СНИЖЕНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ РИСКОВ В МАШИННЫХ ЗАЛАХ ДОЖИМНЫХ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

REDUCTION OF ACOUSTIC RISKS IN ENGINE ROOMS OF BOOSTER COMPRESSOR STATIONS IN THE CONDITIONS OF THE FAR NORTH

Polyakova Nina Maksimovna

Master’s student, Department of Technosphere Safety, Tyumen Industrial University,

Russia, Tyumen

Litvinova Natalya Anatolyevna

Scientific Supervisor, Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Technosphere Safety, Tyumen Industrial University,

Russia, Tyumen

АННОТАЦИЯ

В статье исследуются механизмы формирования неблагоприятной акустической обстановки в машинных залах дожимных компрессорных станций на газоконденсатных месторождениях Крайнего Севера. На основе анализа объемно-планировочных решений ангарных помещений большого строительного объема (16200 м3) показано влияние многократных отражений звуковых волн от ограждающих конструкций на формирование избыточного диффузного звукового поля. Предложен научно обоснованный комплекс архитектурно-акустических и инженерных мер защиты, включающий монтаж подвесных звукопоглощающих баффлов из базальтового волокна и локализацию агрегатов тяжелыми вибродемпфирующими кожухами капсульного типа. Расчетным путем доказана возможность снижения уровня шума на 7–9 дБА и перевода условий труда машинистов компрессорных установок в класс с допустимой степенью вредности.

ABSTRACT

The article examines the mechanisms of the unfavorable acoustic environment formation in the engine rooms of booster compressor stations at gas condensate fields in the Far North. Based on the analysis of space-planning solutions of hangar-type buildings with a large construction volume (16,200 m³), the effect of multiple reflections of sound waves from enclosing structures on the formation of an excessive diffuse sound field is shown. A scientifically grounded complex of architectural-acoustic and engineering protective measures is proposed, including the installation of suspended sound-absorbing baffles made of basalt fiber and the localization of units with heavy vibration-damping casing-type enclosures. The possibility of reducing noise levels by 7–9 dBA and transferring the working conditions of compressor operators to a class with an acceptable degree of harm has been proven by calculation.

Ключевые слова: техносферная безопасность; дожимная компрессорная станция; газоперекачивающий агрегат; производственный шум; диффузное поле; формула Сэбина; акустические баффлы; звукоизолирующий кожух; Крайний Север.

Keywords: technosphere safety; booster compressor station; gas compressor unit; industrial noise; diffuse field; Sabine formula; acoustic baffles; soundproof casing; Far North.

Освоение газоконденсатных месторождений Ямало-Ненецкого автономного округа сопряжено с одновременным воздействием суровых природно-климатических факторов и высоких техногенных нагрузок [1]. На поздних стадиях разработки месторождений ключевым технологическим звеном промысла становятся дожимные компрессорные станции (ДКС), обеспечивающие компримирование углеводородного флюида до требуемых параметров транспортировки [7]. Как показывают сводные данные специальной оценки условий труда (СОУТ), подразделение ДКС характеризуется наибольшей долей рабочих мест с вредными классами условий труда (свыше 60 % относятся к классам 3.2 и 3.3) [2]. При этом профессия «Машинист технологических компрессоров» является наиболее уязвимой: уровень звука на рабочих местах достигает 98–102 дБА при установленном гигиеническом нормативе 80 дБА [3, 4].

Специфика акустического климата компрессорных цехов обусловлена не только мощностью источников шума – газотурбинных приводов и центробежных нагнетателей, – но и объемно-планировочными параметрами зданий [5, 6]. Типовые машинные залы представляют собой большепролетные сооружения ангарного типа [7]. Для цеха, рассчитанного на эксплуатацию 4–5 газоперекачивающих агрегатов (длина – 72 м, ширина – 18 м, высота до низа ферм – 12,5 м), строительный объем превышает 16200 м3.

Ограждающие конструкции таких сооружений (трехслойные металлические сэндвич-панели с минераловатным сердечником) и бетонные антиискровые полы обладают крайне низким коэффициентом звукопоглощения (α≈0,05) [6]. В результате звуковая энергия, генерируемая агрегатами, практически не рассеивается. Происходит многократное отражение волн от плоских жестких поверхностей с формированием устойчивого диффузного звукового поля. Время реверберации (Tрев) в помещениях такого объема достигает 4–5 секунд. Эффект наложения прямого и отраженного звука приводит к дополнительному приросту уровней звукового давления на постоянных рабочих местах и транзитных путях обхода машиниста на 6–8 дБА по сравнению с работой тех же установок на открытых площадках [5].

Поскольку эксплуатационная специфика требует периодического нахождения персонала непосредственно в цехе (контроль герметичности, оценка вибрации и параметров маслосистемы), применение одних лишь средств индивидуальной защиты (СИЗ) органов слуха не решает проблему кардинально. Требуется применение методов коллективной защиты, направленных как на поглощение отраженной звуковой энергии, так и на экранирование источников прямого шума [5, 4].

Для нормализации реверберационного поля цеха предлагается архитектурно-акустическая обработка подпотолочного пространства с использованием дискретных звукопоглотителей – подвесных кулис (баффлов) [6]. Выбор баффлов вместо сплошного подвесного потолка обусловлен технологическими требованиями: свободное пространство между кулисами не препятствует конвективному теплообмену, работе мостовых кранов и функционированию систем автоматического пожаротушения и контроля загазованности.

Расчет требуемой площади звукопоглощающих конструкций основывается на классическом уравнении Сэбина для диффузного поля:

где V – внутренний объем машинного зала (16200 м³), а Aэкв – суммарная эквивалентная площадь звукопоглощения поверхностей помещения, определяемая как:

Aэкв =∑αi Si +ΔA,

где αi – коэффициенты звукопоглощения конструкций площадью S_i, а ΔA – дополнительное звукопоглощение, вносимое штучными поглотителями [6].

Конструкция баффлов представляет собой перфорированные металлические кассеты размером 1200×600×50 мм, заполненные гидрофобизированными плитами из базальтового волокна плотностью 45–60 кг/м³ [6]. Проникая через перфорацию, акустическая волна испытывает сопротивление в пористой структуре волокна, трансформируя кинетическую энергию колебаний воздуха в тепловую за счет молекулярного трения.

Дополнительно верхняя треть продольных стен машинного зала облицовывается негорючими звукопоглощающими панелями [5]. Такое размещение исключает риск механического повреждения облицовки при перемещении ремонтных грузов на нулевой отметке. В результате данных мер средний расчетный коэффициент звукопоглощения цеха возрастает с исходных 0,05 до целевых 0,38–0,40, что сокращает расчетное время реверберации до 1,2–1,4 секунды и обеспечивает гарантированное снижение плотности отраженного звука в зоне обслуживания на 7–9 дБА [6].

Для нейтрализации прямого излучения от наиболее интенсивных источников шума (корпусов центробежных нагнетателей и силовых газотурбинных установок) необходимо локальное капсулирование. Предлагается установка быстроразборных вибродемпфированных кожухов капотного типа. Конструкция кожуха строится по трехслойной схеме «масса–упругость–масса»:

• Внешняя обшивка из листовой стали толщиной не менее 3 мм;
• Внутренний вязкоэластичный мастичный слой, наносимый непосредственно на металл для гашения изгибных колебаний и исключения резонанса стенок кожуха;
• Внутренний звукопоглощающий слой минеральной ваты толщиной 100 мм, защищенный базальтовой тканью и металлической сеткой [5].

Поскольку компрессорное оборудование характеризуется значительными тепловыделениями и потенциальной возможностью утечек взрывоопасного метана, кожухи проектируются с герметичными технологическими люками, индивидуальной системой принудительной вытяжной вентиляции с пластинчатыми глушителями шума в каналах, а также датчиками довзрывных концентраций углеводородов.

Внедрение предложенного комплекса защитных мер обеспечивает синергетический эффект: капсулирование снижает прямой шум агрегатов на 12–15 дБА, а подпотолочные баффлы ликвидируют эффект накопления звуковой энергии в объеме здания [5, 6]. В сочетании с организационными мерами (сокращение времени непрерывного пребывания машиниста в зале за счет дистанционной вибро- и тепловизионной телеметрии) интегральный эквивалентный уровень шума на рабочем месте снижается до 76–78 дБА [2, 7]. Это позволяет перевести рабочее место машиниста компрессорных установок из устойчиво вредного подкласса 3.3 в допустимый класс условий труда 2 (либо вредный подкласс 1 степени 3.1 исключительно по совокупности микроклиматических факторов), что кардинально нивелирует риск развития профессиональной нейросенсорной тугоухости у персонала.

Список литературы:

1. Бахтияров, А.И. Специфика условий труда на газоконденсатных месторождениях Крайнего Севера / А.И. Бахтияров // Вестник техносферной безопасности. – 2023. – № 4. – С. 45⁠–⁠52.
2. Тимофеева, С.С. Оценка профессиональных рисков в нефтегазовой отрасли: монография / С.С. Тимофеева. – Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2021. – 186 с.
3. СанПиН 1.2.3685⁠–⁠21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».
4. ГОСТ 12.1.003⁠–⁠2014. Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности. – М.: Стандартинформ, 2019.
5. СП 51.13330.2011. Защита от шума. Актуализированная редакция СНиП 23-03-2003. – М.: Минрегион России, 2011.
6. Иванов, Н.И. Инженерная акустика. Теория и практика борьбы с шумом: учебник / Н.И. Иванов. – Москва: Логос, 2018. – 424 с.