工地噴霧降塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

申慶赟

摘 要：本文結(jié)合相關(guān)理論研究及工程實(shí)踐，研究了工地噴霧降塵系統(tǒng)。首先闡述了工地噴霧降塵系統(tǒng)的工作原理，然后對(duì)系統(tǒng)分類及構(gòu)成進(jìn)行分析，并提出了選用要點(diǎn)，最后介紹了噴霧降塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本參數(shù)、水霧噴頭的選擇原則及系統(tǒng)的水力計(jì)算。

關(guān)鍵詞：綠色施工;揚(yáng)塵控制;噴霧降塵;水力計(jì)算

Abstract： This paper combined relevant theoretical research and engineering practice， refined the design of the field spray dust dropping system. Firstly， the working principle of the field spray dust dropping system was described， then the classification and composition of the system were analyzed， and the selection points were put forward， finally， the basic parameters of the spray dust dropping system design， the selection principle of water spray head and the hydraulic calculation of the system were introduced.

Keywords： green construction;dust control;spray dust;hydraulic calculation

隨著國(guó)家不斷加大大氣污染的治理力度，建筑施工工地?fù)P塵管控越來越嚴(yán)格，噴霧降塵系統(tǒng)已成為揚(yáng)塵治理的重要措施。工地噴霧降塵系統(tǒng)的作用是降塵，目的是控制施工場(chǎng)地邊界揚(yáng)塵值，降低揚(yáng)塵排放率，與用于消防的噴霧滅火系統(tǒng)、用于工業(yè)的噴霧除塵系統(tǒng)以及用于農(nóng)業(yè)的農(nóng)藥噴霧系統(tǒng)有較大不同。為保證工地噴霧降塵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)轉(zhuǎn)，相關(guān)單位應(yīng)對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。但目前，關(guān)于這方面的相關(guān)研究論述較少，給工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)應(yīng)用帶來不便。本文結(jié)合相關(guān)理論研究及工程實(shí)踐，從系統(tǒng)原理、系統(tǒng)組成及組件、設(shè)計(jì)計(jì)算3個(gè)方面出發(fā)，對(duì)工地噴霧降塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)和提煉。

1 噴霧降塵系統(tǒng)原理

噴霧降塵是指將水分散成霧滴噴向塵源的抑制和捕捉粉塵的方法與技術(shù)。原理是利用噴霧產(chǎn)生的微粒，由于其極其細(xì)小，表面張力基本上為零，噴灑到空氣中能迅速吸附空氣中的各種大小灰塵顆粒，形成有效控塵。水霧化是一個(gè)多相、瞬態(tài)的復(fù)雜過程，需要消耗較大部分的霧化能量，將水在噴口處破裂成薄膜或絲狀，然后產(chǎn)生一個(gè)較大的速度梯度，通過與空氣高速摩擦，將薄膜伸展至破裂點(diǎn)，最后形成霧滴噴灑出去。

2 噴霧降塵系統(tǒng)分類及結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)分類

噴霧降塵系統(tǒng)有固定式和移動(dòng)式兩種裝置形式。其中，固定式噴霧降塵系統(tǒng)有設(shè)置于工地圍擋、道路、樓層、塔吊、封閉垃圾站等位置的噴霧降塵系統(tǒng)，如圖1所示。移動(dòng)式裝置可起到固定裝置的輔助作用，包括手推除塵霧炮機(jī)、霧炮車等，如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

2.2.1 加壓給水設(shè)備。噴霧降塵系統(tǒng)加壓給水設(shè)備一般由水箱、水泵、氣壓罐、控制柜及相應(yīng)附件組成，可單獨(dú)設(shè)置，也可與工地臨時(shí)生產(chǎn)、生活及消防用水加壓設(shè)備共用。為便于周轉(zhuǎn)，水箱一般采用裝配式水箱，制作材料為普通鋼板、鍍鋅鋼板、不銹鋼板、玻璃鋼板、塑料板等。水箱的有效容積應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)用水量計(jì)算確定。水泵一般選用離心式水泵，水泵流量、揚(yáng)程根據(jù)系統(tǒng)所需流量、壓力確定。氣壓罐主要起穩(wěn)壓、增壓和水量調(diào)節(jié)作用，一般選用變壓式隔膜氣壓罐、變壓補(bǔ)氣式氣壓罐。為保證加壓給水設(shè)備安全、節(jié)能、高效運(yùn)行，控制柜一般選用變頻控制柜，并具備水箱缺水保護(hù)、水泵自動(dòng)啟停等功能。

2.2.2 配水管。噴霧降塵系統(tǒng)配水管一般選用鋼管、PPR給水管、PE給水管、PVC給水管等管材。不同配水管材的比較如表1所示。

塔吊噴霧降塵系統(tǒng)配水管道可選用鋼絲編織橡膠軟管，具有耐油、耐熱、耐老化，承壓能力高，材質(zhì)柔軟，耐曲繞性和耐疲勞性好的優(yōu)點(diǎn)。鋼絲編織橡膠軟管可根據(jù)塔吊高度，成盤卷置在塔吊旁，隨同塔吊一起頂升，避免反復(fù)拆裝配管。

2.2.3 水霧噴頭。水霧噴頭是噴霧降塵系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，一般為不銹鋼、銅、陶瓷或塑料材質(zhì)。水霧噴頭性能的優(yōu)劣，直接關(guān)系到降塵效果和系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。常見的國(guó)產(chǎn)水霧噴頭有扇形霧噴頭、切向離心式空心圓錐霧噴頭、渦流片式空心圓錐霧噴頭、渦流芯式空心圓錐霧噴頭、旋流芯式實(shí)心圓錐霧噴頭和螺旋錐形噴頭等。

2.2.4 控制閥及聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)。為保證噴霧降塵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行，施工單位應(yīng)配置控制閥及聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)。

控制閥主要有手動(dòng)控制閥和電磁閥。①手動(dòng)控制閥滿足系統(tǒng)的手動(dòng)控制和檢修需要;②電磁閥與控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)噴霧降塵系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由手機(jī)APP遠(yuǎn)程無線控制系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)及降塵除霾聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)等構(gòu)成。①手機(jī)APP遠(yuǎn)程無線控制系統(tǒng)主要是在電磁閥控制箱內(nèi)配置智能控制模塊，通過無線網(wǎng)卡連接手機(jī)APP，實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制閥門啟閉。②環(huán)境監(jiān)測(cè)及降塵除霾聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示傳輸系統(tǒng)、環(huán)境預(yù)警干預(yù)系統(tǒng)3部分組成，可對(duì)工地現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度、PM2.5、PM10、風(fēng)力、風(fēng)向、噪音和有害氣體等環(huán)境項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將數(shù)據(jù)傳輸至云平臺(tái)存儲(chǔ)分析。通過電腦、手機(jī)APP實(shí)時(shí)查看相關(guān)數(shù)據(jù)，并在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)LED屏幕顯示數(shù)據(jù)。當(dāng)PM2.5、PM10等污染指數(shù)超過設(shè)定的預(yù)警值時(shí)，通過系統(tǒng)控制箱和電磁閥聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)啟動(dòng)噴霧降塵系統(tǒng)。

打開電磁閥后，加壓給水設(shè)備控制箱通過設(shè)置在配水系統(tǒng)上的電接點(diǎn)壓力表或遠(yuǎn)傳壓力表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)壓力，當(dāng)壓力降到系統(tǒng)設(shè)置的最低值時(shí)，加壓設(shè)備啟動(dòng)，同時(shí)水箱內(nèi)水位下降，浮球閥自動(dòng)打開，進(jìn)行補(bǔ)水。電磁閥關(guān)閉后，系統(tǒng)壓力增高，當(dāng)壓力升高到系統(tǒng)設(shè)置的最高值時(shí)，加壓設(shè)備停止運(yùn)行。

3 噴霧降塵系統(tǒng)的水力計(jì)算

3.1 噴霧降塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本參數(shù)及水霧噴頭的選擇

3.1.1 噴霧降塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本參數(shù)。噴霧降塵系統(tǒng)的基本參數(shù)包括：水霧噴頭的工作壓力、水霧噴頭的流量系數(shù)、水霧噴頭流量、水霧噴頭布置間距。

①水霧噴頭的工作壓力。同一種水霧噴頭，工作壓力越高，霧化效果越好。用于工地降塵時(shí)，水霧噴頭的工作壓力以0.20～0.40MPa為宜。工作壓力過小，霧化效果差，降塵效率低。但是，工作壓力過高，會(huì)增加運(yùn)行成本。

②水霧噴頭流量，可用公式（1）求得。

3.1.2 水霧噴頭的選擇。①霧滴飄移。受自然環(huán)境的影響，霧滴飄移是普遍存在的現(xiàn)象。影響霧滴飄移的因素很多，主要包括霧滴尺寸、風(fēng)速、風(fēng)向等。霧滴的原始尺寸是引起飄移的最主要因素，霧滴越小，順風(fēng)飄移就越遠(yuǎn)，霧滴尺寸大小對(duì)飄移的影響如表2所示。霧滴越小，風(fēng)速越大，飄移越遠(yuǎn)，與空氣中的污染顆粒吸附效果越好，降塵效果也越好。不同壓力下水霧噴頭的流量系數(shù)、流量、霧化角、噴灑直徑、霧滴尺寸等參數(shù)，可以通過廠家提供的噴頭性能參數(shù)表查詢。②水霧噴頭選擇原則。兼顧經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性;宜選用低壓噴頭;在噴霧壓力和噴霧量相同的情況下，宜選用霧化角大的噴頭;在相同噴霧量、相同壓力和相同霧化角的情況下，宜選用霧滴尺寸小的噴頭。

式中：[H]表示系統(tǒng)管道入口或水泵的計(jì)算壓力;[h]表示系統(tǒng)管道沿程水頭損失與局部水頭損失之和;[h0]表示最不利點(diǎn)水霧噴頭的實(shí)際工作壓力;[Z]表示最不利點(diǎn)水霧噴頭與系統(tǒng)管道入口或水箱最低水位的高程差。當(dāng)系統(tǒng)管道入口或水箱最低水位高于最不利點(diǎn)水霧噴頭時(shí)，[Z]應(yīng)取負(fù)值;水泵揚(yáng)程可按計(jì)算揚(yáng)程[H]乘以1.05～1.10后選泵。

4 噴霧降塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

本文以某施工工地圍墻噴霧降塵系統(tǒng)為例，進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算：某施工工地圍墻長(zhǎng)度1 068.74m，圍墻高度2.6m，擬在圍墻頂部設(shè)置噴霧降塵系統(tǒng)。加壓設(shè)備與工地臨時(shí)生產(chǎn)、生活及消防用水共用，從沿圍墻底部明敷的工地臨時(shí)水主干管上引出一根噴霧降塵系統(tǒng)專用管道，管道采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸比SDR11、公稱壓力1.25MPa的HDPE給水管，熱熔連接，管路配裝手動(dòng)閥和電磁閥，采用環(huán)境監(jiān)測(cè)及降塵除霾聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)、手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制兩種控制方式。水霧噴頭采用工農(nóng)-16型切向離心式空心圓錐水霧噴頭，噴孔徑1.3mm，最不利點(diǎn)水霧噴頭的工作壓力取0.30MPa，霧化角88°，噴頭水平噴射射程0.77m，系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算如下。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，整個(gè)圍墻噴淋擬分為3道管路，第1、2道管路分別控制238個(gè)噴頭，第3道管路控制237個(gè)噴頭。

水頭損失：根據(jù)沿程水頭損失計(jì)算公式計(jì)算可得第1、2道管路的沿程損失為0.30MPa，第3道管路的沿程水頭損失為0.30MPa。局部水頭損失取沿程水頭損失的20%。第1、2、3道管路水頭損失約為0.36MPa。

每道管路入口壓力：

通過以上計(jì)算結(jié)果可以看出，工地噴霧降塵系統(tǒng)對(duì)用水量、水壓要求均較高，如不進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算，難以保證其正常運(yùn)行，甚至?xí)?duì)施工生產(chǎn)和消防水正常使用產(chǎn)生不利影響。

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