CC BY
15ОХРАНА ТРУДА И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
УДК 628.517
А.Л. Терехов1, e-mail: A_Terekhov@vniigaz.gazprom.ru; А.М. Семенцев1, e-mail: A_Sementsev@vniigaz.gazprom.ru 1 ООО «Газпром ВНИИГАЗ» (Москва, Россия).
Снижение профессиональных рисков при обслуживании нагнетателей природного газа на компрессорных станциях
В статье рассматриваются проблемы, связанные с необходимостью снижения профессиональных рисков на компрессорных станциях. Указано, что воздействие на организм человека шума с высокой интенсивностью излучения может привести к возникновению аварийных ситуаций в связи со снижением концентрации внимания работников, занятых на опасных производственных объектах. Определена природа возникновения шума. Приведены результаты исследований возможности снижения уровня шума изменением конструктивных параметров источника шума и технологических характеристик работы нагнетателей природного газа.
Ключевые слова: нагнетатели природного газа, компрессорная станция, риск профессиональных заболеваний, снижение шума.
A.L. Terekhov1, e-mail: A_Terekhov@vniigaz.gazprom.ru; A.M. Sementsev1, e-mail: A_Sementsev@vniigaz.gazprom.ru
1 Gazprom VNIIGAS LLC (Moscow, Russia).
The Reduction of Professional Risks in The Maintenance of Pumps of Natural Gas at Compressor Stations
The article discusses the issues associated with the necessity to reduce professional risks at compressor stations. It is mentioned that the impact of the high intensity noise on the human may cause emergencies due to the reduction of employee's concentration who work on hazardous production facilities. The origin of the noise was determined. The results of research were shown directed to the possibility to reduce the noise by the modification the technological parameters of the noise sources and the technological characteristics of natural gas pumps.
Keywords: natural gas pumps, compressor station, risk of professional diseases, noise reduction.
Основной частью магистрального газопровода, предназначенной для увеличения его пропускной способности за счет повышения давления с помощью газоперекачивающих агрегатов (ГПА), является компрессорная станция. Современные компрессорные станции представляют собой комплекс зданий и сооружений,предназначенных для надежного и безопасного обеспечения основных и вспомогательных технологических процессов - очистки газа от жидких и механических примесей, сжатия газа, охлаждения газа после сжатия, измерения и контроля технологических параметров, управления режимами работы всего газопровода путем регулирования параметров работы газоперекачивающих агрегатов.
Используемые на компрессорных станциях центробежные нагнетатели определяют схемы обвязок ГПА, характерных для неполнонапорных нагнетателей со степенью сжатия 1,23-1,25 (применяются на станциях подземного хранения газа) и полнонапорных нагнетателей со степенью сжатия до 1,45-1,51 (применяются для транспортировки газа на магистральных газопроводах). Технологическое оборудование компрессорной станции - привод, редуктор и нагнетатель - располагается, как правило, в двух залах: машинном и нагнетателей, где обеспечивается выполнение основного технологического процесса на станции. От надежного и безопасного обеспечения операций в этих залах во
многом зависит безопасность работы компрессорной станции. Базовым блоком газового компрессора в настоящее время остается центробежный нагнетатель. Научно-технические достижения в компрессоростроении позволяют проектировать и создавать нагнетатели, удовлетворяющие самым разнообразным технологическим потребностям газовой промышленности. Однако в условиях отсутствия четких правил акустического совершенствования стационарных энергетических машин при их проектировании недостаточно внимания уделяется оценке элементов проточной части машины в целях снижения уровня аэродинамического шума в источнике его возникновения. Имеющиеся рекомендации
64
№ 3 март 2017 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
OCCUPATIONAL AND INDUSTRIAL SAFETY
по снижению шума лопаточных машин малочисленны и, как правило, получены на основании исследований транспортных энергетических машин (судовых, авиационных), имеющих значительные отличительные как конструктивные, так и технологические особенности по сравнению со стационарными машинами. Уровни звуковой мощности этих нагнетателей значительно превышают допустимые санитарные нормы, вследствие чего необходимо совершенствование геометрических элементов проточной части для уменьшения шума в источнике генерации. В связи с этим при всей своей надежности и работоспособности нагнетатель является одним из основных источников шума на компрессорной станции. Основным направлением повышения безопасности условий труда в настоящее время является комплексный подход к анализу и оценке рисков, основанный на знании специфики производственных процессов. Принятая практика контроля и учета профессиональных рисков разделяет их на три вида [1]:
• риск травматизма;
• риск повреждения здоровья неблагоприятными условиями труда (риск профессиональных заболеваний);
• риски от аварий и чрезвычайных ситуаций на опасных производственных объектах.
Анализируя условия труда на компрессорных станциях [2, 3], следует отметить, что здесь имеет место значительный уровень риска повреждения здоровья из-за неблагоприятных условий труда, связанных в первую очередь с повышенным уровнем шума на рабочих местах. Неблагоприятные условия труда ремонтного и эксплуатационного персонала компрессорных станций обусловливают вероятность неблагоприятных событий - получение производственной травмы из-за рассеянного внимания под воздействием интенсивного шума, а также возникновение незамеченного из-за шума инцидента на технологическом
оборудовании, который без принятия персоналом экстренных мер может перерасти в техногенную аварию. Для укрупненного расчета коэффициента общей заболеваемости от воздействия вредных условий в современных условиях производства на компрессорной станции необходимо учитывать, что трудящиеся, длительное время находящиеся при шумовом воздействии, испытывают раздражительность, головные боли, головокружение, снижение памяти, повышенную утомляемость, понижение аппетита, боли в ушах и т. д. Такие сдвиги в работе ряда органов и систем организма человека вызывают негативные изменения в эмоциональном состоянии человека вплоть до стрессовых. При этом появляется усталость в связи с повышенными энергетическими затратами и нервно-психическим напряжением, снижается концентрация внимания, нарушаются физиологические функции, ухудшается речевая коммутация. Все это снижает работоспособность человека и его производительность, качество труда, повышает опасность возникновения несчастного случая. Сравнение работоспособности человека в различных условиях показало, что при работах, требующих повышенного внимания, при увеличении уровня звукового давления от 70 до 90 дБ имеет место снижение производительности труда на 20 %. Поэтому можно сказать, что шумы средних уровней, ниже 80 дБ, не вызывающие потери слуха, тем не менее оказывают утомляющее, неблагоприятное влияние. Воздействие постоянного шума такого уровня аналогично влиянию стрессового, напряженного труда. Необходимо отметить, что, являясь одним из компонентов рабочей среды, шум усиливает синергетический эффект воздействия неблагоприятных условий труда на организм человека. Для изучения влияния шума и нервной нагрузки, исходя из предположения о первичности воздействия шума на нервную систему как по непосредственным, так и по отдаленным эффектам, принимают,
что изменение громкости в два раза соответствует изменению уровня звука на 6 дБ.
Шум нагнетателей природного газа на компрессорной станции по своей природе является аэродинамическим, включающим в себя вихревой шум и шум от неоднородности потока. Также в некоторых случаях может присутствовать шум механического происхождения, обусловленный дисбалансом ротора или шумом подшипников. Экспериментальные исследования уровня шума от различных конструктивных параметров установки [4-6] позволили сделать ряд заключений по акустическому совершенствованию центробежных нагнетателей. Определено, что на борьбу с шумом газотранспортного оборудования в источнике возникновения и снижения шума центробежных нагнетателей оказывают влияние следующие характеристики:
• соотношение чисел лопаток рабочего колеса и лопаток диффузора ступени центробежного нагнетателя - в целях снижения шума при высокой экономичности и устойчивой работе ступени в широком диапазоне по расходу целесообразно применять лопаточный диффузор с двухъярусной решеткой либо лопаточные решетки с имитаторами на входе для выбора оптимального соотношения числа лопаток ротора и статора;
• угол наклона лопаток диффузора и рабочего колеса - при наклоне лопаток диффузора на 30° уровень суммарного шума снижается на 3-6 дБ для диффузора с 20 лопатками. Уровень снижения суммарного шума составил 1,0-2,5 дБ для ступени с наклонными лопатками рабочего колеса с углом наклона 30° и прямыми лопатками диффузора с равномерным угловым шагом;
• неравномерность углового шага лопаток диффузора - уменьшение общего уровня шума в ступенях центробежного нагнетателя при различной угловой неравномерности по шагу лопаток диффузора (0-8°) составляет приблизительно 5-12 дБ. При увеличении угла более 8°
Ссылка для цитирования (for citation):
Терехов А.Л., Семенцев А.М. Снижение профессиональных рисков при обслуживании нагнетателей природного газа на компрессорных станциях // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017. № 3. С. 64-67.
Terekhov A.L., Sementsev A.M. The Reduction of Professional Risks in The Maintenance of Pumps of Natural Gas at Compressor Stations. Territorija «NEFTEGAZ» = Oil and Gas Territory, 2017, No. 3, P. 64-67. (In Russian)
TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 3 march 2017
65
ОХРАНА ТРУДА И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Результаты расчета изменения субъективной громкости при варьировании режимов работы исследованных центробежных нагнетателей
The results of calculation of change of the subjective volume in variation process of the modes of the investigated centrifugal pumps
Исследованные типы центробежных нагнетателей Investigated types of centrifugal pumps Усредненные значения уровня звука, дБА = L^, фон Average sound level, dBA = the value of the volume level, background G, сон с The level of subjectively perceived volume, sone
Мах Min Max Min Max/Min
Н-196-1,45 109 105 119 91 1,32
НЦ-6,3-56-1,45 (СПЧ 1,35) 107 99 104 60 1,74
7V-3/100-1,7 97 92 52 37 1,41
снижается экономичность компрессорной станции;
• комплекс геометрических параметров проточной части модельной ступени центробежного компрессора - применение лопаточного диффузора с углом наклона 0° при переменном шаге лопаток диффузора с амплитудой неравномерности 6° позволяет снизить уровень сиренного шума на 3-10 дБ, а суммарного шума - на 2-4 дБ в зависимости от режима;
• величина подрезки выходных кромок рабочего колеса - уровень шума снижается на 2-3 дБ при увеличении угла подрезки до 25°.
Также были определены технологические возможности нагнетателя для снижения уровня шума [7]. Шум исследованных центробежных нагнетателей по спектральной характеристике является широкополосным, по временной - постоянным. Максимальное шумоизлучение центробежных нагнетателей наблюдается в октавных полосах частот со среднегеометрическими значениями частот 63; 125; 1000 Гц. Исследования показали, что варьирование режимов работы приводит к значительному изменению основных шумовых характеристик исследованных центробежных нагнетателей в процессе их эксплуатации. Поэтому при проектировании шумозащитныхмероприятий требуется внесение соответствующих корректировок.
На основании полученных экспериментальных данных была выполнена оценка влияния переменных режимов работы центробежных нагнетателей на уровень шума, субъективно воспринимаемый работниками газотранспортных объектов.
Значение уровня звука в дБА численно совпадает со значением уровня громкости (Цф) в фонах. Для измерения уровня субъективно воспринимаемой громкости ^с) применяется линейная шкала, соответствующая человеческому восприятию громкости, единицей измерения в которой является сон. При этом 1 сон соответствует уровню громкости 40 фон. В интервале 40 < 1_ф < 120 значение уровня громкости в фонах связано с величиной субъективной громкости в сонах соотношением:
G. = 21'
(1)
Расчеты, проведенные на основе полученных экспериментальных данных (табл.) для исследованных групп центробежных нагнетателей Н-196-1,45 и 7V-3/100-1,7, показывают, что в результате варьирования режимов работы и шумового режима происходит увеличение субъективно воспринимаемой громкости в 1,32 и 1,41 раза, соответственно, а для выборки центробежных нагнетателей НЦ-6,3-56-1,45 (СПЧ 1,35) -в 1,74 раза.
Создание малошумных агрегатов возможно только в том случае, если акустические требования будут учтены на всех этапах проектирования, создания и опытной эксплуатации. Это, в свою очередь, обусловливает настоятельную необходимость разработки и внедрения в инженерную практику надежных методов расчета акустических характеристик конструкций, позволяющих оценить ожидаемые уровни шума и его влияние на человека на всех этапах разработки, в том числе на самых ранних, когда выбираются основные параметры
узлов проектируемой конструкции. При этом обязательно должны быть использованы методы прогнозирования шума нагнетателей.
Анализ методов прогнозирования шума вентиляторов и компрессоров подробно рассмотрен в [5, 6]. Следует выделить основные методы, признанные для расчета уровня шума в газовой отрасли: • метод Смита и Хауса - в данном методе расчета принимаются во внимание обычные источники широкополосного (белого) и дискретного шумов. Считается, что белый шум вызывается вихревыми следами и турбулентностью набегающего потока. Уровень звукового давления широкополосного шума 1_шп может быть определен как:
Цшп = 101дС + ДF+ а + 75 + 501дШ/1000, (2)
где С - расход рабочего тела; ДР - корректирующее значение в зависимости от относительной скорости рабочего тела и стороны излучения; а - отклонение угла входа потока в решетку от угла, соответствующего максимуму подъемной силы лопаток; Ш - относительная скорость входа потока в решетку. Уровень звукового давления дискретного шума Цд определяют как:
L =
«
Ю Lg(§)2
+ AF+85 + 50LgW/1000, (3)
где S/C - отношение осевого зазора между ротором и статором к хорде лопаток направляющего аппарата; • метод Ниекерка - основан на эмпирическом подходе к определению звукового давления при изменении числа оборотов рабочего колеса в диапазоне 900-2100 об/мин. Подробное описание формулы для определения уровня звукового давления приведено в [5, 6]. Выражение имеет сложный вид и учитывает зависимость уровня звука от самых разнообразных конструкторских и технологических параметров. В общем виде можно представить, что уровень звукового давления, определяемой по данной методике, будет являться сложной функцией от числа лопаток рабочего колеса, геометрии лопаток (радиус у вершины, средний радиус, отношение радиусов у корня и вершины, величина
66
№ 3 март 2017 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
OCCUPATIONAL AND INDUSTRIAL SAFETY
хорды на среднем диаметре), угловой скорости вращения рабочего колеса, густоты решетки ротора, степени геометрического подобия рабочих лопаток и лопаток входного направляющего аппарата и др. При этом учитывается значительное количество поправочных коэффициентов, зависящих от различных технологических параметров и характеристик перекачиваемой среды; • метод Ю.И. Петрова - метод основан на использовании аэроакустических характеристик плоских решеток профилей, полученных при продувке симметричного профиля ЦАГИ. Аэроакустическое проектирование осуществляется методом последовательных расчетов. Для расчета шума проектируемого нагнетателя с помощью аэроакустических характеристик плоских решеток профилей необходимо иметь следующие данные: геометрические размеры рабочих колес, скорость потока на входе в рабочее колесо, закономерность изменения уровня шума, излучаемого различными сечениями рабочего колеса. Интенсивность шума, излучаемого
элементарной площадью рабочего колеса, равна ДМ^ср, а всей площадью
^/оГД^Ф, (4)
где г и ф - геометрические параметры радиуса и угла рабочего колеса. Для окончательного расчета также используются поправки, учитывающие истинные значения скорости набегающего потока на периферийное сечение лопатки рабочего колеса, устанавливаемые эмпирически.
Методы снижения шума, основанные на выполнении конструкторских и технологических мероприятий, направленных на источник возникновения шума, базируются на многолетних теоретических и экспериментальных исследованиях в области технической акустики и на опыте практического внедрения средств снижения шума на предприятиях газовой отрасли. В результате определены мероприятия, позволяющие добиться существенного снижения шума, что скажется на защищенности персонала, а следовательно, обеспечит повышение
безопасности выполнения технологических процессов при сохранении надежности и экономичности конструкций. Рассмотренные выше мероприятия по улучшению шумовых характеристик нагнетателей являются наиболее эффективными и предпочтительными для внедрения.
Тем не менее известны мероприятия по борьбе с шумом нагнетателей на путях его распространения [4, 8], такие как архитектурно-планировочные мероприятия, установка глушителей шума в потоке газа внутри трубопроводов на входе и выходе из нагнетателя, акустических экранов в залах нагнетателей, использование звукоизолирующих кожухов, применение акустической облицовки помещений, звукоизоляция ограждающих конструкций компрессорного цеха. Рассмотренные в работе методы воздействия на источник возникновения шума, а также организационно-технические мероприятия по защите от шума на путях его распространения приведут к снижению рисков профессиональных заболеваний на компрессорных станциях.
References:
1. Malyshev D.V. The method of a comprehensive assessment of professional risk. Problemy analiza riska = Problems of risk analysis, 2008, Vol. 5, No. 3, P. 40-59. (In Russian)
2. Terekhov A.L. The improving of the safety of the staff in the introduction of measures to reduce the noise at the enterprises of the gas industry. Trud i social'nye otnosheniya = The labour and social relations, 2016, No. 1, P. 117-131. (In Russian)
3. Terekhov A.L., Safonov A.L. The improving of the safety of production processes by reducing the noise in conduits. Trud i social'nye otnosheniya = The labour and social relations, 2016, No. 4, P. 163-173. (In Russian)
4. Terekhov A.L., Drobaha M.N. Modern methods of reducing the noise of turbo-compressor units. Edited by R.O. Samsonov. Saint-Petersburg, Nedra, 2008. (In Russian)
5. Terekhov A.L. The noise of gas pumping units at compressor stations of main gas pipelines and the ways of its reducing. Moscow, VNIIGAZ LLC, 2003. (In Russian)
6. Terekhov A.L., Vlasov E.N. The noise reduction at compressor stations of main gas pipelines. Moscow, Publishing center Gazprom LLC, 2005. (In Russian)
7. Minaev D.A. The improvement of the efficiency of the methods of noise reduction of centrifugal pumps at compressor stations of main gas pipelines. The abstract of the dissertation of the candidate of sciences. Moscow, 2010, 23 pp. (In Russian)
8. Terekhov A.L., Sulin V.A., Kotishevskiy G.V. The overview of technical solutions for noise reduction at the enterprises of gas production and transportation. The materials of the International acoustic conference dedicated to the 100th anniversary of E.Y. Yudin' birth. Moscow: Publishing house of Bauman Moscow state technical university, 2014, P. 257-267. (In Russian)
Литература:
1. Малышев Д.В. Метод комплексной оценки профессионального риска // Проблемы анализа риска. 2008. Т. 5. № 3. С. 40-59.
2. Терехов А.Л. Повышение безопасности персонала при внедрении мероприятий по снижению шума на предприятиях газовой промышленности // Труд и социальные отношения. 2016. № 1. С. 117-131.
3. Терехов А.Л., Сафонов А.Л. Повышение безопасности производственных процессов путем снижения шума трубопроводов // Труд и социальные отношения. 2016. № 4. С. 163-173.
4. Терехов А.Л., Дробаха М.Н. Современные методы снижения шума ГПА / Под ред. Р.О. Самсонова. СПб.: Недра, 2008.
5. Терехов А.Л. Шум газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях магистральных газопроводов и способы его снижения. М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2003.
6. Терехов А.Л., Власов Е.Н. Снижение шума на компрессорных станциях магистральных газопроводов. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2005.
7. Минаев Д.А. Повышение эффективности методов снижения шума центробежных нагнетателей на компрессорных станциях магистральных газопроводов: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 2010. 23 с.
8. Терехов А.Л., Сулин В.А., Котишевский Г.В. и др. Обзор технических решений по снижению шума на предприятиях добычи и транспорта газа // Мат-лы Международной акустической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Е.Я. Юдина. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. С. 257-267.
TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 3 march 2017
67
