上海中廣通環保科技有限公司
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1 化工生產冷卻塔的結構
化工生產冷卻塔一般采用多組大型塔式組合的形式，由塔體、電動機、風機、水輪機、風筒、淋水器、進風口、下塔體(集水池)、以及管路、循環水泵、閥門等組成,冷卻塔結構見圖1、圖2。冷卻塔在工業生產中主要是利用水和空氣的接觸，通過蒸發作用來散去制冷設備中產生的廢熱。其工作原理是外界環境的空氣通過塔頂上部風機抽動后，冷空氣自下部的進風口進入冷卻塔內，與塔內下落的熱水流進行交換，產生蒸發現象，并通過頂部風筒將水中的熱量帶走，從而達到降溫的目的。
圖1 冷卻塔主體全貌
圖2 冷卻塔結構示意圖
2 噪聲源分析
根據冷卻塔的結構特點及工作原理，其噪聲源主要有以下幾個方面：淋水噪聲、風機噪聲、電機/水輪機噪聲及管道系統噪聲。
2.1 淋水噪聲
冷卻水從落水裝置下落時與塔底蓄水池水面撞擊產生淋水噪聲，其頻譜本身呈現中、高頻特性，噪聲級與落水高度、單位時間內的水流量有關。冷卻塔進風口面積很大，淋水噪聲呈面聲源向外輻射，在近場區域，淋水噪聲占主要地位，同時，因為進風口需要有大風量空氣進入塔內進行對流交換，故冷卻塔下部封閉降噪方案不可行。噪聲具體產生部位見圖2。
2.2 風機噪聲
風機噪聲也是冷卻塔主要的噪聲源，它是一種空氣動力噪聲，包括湍流噪聲和旋轉噪聲。當氣流通過葉片表面時，會在其背部脫體，在尾部由于氣流的粘滯形成一系列渦流，從而產生湍流噪聲，它具有連續頻譜特性。旋轉噪聲是由葉片旋轉時形成壓力脈產的，它與葉片數、轉速、氣體流量等有關，它的頻譜呈低、中頻特性，由于低頻噪聲傳播衰減慢，所以風機噪聲對廠界及遠場區域均有很大影響。噪聲具體產生部位見圖2。
2.3 電機和水輪機噪聲
電機噪聲由電磁噪聲和機械噪聲組成，水輪機噪聲主要是旋轉齒輪嚙合時產生的機械噪聲，這些噪聲比淋水噪聲和風機噪聲要低，如果電機裝在風筒的外部，則需要進行降噪處理。噪聲具體產生部位見圖2。
2.4 管道系統噪聲(包含循環水泵、管路、閥門等)
圖3 冷卻塔氣流流動及噪聲輻射方向
管道系統噪聲主要由循環水泵運行的機械噪聲、閥門內流體的沖擊噪聲、管道內流體的沖擊噪聲和振動噪聲。噪聲具體產生部位見圖3。
3 冷卻塔噪聲治理
本項目位于陜西某化工集團廠區北側，冷卻塔毗鄰廠界北側，東西延伸210 m, 距離廠界北側圍墻約500 m的為居民區，噪聲投訴對企業形成長期困擾。廠區和居民區位置圖如圖4。
圖4 工廠與居民區位置圖
2015年在冷卻塔的頂部安裝了隔吸聲屏障，雖然有一定降噪效果，但仍難達標，表1為治理前后監測情況，監測點位沿圍墻外210 m廠界均勻布點監測。
表1冷卻塔上部風機出口采取隔音措施前后 廠界噪聲監測情況
3.1 治理方案分析
冷卻塔上部噪聲主要為風機噪聲，經過治理各點位噪聲降幅約在10分貝左右。但冷卻塔下部的淋水噪聲、管道噪聲等是影響廠界噪聲的主要聲源。冷卻塔下部進氣口組合噪聲的傳播方式，可認為是以長條矩形的平面波形式輻射，且以寬頻的特性向遠處傳播，傳播越遠低頻特性越強。此外，除底部的風機系統噪聲和淋水噪聲外，管道噪聲也不能忽視，雖輻射面小，但噪聲級高。風機系統噪聲對遠處影響較大，淋水和管道噪聲對廠界噪聲影響較大。
3.2 冷卻塔噪聲綜合治理方案
經對涼水塔運行要求和噪聲治理要求的綜合考慮，對涼水塔頂部排風噪聲以隔聲擋聲為主，使其反射到敏感源的另一側；將風機改為中空玻璃纖維材質，通過減輕重量，減少震動降低噪聲；在淋水方面通過優化填料結構，改善布水方式，增加換熱效率，減小落水噪聲；下部進風部位綜合隔音和進風要求，總體的隔吸聲結構采用三種隔聲結構相結合：底部磚混墻體結構，起到隔聲及基礎作用，用來支撐上部結構；多通道片式消音器，采用風道式隔吸聲板結構，既起隔聲吸聲作用又能滿足通風；上部隔聲窗結構，滿足隔聲及采光作用；頂部采用隔音板，隔音擋音。形成整體通風的隔音間，如圖5所示。
圖5 綜合方案示意圖
3.2.1 多通道片式消音器
增設進排氣消聲器將影響通風效果，因此在消聲器的選擇上除了消聲量的要求外，通風阻力要小。一般采用消聲圍裙(消聲空腔),進風通過消聲百葉窗進入，使得淋水聲通過進風口向外輻射時有較大的衰減。消聲器的消聲量與消聲器的結構形式、空氣通道橫斷面的形狀與面積、氣流速度、消聲器長度，以及吸聲材料的種類、密度、厚度、護面板材料等因素有關，消聲器一般有直管式、片式、蜂窩式、折板式和聲流式等，根據實際情況進行特殊設計。
本項目中設計的消聲風道是一種阻性消聲器，是在氣流通道的內壁加襯一層吸聲材料或吸聲結構(本項目填充材料選用玻璃吸聲棉),形成一個吸聲通道結構，既能滿足通風要求，又能達到消聲降噪的作用。聲波在吸聲通道中傳播，因摩擦將聲能轉化為熱能而散發掉，使沿通道傳播的噪聲隨距離而衰減，從而達到消聲目的，對高頻噪聲有良好的消聲效果。
圖6 多通道片式消聲器示意圖
本方案中的消聲器結構均為阻性消聲，其消聲量的計算方法采用公式(1):
LA=φα0LS×l(1)
式中：L為氣流通道周長(m);S為氣流通道截面積(m2);l為管道長度(m);φα0公式中修改為消聲系數，與材料的吸聲系數α0有關，其換算關系如公式(2):
φα0=4.34×1?1?α0√1+1?α0√(2)
表2超細玻璃棉吸聲系數
由此計算得出各頻率消聲量：
表3不同倍頻程中心頻率消聲量
3.3 治理前后廠界噪聲測量情況
綜合治理措施實施后，按照治理前的監測點位和檢測時段(晚22:00-23:00)進行復測，廠界噪聲測點分布及噪聲級如圖7,治理后，廠界噪聲排放滿足《工業企業廠界環境噪聲排放標準》3類功能區夜間55 dB(A)限值要求。
圖7 冷卻塔單側噪聲測點及聲級分布
治理前后噪聲值及消音量見表4。
表4噪聲治理完成后監測效果對比(夜間)
4 結 論
本文通過對冷卻塔運行噪聲產生及治理原理分析，對因冷卻塔運行造成的廠界噪聲超標問題提出了可行的技術方案，并通過案例實施證實了方案的可行性，敏感點位最大降噪18.4 dB(A),平均降噪16.67 dB(A),使企業廠界環境噪聲達標排放。但噪聲問題是一個綜合問題，特別是生產設備和工藝復雜的大型企業，廠內生產設備機械噪聲、放空噪聲、管道噪聲等交錯產生，持續噪聲、間歇噪聲等產生隨機性強。要徹底解決工業廠內及廠界周圍噪聲問題，建議必須堅持從大到小，持續治理，不斷解決顯著噪聲對環境的影響。此外，加強隔音消音設備運行維護，保證生產設施穩定運行也是杜絕噪聲產生的最有效途徑。
上海冷卻塔降噪專業公司中廣通環保科技多年深耕冷卻塔噪音治理領域，對商業屋面冷卻塔降噪、工業廠界地面冷卻塔噪聲處理、橫流開式冷卻塔隔音降噪、閉市冷卻塔噪音處理等各種場景各種類型冷卻塔噪聲大都有著專業的工程經驗，從聲學定位到方案制定到施工驗收，全程一站式噪音治理服務商，更多噪聲治理問題歡迎撥打主頁電話進行咨詢。
