image
energas.ru

Газовая промышленность № 05 2018

Охрана труда и промышленная безопасность

01.05.2018 11:00 ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ МЕТОДАМИ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ
При транспортировке природного газа через систему магистральных трубопроводов возникает необходимость размещения технологической обвязки нагнетателей компрессорных станций над поверхностью земли. Открытые участки технологической обвязки характеризуются высокой мощностью излучаемого шума, что обусловливает вредные условия труда обслуживающего персонала и шумовую нагрузку на экологические системы вокруг газотранспортных предприятий. Снижение интенсивности шума технологической обвязки нагнетателей может осуществляться двумя способами: установкой глушителей внутри потока газа или установкой специальных звукоизолирующих конструкций на поверхности трубопровода. В настоящее время в основном применяются специальные звукоизолирующие покрытия на трубопроводы. Обычно трубопроводы выполняются из цилиндрических труб с незначительной толщиной стенок. Исследования звукоизолирующей способности стенок показали, что она не подчиняется закону массы и по-разному зависит от частоты звука (в зависимости от типа возбуждения). Подавляющее большинство наземных трубопроводных обвязок газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций ПАО «Газпром» оснащены тепло- и шумоизоляционными покрытиями различной конструкции, предназначенными для защиты персонала станции от акустического и теплового воздействия, оказываемого трубопроводами. Каждый тип конструкции характеризуется как достоинствами, так и недостатками. Специалистами ООО «Газпром ВНИИГАЗ» проанализированы исследования по звукоизоляции трубопроводов Научно-исследовательского института строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук. В статье рассмотрены результаты испытаний большого количества звукоизолирующих конструкций и даны рекомендации по применению оптимальных конструкций. При изоляции звукоактивных трубопроводов эластомерными материалами существенным преимуществом считается возможность моделировать звукоизолирующие конструкции согласно поставленной акустической задаче. К недостаткам эластомерных материалов на основе каучука относится невысокая пожарная стойкость (класс Г1), в связи с чем их приходится применять с негорючим покрытием класса НГ.
Ключевые слова: ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОБВЯЗКА ТРУБОПРОВОДОВ, ШУМ, ЗВУКОИЗОЛЯЦИЯ, СНИЖЕНИЕ ШУМА, СТЕНДОВОЕ ИСПЫТАНИЕ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ, РЕКОМЕНДАЦИИ, ПРИМЕНЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ.
Открыть PDF


Магистральный трубопровод- ный транспорт считается важнейшей составляющей топливно- энергетического комплекса (ТЭК) России. Неоспоримые преимущества доставки природного газа от мест его добычи до потребителей с помощью газопроводов обусловливают необходимость эксплуатации протяженной и разветвленной системы магист- ральных газопроводов большой протяженности.

Повышение давления газа в сис- теме трубопроводов достигается с помощью нагнетателей природного газа, которые на компрессорных станциях связаны между собой системами технологической обвязки. При этом технологическая обвязка нагнетателей располагается над поверхностью земли. Без применения специальных покрытий на поверхностях трубопроводов в зоне обвязки фиксируются высокие уровни шума, что создает на предприятиях транспорта вредные условия труда обслуживающего персонала, а также шумовую нагрузку на экологические системы вокруг газотранспортных предприятий.

По данным статистических исследований ООО «Газпром ВНИИГАЗ», на объектах транспортировки и хранения газа 63 % выплат за вредность происходит по фактору избыточного шума на рабочих местах. Этот же показатель в области переработки газа составляет 40 %, а в области бурения газовых скважин и добычи газа – 65 %.

Сравнение работоспособности человека в различных условиях показало, что при работах, требующих повышенного внимания, увеличение уровня звука от 70 до 90 дБА снижает производительность труда на 20 %. Поэтому можно отметить, что шумы средних уровней ниже 80 дБА, не вызывающие потери слуха, тем не менее оказывают утомляющее, неблагоприятное влияние. Воздействие постоянного шума такого уровня аналогично влиянию стрессового, напряженного труда.

На предприятиях нефтегазовой промышленности значительное число сотрудников работает в условиях с достаточно высоким уровнем шума. Оценка социально-экономической эффективности мероприятий по снижению шума связана с вероятностью отсутствия повреждения слуха. Социальный ущерб от производственного шума определяется числом рабочих, получивших повреждение слуха, а социальная эффективность мероприятий по снижению шума – их оздоровительным эффектом, т. е. уменьшением заболеваемости.

Исследование уровня и характера заболеваемости персонала считается одним из ведущих критериев неблагоприятного действия вредных производственных факторов. Оно необходимо для обоснования и планирования профилактических мероприятий, в том числе и использования средств защиты. Из данных работы [1] следует, что персонал ОАО «Газпром» работает во вредных условиях труда по шуму, а значит, связан с риском для здоровья и развитием специфической и неспецифической шумовой патологии [2, 3]. В соответствии с Р 2.2.2006–05 условия труда 1-й степени 3-го класса вызывают преимущественно функциональные изменения в организме [4]. Условия труда 2–4-й степени 3-го класса способствуют повышению уровня общей заболеваемости с временной утратой трудоспособности, увеличению производственно обусловленной заболеваемости (сердечно-сосудистая и нервная системы), появлению профессиональной патологии органа слуха (нейросенсорная тугоухость). Кроме того, работа персонала в шумных условиях снижает внимание и может привести к аварийным ситуациям. Таким образом, применение звукоизолирующих конструкций на трубопроводах считается актуальным и необходимым мероприятием.

 

МЕРОПРИЯТИЯ ПО БОРЬБЕ С ШУМОМ

Шум, генерируемый нагнетателями природного газа, распространяется по потоку газа и через открытые поверхности трубопроводов излучается в атмосферу. Кроме того, шум возникает за счет вибрации стенок трубопроводов, вызванной турбулентностью потока газа внутри трубопроводов. При высокой скорости потока газа возникают пульсации давления в турбулентном пограничном слое, которые генерируют шум стенок трубопроводов. С увеличением скорости потока газа и, соответственно, с увеличением турбулентности пограничного слоя излучение шума, вызванного турбулентностью, возрастает. Звуковая мощность трубопровода, генерируемая перечисленными выше источниками, зависит от частоты, габаритных размеров, формы и толщины стенки трубопровода.

Снижение суммарного уровня звуковой мощности трех источников вдоль трубопровода определяется по формуле [1]:

 

∆Lp = ∆Lpкан + 10lg(S/Sкан) + + Zкан – 10 lg(1 + 10-0,1∆L) + 3 - ∆Lп,

 

где Lpкан – суммарное снижение уровня звуковой мощности по пути распространения звука между источником шума и рассматриваемым участком трубопровода, дБ (определяется ориентировочно на основании экспериментальных данных); S – площадь наружной поверхности трубопровода, через которую шум проникает в помещение, м2; Sкан – площадь поперечного сечения канала, м2; Zкан – звуко- изолирующая способность стенок канала, дБ; ∆Lп – поправка, учитывающая влияние характеристики звукового поля в канале (наличие косых волн, отражений и др.), дБ.

Снижение уровня звукового давления по пути распространения шума возникает в результате перераспределения звуковой мощности при разветвлении трубопровода, отражения звука от фасонных элементов трубопроводов, поглощения звуковой энергии в результате вязкого трения в системе «поток – стенка» и вибрации стенок, а также излучения звуковой мощности в окружающую среду.

Известно, что в настоящее время защита от шума трубопроводов достигается за счет увеличения потерь звуковой мощности, распространяющейся от нагнетателей по потоку газа, и повышения звукоизолирующей способности трубопровода [1]. Для применения первого способа необходимо устанавливать глушители шума внутри трубопровода, что вызовет увеличение диаметра газопровода, повышение гидравлических потерь в потоке газа, необходимость создания системы безопасности трубопровода. Вторым способом защиты от шума трубопроводов является применение звукоизолирующих конструкций: специальных звукоизолирующих покрытий на поверхности трубопроводов и звукоизолирующих кожухов. Наибольшее распространение в газовой промышленности получили специальные звукоизолирующие покрытия.

Трубопроводы изготавливаются из цилиндрических труб. При этом толщина трубы значительно меньше радиуса трубы, и начиная от трубопроводов радиусом более 0,25 м, их допустимо считать тонкими оболочками. Эта тонкая оболочка не подчиняется закону массы, заключающемуся в увеличении звукоизоляции с увеличением массы. Зависимость звукоизоляции от частоты звука изменяется при изменении типа возбуждения.

 

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

По данным АО «Газпром оргэнергогаз» [5], подавляющее большинство наземных трубопроводных обвязок газоперекачивающих агрегатов (ГПА) компрессорных станций ПАО «Газпром» оснащены тепло-, шумоизоляционными покрытиями, предназначение которых – защита персонала станции от акустического и теплового воздействия, оказываемого трубопроводами. Изолируются, как правило, все наземные технологические трубопроводы ГПА.

В качестве покрытий использовались конструкции на основе минераловатных матов, из пеностекла с применением материалов Foamglas и покрытия на основе битумных мастик.

Обследованные покрытия на основе битумной мастики в большинстве случаев имели неудовлетворительное техническое состояние по причинам длительной эксплуатации. Акустическая эффективность данных конструкций невелика – не более 10 дБА.

Покрытие на основе пеностекла после 1 года эксплуатации считалось неудовлетворительным. Обнаружены отрывы секций покрытий на вертикальных участках границы «земля – воздух» выходных трубопроводов ГПА (рис. 1). Акустическая эффективность, измеренная в практических условиях, была сопоставима с данными, полученными по битумно-мастичным покрытиям.

Следует отметить, что именно эти покрытия рассмотрены в СТО Газпром 2-2.1-127–2007 [6] и рекомендованы в СТО Газпром 2-2.1-264–2008 [7].

Конструкции с минераловатными матами показали акустическую эффективность около 13– 16 дБА.

Целесообразность применения звукоизолирующей конструкции, которая не приводит к сколь существенному изменению условий труда и к тому же недостаточно надежна в эксплуатации, весьма сомнительна.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ НА СТЕНДЕ

Специалистами ООО «Газпром ВНИИГАЗ» выполнен анализ большого объема исследований Научно-исследовательского института строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук (НИИСФ РААСН) по звукоизоляции трубопроводов.

Акустические испытания звукоизолирующих покрытий на металлические трубы проводится на аэроакустическом стенде НИИСФ РААСН, что позволяет сделать объективные выводы о звукоизолирующей способности различных материалов при абсолютно одинаковых условиях.

В состав стенда входят: металлическая реверберационная камера (объем 130 м3), звуковой генератор шума типа 03004 № 31125 производства компании «Роботрон» (Германия), усилитель мощности типа QSC ISA 280 Professional Amplifier компании QSC (США), источник звука (громкоговоритель – звуковые колонки). Для измерений используется прецизионная акустическая измерительная аппаратура.

Методика испытаний отвечает требованиям ГОСТ Р ИСО 15665–2007 [8].

Данные исследований показали, что при широкополосном спектре шума звукоизоляция минераловатными и стекловатными утеплителями может не дать ощутимого эффекта. Исследования, проведенные в НИИСФ РААСХН, хорошо иллюстрируют возможности изоляции волокнистых материалов различных производителей, которые имеют ряд различий, в том числе по толщине, а также акустической эффективности ∆L, дБ, в частотных диапазонах f, Гц (октавных полосах частот) (рис. 2) [9].

Согласно анализу полученных данных все испытанные материалы обладают незначительным акустическим эффектом в области шумов частотного диапазона до 500 Гц, что не покрывает область превышения уровня звукового давления большинства технологических шумов. К тому же некоторые конструкции могут вносить негативный вклад в акустическую обстановку, так как добавят уровень шума в диапазоне частот, где эффективность системы ниже 0 дБ.

Принятые к звукоизоляции комбинированные системы материалов на основе пеностекла обладают недостаточным акустическим эффектом при довольно внушительных расходах на приобретение и монтаж конструкции [10].

В НИИСФ РААСХН были испытаны два варианта конструкции с пеностеклом. Они имеют в составе пеностекло и минеральную вату, покрытую оцинкованным листом толщиной 100–120 мм (рис. 3). Как и в работах [9, 10], конструкции малоэффективны в низком и среднем частотных диапазонах. Из-за превышения нормативного уровня звукового давления конструкции пригодны для изоляции только высокочастотного шума.

В последнее время в качестве звукоизолирующих конструкций были предложены новые сис- темы на основе эластомерных материалов российского производства, эффективность которых заметно выше традиционных материалов, давно присутствующих на рынке.

Для иллюстрации заявленных свойств рассмотрим акустическую эффективность разных звукоизолирующих покрытий [11].

 

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Существенным преимуществом при изоляции звукоактивных трубопроводов эластомерными материалами считается возможность моделировать звукоизолирующие конструкции согласно поставленной акустической задаче. К недостаткам эластомерных материалов на основе каучука относится небольшая пожарная стойкость этих материалов (класс Г1), что обусловливает необходимость их применения с негорючим покрытием класса НГ.

При применении звукоизоляции из материалов K-FONIK решается одновременно ряд задач:

– первым слоем конструкции всегда считается демпфирующий слой закрытой ячеистой структуры определенной толщины, что позволяет при монтаже на сухой трубе избежать конденсации влаги под звукоизоляцией и, следовательно, уменьшить риск возникновения коррозии;

– кроме уникальных звуко- изолирующих возможностей конструкция обладает высокими теп- лоизолирующими свойствами, поэтому, проведя теплотехнический расчет, можно рассчитать необходимую толщину конструкции, исключающую образование конденсата на поверхности трубопровода;

– при изоляции фасонных элементов и запорной арматуры использование эластичного материала K-FONIK позволяет аккуратно, быстро и качественно произвести монтаж; материалы склеиваются клеем K-FLEX, при этом из отдельных сегментов формируются необходимые геометрические формы;

– при необходимости постоянного контроля участков трубопровода можно использовать съемные звукозащитные чехлы, сделанные на основе материалов K-FONIK, K-FLEX;

– звукоизолирующие конструкции K-FONIK и K-FLEX ремонтопригодны, и уже использованные материалы могут быть применены при повторном монтаже;

– любое место изолированной конструкции применимо к вырезанию технологических люков для обеспечения контроля пригодности.

По проведении акустических замеров на действующих объектах, определении источников шума и составлении акустической карты объекта принимаются решения о выборе той или иной звукоизолирующей конструкции.

При подборе материала для шумоизоляции трубопровода нужно учитывать спектральный состав шума и выбирать изолирующие материалы согласно их возможностям подавить шум в необходимых пределах и в конкретных областях превышений относительно предъявляемых нормативных требований.

При акустическом проектировании необходимо учитывать: значительное количество фасонных элементов; запорно-регулирующую арматуру; перепад сечений трубопроводов, которые считаются источниками максимального шума; установку опор как возможные акустические мостики – проводники шума. Лишь в незначительной степени исследован факт воздействия неоднородного температурного режима транспортируемой среды на звукоизолирующие свойства материалов.

Применение новых перспективных материалов тормозится из-за огромного количества нормативных документов, иногда противоречащих друг другу. Затрудняют внедрение взаимоисключающие требования к материалам, их акустическим, пожарным и прочим свойствам. До настоящего времени не было единого утвержденного подхода к оценке акустических требований к материалам, что приводило к ошибкам в подборе данных материалов.

ВЫВОДЫ

Исходя из данных, предоставленных АО «Газпром оргэнергогаз», основная часть наземных трубопроводных обвязок газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций ПАО «Газпром» оснащена тепло- и шумоизоляционными покрытиями. Их предназначение – защита персонала станции от акустического и теплового воздействия, оказываемого трубопроводами. Все наземные технологические трубопроводы ГПА изолируются.

Обследованные покрытия на основе битумной мастики в связи с длительностью эксплуатации имели неудовлетворительное техническое состояние. Их акустическая эффективность составила не более 10 дБА.

Покрытие на основе пеностекла по истечении одного года эксплуатации оказалось неудовлетворительным. Были обнаружены отрывы секций покрытий на вертикальных участках границы «земля – воздух» выходных трубопроводов ГПА. Акустическая эффективность, измеренная в практических условиях, близка к данным, полученным по битумно-мастичным покрытиям.

Конструкции с минераловатными матами показали акустическую эффективность в пределах 13–16 дБА. Принятые к звукоизоляции комбинированные системы материалов на основе пеностекла обладают недостаточным акустическим эффектом при довольно серьезных расходах на приобретение и монтаж конструкции.

Возможность моделировать шумоизолирующие конструкции согласно поставленной акустической задаче является важным преимуществом при изоляции звукоактивных трубопроводов эластомерными материалами. К недостаткам материалов на основе каучука, как правило, относится слабая пожарная стойкость эластомеров (класс Г1). Это предполагает необходимость их применения с негорючим покрытием класса НГ.

Отсутствие реестра подобных материалов, допущенных к применению в «Газпроме», делает путь распространения актуальной и передовой информации к проектным организациям длительным, что препятствует реализации Программы по импортозамещению.



← Назад к списку