季雪元（交通運輸部水運科學(xué)研究所，北京100088）

干散貨碼頭防風(fēng)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(xué)研究所，北京100088）

研究了《港口建設(shè)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(shè)施情況下的源強計算，研究結(jié)果表明：堆場設(shè)置防風(fēng)網(wǎng)，再結(jié)合灑水及多堆堆垛可降低堆場的風(fēng)速，靜態(tài)起塵抑塵效率可達98%；堆場設(shè)置條形倉，再結(jié)合堆場灑水及多堆堆垛間風(fēng)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(fēng)網(wǎng)；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(shè)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(jù)。

根據(jù)《煤炭礦石碼頭粉塵控制設(shè)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(fēng)網(wǎng)、封閉或半封閉條倉和筒倉等。研究表明，在防風(fēng)網(wǎng)、半封閉條倉掩護區(qū)域內(nèi)，風(fēng)速降低作用明顯，形成了較大區(qū)域的低風(fēng)速區(qū)，說明防風(fēng)網(wǎng)、半封閉條倉對于堆場內(nèi)的風(fēng)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(shè)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(diào)節(jié)系數(shù)；U為風(fēng)速，m/s；多堆堆場表面風(fēng)速取單堆的89%；U0為混合粒徑顆粒的起動風(fēng)速，m/s；S為堆垛表面積m2；w為含水率。

3 堆場設(shè)置防風(fēng)網(wǎng)

防風(fēng)網(wǎng)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(fēng)的流場，減小風(fēng)速，并降低風(fēng)的動能，從而達到抑制粉塵的目的。

3.1 影響因素

當(dāng)防風(fēng)網(wǎng)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(chǎn)生很大的差異[1]。所以確定防風(fēng)網(wǎng)抑塵效率（或?qū)︼L(fēng)速的遮蔽效果）參數(shù)時，應(yīng)考慮防風(fēng)網(wǎng)的網(wǎng)高、料堆間距、孔隙率對防風(fēng)網(wǎng)抑塵效果的影響[2]。

3.1.1 防風(fēng)網(wǎng)高度

防風(fēng)網(wǎng)的高度直接決定網(wǎng)后遮蔽范圍。研究發(fā)現(xiàn)：在一定高度內(nèi)，防風(fēng)網(wǎng)庇護范圍隨網(wǎng)高的增加而增大，當(dāng)達到一個高度后，再增加網(wǎng)高，防風(fēng)網(wǎng)的遮蔽效果并不顯著。郭輝[3]通過風(fēng)洞實驗研究發(fā)現(xiàn)防風(fēng)網(wǎng)最佳遮蔽效果位于遮蔽距離1～6倍網(wǎng)高之間，大于6倍網(wǎng)高距離后防風(fēng)網(wǎng)降風(fēng)作用逐漸變?nèi)酰?0倍網(wǎng)高距離以后防風(fēng)網(wǎng)的作用基本恒定在10%左右。

3.1.2 防風(fēng)網(wǎng)與料堆距離

風(fēng)度實驗表明：防風(fēng)網(wǎng)距離料堆過遠不能起到遮蔽作用；但是過近設(shè)置，反而由于壓力急劇衰減在網(wǎng)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(fēng)網(wǎng)與料堆距離可控制在1.0～1.5倍堆高之內(nèi)。

3.1.3 孔隙率

孔隙率為防風(fēng)網(wǎng)透風(fēng)面積與總面積之比，是防風(fēng)網(wǎng)的一個重要結(jié)構(gòu)指標。通過風(fēng)洞模擬試驗表明，孔隙率為30%～40%時臨界起塵風(fēng)速最大，對露天煤堆的擋風(fēng)遮蔽效果最好。

3.2 抑塵效果的表征

3.2.1 采用擋風(fēng)效果表征

根據(jù)王澤濤等[5]對防風(fēng)網(wǎng)風(fēng)速折減效果的研究表明，在距離防風(fēng)網(wǎng)6倍網(wǎng)高距離范圍內(nèi)，風(fēng)速折減效果明顯，最大折減率可達80%左右；距離防風(fēng)網(wǎng)20倍網(wǎng)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(fēng)力（風(fēng)速≤5.4m/s）條件下，防風(fēng)網(wǎng)后風(fēng)速衰減率為18%～78%，呈階梯形遞減趨勢；大風(fēng)力（風(fēng)速為5.5～11m/s）條件下防風(fēng)網(wǎng)后風(fēng)速衰減率為73%～92%，呈波動狀態(tài)。因此，一般取防風(fēng)網(wǎng)的綜合風(fēng)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(fēng)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(fēng)速為3.80m/s。

含水率為3.2%和6%的物料堆場設(shè)置防風(fēng)網(wǎng)后，風(fēng)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(fēng)速的出現(xiàn)頻率，∑F（）=1；為i組的平均風(fēng)速，m/s；η為風(fēng)速折減效果。

根據(jù)式（3）和式（4），對于多堆堆場，η=0.89；對于多堆且采用防風(fēng)抑塵網(wǎng)的堆場η=0.89×2/3。根據(jù)表1中沿海5個地點的風(fēng)速統(tǒng)計情況，計算堆場設(shè)置防風(fēng)網(wǎng)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(fēng)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(fēng)網(wǎng)的綜合風(fēng)速遮蔽效果為1/3左右，即防風(fēng)網(wǎng)使下風(fēng)向風(fēng)速降低1/3左右，這時再結(jié)合堆場灑水及多堆堆垛間風(fēng)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(fēng)速概率統(tǒng)計情況

表2 沿海城市堆場設(shè)置防風(fēng)網(wǎng)后的抑塵效率 %

4 堆場設(shè)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(jié)，也是借鑒防風(fēng)網(wǎng)防塵機理的研究理論的結(jié)果，并且是在吸收了全封閉庫的設(shè)計優(yōu)點的基礎(chǔ)上提出的新結(jié)構(gòu)形式。

條形倉的突出特點是對環(huán)境污染小，當(dāng)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(nèi)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(shè)條形倉，已經(jīng)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(wǎng)架封閉大棚，封閉大棚工程的基礎(chǔ)為PHC管樁及現(xiàn)澆承臺結(jié)構(gòu)，上部為鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，鋼網(wǎng)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(nèi)風(fēng)速平均降低約為50%。根據(jù)式（3）和式（4），計算沿海5個地點堆場設(shè)置條形倉后的抑塵效率（見表3）。

表3 沿海城市堆場設(shè)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(fēng)速遮蔽效果50%左右計，這時再結(jié)合堆場灑水及多堆堆垛間風(fēng)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(shè)置條形倉后其靜態(tài)起塵量基本可忽略不計。

5 堆場設(shè)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(nèi)，國內(nèi)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(shè)施，具有結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(fù)雜度和危險因數(shù)。

2）由于煤炭裝運、轉(zhuǎn)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(jié)凍造成出料困難。

3）多數(shù)港口煤種和服務(wù)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(zhuǎn)的需要，還需考慮倒倉等需求，隨機因素多，若保證生產(chǎn)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(dāng)調(diào)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(jīng)營管理模式，使港口完全有能力將堆存期較短的煤種調(diào)配到筒倉中儲存，將堆存期相對較長的煤種調(diào)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(yīng)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(jié)構(gòu)又會成為制約其在港口煤碼頭工程中應(yīng)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(yīng)急處置措施，才能保證以筒倉作為主要儲煤設(shè)施的煤炭輸出碼頭的安全、高效運轉(zhuǎn)。

因此，針對散貨堆場設(shè)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(yīng)考慮是否設(shè)置了露天應(yīng)急堆場，若布置露天應(yīng)急堆場，需計算該部分堆場靜態(tài)起塵量，計算方法同防風(fēng)網(wǎng)作用下堆場靜態(tài)起塵量的計算。

6 結(jié)語

1）根據(jù)《規(guī)范》推薦堆場靜態(tài)起塵量計算公式計算，堆場設(shè)置防風(fēng)網(wǎng)，再結(jié)合堆場灑水及多堆堆垛間風(fēng)速的降低，靜態(tài)起塵抑塵效率可達98%；堆場設(shè)置條形倉，再結(jié)合堆場灑水及多堆堆垛間風(fēng)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(yīng)考慮是否設(shè)置了露天應(yīng)急堆場，若布置露天應(yīng)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(fù)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(yù)測及污染控制提供依據(jù)，仍需進一步研究探討相關(guān)參數(shù)的取值方法和適用條件。

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

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表1 在線沖洗法管道沖洗的技術(shù)要求

2.3.5 液壓系統(tǒng)壓力試驗

1）系統(tǒng)壓力試驗應(yīng)在管路沖洗合格后進行，試驗介質(zhì)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(yīng)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(zhuǎn)

1）液壓系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)的調(diào)試:系統(tǒng)的各個回路要逐一進行調(diào)試。調(diào)試時，其他回路應(yīng)處于關(guān)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(zhuǎn)

液壓系統(tǒng)包括：動力源、調(diào)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(diào)節(jié)和連鎖調(diào)節(jié)，以滿足系統(tǒng)達到最佳控制狀態(tài)。設(shè)備試運轉(zhuǎn)要嚴格按最終確定的設(shè)備單體試運轉(zhuǎn)方案執(zhí)行。

3 結(jié)語

通過太鋼高集成化冷軋生產(chǎn)線設(shè)備安裝工程，我們總結(jié)出了不銹鋼冷連軋機組設(shè)備安裝的3大關(guān)鍵技術(shù)，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(zhì)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(chǎn)線設(shè)備及其他類似設(shè)備安裝提供借鑒經(jīng)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(xué)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(shù)研究。