熱導(dǎo)率，20℃時(shí)為0.035W／(m·K)，其作為防潮層可抵抗水汽滲透。武漢的空氣較為潮濕，夏天管道結(jié)露較為明顯，不僅會(huì)影響降噪材料也會(huì)使得管道出現(xiàn)腐蝕。采用Armaflex作為里層可避免管道在夏天出現(xiàn)結(jié)露情況。
    ArmaSound RD 240是一種獨(dú)特先進(jìn)的開孔吸聲材料。通過選用不同的厚度，其具備在廣譜頻率范圍內(nèi)的優(yōu)秀的吸聲效果。以此作為管道第二層的吸聲材料相對傳統(tǒng)材料更為輕便。
    這些新材料相比普通傳統(tǒng)吸聲材料，使用厚度下降一半以上，且安裝時(shí)無需龍骨和外護(hù)層，無纖維和粉塵污染，整個(gè)施工過程僅采用裁刀、刷子和專用膠水即可完成施工。
3、案例降噪工程的實(shí)施
3.1 工程周期
    降噪工程前后歷時(shí)2個(gè)月，包括了項(xiàng)目的可行性研究、技術(shù)審核、項(xiàng)目施工的報(bào)批等程序工作。由于是首個(gè)調(diào)壓箱以該種方式降噪，在各個(gè)環(huán)節(jié)的審議時(shí)間較長。但是該項(xiàng)目實(shí)際現(xiàn)場的施工時(shí)間控制在9天，其中箱體施工2天，管道施工7天，現(xiàn)場施工人員2名。
3.2 箱體施工
    箱體由于使用時(shí)間較久，個(gè)別門窗出現(xiàn)損壞，窗戶為普通百葉窗(見圖2)，不能起到很好的噪聲隔斷效果。此次經(jīng)過與客戶討論，將箱體進(jìn)行更換處理，新箱體進(jìn)行外包加工，其門窗設(shè)計(jì)制作按照降噪要求進(jìn)行。因此進(jìn)行降噪工程的第一步是進(jìn)行舊箱體的拆除。這個(gè)拆除過程采用人工拆除，將箱體鉚釘拆除后，箱體板塊由上至下進(jìn)行分解。
    箱體拆除完成后，采用吊裝將新箱體安裝至原位，新箱體主要在門窗上進(jìn)行改進(jìn)。箱體內(nèi)表面采用專用膠水粘合吸聲材料，采用帶進(jìn)深形式的吸聲百葉窗(見圖2)，并在表面敷設(shè)吸聲材料，使得噪聲在箱體內(nèi)進(jìn)行多次反射和吸聲，箱體的漏聲率降低。
3.3 管道施工
    管道分兩層進(jìn)行包裹，第一層的作用在于絕熱，同時(shí)也達(dá)到吸收管道物理振動(dòng)的功效，防止管道結(jié)露的同時(shí)可以降低噪聲。第二層用于減弱聲波，大部分的噪聲在通過該層的時(shí)候得到有效的吸收。兩層材料均屬柔性板材，通過模型計(jì)算，對應(yīng)管道結(jié)構(gòu)和設(shè)備進(jìn)行包裹材料切割設(shè)計(jì)，通過專用膠水粘合成型，緊密貼合管道和設(shè)備。成型材料在管道上就位后采用專用膠水進(jìn)行封口閉合，完成管道上兩層材料的包裹。降噪工程前后效果對比見圖3。
4、噪聲數(shù)據(jù)分析
4.1 噪聲治理后的聲學(xué)測量數(shù)據(jù)
    噪聲治理后進(jìn)行了全天候的聲學(xué)測量，記錄了箱體內(nèi)部的噪聲整體水平、能量頻譜分布以及相應(yīng)的管道流量數(shù)據(jù)，同時(shí)對箱體外部的噪聲水平也進(jìn)行了記錄。箱體內(nèi)噪聲最高達(dá)到75.09dB，總工況流量為1503m³／h。箱體內(nèi)噪聲最低時(shí)為71.6dB，總工況流量為803m³／h，其能量分布主要以外部低頻交通噪聲為主，燃?xì)庵懈哳l噪聲略有突出。
    箱體外部3個(gè)點(diǎn)的噪聲分別為62、62.6、64.0dB，與外部背景噪聲基本持平，其噪聲能量分布以低頻交通噪聲為主。
4.2 各施工階段噪聲測量對比
    通過比較各施工階段高峰(總工況流量約l500m³／h)時(shí)的噪聲，箱體進(jìn)行降噪處理后可有效隔絕噪聲，但對箱內(nèi)噪聲僅有較小幅度的吸收。對管道進(jìn)行降噪后，箱內(nèi)的噪聲可以達(dá)到較大幅度的下降。各施工階段高峰時(shí)噪聲測量結(jié)果見表l。
    在測量點(diǎn)4處實(shí)測調(diào)壓箱的環(huán)境背景噪聲不低于65dB。當(dāng)箱體進(jìn)行降噪處理后在箱體外測得的噪聲由于背景噪聲的影響而無法體現(xiàn)降噪處理的效果，這是由于調(diào)壓箱產(chǎn)生的噪聲值已經(jīng)低于環(huán)境噪聲值，說明降噪施工后使調(diào)壓箱噪聲已低于周邊環(huán)境背景噪聲。對比箱體內(nèi)部的最高噪聲水平值，施工前后其差值為19dB。對比噪聲能量頻譜還會(huì)發(fā)現(xiàn)，其燃?xì)庠肼曨l段(中高頻段)有非常明顯的降低。
5、結(jié)論
    對于調(diào)壓箱箱體內(nèi)部噪聲而言，治理后其噪聲整體水平有明顯降低，主要體現(xiàn)在燃?xì)庠O(shè)備產(chǎn)生噪聲(中高頻噪聲)的有效降低。在箱體外測量點(diǎn)上，其噪聲水平與背景噪聲持平，頻譜分布也顯示其噪聲組成主要以交通噪聲為主，說明燃?xì)庠O(shè)備產(chǎn)生的噪聲已經(jīng)得到了較好的降低和隔離。
    針對已經(jīng)投入使用的調(diào)壓箱，在不停氣的情況下，采用該種敷設(shè)降噪材料進(jìn)行降噪的方式具備可行性和實(shí)用性。

 

參考文獻(xiàn)
[1]顏丹平，高順利，朱凌，等．天然氣調(diào)壓箱的噪聲控制實(shí)踐[J]．煤氣與熱力，2008，28(12)：B05-B08．
[2]周偉國，龔農(nóng)斌．燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥和調(diào)壓器噪聲的控制[J]．煤氣與熱力，1998，18(1)：32-33．
[3]徐遠(yuǎn)鵬．主汽管噪聲原因分析及處理對策[J]．電力環(huán)境保護(hù)，2006，22(5)：43-44．
[4]尚翠霞，王勇，謝玉東，等．流體控制閥的流固耦合特性[J]．山東大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，38(6)：ll-14．

（本文作者：王明  廣州多關(guān)時(shí)燃?xì)庠O(shè)備有限公司）