油气田钻井地面动力设备噪声污染控制研究.pdf

1 4 2 石油工程建设 2 0 1 0年 6月 誊 i i 蓦 i 誊 量 - - 童 萎 毫 麓 i _ 垂 曩 蓦 蠢 墓 蠢 舅 赫 - 每勃 警赣尊 荣麓融 纛 鼙 _ _ _ _ 种 法国 西安长庆科技工程有限责任公司，陕西西安7 1 0 0 1 8 摘要文章通过对油气田钻井地面动力设备噪声的监测分析 ．制定了多种针 对噪声源的噪声控制 措施 主要 包括柴油机排气口的阻抗复合式和组合扩张式消声器设计．柴油机机体的壁板开窗式和 推拉窗式隔声罩设计 ，发 电机 固定式降噪野营房的设计等 采用以上噪声控制措施明显降低 了油气 田钻井动力设备的噪声．噪声下降 3 O d B，井场边界噪声值 小于 8 5 d B 。 关键词钻井噪声 ；噪声控制 ；消声器；隔声罩；降噪野营房 ；设计 中图分 类号 T B 5 3 5 文 献标识码 B 文章编 号 1 0 0 1 2 2 0 6 2 O L O 0 3 0 1 4 2 0 4 O 引言 近几年来 ．随着人们环境意识 的 日益增强和 国家有关环境噪声 的法规制度及标 准的不 断完善 与 实 施 ．石 油 钻 井 作 业 产 生 的 噪声 污 染 和 危 害 。 已引起 了石油部 门的高度重视和油气 田地 区当地 政府及群众 的关注 。特别是油气 田开发初期 ，井 队在居 民区附近进行钻井作业 时 ．因噪声等污染 引起投诉及污染赔款等问题 ．已严重影 响了钻井 作业的正常生产和可持续发展。当前大庆 、长庆 、 胜利 、中原 、四川 等 油 气 田石 油 钻 井 作 业 区 内 的 噪声已达 1 0 0 d B以上 ．场界噪声可达 8 0 d B以上 ． 严重影响 了石油工人 以及周 边居 民的身心健康 、 工作 和生 活 所 以．如何对钻井作业 噪声进行控 制 ．设计方便适用的隔声降噪设备 ．是一个亟待 解 决 的问题 l 油 气 田钻 井 柴油机 噪声 防护及 措施 概述 经过实地测量与分析 ，柴油机 、联动机 、发 电机 、泥浆泵 、传动链条 、钻机 、振动筛等设备 以及生产过程 中设备与底座 、底座与基础 、钻盘 等的各种振动冲击碰撞 ，快速放气 阀产生 的异常 刺耳的尖 叫声 以及柴油机排气 噪声等 ．是石油钻 井 噪声 的主 要 来 源 。 这些 噪声 多 且 复 杂 ，相 互 影 响 ．产生 的噪声主要 以机房为中心 ，向四周辐射 传播 而在这些设 备中 ，占突出地位 的是作为钻 井动力系统 的柴油机 ．其声级 比其他设备 的噪声 源大致 高 1 5 d B A以上 。且所处位置一般在井 场 中 心 ．与操 作 工 人 距 离 很 近 ．噪 声 影 响更 为 突 出 现在我 国油气 田所使用的钻井动力系统柴油 机 ．大 多 数 为 济 南 柴 油 机 厂 生 产 的 8 0 0 k W P Z 1 2 V1 9 0型柴油机 每个井 队配备 3台．并行列 于钢 架平 台上 柴 油 机 的动 力 通 过 被 称 为 联 动 机 的机构传递到钻 台及地面有关 设备上 钻井 用柴 油机 的一个重要特点是功率大 ．传统的柴油机噪 声 资料 中涉及 的都 是 2 5 7 k W f 3 5 0 Hp 以下 的柴 油 机 ．而钻井柴油机功率可高达 8 8 3 k W 1 2 0 0 H p ， 其 噪声很高 如果两 台同时工作 ．则 由于柴油机 噪声声压级叠加 ．可能产生共振效应 显然 ．对全 国各 大油 田已普遍使用的钻井柴 油机进行系统结构改造或者整机更换是不现实的 而 对 油 田现 场 操 作 工 人 的 调查 显示 佩 戴 耳 塞 并 不 能起 到有效 的保护作用 ．所以对柴油机 的噪声控 制还需要采取 隔声 、消声等措施来实现。 国外钻 井作业 噪声 防护主要采取的方法是增设作业 区隔 声板围墙 ．其成本价高，且不利于拆装运输 。 根据柴油机 的工作原理 和结构特点 ，其噪声 可 以分 为如 下 3类 见 图 1 排气噪声 机械激振力 空气 动力 性噪声 萎 图 1 柴油机噪声源分布 发 动 机 总 噪 口 羊 羊 羊 ★ ★ ★ ★ ．K 一 第 3 6卷第 3期 种 法国油气 田钻井地 面动力设 备噪声 污染 控制研究 1 4 3 1 机 械噪 声 是 南旋转 运 动件 如 曲轴和 凸 轮轴 以及连杆大头和往复运动件 如活塞和活塞 销 以及连 杆 小头 在 不平 衡力 和 力矩 作用 下 产生 的 振 动 ．运 动 件 间的撞 击 ，摩擦 副 的摩 擦力 以及 脉 动 气流激励各结构件引起 的结构振动而辐射 的噪声 这种噪声通 常称为机械噪声 机械噪声是柴油机的 主要 噪声 源之 一 2 燃 烧 噪声 气 缸 内燃 烧爆 发所 形 成 的冲击 和压力 的周 期 性变 化 ．气体 引 起 的结构 振 动通 过外 部 和 内部 传 播 途 径 传 到 内燃 机 表 面 ．从 而 产 生 噪 声 ．它 主要 是 南燃烧 过 程决 定 的 燃 烧 噪声 也是 柴 油 机 的主要 噪声 源 之一 3 气体动力性 噪声。气体噪声包括进 、排气 噪声和风扇噪声 其 中排气噪声是主要的 ，气体经 过压缩后瞬间排放 ，气体膨胀形成湍流喷注噪声 、 流体扰动噪声等 根据柴油机噪声的特点 ．降低柴油机噪声 的技 术 方 案应 包括 设计 有效 的柴油 机排 气 消声 器 和对柴 油机机壳采取隔声措施 这两种降噪措施 中，排气 消 声 器 的设 计 比较 单 纯 ．关键 在 于设 计 的技巧 而 对柴油机进行隔声 的方法措施却并不统一 ．目前较 常见 的设计 方 案有 四种 1 隔声屏 方 法 。即在 井 场 四周 围一 圈隔 声屏 障 ．与 钻井 设 备不 接触 ．独 立设 置 2 每 台 柴油 机独 立设 一个 隔 声罩 ．配 以隔声 门窗及 通风 散热 装 置 3 对三台柴油机设置整体隔声罩 ．相 当于建 立一个小型的柴油机工作间 4 对 整 个 机 房 平 台包 括 泥 浆 泵 设 一 个 大 隔 声 罩 。 四种 隔声 方 案 的优 缺点 见表 1 表 1 四种 隔声 方案的优缺 点对比 设计方案 优点 缺点 要求隔声屏高度 在 6 m 以上 ．防风 固定费时费力 ．造价 昂贵且不便于 井场隔声屏 对各种设备 的噪声均有效 ．井 场外 降噪效 果明显。 拆装运输 。 单机隔声罩 柴油机近场范 围降噪效 果明旺。 占用柴油机平 台工作 空间 ．排气散热不易解决 。 由于各井场柴 油机摆放 位置 不尽相 同．难 以统一规格 ．且无 法为柴油 隔声罩T作间 柴油机组整体降噪效果 明 。 机操作 ‘r人提供噪声 防护 罩体庞大 ，T作平 台需增加 支撑架 ．同时难 于拆 装运输 ，且对平 台T 平台整体隔声罩 T 作平台整体降噪效果明显 作人 员无法提供有效 的噪声 防护 2 钻 井 噪声 监测 与 治理 综合 措 施 2 ． 1 钻 井噪声监测 在长庆油 田现场实测 的噪声频谱数据情 况表 明 ．噪声 频 率 测 量 范 围在 3 2～8 0 0 0 H z之 间 ．测 量数据 显示 的 主要 噪声频率 在 2 5 0～1 0 0 0 H z 之 间 ． 噪声水平 基 本在 8 5～1 2 0 d B之 间 见 图 2 、3 、4 。 图 2 钻井地面动力设备布局及 噪声测 量点 1 0 O 9 O 罢8 0 娄7 0 6 0 5 0 l 0 0 9 O ∞ Ⅲ 8 0 6 0 6 0 厂 一 ＼ ． 叁 ．．一 ；≥ ＼ 缎 ． ’一＼ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Ol 1 1 2l 31 4l 5 l 61 7 测点 一6 3Hz 1 2 5Hz 一 2 5 O Hz * 一5 O 0 Hz l 0 0 0 Hz 2 0 0 0 Hz 十一 4 O H 0 OHz 一 8 o 0 OHZ 一 总的 图 3油井测点离机器 2m 处噪音频谱 昼间记录 ． ． ， 测点 3 1 ． 5Hz 6 3HZ - 一 l 2 5 Hz 2 5 0 Hz 5O O Hz ． - -o ． ．--l 0 0 0 Hz ---一 2 0 0 0 Hz d 0 0 0Hz -- -一 8 0 0 0 Hz 一总 的 图 4气井测点离机器 2 m 处噪音频谱 昼间记录 2 ． 2柴油机消声器设计 钻 井 作 业 的 主 要 噪 声 源 为 柴 油 机 ．故 对 柴 油 机 的降噪做 了具体 的设计 。现场 监测数 据显示 ， 1 4 4 石油工程建设 2 0 1 0年 6月 柴油 机排气 口噪声为 井场 噪声最 大值 ．故对 柴油 机 排气消声器进行 了设计研究 研究设计 了阻抗复合 式和组合扩张式两种消声器 2 ． 2 ． 1 阻抗复合式消声器 设 计 的 消声 器 为 四 腔结 构 ．并采 用 多种 消 声 结构 ，如小孔喷注 ，多孔扩散 ，节流降压等来提高 消 声 器 的 消声 性 能 ． 为 使 消 声 器 有 较 好 的 消 声 效 果 。第一腔没计得稍大一些 插入管及隔板穿孔 的 s b f L L 径为 6 mm，穿孔率为 1 0 ％ 见 图 5 、6 图 5 阻抗复合式消声器 尺寸 图 6阻抗复合式消声器示意 2 ． 2 ． 2 组合 扩 张式 消声器 消声器 结构 中包 括扩张 室 、共振室 和 阻抗复 合 室 ．内含不 同结 构 的微孔金 属板 ．分别 对不 同频 率 的噪声进行消声降噪 见图 7 。 对应 扩张室 1 扩张室 2共振室 阻抗复合室 微孔金属板 图 7 组合扩张式消声器 示意 2 ． 3 柴油机 隔声罩设计 柴油机隔声罩设计采用高阻吸声层空气阻尼层 高阻 隔声层 的复合 结构 柴油机 运行 时产 生 的噪 声 通过采 取 吸声 、隔声 、隔振 、阻尼等 降噪措 施来 达到消声降噪的 目的 第一层 2 mm厚不锈钢板 第二层 6 mm厚 橡胶阻尼层 ．厚 丁基胶阻尼材料抑制钢板弯 曲振 动 ，起隔振作用。第三层 5 0m m厚岩棉板 ．岩棉 板 用 玻 璃 丝 布 包裹 第 四层 为 微 孑 L 吸声 板 ．孔 径 0 ． 8 m m． 板 厚 0 ． 8 m m，穿 孔 率 2 ％ ．孑 L 距 2 5 mm 第五层 穿孑 L 金属板 ，孔径 6 mm，孔距 5 5 mm， 空腔放置棉毡外包玻璃布 。距 离 3 0 m ／ n空腔填矿 棉 最后 在穿孔 金属 板 与微穿 孔金属 板之 间加 金属 网 ．起护面作用 内层微孔吸声板表面喷涂耐高 温油漆 ．起到护面和透声作用 柴油机隔声罩设计包括两种结构形式 壁板开 窗式和推拉窗式 见图 8 、9 。将 柴油机排风扇 、 进 气 口露 出 ．仅将 柴油 机 主机 身 罩 起 来 ． 目的是 避免柴油机风扇进风冷却 问题 ．避免柴油机两个 进 气 口处需 加 消声 器 的 问题 前 提 是 柴 油 机 风 扇 和柴油机两个进气 口处所发 出的噪声都不大 ．所 以露在隔声罩 外面对 降噪 的影响不是很大 新柴 油 机 隔 声 罩 壁 板 为百 叶窗 结 构 ． 目的是 将 热 量 散 出 ．将 噪声 隔住 ． 、 图 8壁板开 窗式可拆卸拼装隔声罩 图 9推 拉 窗 式 司 拆 卸 拼 装 隔 声 罩 2 ． 4 固定式降噪声野营房的设计 隔声最 有效的方法是设置隔声罩 ．但是柴油 发电机组在丁作过程 中产生大量 的热量 ．单纯地 封闭发电机组会 因无法散热而使发 电机停止工作 现场实际情况也如此 ．原来 的野营房在水箱散热 器前 面设置 了宽 1 ． 6 m、高 2 I T I 的大门，在侧面设 有 2扇小 门．工作时 门全部打开 ．由于轴流风机 第 3 6卷第 3期 种法国 油气 田钻 井地面动力设备噪， { 污染控制研 究 1 4 5 的转动使空气 流动起 来 ，因此散热 良好 ，但 同时 噪声也 随之 四散传播 开来 根据现场监测 ．野营 房 四怙 】 2 m处 噪声值达 1 0 7 d B。已超过 8 5 d B的 最大允许值． 此 ．存 噪 声 控 制 过程 中 ，一 方 面 设 法 吸声 ， 消除野营房 内各壁板产生的反射声 ．降低混响声 另一方面进行令 面的隔声 ．即切断噪声传播路线 ． 同时也 让空 气 流动起 来 ．使 散热 良好 采取 的措 施 有 以下 几个 方 面 f 1 在野 营房 内房 顶 、四壁 悬挂 吸卢 壁 ．．其 作 用是 吸 收直达 声 ．消 除 反射声 ，降低 混 响声 为 了 与野营房整体结构设计协调 ．吸声壁的外侧』 } j 穿孔 板覆面 ．这样既美观义耐用 ．这一措施可以使室内 噪声 有所 降低 2 将原 野 营房 内 的聚苯 乙烯 保 温板 去掉 ．在 其 内侧 同定 铆接 1 5 I l l H i 厚 密 度板 ，该 密 度 板在 这里是，} } j 作隔声板 的．它可以切断噪声向外传播的 路线 ．可以使野营房内外噪声降低 1 5 d B A 。 3 在野营房的侧 面设置隔声 门。为使工作人 员进 出方便 ．应在 长度 方 向一 侧设 置一 个 门 ．门 的 大小应 以方便 丁作 为准 ．门必 须进 行 隔声 处理 ．即 门要进 行加 厚 处理 ．填 充 吸声 材料 ．．另外 门与 门框 之 间也 必须 做 好 隔声 4 在 隔声 门一 侧适 当 位 置设 置 隔 声 观 察 窗 ， 便于观察室 内情况 ． ． 5 在 发 电机 尾部 没置 消声 栅 ，便 于 引进 冷空 气 ．消声栅 的 大小 应 以进气 通 畅 、流量 大小 合适 为 宜 经测算 ，用 两 台长 1 ． 2 T T I ，高 0 ． 8 I n的消 声栅 ， 消 声栅 的下 部放 置在 地 板上 ．并 与地 板 『吉 1 定 、 6 在 柴油机水箱散热 器正面设置排气 消声 道 排气消声道的外侧面结构与房屋各侧壁 、房顶 的 结构 相 同 ． 即外 面是 2 mm厚 钢 板 ．里 面 固定 厚 度 为 1 5 m m 的密 度 板 ．再 悬 挂 吸 声 片 ．消声 道 中 间 设 置 道 吸 声 片 ．消声 道 高 房 顶 0 ． 5 I T I ．最 上 方应 采取 防 雨措施 消声 道 的主 要作 用是 使 柴油 发 电机的热量顺利排 } n．并且将声源产生的气动噪声 和其他噪声的大部分得 到消除 消声道面积 长 宽 的选 择 以热量 排 f H 阻力较 小 、较 通畅 为准 ．太 小则 热量 不 易散发 太大 不经 济 消 声道 的消声量 约为 2 8 d B f 7 在 柴油 发 电机组 下 面增 设减 振 垫 l甘 目的 是减少振动 向野营房传递 ．从 而减少野营 房的振 动 减 振 垫 的选 择 必 须 适 应 柴 油 发 电机 组 的 总 重 量 ．减振 垫 的刚 度 和弹性 应 合适 采用 以上措施 ．我f i J x , 柴油发电机组野营房进 行 了改 造 ．改造 前 后 效 果 如 冈 1 0 、1 1 所 示 。 采取 降 噪后 的 野 营 房 四周 2 T T I 处 噪 声 值 为 7 0～7 7 f 1 B， 比降噪前降低 了 3 0 d b左 ．效果 比较理想 图 l 0采取降噪措施前 V0L V0 3 0 0k W 柴油发 电机房 图 n采取降噪措施后 V oL V0 3 0 0k W 柴油发电机房 3结束 语 通过 采用 消 声器 、可 拆 卸隔声 罩 和 同定式 隔声 野营房等手段 ．明显降低 了油气 山钻井动力设备的 噪声水平 ．下降值达 3 0 d B．井场边界噪声值也小 于 8 5 d B．符 合 G B 1 2 3 4 8 1 9 9 0 业 企 业 厂 界 噪 声 标 准 的要 求 。 参 考 文献 ⋯马大猷． 噪声 与振 动控制 T程 于册【 M1 ． 北 京机械 1 、 l “版礼． 2 0 0 2 ． [ 2 ]张重趟． 机 电设备噪声控制T程学【 M】 ． 北 京 轻 I _ 、 l ； 版社， 1 9 8 9 ． 作 者 简介 种 法国 1 9 8 0 一 ， 男 ，山 东薛城 人 ，工程 师 ， 2 0 0 5年毕业 于西安 交通 大学环境 工程 系．项 士 ．现主要从 事 油 气 田环 境 保 护 的设 计 研 究 工 作 、 收稿 日期 2 O 1 0 0 3 3 O