干散货码头防风抑尘措施下堆场静态起尘量的计算研究

季雪元（交通运输部水运科学研究所，北京100088）

干散货码头防风抑尘措施下堆场静态起尘量的计算研究

季雪元
（交通运输部水运科学研究所，北京100088）

研究了《港口建设项目环境影响评价规范》（JTS105-1—2011）推荐的堆场静态起尘量计算公式中考虑堆场围护设施情况下的源强计算，研究结果表明：堆场设置防风网，再结合洒水及多堆堆垛可降低堆场的风速，静态起尘抑尘效率可达98%；堆场设置条形仓，再结合堆场洒水及多堆堆垛间风速的降低，静态起尘抑尘效率可达99%以上；筒仓本身无粉尘外溢问题，起尘量几乎为0。

干散货码头；起尘量；防风网；条形仓；筒仓

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

1 引言

粉尘是干散货码头环境影响评价工作需要评价的重要污染物。交通运输部出台了《港口建设项目环境影响评价规范》（JTS105-1—2011）（以下简称《规范》），《规范》对干散货码头的起尘量计算公式进行了规定，是干散货码头环境影响评价工作的主要依据。

根据《煤炭矿石码头粉尘控制设计规范》（JTS155—2015）等文件要求，为进一步降低干散货码头的扬尘污染，散货堆场常用洒水抑尘，堆场围护等抑尘措施，其中，堆场围护方式又分为防风网、封闭或半封闭条仓和筒仓等。研究表明，在防风网、半封闭条仓掩护区域内，风速降低作用明显，形成了较大区域的低风速区，说明防风网、半封闭条仓对于堆场内的风速降低有明显的作用，从而对抑制粉尘具有较明显的效果。本文主要研究《规范》推荐的堆场静态起尘量计算公式中考虑堆场围护设施情况下的源强计算。

2 堆场静态起尘源强公式

《规范》中给出的干散货码头堆场静态起尘公式：

式中，Q为堆场起尘量，kg；α为货物类型起尘调节系数；U为风速，m/s；多堆堆场表面风速取单堆的89%；U0为混合粒径颗粒的起动风速，m/s；S为堆垛表面积m2；w为含水率。

3 堆场设置防风网

防风网作为一种有效控制堆场自然起尘的措施，主要通过改变来流风的流场，减小风速，并降低风的动能，从而达到抑制粉尘的目的。

3.1 影响因素

当防风网采用不同的高度，不同的孔隙率及与料堆不同的距离时，其抑尘效果会产生很大的差异[1]。所以确定防风网抑尘效率（或对风速的遮蔽效果）参数时，应考虑防风网的网高、料堆间距、孔隙率对防风网抑尘效果的影响[2]。

3.1.1 防风网高度

防风网的高度直接决定网后遮蔽范围。研究发现：在一定高度内，防风网庇护范围随网高的增加而增大，当达到一个高度后，再增加网高，防风网的遮蔽效果并不显著。郭辉[3]通过风洞实验研究发现防风网最佳遮蔽效果位于遮蔽距离1～6倍网高之间，大于6倍网高距离后防风网降风作用逐渐变弱，20倍网高距离以后防风网的作用基本恒定在10%左右。

3.1.2 防风网与料堆距离

风度实验表明：防风网距离料堆过远不能起到遮蔽作用；但是过近设置，反而由于压力急剧衰减在网后形成强度较大的涡旋，使起尘量增加。赵海珍等[4]提出防风网与料堆距离可控制在1.0～1.5倍堆高之内。

3.1.3 孔隙率

孔隙率为防风网透风面积与总面积之比，是防风网的一个重要结构指标。通过风洞模拟试验表明，孔隙率为30%～40%时临界起尘风速最大，对露天煤堆的挡风遮蔽效果最好。

3.2 抑尘效果的表征

3.2.1 采用挡风效果表征

根据王泽涛等[5]对防风网风速折减效果的研究表明，在距离防风网6倍网高距离范围内，风速折减效果明显，最大折减率可达80%左右；距离防风网20倍网高后遮蔽效果不明显，为18%左右。贺建平等人[6]也指出实测小风力（风速≤5.4m/s）条件下，防风网后风速衰减率为18%～78%，呈阶梯形递减趋势；大风力（风速为5.5～11m/s）条件下防风网后风速衰减率为73%～92%，呈波动状态。因此，一般取防风网的综合风速遮蔽效果1/3左右。

3.2.2 采用抑尘效果表征

按照物料初始含水率为3.2%计算，料堆起尘风速为3.35m/s；堆场定时洒水喷淋料堆含水率达6%，则料堆起尘风速为3.80m/s。

含水率为3.2%和6%的物料堆场设置防风网后，风速减低的抑尘效率分别按照式（3）和式（4）进行计算[7]。

式中，fQ1为抑尘效率；F（）为i组风速的出现频率，∑F（）=1；为i组的平均风速，m/s；η为风速折减效果。

根据式（3）和式（4），对于多堆堆场，η=0.89；对于多堆且采用防风抑尘网的堆场η=0.89×2/3。根据表1中沿海5个地点的风速统计情况，计算堆场设置防风网后的抑尘效率，如表2所示。可知，由于堆场喷淋洒水和多堆堆垛间风速的降低，静态起尘抑尘效率平均可以达到60%以上；按照我国干散货码头环评，一般取防风网的综合风速遮蔽效果为1/3左右，即防风网使下风向风速降低1/3左右，这时再结合堆场洒水及多堆堆垛间风速的降低，对于静态起尘抑尘效率来说，抑尘率可以达到98%。

表1 沿海城市风速概率统计情况

表2 沿海城市堆场设置防风网后的抑尘效率 %

4 堆场设置条形仓

条形仓是对港口储存散货时采用圆筒仓、半球型仓、全封闭库各种方案的总结，也是借鉴防风网防尘机理的研究理论的结果，并且是在吸收了全封闭库的设计优点的基础上提出的新结构形式。

条形仓的突出特点是对环境污染小，当采用封闭堆场（或者半封闭堆场，顶部开条形窄口等形式）时，可以降低环境因素对扬尘的影响，采用条形仓可以保证堆场仓内扬尘得到有效控制。但同时条形仓也存在工程造价高、受消防通道布置的影响以及堆场利用率相对较低的缺点。

目前，我国曹妃甸散货码头堆场已投资建设条形仓，已经开始投入运营。该封闭条形仓是我国水运工程首次运用大跨度钢网架封闭大棚，封闭大棚工程的基础为PHC管桩及现浇承台结构，上部为钢网架结构，钢网架总长1060m，跨度为103m、高度为40m。

研究表明，一般封闭和半封闭（顶部开条形口）的条形仓内风速平均降低约为50%。根据式（3）和式（4），计算沿海5个地点堆场设置条形仓后的抑尘效率（见表3）。

表3 沿海城市堆场设置条形仓后的抑尘效率 %

由表3可知，按照我国干散货码头环评项目，一般取条形仓的综合风速遮蔽效果50%左右计，这时再结合堆场洒水及多堆堆垛间风速的降低，对于静态起尘来说，抑尘效率可以达到99%以上。因此，堆场设置条形仓后其静态起尘量基本可忽略不计。

5 堆场设置筒仓

一般而言，比较有效、彻底地解决常规散货堆场环境污染问题的措施是将煤炭等散货封闭在一定的空间内，国内得到认可的散货堆场全封闭方案为筒仓方案，可以彻底解决粉尘外溢问题。

从工艺布置上分析，在储量相同的前提下，筒仓与煤场所占地面积之比约为2∶3，以筒仓作为储存散状物料的设施，具有结构简单、使用方便和环境污染少等优点，但是筒仓也存在以下弊端。

1）煤炭等货种自燃、粉尘爆炸等安全问题。一般只适用于货种堆存期较短的煤场。为防止货物自燃，一般筒仓会和露天堆场相连接，以保证货物储存安全。对于专业化的散货储运中心，由于其运量大，堆存时间又比中转港口时间长，如采用筒仓，就必须用超大型筒仓。筒仓越大，对筒仓的安全性要求也就越高，因此，必须对筒仓进行全方位、全过程的监测，加强安全保护，这就增加了储煤管理的复杂度和危险因数。

2）由于煤炭装运、转接过程伴有洒水降尘，并且一般煤的含水量较高，装进筒仓后，水分难以消散，较难控制含水量，冬季也容易结冻造成出料困难。

3）多数港口煤种和服务的业主都很多，不同煤种或不同业主的货物都需分开存放；不仅要考虑物料大进大出、快速周转的需要，还需考虑倒仓等需求，随机因素多，若保证生产需求相对困难。

目前，黄骅港三期工程煤炭堆场已采用筒仓储煤。黄骅港煤码头三期工程在筒仓储煤工艺运行过程中为保证储煤安全，适当调配了煤种。黄骅港现有的露天煤炭堆场可极大地缓解煤码头三期工程储煤筒仓的压力，神华集团的一体化经营管理模式，使港口完全有能力将堆存期较短的煤种调配到筒仓中储存，将堆存期相对较长的煤种调配到现有露天堆场储存，有效解决了煤炭在筒仓中储存时间过长易发生自燃的问题，是筒仓安全储煤的根本保证。

另外，为便于应急处置，黄骅港煤码头三期工程筒仓连接了露天堆场。在黄骅港煤码头三期工程的筒仓出口处布置了1台倒仓皮带机，可将筒仓中的煤炭卸至露天堆场，倒仓系统最大能力达4000t/h，满仓状态下最短的倒仓时间也只需7.5h。在紧急情况下可将筒仓中温度超限的煤炭迅速卸至露天堆场，待煤炭冷却后再通过二期煤码头装船外运，也可将筒仓中剩余的小批量煤炭倒至露天堆场，提高筒仓的利用率。

总体而言，全封闭的储煤筒仓在降低煤尘污染方面效果较好，但由于煤炭容易自燃，储煤筒仓完全封闭的结构又会成为制约其在港口煤码头工程中应用的主要问题。在到港煤炭品种较少、在港堆存期较短的情况下，辅以配建露天场地等应急处置措施，才能保证以筒仓作为主要储煤设施的煤炭输出码头的安全、高效运转。

因此，针对散货堆场设置筒仓储运煤炭等货种时，可认为筒仓本身无粉尘外溢问题，起尘量几乎为0。但应考虑是否设置了露天应急堆场，若布置露天应急堆场，需计算该部分堆场静态起尘量，计算方法同防风网作用下堆场静态起尘量的计算。

6 结语

1）根据《规范》推荐堆场静态起尘量计算公式计算，堆场设置防风网，再结合堆场洒水及多堆堆垛间风速的降低，静态起尘抑尘效率可达98%；堆场设置条形仓，再结合堆场洒水及多堆堆垛间风速的降低，静态起尘抑尘效率可达99%以上；筒仓本身无粉尘外溢问题，起尘量几乎为0，但应考虑是否设置了露天应急堆场，若布置露天应急堆场，需要计算该部分堆场静态起尘量。

2）干散货堆场起尘过程十分复杂，《规范》推荐公式揭示了部分规律，但为了更准确地为粉尘颗粒物影响预测及污染控制提供依据，仍需进一步研究探讨相关参数的取值方法和适用条件。

【1】孙昌峰,陈光辉,范军领，等.防风抑尘网研究进展[J].化工进展, 2011,30(4):871-877.

【2】翀宋 芳.开放性露天堆场散尘规律及防风抑尘网优化设计的数值模拟[D].太原:太原理工大学,2015.

【3】郭辉.防风网遮蔽效果研究[D].大连:大连理工大学，2008.

【4】赵海珍,梁学功,马爱进.防风网防尘技术及其在我国大型煤炭港口的应用与发展对策[J].环境科学研究,2007,20(2):67-71.

【5】王泽涛.防风网风速折减效果及风荷载体型系数风洞研究[D].大连:大连理工大学,2011.

【6】贺建平,宋旗跃,郭雁芸，等.挡风抑尘网抑尘防风效果分析[J].山西科技,2017(3):137-138.

【7】易海涛.堆场扬尘计算和防风效率的几个问题[J].环境科技,2014(3): 45-4.

表1 在线冲洗法管道冲洗的技术要求

2.3.5 液压系统压力试验

1）系统压力试验应在管路冲洗合格后进行，试验介质为工作液。

2）工作压力小于16MPa的系统的试验压力为工作压力的1.5倍；工作压力大于16MPa的系统的试验压力为工作压力的1.25倍。

3）试验压力应逐级升高，每升高一级宜稳压2～3min，达到试验压力后，持压10min，待降到工作压力后进行全面检查，以系统所有的焊缝和连接口无漏油，管道无永久性变形为合格。

2.3.6 液压系统试运转

1）液压系统调试

系统的调试:系统的各个回路要逐一进行调试。调试时，其他回路应处于关闭状态；电液伺服阀和比例阀先要用模拟信号进行试动作，然后单试和连锁动作。

2）系统试运转

液压系统包括：动力源、调速控制回路、方向控制回路、缓冲平衡控制回路、安全溢流和压力控制回路以及辅助系统控制回路等组成。各回路可进行独立调节和连锁调节，以满足系统达到最佳控制状态。设备试运转要严格按最终确定的设备单体试运转方案执行。

3 结语

通过太钢高集成化冷轧生产线设备安装工程，我们总结出了不锈钢冷连轧机组设备安装的3大关键技术，提高了施工效率、降低了施工难度、缩短了工期、提高了安装质量，受到业主和外方专家的一致好评，收到了显著的企业效益和社会效益，为今后高集成化冷轧生产线设备及其他类似设备安装提供借鉴经验。

【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

交通运输部水运科学研究院2016年青年科技创新项目“干散货码头大气污染源强计算方法研究”（WTI41603）

季雪元（1988～），女，北京人，工程师，从事环境工程、环境影响评价技术研究。