CC BY
19СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ НАДЗЕМНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ И ОБОРУДОВАНИЯ КОМПРЕССОРНЫХ И ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЙ ПАО «ГАЗПРОМ»
УДК 622.691.4.07
Л.И. Соколинский, к.т.н., ОАО «Оргэнергогаз», профессор РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина (Москва, РФ), [email protected] А.В. Сидорина, ФГБУ НИИСФ РААСН (Москва, РФ), [email protected] Ю.Ю. Толстихин, ООО «Газпром трансгаз Москва» (Москва, РФ),
Ф.В. Блинов, ООО «Газпром трансгаз Москва» (Москва, РФ), [email protected]
Рассматриваются проблемы, связанные со звукоизоляцией надземных технологических трубопроводов газоперекачивающих агрегатов. Приводятся результаты натурных обследований звукоизолирующих покрытий трубопроводов, широко использующихся в ПАО «Газпром». Показано, что применение этих покрытий во многих случаях не дает ожидаемых санитарно-экологических результатов и приводит к существенному ухудшению технического состояния трубопроводов и оборудования. Предлагается комплексный подход к применению звукоизолирующих покрытий с учетом максимально возможного обеспечения контролепригодности трубопроводов. Приводятся промышленные результаты такого подхода с применением современных более эффективных покрытий.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ТРУБОПРОВОД, КОМПРЕССОРНАЯ СТАНЦИЯ, КОМПРЕССОР, ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ, РЕДУЦИРУЮЩИЙ КЛАПАН, ЗВУК, ЗВУКОИЗОЛИРУЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ, ПЕНОСТЕКЛО, МИНЕРАЛЬНОЕ ВОЛОКНО, СИНТЕТИЧЕСКИЙ КАУЧУК, ЗВУКОВОЕ ДАВЛЕНИЕ, ЧАСТОТНЫЙ СПЕКТР, ЭКВИВАЛЕНТНЫЙ УРОВЕНЬ, МАРШРУТ ОБХОДА, АКУСТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ, КОНТРОЛЕПРИГОДНОСТЬ.
Подавляющее большинство надземных технологических трубопроводов компрессорных станций (КС), дожимных компрессорных станций (ДКС), КС подземных хранилищ газа (КС ПХГ), газораспределительных станций (ГРС) ПАО «Газпром» оснащены звукоизолирующими покрытиями,основное предназначение которых - защита органов слуха персонала станции от акустического воздействия,а также обеспечение допустимых уровней звука в санитарно-за-щитных зонах и на селитебных территориях. К сожалению, контроль за техническим состоянием и эффективностью покрытий осуществляется вне рамок диа-
гностических работ по контролю за техническим состоянием трубопроводов и оборудования. Вместе с тем наличие звукоизолирующих покрытий надземных трубопроводов существенно уменьшает их контроле- и ремонтопригодность. Не контролируются состояние сварных швов, качество монтажных работ, образование и развитие коррозионных процессов под изоляцией в местах ее отслоения от поверхности трубы, что приводит к снижению надежности трубопроводов. Обустройство в покрытиях диагностических лючков лишь частично повышает контролепригодность, но способствует ускоренному кор-
розионному износу трубы под покрытием. При проведении работ по капитальному ремонту технологических трубопроводов (КРТТ) под изоляцией часто обнаруживается большое количество ранее не установленных дефектов изготовления и монтажа, коррозионного износа, не допускающих возможности дальнейшей эксплуатации трубопроводов. Возникает потребность в незапланированном увеличении материальных и технических средств на КРТТ. Таким образом, при современном состоянии применения звукоизоляции трубопроводных обвязок газоперекачивающих агрегатов (ТПО ГПА) КС задачи
Sokolinsky L.I., Ph.D. in Engineering, Orgenergogas, OJSC, Professor of Gubkin Russian State University of Oil and Gas (Moscow, RF), [email protected]
Sidorina A.V., Federal State Budgetary Institution - Research Institute of Building Physics, Russian Academy of Architecture and Building Sciences (Moscow, RF), [email protected]
Tolstichin Yu.Yu., Gazprom Transgaz Moskva, LLC (Moscow, RF), [email protected] Blinov F.V., Gazprom Transgaz Moskva, LLC (Moscow, RF), [email protected]
The current state and prospects for the development of sound insulation in above-ground process pipelines and equipment of compressor and gas-distributing plants of Gazprom, PJSC
Matters on sound insulation in above-ground process pipelines of gas compressor plants are considered. The results of nature observations of sound insulation coatings of pipelines that are widely used by Gazprom, PJSC are presented. It is shown that the use of such coatings, in the majority of cases, does not produce the expected sanitary and ecological results and lead to a significant deterioration of the technical state of pipelines and equipment. A comprehensive approach to using sound insulation coatings, taking into account the maximum possible pipeline testability, is proposed. The industrial results of this approach with the use of modern and more effective coatings are presented.
KEY WORDS: PIPELINE, COMPRESSOR PLANT, COMPRESSOR, GAS DISTRIBUTING PLANT, REDUCING VALVE, SOUND, SOUND INSULATION COATING, FOAM GLASS, MINERAL FIBER, SYNTHETIC RUBBER, SOUND PRESSURE, FREQUENCY SPECTRUM, EQUIVALENT LEVEL, CIRCUIT, ACOUSTIC EFFICIENCY, TESTABILITY.
обеспечения санитарно-эколо-гических требований входят в противоречие с задачами обеспечения надежности и безопасности эксплуатации КС. Немаловажной экономической задачей является оптимизация изолируемых участков трубопроводов, так как стоимость современных звукоизолирующих покрытий приближается к стоимости изолируемой трубы в расчете на 1 погонный метр.
За последние 8 лет ОАО «Орг-энергогаз» выполнило большой объем натурных обследований ТПО ГПА КС с наиболее распространенными звукоизолирующими покрытиями трубопроводов. Была выполнена оценка этих покрытий по акустической эффективности, долговечности, горючести, влиянию на техническое состояние изолируемой трубы. (Под акустической эффективностью понимается умень-
шение звукового давления или звуковой мощности у трубы до и после нанесения покрытия.) Выполнено сопоставление по акустической эффективности результатов натурных и стендовых испытаний с расчетными значениями для некоторых типов однослойных и комбинированных покрытий [1].
В ПАО «Газпром» наиболее широко применялись ранее или применяются в настоящее время
следующие типы звукоизолирующих покрытий надземных технологических трубопроводов КС.
• Покрытия на основе битумной мастики: запрещены по условиям горючести (класс горючести Г4). Не применяются на новых объектах, заменяются другими типами при КРТТ.
• Покрытия на основе матов из минерального волокна: в настоящее время наиболее эффективны, но не соответствуют требованиям [2] по водопогло-щению и паропроницаемости. Их применение способствует коррозионному износу поверхности труб в местах нарушения антикоррозионного покрытия. Могут выполняться в быстро-съемном виде.
• Покрытия на основе пеностекла: наиболее распространенные в последние годы при строительстве, реконструкции и КРТТ КС. Рекомендованы для проектирования КС, ДКС и КС ПХГ [3, 4]. Как показали исследования ОАО «Оргэнергогаз», данные покрытия малоэффективны по
звукоизоляции (снижение звука у трубы - не более 5 дБА), недолговечны (после 1 года эксплуатации зафиксированы сквозные трещины по швам склейки элементов покрытия), вызывают нарушения антикоррозионного покрытия труб, должны быть отнесены к классу горючести Г4 из-за используемых для монтажа мастик. Из-за большой жесткости пеностекла между трубой и покрытием возникают участки пустот, которые при нарушении герметичности заполняются влагой и воздушными парами. Несъемные покрытия.
• Комбинированные покрытия из пеностекла и матов из минерального волокна: пеностекло наносится на трубу, маты -на покрытие из пеностекла. Акустические свойства определяются слоем матов из минерального волокна. Недостатки покрытия аккумулируют недостатки его составляющих. Высокая цена.
По результатам обследований звукоизолирующих покрытий ТПО центробежных нагнетате-
лей с выходным давлением до 7,6 МПа было установлено следующее.
1. Вне зависимости от наличия или отсутствия звукоизоляции, типа применяемой в настоящее время звукоизоляции максимальные уровни звука у ТПО ГПА в большинстве случаев превышают 100 дБА, что как минимум на 20 дБА превышает допустимое значение 80 дБА [5].
2. Эквивалентные уровни звука по маршрутам обхода эксплуатационного персонала, рассчитанные по применяемой в ПАО «Газпром» методике, превышают предельно допустимый уровень (ПДУ) вне зависимости от наличия или отсутствия звукоизоляции ТПО ГПА. Нанесение звукоизоляции в большинстве случаев не приводит к изменению класса условий труда. Как до, так и после нанесения звукоизоляции в большинстве случаев условия труда относятся к вредным 2-й степени (класс 3.2) или 3-й степени (класс 3.3) по классификации Руководства [6].
ГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
№ 11 | 745 | 2016 г.
3. Ни одно из обследованных покрытий не соответствует требованиям [7] по эффективности звукоизоляции трубопроводов.
4. В спектрах звука у ТПО ГПА с центробежными нагнетателями всех типов доминируют октавные составляющие с центральными частотами 1 и 2 кГц, что естественно, так как в этих октавных полосах располагаются наиболее энергоемкие составляющие спектра пульсаций газа, генерируемых центробежными компрессорами и дросселирующими устройствами и являющихся основным источником звуковых колебаний трубы. Отсюда следует, что звукоизолирующие покрытия должны иметь максимальную эффективность в области этих частот.
5. Расчетные значения акустической эффективности покрытий, полученные по принятой в отрасли методике [3], существенно отличаются в сторону завышения от полученных на стенде и при натурных испытаниях. На рис. 1 показаны результаты
определения акустической эффективности одного и того же типа покрытия, полученные при стендовых испытаниях в НИИСФ РААСН, при натурных испытаниях на КС, а также расчетом по принятой методике.
6. В проектах строительства, реконструкции и КРТТ ТПО КС нередко нецелесообразно предус-
матривается звукоизоляция труб с малой звуковой активностью, например труб аппаратов воздушного охлаждения и блоков очистки газа.
7. Все известные звукоизолирующие покрытия труб неэффективны в низкочастотном диапазоне до 250-500 Гц. Однако они иногда применяются на КС
Рис. 1. Натурные, стендовые и расчетные спектры акустической эффективности однотипного звукоизоляционного покрытия ТПО
с поршневыми компрессорами, где трубы испускают звук в диапазоне частот до 200 Гц. Применение здесь звукоизоляции ТПО не только бесполезно, но и вредно для технического состояния изолируемых трубопроводов и оборудования.
На базе Московского института строительной физики РААСН проведен большой объем исследований акустических характеристик покрытий различного типа по методике, отвечающей требованиям [8]. Получены обширные экспериментальные данные, касающиеся эффективности однослойных, многослойных звукоизолирующих покрытий с использованием
различных волокнистых и эластомерных материалов [9, 10, 11], производимых в России. В лаборатории инженерной акустики НИИСФ РААСН разработан ряд технических решений, позволяющих подобрать звукоизолирующее покрытие согласно требуемому снижению шума. Сопоставление результатов стендовых испытаний с акустическими характеристиками ТПО центробежных нагнетателей позволило сделать вывод о том, что покрытия на основе эластомерных материалов пригодны для акустического проектирования оптимальной с точки зрения акустики и экономики защиты от шума звукоактивных
трубопроводов и промышленного оборудования. Проанализировав акустические спектры конкретного звукоактивного оборудования и определив требуемое снижение уровня звука в полосе частот, можно подобрать состав и количество слоев звукоизолирующего покрытия. Материалы на основе вспененного каучука (К^О^К К^ЕХ) не имеют волокон, не разрушаются от вибрации, не впитывают влагу, долговечны, ремонтопригодны и зарегистрированы в Реестре ПАО «Газпром» [12]. Все это позволяет их использовать с большой эффективностью для решения задач звукоизоляции трубопроводов, ГПА, узлов ре-
Рис. 2. Схема точек измерений звука у редуцирующей линии
дуцирования газа и запорно-ре-дуцирующего оборудования.
По рекомендациям, разработанным в результате обследований контрольно-измерительного пункта (КРП), выполненных ОАО «Оргэнергогаз» в 2015 г.,
000 «Газпром трансгаз Москва» приняло решение о применении многослойного звукоизолирующего покрытия на основе материалов К^ОМК К^_ЕХ, которое было установлено в 2016 г. на участках редуцирующих линий КРП. На рис. 2 показана схема измерений звука с расстояния
1 м у сечений редуцирующей линии, где:
С3-С16 - сечения измерений;
ДКД - дросселирующий клапан дискретного типа;
К9, КЗ - входной и выходной краны, соответственно.
На рис. 2 красным цветом выделены участки трубы, на которые было нанесено покрытие внутри укрытия ДКД и на выходном трубопроводе за укрытием до границы «земля - воздух». На рис. 3 показано распределение звукового давления вдоль одной из линий редуцирования до и после нанесения звукоизоляции.
Применение предложенного покрытия позволило:
• обеспечить полную контролепригодность участка входного трубопровода от границы «земля - воздух» до стены укрытия ДКД;
• за счет эластичности покрытия и обеспечения при монтаже полного его прилегания к трубе устранить льдообразование на выходном трубопроводе, возникающее при положительных атмосферных температурах в результате дросселирования газа;
• снизить максимальные уровни звука у редуцирующих линий на 15-20 дБА, а на территории КРП и за ней - до допустимых значений.
По инициативе ООО «Газпром трансгаз Москва» промышлен-но-экспериментальная оценка многослойных покрытий на ос-
^ дБА
130т
Уровень звука улинии 1
♦-
без изоляции
С03 С04 С07 С09 С10 С11 С12 ДКД С13 С14 С15 С16 Сечения
Рис. 3. Распределение звукового давления у редуцирующей линии до и после нанесения звукоизоляции
Рис. 4. Нагнетатель и трубопроводы с изоляционным покрытием
нове материалов К-РОЫ!К К-Р1_ЕХ продолжилась на КС с ГПА типа ГТ-750-6 с ЦБН 370-14-1. При выполнении работы учитывалось, что нагнетатели расположены в общей галерее, где при работе цеха может проводиться ремонт одного из компрессоров.
Для разработки технического решения были проведены предварительные акустические измерения при работе ГПА на разных режимах. Уровень звукового давления в точках на расстоянии 1 м
от участков входного и выходного трубопроводов, расположенных в галерее и непосредственно примыкающих к нагнетателям, составил 92-100 дБА. Следует отметить, что шумообразование в обследованной зоне создается как нагнетателем, так и участками трубопровода. Оценить вклад каждого из источников в общее звуковое поле достаточно сложно из-за идентичности частотного спектра сигналов от этих источников.
90
с изоляции
80
70
60
Первоначально было принято решение об изоляции только участков технологических трубопроводов, расположенных в галерее. Это привело к снижению максимального звукового давления до 88 дБА. Такое снижение следует считать достаточным для персонала, находящегося в галерее при выполнении работ по маршруту обхода оборудования. Однако такой уровень шума может быть некомфортным для персонала, выполняющего ремонтные работы рядом с работающим агрегатом. Поэтому было принято решение «одеть» корпус нагнетателя в звукоизолирующий чехол (см. рис. 4).
После нанесения покрытия на корпус нагнетателя максимальный уровень звукового давления в измерительных точках стал менее 80 дБА.
Примененные на КС звукоизолирующие покрытия обеспечили допустимый уровень звукового давления в галерее нагнетателей и полную контролепригодность надземных технологических трубопроводов вне галереи ГПА.
Опыт натурных, стендовых и расчетных исследований показал, что при качественном выполнении монтажных работ применение однослойных и многослойных покрытий на основе
отечественных эластомерных материалов может быть успешным для обеспечения звукоизоляции надземных технологических трубопроводов и оборудования КС с центробежными нагнетателями и ГРС ПАО «Газпром». При этом в каждом конкретном случае должны учитываться звуковая активность и обеспечение надежности и безопасности эксплуатации изолируемого объекта. Принятый выборочный подход к назначению мест нанесения покрытий существенно повысил контролепригодностьТПО и позволил снизить затраты на звукоизоляцию. ■
ЛИТЕРАТУРА
1. Ангалёв А.М., Егоров И.Ф., Мартынов А.И., Соколинский Л.И. Шумоизоляция и контролепригодность надземных технологических трубопроводов газоперекачивающих агрегатов. - Газовая промышленность. - 2011. - № 9. - С. 60-64.
2. ВРД 39-1.8-055-2002. Типовые технические требования на проектирование КС, ДКС и КС ПХГ. - М.: ИРЦ Газпром, 2002.
3. СТО Газпром 2-2.1-127-2007. Регламент проведения акустического расчета на стадии проектирования компрессорных станций, дожимных компрессорных станций, компрессорных станций подземных хранилищ газа. - М.: ИРЦ Газпром, 2007.
4. СТО Газпром 2-2.1-264-2008. Типовая методика расчета шумозащитных конструкций газотранспортного оборудования для условий Крайнего Севера. - М.: ИРЦ Газпром, 2009.
5. ГОСТ 12.1.003-83. Шум. Общие требования безопасности.
6. Р 2.2.206-05. Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда.
7. ГОСТ Р ИСО 15665-2007. Руководство по акустической изоляции труб и арматуры трубопроводов.
8. ГОСТ 31274-2004. Шум машин. Определение уровней звуковой мощности по звуковому давлению. Точные методы для реверберационных камер.
9. Гусев В.П., Сидорина А.В. Расчет и проектирование защиты от шума транзитных воздуховодов систем ОВК // АВОК. - 2013. - № 2. -С. 94-100.
10. Гусев В.П., Сидорина А.В. Изоляция шума воздуховодов систем вентиляции покрытиями с использованием эластомерных и волокнистых материалов // Строительные материалы. - 2013. - № 6. - С. 37-39.
11. Гусев В.П., Лешко М.Ю., Сидорина А.В. Защита от воздушного шума элементов систем вентиляции и кондиционирования воздуха // Тр. конф. - IV академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики: энергосбережение, надежность, экологическая безопасность», посв. памяти Г.Л. Осипова (Москва, МГСУ, 3-5 июля, 2012).
12. Реестр технических условий конструкций, средств, изделий и материалов для строительства, реконструкции, капитального ремонта объектов транспорта газа, соответствующих техническим требованиям ПАО «Газпром», 2016. Рег. № 002-008-0008 п/п. 62.
REFERENCES
1. Angalev A. M., Egorov I.F., Martynov A.I., Sokolinsky L.I. Sound Insulation and Testability of Above-Ground Process Pipelines of Gas Compressor Plants. - Gas Industry. - 2011. - No. 9. - P. 60-64.
2. Internal Ruling Document 39-1.8-055-2002. Standard Technical Requirements for the Design of Compressor Stations, Booster Compressor Stations and Compressor Stations for UGSF. - M.: Information and Advertising Center of Gazprom, 2002.
3. Gazprom Company Standard 2-2.1-127-2007. Regulation on Carrying out an Acoustic Calculation at the Stage of Design of Compressor Stations, Booster Compressor Stations, Compressor Stations for UGSF. - M.: Information and Advertising Center of Gazprom, 2007.
4. Gazprom Company Standard 2-2.1-264-2008. Standard Procedure for Calculating Sound Insulation Structures of Gas Transmission Equipment for the Conditions of the Extreme North. - M.: Information and Advertising Center of Gazprom, 2009.
5. GOST 12.1.003-83. Noise. General Safety Requirements.
6. Guidelines 2.2.206-05. Guidelines on the Hygienic Assessment of Production Environment and Labor Process Factors. Criteria and Classification of Labor Conditions.
7. GOST R ISO 15665-2007. Guidelines on the Acoustic Insulation of Pipes and Fittings of Pipelines.
8. GOST 31274-2004. Noise of Machines. Determination of Sound Power Levels using the Sound Pressure. Precision methods for reverberation rooms.
9. Gusev V. P., Sidorina A.V. Calculation and Design of Protection from Noise of Transit Ducts of Heating, Ventilation and Air Conditioning System / Heating, Ventilation, Air-Conditioning, Heat Supply and Building Thermal Physics System. - 2013. - No. 2. - P. 94-100.
10. Gusev V. P., Sidorina A.V. Insulation of Duct Noise of Ventilation Systems with the Use of Coatings with Elastomeric and Fibrous Materials // Construction Materials. - 2013. - No. 6. - P. 37-39.
11. Gusev V.P., Leshko M.Yu., Sidorina A.V. Protection from Air Noise of Ventilation and Air Conditioning System Elements // Proceedings of IV Conference of Academic Readings "Vital Matters of Building Physics: Energy Preservation, Reliability, Environmental Safety", Dedicated to the Memory of G.L. Osipov (Moscow, Moscow State University of Civil Engineering, July 3, 2012 - July 5, 2012).
12. Registry of Technical Conditions of Structures, Means, Devices and Materials for Construction, Reconstruction, Capital Overhaul of Gas Transmission Facilities that Comply with the Technical Requirements of Gazprom, PJSC, 2016. Registration No. 002-008-0008 Ser. No. 62.
