干散貨碼頭防風抑塵措施下堆場靜態(tài)起塵量的計算研究

季雪元（交通運輸部水運科學研究所，北京100088）

干散貨碼頭防風抑塵措施下堆場靜態(tài)起塵量的計算研究

季雪元
（交通運輸部水運科學研究所，北京100088）

研究了《港口建設項目環(huán)境影響評價規(guī)范》（JTS105-1—2011）推薦的堆場靜態(tài)起塵量計算公式中考慮堆場圍護設施情況下的源強計算，研究結果表明：堆場設置防風網，再結合灑水及多堆堆垛可降低堆場的風速，靜態(tài)起塵抑塵效率可達98%；堆場設置條形倉，再結合堆場灑水及多堆堆垛間風速的降低，靜態(tài)起塵抑塵效率可達99%以上；筒倉本身無粉塵外溢問題，起塵量幾乎為0。

干散貨碼頭；起塵量；防風網；條形倉；筒倉

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.156

1 引言

粉塵是干散貨碼頭環(huán)境影響評價工作需要評價的重要污染物。交通運輸部出臺了《港口建設項目環(huán)境影響評價規(guī)范》（JTS105-1—2011）（以下簡稱《規(guī)范》），《規(guī)范》對干散貨碼頭的起塵量計算公式進行了規(guī)定，是干散貨碼頭環(huán)境影響評價工作的主要依據。

根據《煤炭礦石碼頭粉塵控制設計規(guī)范》（JTS155—2015）等文件要求，為進一步降低干散貨碼頭的揚塵污染，散貨堆場常用灑水抑塵，堆場圍護等抑塵措施，其中，堆場圍護方式又分為防風網、封閉或半封閉條倉和筒倉等。研究表明，在防風網、半封閉條倉掩護區(qū)域內，風速降低作用明顯，形成了較大區(qū)域的低風速區(qū)，說明防風網、半封閉條倉對于堆場內的風速降低有明顯的作用，從而對抑制粉塵具有較明顯的效果。本文主要研究《規(guī)范》推薦的堆場靜態(tài)起塵量計算公式中考慮堆場圍護設施情況下的源強計算。

2 堆場靜態(tài)起塵源強公式

《規(guī)范》中給出的干散貨碼頭堆場靜態(tài)起塵公式：

式中，Q為堆場起塵量，kg；α為貨物類型起塵調節(jié)系數；U為風速，m/s；多堆堆場表面風速取單堆的89%；U0為混合粒徑顆粒的起動風速，m/s；S為堆垛表面積m2；w為含水率。

3 堆場設置防風網

防風網作為一種有效控制堆場自然起塵的措施，主要通過改變來流風的流場，減小風速，并降低風的動能，從而達到抑制粉塵的目的。

3.1 影響因素

當防風網采用不同的高度，不同的孔隙率及與料堆不同的距離時，其抑塵效果會產生很大的差異[1]。所以確定防風網抑塵效率（或對風速的遮蔽效果）參數時，應考慮防風網的網高、料堆間距、孔隙率對防風網抑塵效果的影響[2]。

3.1.1 防風網高度

防風網的高度直接決定網后遮蔽范圍。研究發(fā)現(xiàn)：在一定高度內，防風網庇護范圍隨網高的增加而增大，當達到一個高度后，再增加網高，防風網的遮蔽效果并不顯著。郭輝[3]通過風洞實驗研究發(fā)現(xiàn)防風網最佳遮蔽效果位于遮蔽距離1～6倍網高之間，大于6倍網高距離后防風網降風作用逐漸變弱，20倍網高距離以后防風網的作用基本恒定在10%左右。

3.1.2 防風網與料堆距離

風度實驗表明：防風網距離料堆過遠不能起到遮蔽作用；但是過近設置，反而由于壓力急劇衰減在網后形成強度較大的渦旋，使起塵量增加。趙海珍等[4]提出防風網與料堆距離可控制在1.0～1.5倍堆高之內。

3.1.3 孔隙率

孔隙率為防風網透風面積與總面積之比，是防風網的一個重要結構指標。通過風洞模擬試驗表明，孔隙率為30%～40%時臨界起塵風速最大，對露天煤堆的擋風遮蔽效果最好。

3.2 抑塵效果的表征

3.2.1 采用擋風效果表征

根據王澤濤等[5]對防風網風速折減效果的研究表明，在距離防風網6倍網高距離范圍內，風速折減效果明顯，最大折減率可達80%左右；距離防風網20倍網高后遮蔽效果不明顯，為18%左右。賀建平等人[6]也指出實測小風力（風速≤5.4m/s）條件下，防風網后風速衰減率為18%～78%，呈階梯形遞減趨勢；大風力（風速為5.5～11m/s）條件下防風網后風速衰減率為73%～92%，呈波動狀態(tài)。因此，一般取防風網的綜合風速遮蔽效果1/3左右。

3.2.2 采用抑塵效果表征

按照物料初始含水率為3.2%計算，料堆起塵風速為3.35m/s；堆場定時灑水噴淋料堆含水率達6%，則料堆起塵風速為3.80m/s。

含水率為3.2%和6%的物料堆場設置防風網后，風速減低的抑塵效率分別按照式（3）和式（4）進行計算[7]。

式中，fQ1為抑塵效率；F（）為i組風速的出現(xiàn)頻率，∑F（）=1；為i組的平均風速，m/s；η為風速折減效果。

根據式（3）和式（4），對于多堆堆場，η=0.89；對于多堆且采用防風抑塵網的堆場η=0.89×2/3。根據表1中沿海5個地點的風速統(tǒng)計情況，計算堆場設置防風網后的抑塵效率，如表2所示?？芍捎诙褕鰢娏転⑺投喽讯讯忾g風速的降低，靜態(tài)起塵抑塵效率平均可以達到60%以上；按照我國干散貨碼頭環(huán)評，一般取防風網的綜合風速遮蔽效果為1/3左右，即防風網使下風向風速降低1/3左右，這時再結合堆場灑水及多堆堆垛間風速的降低，對于靜態(tài)起塵抑塵效率來說，抑塵率可以達到98%。

表1 沿海城市風速概率統(tǒng)計情況

表2 沿海城市堆場設置防風網后的抑塵效率 %

4 堆場設置條形倉

條形倉是對港口儲存散貨時采用圓筒倉、半球型倉、全封閉庫各種方案的總結，也是借鑒防風網防塵機理的研究理論的結果，并且是在吸收了全封閉庫的設計優(yōu)點的基礎上提出的新結構形式。

條形倉的突出特點是對環(huán)境污染小，當采用封閉堆場（或者半封閉堆場，頂部開條形窄口等形式）時，可以降低環(huán)境因素對揚塵的影響，采用條形倉可以保證堆場倉內揚塵得到有效控制。但同時條形倉也存在工程造價高、受消防通道布置的影響以及堆場利用率相對較低的缺點。

目前，我國曹妃甸散貨碼頭堆場已投資建設條形倉，已經開始投入運營。該封閉條形倉是我國水運工程首次運用大跨度鋼網架封閉大棚，封閉大棚工程的基礎為PHC管樁及現(xiàn)澆承臺結構，上部為鋼網架結構，鋼網架總長1060m，跨度為103m、高度為40m。

研究表明，一般封閉和半封閉（頂部開條形口）的條形倉內風速平均降低約為50%。根據式（3）和式（4），計算沿海5個地點堆場設置條形倉后的抑塵效率（見表3）。

表3 沿海城市堆場設置條形倉后的抑塵效率 %

由表3可知，按照我國干散貨碼頭環(huán)評項目，一般取條形倉的綜合風速遮蔽效果50%左右計，這時再結合堆場灑水及多堆堆垛間風速的降低，對于靜態(tài)起塵來說，抑塵效率可以達到99%以上。因此，堆場設置條形倉后其靜態(tài)起塵量基本可忽略不計。

5 堆場設置筒倉

一般而言，比較有效、徹底地解決常規(guī)散貨堆場環(huán)境污染問題的措施是將煤炭等散貨封閉在一定的空間內，國內得到認可的散貨堆場全封閉方案為筒倉方案，可以徹底解決粉塵外溢問題。

從工藝布置上分析，在儲量相同的前提下，筒倉與煤場所占地面積之比約為2∶3，以筒倉作為儲存散狀物料的設施，具有結構簡單、使用方便和環(huán)境污染少等優(yōu)點，但是筒倉也存在以下弊端。

1）煤炭等貨種自燃、粉塵爆炸等安全問題。一般只適用于貨種堆存期較短的煤場。為防止貨物自燃，一般筒倉會和露天堆場相連接，以保證貨物儲存安全。對于專業(yè)化的散貨儲運中心，由于其運量大，堆存時間又比中轉港口時間長，如采用筒倉，就必須用超大型筒倉。筒倉越大，對筒倉的安全性要求也就越高，因此，必須對筒倉進行全方位、全過程的監(jiān)測，加強安全保護，這就增加了儲煤管理的復雜度和危險因數。

2）由于煤炭裝運、轉接過程伴有灑水降塵，并且一般煤的含水量較高，裝進筒倉后，水分難以消散，較難控制含水量，冬季也容易結凍造成出料困難。

3）多數港口煤種和服務的業(yè)主都很多，不同煤種或不同業(yè)主的貨物都需分開存放；不僅要考慮物料大進大出、快速周轉的需要，還需考慮倒倉等需求，隨機因素多，若保證生產需求相對困難。

目前，黃驊港三期工程煤炭堆場已采用筒倉儲煤。黃驊港煤碼頭三期工程在筒倉儲煤工藝運行過程中為保證儲煤安全，適當調配了煤種。黃驊港現(xiàn)有的露天煤炭堆場可極大地緩解煤碼頭三期工程儲煤筒倉的壓力，神華集團的一體化經營管理模式，使港口完全有能力將堆存期較短的煤種調配到筒倉中儲存，將堆存期相對較長的煤種調配到現(xiàn)有露天堆場儲存，有效解決了煤炭在筒倉中儲存時間過長易發(fā)生自燃的問題，是筒倉安全儲煤的根本保證。

另外，為便于應急處置，黃驊港煤碼頭三期工程筒倉連接了露天堆場。在黃驊港煤碼頭三期工程的筒倉出口處布置了1臺倒倉皮帶機，可將筒倉中的煤炭卸至露天堆場，倒倉系統(tǒng)最大能力達4000t/h，滿倉狀態(tài)下最短的倒倉時間也只需7.5h。在緊急情況下可將筒倉中溫度超限的煤炭迅速卸至露天堆場，待煤炭冷卻后再通過二期煤碼頭裝船外運，也可將筒倉中剩余的小批量煤炭倒至露天堆場，提高筒倉的利用率。

總體而言，全封閉的儲煤筒倉在降低煤塵污染方面效果較好，但由于煤炭容易自燃，儲煤筒倉完全封閉的結構又會成為制約其在港口煤碼頭工程中應用的主要問題。在到港煤炭品種較少、在港堆存期較短的情況下，輔以配建露天場地等應急處置措施，才能保證以筒倉作為主要儲煤設施的煤炭輸出碼頭的安全、高效運轉。

因此，針對散貨堆場設置筒倉儲運煤炭等貨種時，可認為筒倉本身無粉塵外溢問題，起塵量幾乎為0。但應考慮是否設置了露天應急堆場，若布置露天應急堆場，需計算該部分堆場靜態(tài)起塵量，計算方法同防風網作用下堆場靜態(tài)起塵量的計算。

6 結語

1）根據《規(guī)范》推薦堆場靜態(tài)起塵量計算公式計算，堆場設置防風網，再結合堆場灑水及多堆堆垛間風速的降低，靜態(tài)起塵抑塵效率可達98%；堆場設置條形倉，再結合堆場灑水及多堆堆垛間風速的降低，靜態(tài)起塵抑塵效率可達99%以上；筒倉本身無粉塵外溢問題，起塵量幾乎為0，但應考慮是否設置了露天應急堆場，若布置露天應急堆場，需要計算該部分堆場靜態(tài)起塵量。

2）干散貨堆場起塵過程十分復雜，《規(guī)范》推薦公式揭示了部分規(guī)律，但為了更準確地為粉塵顆粒物影響預測及污染控制提供依據，仍需進一步研究探討相關參數的取值方法和適用條件。

【1】孫昌峰,陳光輝,范軍領，等.防風抑塵網研究進展[J].化工進展, 2011,30(4):871-877.

【2】翀宋 芳.開放性露天堆場散塵規(guī)律及防風抑塵網優(yōu)化設計的數值模擬[D].太原:太原理工大學,2015.

【3】郭輝.防風網遮蔽效果研究[D].大連:大連理工大學，2008.

【4】趙海珍,梁學功,馬愛進.防風網防塵技術及其在我國大型煤炭港口的應用與發(fā)展對策[J].環(huán)境科學研究,2007,20(2):67-71.

【5】王澤濤.防風網風速折減效果及風荷載體型系數風洞研究[D].大連:大連理工大學,2011.

【6】賀建平,宋旗躍,郭雁蕓，等.擋風抑塵網抑塵防風效果分析[J].山西科技,2017(3):137-138.

【7】易海濤.堆場揚塵計算和防風效率的幾個問題[J].環(huán)境科技,2014(3): 45-4.

表1 在線沖洗法管道沖洗的技術要求

2.3.5 液壓系統(tǒng)壓力試驗

1）系統(tǒng)壓力試驗應在管路沖洗合格后進行，試驗介質為工作液。

2）工作壓力小于16MPa的系統(tǒng)的試驗壓力為工作壓力的1.5倍；工作壓力大于16MPa的系統(tǒng)的試驗壓力為工作壓力的1.25倍。

3）試驗壓力應逐級升高，每升高一級宜穩(wěn)壓2～3min，達到試驗壓力后，持壓10min，待降到工作壓力后進行全面檢查，以系統(tǒng)所有的焊縫和連接口無漏油，管道無永久性變形為合格。

2.3.6 液壓系統(tǒng)試運轉

1）液壓系統(tǒng)調試

系統(tǒng)的調試:系統(tǒng)的各個回路要逐一進行調試。調試時，其他回路應處于關閉狀態(tài)；電液伺服閥和比例閥先要用模擬信號進行試動作，然后單試和連鎖動作。

2）系統(tǒng)試運轉

液壓系統(tǒng)包括：動力源、調速控制回路、方向控制回路、緩沖平衡控制回路、安全溢流和壓力控制回路以及輔助系統(tǒng)控制回路等組成。各回路可進行獨立調節(jié)和連鎖調節(jié)，以滿足系統(tǒng)達到最佳控制狀態(tài)。設備試運轉要嚴格按最終確定的設備單體試運轉方案執(zhí)行。

3 結語

通過太鋼高集成化冷軋生產線設備安裝工程，我們總結出了不銹鋼冷連軋機組設備安裝的3大關鍵技術，提高了施工效率、降低了施工難度、縮短了工期、提高了安裝質量，受到業(yè)主和外方專家的一致好評，收到了顯著的企業(yè)效益和社會效益，為今后高集成化冷軋生產線設備及其他類似設備安裝提供借鑒經驗。

【收稿日期】2016-10-28

Calculation Method of Wind Erosion Dust Source Intensity in a Yard of Dry Bulk Terminal Under the Wind Dust Suppression Measures

JI Xue-yuan
(China Waterborne Transport Research Institute,Beijing 100088,China)

In this paper, the calculation ofwind erosion dust source under the wind dust suppression measures using the recommended formulaby《Specifications for Environmental Impact Assessment of Port Engineering》(JTS105-1—2011)were discussed.The results show that yard setthe dust screen, combining between pile of stacking yard sprinkler and wind speed decreased, the dust suppression efficiency can reach 98%.Yardset bar, combining with pile of stacking yard sprinkler and wind speed is reduced, the dust suppression efficiency can reach above 99%. Silodoesn’t have dust spillover problem, the quantity of dust is almost zero.

bulk terminal;quantity of dust;dust screen;bar ware house;silo

X82

A

1007-9467（2016）12-0131-04

2016-11-08

交通運輸部水運科學研究院2016年青年科技創(chuàng)新項目“干散貨碼頭大氣污染源強計算方法研究”（WTI41603）

季雪元（1988～），女，北京人，工程師，從事環(huán)境工程、環(huán)境影響評價技術研究。