料場膜封閉綜合防塵技術(shù)及應(yīng)用*

趙霞 程罡 趙金懷 馬曉輝 汪瑜

(中鋼集團天澄環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?武漢 430205)

0 引言

鑒于傳統(tǒng)的料場抑塵方式已難以滿足日益嚴格的環(huán)保要求，本文介紹一種新型的料場膜封閉綜合防塵系統(tǒng)及其實際工程應(yīng)用，其取得了良好的環(huán)境、經(jīng)濟及社會效益。

針對開放式堆放料場的特點，采用膜封閉綜合防塵系統(tǒng)將大型料場(灰場)進行全封閉，內(nèi)部采取高效適用的抑塵措施及合理的通風(fēng)措施，可抑制粉塵外逸，對其大面積揚塵進行有效控制。同時，解決棚內(nèi)工作環(huán)境惡劣，空氣質(zhì)量欠佳等問題。

1 料場膜封閉綜合防塵系統(tǒng)

1.1 輕鋼結(jié)構(gòu)

料場膜封閉綜合防塵系統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)屬于骨架式膜結(jié)構(gòu)建筑，是以輕鋼骨架為支撐，以特殊柔性膜材料為圍封，經(jīng)過特定的施工方式，對膜材料施以合適的預(yù)應(yīng)力，鋼骨架與膜材料形成整體結(jié)構(gòu)，共同承受風(fēng)載、雪載和地震荷載等各種外部作用力的一種結(jié)構(gòu)體系。根據(jù)實際情況，膜封閉鋼骨架可采用大跨度管弦桁架、張弦結(jié)構(gòu)及網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，以滿足跨度大、凈空高的工藝要求。

1.2 膜材料

料場全封閉綜合防塵系統(tǒng)的膜封閉材料是其核心和關(guān)鍵技術(shù)。本技術(shù)所采用的膜材料是一種將聚酯纖維或玻纖作為基布，再配合使用性能穩(wěn)定的PVC、PVDF、PTFE等各種表面涂層所組成的建筑紡織品，其外觀不易變形，并可承受一定載荷。該材料具有穩(wěn)定的物理特性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在酸、堿環(huán)境中均可使用。同時，該種材料具有良好的阻燃性，防火性能佳，使用壽命長(≥15 a)。

1.3 通風(fēng)裝置

綜合防塵系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)，通常在其下部兩側(cè)對稱設(shè)置進風(fēng)口，并在其上部兩側(cè)對稱設(shè)置出風(fēng)口，根據(jù)不同工程的具體情況，借助CFD數(shù)值模擬，進行通風(fēng)系統(tǒng)和裝置的設(shè)計和布置，使其更科學(xué)、合理。以保證料場內(nèi)部工作區(qū)的溫度適宜，參見圖1。

1.4 抑塵設(shè)施

抑塵設(shè)施主要采用噴霧抑塵設(shè)備。主要抑塵方式是通過將常態(tài)溶液霧化成10～150 μm的細小霧粒，并在風(fēng)機的作用下定向拋射到指定位置。首先根據(jù)堆取料機現(xiàn)場作業(yè)的工作動態(tài)及物料貯存的實際情況，確定各個塵源點位置，并在其上方或周圍進行噴霧抑塵，使粉塵細顆粒與細小霧粒充分融合，逐漸凝聚成大顆粒團，粉塵粒徑和密度增大，加速粉塵的沉降，從而達到降塵目的。

針對大型料場覆蓋面積大、塵源點多且分散的特點，通常采取多種降塵措施相結(jié)合，合理布置抑塵設(shè)施，從而改善棚內(nèi)工作環(huán)境。

1.5 照明裝置與防火消防系統(tǒng)

由于膜材料具有可透光性，故料場內(nèi)部白天無需照明，設(shè)置照明裝置主要滿足夜間作業(yè)要求。

對于料場封閉綜合防塵系統(tǒng)內(nèi)部空間大，并且存放的物料種類多的特點，其火災(zāi)探測方式宜采用圖像型火災(zāi)探測，消防方案可根據(jù)實際需求，選用室內(nèi)消火栓系滅火裝置、自動噴水系統(tǒng)和消防炮滅火系統(tǒng)相結(jié)合的方式。

煤層瓦斯賦存不僅受到煤層沉積環(huán)境的影響，還受到地質(zhì)構(gòu)造的影響，因此，煤層瓦斯賦存不僅與煤層埋深相關(guān)，還與地質(zhì)構(gòu)造、與煤層露頭的距離、煤層頂板基巖厚度、煤層底板泥巖厚度等相關(guān)，甚至還與煤層厚度、傾角等相關(guān)，所以，要準確預(yù)測煤層原始瓦斯壓力，需要根據(jù)礦井實測煤層瓦斯參數(shù)，在具體分析瓦斯壓力的主要影響因素基礎(chǔ)上，建立瓦斯壓力與各主要影響因素的多元回歸模型，見式(1)，根據(jù)該模型進行瓦斯壓力P預(yù)測。

1—膜封閉結(jié)構(gòu)；2—照明系統(tǒng)；3—抑塵裝置；4—消火栓；5、6—通風(fēng)裝置；7—堆取料機

圖1 料場膜封閉綜合防塵系統(tǒng)示意

2 技術(shù)特點及優(yōu)勢

2.1 新型的支撐結(jié)構(gòu)，安全穩(wěn)定、便于機械作業(yè)

料場膜封閉綜合防塵系統(tǒng)所采用的骨架支撐式膜結(jié)構(gòu)屬柔性結(jié)構(gòu)，能夠承受很大的線性位移，重量輕自重小，且安全穩(wěn)定，可抵御臺風(fēng)、雪災(zāi)等惡劣天氣。

該種新型膜結(jié)構(gòu)具有大跨度、大柱距、大空間的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，最大跨度至少可達到120 m，高度可達15 m以上，棚內(nèi)無需剛性支撐，則可不用設(shè)置橫梁立柱，有利于實現(xiàn)各種裝卸設(shè)備回轉(zhuǎn)和移動等工作動作，便于生產(chǎn)作業(yè)。

2.2 先進的密閉圍護材料，節(jié)能低耗、維護成本低

如前所述，料場封閉綜合防塵系統(tǒng)圍護材料是一種自重輕，不易發(fā)生物理形變及化學(xué)腐蝕，同時具有良好的耐候性、阻燃性的新型紡織物建筑材料，使用壽命至少15年，維護費用低廉[1]。

新型膜材料還具有比較高的透光率(>8%)，光透射呈均勻漫射光，無陰影，無眩光，可有效減少室內(nèi)照明能耗；同時，單層膜材料的保溫性能相當于190 mm厚的保溫磚墻，并且在-40～260 ℃的環(huán)境溫度下均可正常使用[2]。在環(huán)境溫度較低的情況下，其內(nèi)部工作人員和機械均能正常作業(yè)，可無需另設(shè)保暖設(shè)施，有顯著的節(jié)能效果。

2.3 適宜的工作環(huán)境

針對料場膜封閉后的全密閉空間內(nèi)夏季棚內(nèi)溫度居高不下，內(nèi)部作業(yè)區(qū)域環(huán)境惡劣，對作業(yè)人員造成健康隱患等問題，采用溫度場數(shù)值模擬技術(shù)，結(jié)合工程實際，采取科學(xué)合理的通風(fēng)措施和有效的抑塵措施，可保障膜內(nèi)作業(yè)區(qū)域溫度適宜，有效改善工作環(huán)境。

2.4 施工周期短、經(jīng)濟便捷

膜結(jié)構(gòu)所有構(gòu)件均為預(yù)制構(gòu)件，只需在現(xiàn)場進行安裝工程，連接及拆卸方便快捷，可大幅度縮短施工周期，而且可根據(jù)需求部分或整體搬遷。

與已建成的鋼結(jié)構(gòu)全密閉大棚相比較，此種新型膜結(jié)構(gòu)大幅度地減少了鋼耗以及水泥的用量，混凝土基礎(chǔ)的造價可降低約50%，而整體工程造價降低了30%左右[1]。

3 技術(shù)經(jīng)濟對比分析

如前所述，料場膜封閉綜合防塵系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)新穎、跨度大、空間高、結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定、材料壽命長、造價低、施工周期短、經(jīng)濟便捷等顯著特點。為更清晰闡明該項技術(shù)的優(yōu)勢，現(xiàn)將料場膜封閉綜合防塵系統(tǒng)與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)大棚進行技術(shù)經(jīng)濟對比分析，如表1所示。

4 工程應(yīng)用

4.1 工程概況及技術(shù)方案

某鋼廠料場主要放置礦粉物料，規(guī)模230 m×50 m，覆蓋面積約11 500 m2，其日常工作主要為裝載機進行堆取料作業(yè)，料堆堆高約7 m，作業(yè)時間3 h/d。

4.1.1 結(jié)構(gòu)形式及膜材料

該料場采用膜封閉綜合防塵系統(tǒng)，其骨架采用管弦桁架，管弦桁架長度230 m、跨度50 m、凈跨30 m、最大凈高14.9 m、柱距約為12 m，并在縱向布置柱間支撐和系桿形成抗側(cè)力體系。此封閉系統(tǒng)將料場內(nèi)部可利用空間最大化，將對生產(chǎn)的影響降至最低。

圍護膜材料采用PVDF膜材透光率約12%，在日常條件下無需采光；有很好的自潔性，雨水沖洗后膜材表面即可光鮮如初，無需定期清洗；PVDF膜表面涂層具有很好的耐火性能，能滿足消防要求，見圖2。

表1 兩種封閉技術(shù)經(jīng)濟性比較

圖2 料場膜封閉結(jié)構(gòu)計算機模型分析

4.1.2 料場內(nèi)部溫度場數(shù)值模擬與通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

通過計算，該料場膜封閉綜合防塵系統(tǒng)的通風(fēng)系統(tǒng)采取下部設(shè)置進風(fēng)門，通風(fēng)面積為680 m2，上部沿料場四周設(shè)置通風(fēng)帶的形式，通風(fēng)帶面積為1 200 m2。將該料場沿X軸方向分別截取X=55 m，X=115 m，X=170 m三個剖面，進行溫度場數(shù)值模擬分析,假設(shè)外部環(huán)境溫度為35 ℃，分析結(jié)果如圖3。

由圖3可以看出，采取該通風(fēng)系統(tǒng)，料場內(nèi)部上下存在熱分層，靠近膜大棚頂部溫度較高，下部空間溫度較低，主要工作區(qū)溫度在36 ℃左右，與外界環(huán)境溫度相近，此種通風(fēng)方案可行。

(a) X=18 m剖面溫度場 (b) X=36 m剖面溫度場 (c) X=54 m剖面溫度場

4.2 實施效果

該料場實施膜封閉綜合防塵系統(tǒng)前后，顆粒物濃度變化如下：封閉前上風(fēng)向本底質(zhì)量濃度監(jiān)測值為0.226 mg/m3，下風(fēng)向監(jiān)測點質(zhì)量濃度為0.340 mg/m3；封閉后上風(fēng)向本底質(zhì)量濃度監(jiān)測值為0.236 mg/m3，下風(fēng)向監(jiān)測點質(zhì)量濃度為0.241 mg/m3；測試及計算結(jié)果表明：料場膜封閉后，其顆粒物無組織排放減少95.6%，大幅度降低了料場四周區(qū)域環(huán)境狀況；料場內(nèi)部工作環(huán)境得到改善，崗位粉塵濃度也得到了有效控制，測試結(jié)果見表2。

膜封閉綜合防塵系統(tǒng)外部環(huán)境溫度為34 ℃，其內(nèi)部工作區(qū)域溫度約35 ℃左右，與之前溫度場數(shù)值模擬分析結(jié)果基本吻合。

表2 某鋼廠目料場封閉前后測試結(jié)果

5 結(jié)語

(1)料場膜封閉綜合防塵系統(tǒng)是基于膜材料等新材料、新結(jié)構(gòu)發(fā)展的一項新技術(shù)。具有結(jié)構(gòu)新穎、跨度大、空間高、結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定、材料壽命長、造價低、施工周期短、經(jīng)濟便捷等顯著特點。

(2)技術(shù)經(jīng)濟對比分析表明，該系統(tǒng)和技術(shù)的建設(shè)成本和維護成本低、使用壽命長、經(jīng)濟節(jié)能環(huán)保等綜合優(yōu)勢顯著。

(3)工程實踐表明，膜封閉綜合防塵系統(tǒng)可顯著減少料場揚塵，封閉區(qū)域粉塵濃度減少90%以上，能有效控制料場無組織排放，是改善周邊環(huán)境的先進技術(shù)和有效途徑，具有良好的環(huán)保、經(jīng)濟和社會效益，適于在各個工業(yè)行業(yè)的料場封閉中廣泛推廣。