埕岛海洋平台天然气压缩机噪声仿真与分析

郑立新，罗宏志，刘建华，丛 军，甘 璐，刘学智

(中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司，山东 东营 257000)

计算机与信息化

埕岛海洋平台天然气压缩机噪声仿真与分析

郑立新，罗宏志，刘建华，丛 军，甘 璐，刘学智

(中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司，山东 东营 257000)

受空间的限制，海洋石油平台主要噪声源的噪声总是对整个平台区域产生持续的影响。噪声由振动引起，振动损害设备，噪声污染环境。本文对埕岛二号海洋石油平台上的天然气压缩机设备进行了振动与噪声测试，并在此基础上建立了声学模型，仿真分析了各设备周围的声压及声功率分布。分析结果表明，噪声的辐射范围受周边设备的遮挡影响，尤其是高频频带噪声受遮挡影响更明显。据此，本文提出了改善噪声场分布的具体措施，指出了应该重点进行个人隔声防护的区域。

采油平台；噪声；边界元；仿真

1 研究背景

海洋石油平台在环境恶劣的海洋中受到各种载荷的作用，并会配置大量的髙功率动力设备，这会引发机械振动和噪声辐射。由于海洋平台大多均为钢材制成，阻尼小，振动和噪声更容易传递。严重振动会导致平台设备、结构疲劳破坏。噪声对平台人员的工作和生活环境造成污染，带来不适的感觉，并损害健康。在以人为本的社会大环境下，减振降噪问题日益受到重视。

胜利油田海洋采油厂埕岛中心二号海洋石油平台主要包含生活平台、注水平台、动力平台、储罐平台四个平台区域，主要的噪声设备有：天然气压缩机、空压机、大型注水泵、污水提升泵等，其噪声声压级均达到90 dB(A)以上；受其影响，生活区职工宿舍内的噪声在40～55 dB(A)之间。本文选择天然气压缩机进行测试和仿真。

2 测试和仿真

2.1 测试方法和标准

测量方法按照GBZ/T189.8-2007《工作场所物理因素测量第8部分：噪声》执行，噪声结果的判定按照GBZ/T2.2-2007《工作场所有害因素职业接触限值第2部分：物理因素》的要求进行。

表1 测量内容、设备及方法

2.2 测试数据

该设备噪声主要由压缩机产生。图1～3分别为压缩机的振动加速度、噪声声压和功率谱。

图1 天然气压缩机振动加速度

图2 压缩机噪声声压图

图3 压缩机噪声功率谱(A计权，1/3倍频程)

2.3 建模与仿真

由图可知，压缩机振动加速度最大值为40 g，噪声声压为12Pa，声压级最大值为91.5dB，位于300Hz频带附近。使用SolidWorks建立该设备的三维模型(图4)，使用Ansys划分边界元网格，使用Virtual Lab进行仿真。在四个压缩机处插入点声源进行解算分析，数据提取区域为采油平台地面，如图5外围网格所示。300Hz频率噪声的分析结果如图6所示。在云图中选择距离压缩机底座边缘分别为0.5 m、1 m、2 m、4 m、5 m的5个点，提取数据如图所示，与现场测试数据基本吻合。说明本算例较为精确，解算结果符合实际。

图4 天然气压缩机声学三维模型

图5 噪声分布场点边界元网格

图6噪声在平台平面的分布云图(300Hz)

3 噪声治理方案

3.1 振动噪声产生原因分析

海洋平台上压缩机组应用广泛，也是产生噪声和振动的主要装备。压缩机的振动主要集中在轴承、转子以及管路等结构上，主要包括机械振动、流体振动、管路振动等方面，由此产生了机械噪声、流体动力性噪声、电磁噪声。其中，机械噪声主要是由机械各零件间的相互作用力引起的，各零件间的相互作用会引起机械结构的振动噪声。

此外，电机轴承在运转时，其内部各运动元件间的摩擦，碰撞以及振动也会引起噪声。压缩机结构复杂，运动时每个振动部件都会发出声音，并且声音频率和幅值都不相同。因此，压缩机运动产生的振动噪声频带很宽。这些噪声主要由压缩机组的设计、选材、加工等因素决定，不会随着压缩机的运行而逐渐减小。流体动力性噪声主要包含旋转噪声、进排气口噪声等部分。

对于目前海洋平台来讲，由于压缩机的型号确定以后，其转速也随之确定，从而也确定了管路系统的激振力频率。

3.2 减噪方案措施

3.2.1 隔声降噪

采用隔声构件将噪声源和接收者分开，隔离空气噪声的传播，从而降低噪声污染程度。采用适当隔声设施，能降低噪声级20～50dB(A)。

图7 声屏障安装示意图

图7所示为天然气压缩机隔声屏障示意图。依据前述仿真分析结果，在设备外围，靠近生活平台侧设置隔音屏障进行噪声隔离。

3.2.2 个人防护措施

图8 天然气压缩机噪声严重区域(R=12.5 m)

采取个人防护是最有效、最经济的办法。个人防护用具有耳塞、耳罩、耳棉等。耳塞一般平均隔声可达20dB(A)以上，性能良好的耳罩可达30dB(A)。

根据边界元噪声场点分析结果，天然气压缩机周围的噪声声压分布如图8所示。在该设备附长时间工作时，如果已经进入圆圈范围，建议佩戴耳罩、耳塞等防护用具。

4 结论

本文结合实测数据以及噪声的基本方程相关理论，利用有限元+边界元的方法对声压、声功率和声强、声级和频谱等参数进行分析，得出目标平台上主要噪声激励源及其分布情况最终建立声学模型，对关键设备的噪声声压级水平进行数值预报。最终验证预测值与实际测试的误差，并据此提出优化完善治理方案。

同时，本文分析了振动、噪声产生的原因，形成了对设备行之有效的降噪方案。

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(本文文献格式：郑立新，罗宏志，刘建华，等.埕岛海洋平台天然气压缩机噪声仿真与分析[J].山东化工,2017,46(3):120-122.)

Chengdao Offshore Natural Gas Compressor Noise Simulation and Analysis

ZhengLixin,LuoHongzhi,LiuJianhua,CongJun,GanLu,LiuXuezhi

(China Petroleum Chemical Co.,Shengli Oilfield Branch,Dongying 257000,China)

Restricted by space,the main noise source of the offshore oil platform always have a lasting impact on the entire platform area. The noise caused by vibration,vibration damage equipment,and noise pollute environment. In this paper,the vibration and noise of natural gas compressor in Chengdao No.2 offshore platform were tested,and on this basis,the acoustic model was established to simulate and analyzing the sound pressure and sound power distribution.The analysis results show that the noise radiation effected by peripheral devices,especially high frequency band noise is shielded more obviously. Accordingly,this paper put forward specific measures to improve the noise distribution,pointed out the area that should focus on individual sound insulation protection.

oil production platform; noise; boundary element; simulation

2016-12-30

郑立新(1968—)，男，山东寿光人，安全环保处副处长，从事海上安全环保管理和技术管理工作。

TQ015.9

A

1008-021X(2017)03-0120-03