摘 要：分析天然氣調壓箱的噪聲問題，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據，該種方法降噪效果良好。
關鍵詞：調壓箱 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，一些調壓箱也由早期的低負荷運行轉向滿負荷運行，很多調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體，使人感到疲勞，產生消極情緒，甚至引起疾病。調壓箱中高速氣流沖刷管壁產生的噪聲多為高頻噪聲，讓一些居民對此產生恐慌心理。
對于調壓箱的降噪問題，早已有研究者進行了分析，同時也提出了一些解決方案，如采用調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，但對于一些已經使用的調壓箱來說，現(xiàn)場已不具備再進行加裝設備的條件。同時天然氣調壓箱按照規(guī)范需要一定面積的通風口，無法采用全隔聲屏蔽方式進行處理，為此調壓箱的噪聲問題一直困擾著燃氣公司。
2、案例分析
2.1 調壓箱狀況
武昌關山大道調壓箱，額定流量為8500m3／h，入口壓力為0.32MPa，出口壓力為0.15MPa。調壓計量結構形式：兩路調壓計量加一旁通路，入口DN300mm，出口DN 300mm，箱體長3.1m，寬2.3m，高2.8m。位于關山大道邊的綠化帶內，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。
該調壓箱2006年投入使用，后期由于噪聲增大，采取過箱體敷設隔聲材料的方法來阻斷噪聲傳播，但收效不大。舊箱體采用復合板箱體，本身不具備隔聲作用。內部的隔聲材料采用普通吸聲棉，隨著時間的推移，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)個別損壞，已經無法關閉嚴密。窗戶設計為普通窗型，沒有隔聲效果。綜上幾個方面，外箱體在隔聲方面實際效果較小，內部噪聲基本能大部分傳到外圍空間。
2.2 現(xiàn)場測量
此次調壓箱的噪聲測量采用BSWA801聲級計進行。噪聲測量選取調壓箱外周3處(檢測點1、2、3，檢測點4用于測量環(huán)境背景噪聲)。調壓箱噪聲檢測點取距箱體外壁正中1m處，高度取箱體高度的一半，測量平面位置見圖l。
噪聲治理前進行了全天候的聲學測量，記錄了箱體內部的噪聲整體水平、能量頻譜分布以及相應的管道流量數據(本文實際測量過程中所提及的流量均為工況流量)，同時對關山大道區(qū)域的背景噪聲水平也進行了記錄。箱體內噪聲最高達到94.9dB(A計權聲壓級，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，符合燃氣管道系統(tǒng)噪聲的特點，噪聲水平隨著管道內介質流速的提高而顯著提高。
武昌關山大道天然氣調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，夏季時蟬等昆蟲鳴叫聲也很明顯，能量分布在高頻范圍。當燃氣流量為50m3／h以下時，調壓箱內的噪聲水平較低，約為61dB，隨著燃氣流量的增加而不斷上升，逐漸成為現(xiàn)場噪聲的主要來源，測量最高值達到94.9dB，能量主要集中在中高頻段內。根據湍流噪聲與流速的6次方成正比[3]，并且以中高頻為主，可以預計冬季高峰用氣時，其箱內噪聲最高可達110dB或更高。
2.3 噪聲源分析
現(xiàn)場調壓箱管道布置緊湊，整體采用多層結構，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生創(chuàng)造了有利條件。調壓箱的管道、閥門、調壓器等設備中天然氣高速流動，產生較強的流動噪聲，同時管道截面變化、旁支管道、彎頭等處都會激發(fā)出大量的二次噪聲。管道本身隔聲量不足以降低管道內的噪聲向外傳播，同時由于流固耦合作用[4]，管道、閥門、儀表等設備本身振動明顯，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，產生了十分刺耳的噪聲且傳播距離更遠。
雖然調壓箱本身具備一定的隔聲量(對于中高頻段)，但由于現(xiàn)場調壓箱壁板、天花板等邊界沒有做吸聲處理，導致箱內噪聲反射強烈，混響聲擴大。同時調壓箱四壁都安裝有檢修門，其原有設計并沒有做隔聲處理，表現(xiàn)在鉸鏈為普通設計，門縫處沒有安裝密封條，門窗隔聲量不夠。上方的通風百葉窗也沒有做消聲處理，致使調壓箱隔聲量大大下降。
2.4 解決方案
降低噪聲有3個處理方式：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，因此從接收者進行降噪的方式不予考慮。對于調壓箱來說，產生噪聲的根源在于天然氣與管道摩擦。因此對管道進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，對箱體進行處理同樣也可有效降低噪聲到達接收者的比例。針對以上分析結果，主要從聲源和傳播途徑進行處理。對于管道、閥門和設備等直接聲源來說，首先要降低其摩擦振動，其次對聲源處噪聲進行吸收。可在管道進行吸振材料敷設，在此基礎上再敷設吸聲材料。對于箱體，可在箱內的壁板、門板、天花板上敷設吸聲材料。
由于該調壓箱要持續(xù)供氣，因此整個施工過程中是帶氣作業(yè)，這對施工就有了更高的要求?？紤]到盡量不動火施工，因此整個降噪施工過程中不能進行焊接、敲擊等容易產生火星的工序。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生的振動噪聲。同時具備完美的閉泡結構和較低的熱導率，20℃時為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，夏天管道結露較為明顯，不僅會影響降噪材料也會使得管道出現(xiàn)腐蝕。采用Armaflex作為里層可避免管道在夏天出現(xiàn)結露情況。
ArmaSound RD 240是一種獨特先進的開孔吸聲材料。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，且安裝時無需龍骨和外護層，無纖維和粉塵污染，整個施工過程僅采用裁刀、刷子和專用膠水即可完成施工。
3、案例降噪工程的實施
3.1 工程周期
降噪工程前后歷時2個月，包括了項目的可行性研究、技術審核、項目施工的報批等程序工作。由于是首個調壓箱以該種方式降噪，在各個環(huán)節(jié)的審議時間較長。但是該項目實際現(xiàn)場的施工時間控制在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
箱體由于使用時間較久，個別門窗出現(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。此次經過與客戶討論，將箱體進行更換處理，新箱體進行外包加工，其門窗設計制作按照降噪要求進行。因此進行降噪工程的第一步是進行舊箱體的拆除。這個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行改進。箱體內表面采用專用膠水粘合吸聲材料，采用帶進深形式的吸聲百葉窗(見圖2)，并在表面敷設吸聲材料，使得噪聲在箱體內進行多次反射和吸聲，箱體的漏聲率降低。
3.3 管道施工
管道分兩層進行包裹，第一層的作用在于絕熱，同時也達到吸收管道物理振動的功效，防止管道結露的同時可以降低噪聲。第二層用于減弱聲波，大部分的噪聲在通過該層的時候得到有效的吸收。兩層材料均屬柔性板材，通過模型計算，對應管道結構和設備進行包裹材料切割設計，通過專用膠水粘合成型，緊密貼合管道和設備。成型材料在管道上就位后采用專用膠水進行封口閉合，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、噪聲數據分析
4.1 噪聲治理后的聲學測量數據
噪聲治理后進行了全天候的聲學測量，記錄了箱體內部的噪聲整體水平、能量頻譜分布以及相應的管道流量數據，同時對箱體外部的噪聲水平也進行了記錄。箱體內噪聲最高達到75.09dB，總工況流量為1503m3／h。箱體內噪聲最低時為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，燃氣中高頻噪聲略有突出。
箱體外部3個點的噪聲分別為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)時的噪聲，箱體進行降噪處理后可有效隔絕噪聲，但對箱內噪聲僅有較小幅度的吸收。對管道進行降噪后，箱內的噪聲可以達到較大幅度的下降。各施工階段高峰時噪聲測量結果見表l。
在測量點4處實測調壓箱的環(huán)境背景噪聲不低于65dB。當箱體進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，這是由于調壓箱產生的噪聲值已經低于環(huán)境噪聲值，說明降噪施工后使調壓箱噪聲已低于周邊環(huán)境背景噪聲。對比箱體內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發(fā)現(xiàn)，其燃氣噪聲頻段(中高頻段)有非常明顯的降低。
5、結論
對于調壓箱箱體內部噪聲而言，治理后其噪聲整體水平有明顯降低，主要體現(xiàn)在燃氣設備產生噪聲(中高頻噪聲)的有效降低。在箱體外測量點上，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，說明燃氣設備產生的噪聲已經得到了較好的降低和隔離。
針對已經投入使用的調壓箱，在不停氣的情況下，采用該種敷設降噪材料進行降噪的方式具備可行性和實用性。
參考文獻
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（本文作者：王明 廣州多關時燃氣設備有限公司）
