港口工程中防風抑塵網(wǎng)平面布置的研究與探討

楊攀博 陳龍 李俊良

摘要：防風抑塵網(wǎng)可有效的抑制港口工程中露天堆場的粉塵污染問題。本文以某碼頭防風抑塵網(wǎng)工程為實例，通過數(shù) 值模擬方法，對多個平面布置方案的抑塵效果進行詳細分析，從而得出有借鑒意義的結論，以便應用于其他工程中?！翱凇弊中推矫娌贾梅桨父鼮楹侠?，防風抑塵效果好，對工程適應性強;網(wǎng)高宜取1.1～1.5倍堆垛高度，超過1.5倍堆垛高度后，再提升網(wǎng)高，防風抑塵效果提升不明顯;并建議采用防風網(wǎng)與抑塵網(wǎng)相結合的布置型式，達到最好的防風抑塵效果。

關鍵詞：粉塵污染;防風抑塵網(wǎng);數(shù)值模擬;平面布置

中圖分類號：U65 文獻標識碼：A?? 文章編號：1006—7973（2022）03-0099-03

港口工程露天堆場的礦石、煤等散料進行堆取、存放、轉運等作業(yè)過程中，在風力的作用下會產(chǎn)生大量細微粉塵顆粒，對大氣造成嚴重污染[1]。布置防風抑塵網(wǎng)可有效抑制露天堆場的粉塵污染問題，也是現(xiàn)階段比較常用的解決方法。防風抑塵網(wǎng)的開孔率、網(wǎng)板形狀、平面布置型式、網(wǎng)高均為關鍵的技術參數(shù)，其中關于網(wǎng)板形狀與開孔率的研究已較為深入，可根據(jù)以往研究成果確定合理的設計參數(shù)[2]。而針對特定工程，防風抑塵網(wǎng)的平面布置型式及網(wǎng)高則更為直接影響其防風抑塵效果。本文以某碼頭防風抑塵網(wǎng)工程為實例，對防風抑塵網(wǎng)的平面布置進行研究與探討。

1工程背景

某碼頭從2008年試運行、2009年正式投產(chǎn)至今，各方面運行良好，主要進行煤炭、鐵礦、熟料、水泥粉等散貨裝卸。港區(qū)常風向為東北東向，強風向為西南向，次強風向為東南向。碼頭周圍有重要的粉塵敏感點：1#敏感點為小學、公園及居民區(qū);2#敏感點為酒店及海軍部隊補給站;3#敏感點的海花島高檔小區(qū)?，F(xiàn)階段碼頭僅采用灑水噴淋方式進行除塵，在常風向及強風向的作用下，粉塵污染對各敏感點影響嚴重，社會問題突出，需采取更加有效的防塵措施，擬建設防風抑塵網(wǎng)。

2工程布置方案

2.1平面布置型式

防風抑塵網(wǎng)的平面布置型式有主導風向上設置、四周設置，也有三面或者單面設置。結合港區(qū)風向及堆場現(xiàn)狀，提出三個平面布置型式：方案一采用“口”字型布置;方案二采用“山”字型布置;方案三采用“U”字型布置，如圖1所示。

2.2設網(wǎng)高度

關于防風抑塵網(wǎng)網(wǎng)高的選取，一方面根據(jù)《煤炭礦石碼頭粉塵控制設計規(guī)范》（JTS 156—2015），防風抑塵網(wǎng)設計高度宜取1.1～1.5倍堆垛高度[3]。散貨堆場堆垛高度為9m ～10m，防風抑塵網(wǎng)高宜在12m ～16m 范圍內(nèi)選取。另一方面需考慮防風抑塵網(wǎng)的有效庇護距離，實測數(shù)據(jù)表明網(wǎng)后下風向16倍網(wǎng)高距離內(nèi)，綜合抑塵效率達到80%以上，在網(wǎng)后25倍網(wǎng)髙距離內(nèi)有較好的抑塵效果，網(wǎng)髙度一般為網(wǎng)后庇護距離的1/25～1/16[4]。某碼頭堆場縱深約300m，網(wǎng)高宜為12～18m 可保證有效庇護距離。綜合考慮抑塵效果及經(jīng)濟性，網(wǎng)高采用12m、14m、16m 三個布置方案。

2.3網(wǎng)板參數(shù)

網(wǎng)板參數(shù)選擇上，根據(jù)以往研究成果，防風抑塵網(wǎng)防塵機理分為防風和捕捉粉塵兩種功能，故根據(jù)使用功能可以分為防風網(wǎng)和抑塵網(wǎng)兩種，防風網(wǎng)減風效果好，開孔率為40%，抑塵網(wǎng)抑塵效果好，開孔率為33%[4]。蝶形網(wǎng)板的降風和紊流效果相比平行板更為突出，且應用廣泛?？紤]到本工程敏感點較近，需突出抑塵效果，暫考慮采用開孔率33%的蝶形抑塵網(wǎng)板。

結合平面布置型式及網(wǎng)高，共布置9組設計方案，如表1所示：

3數(shù)值模擬計算

3.1計算模型

通過數(shù)值模擬，對9組方案的抑塵效果進行分析，以選取最優(yōu)方案。數(shù)值模擬采用國際通用的 CFD 軟件包 FLUENT 對堆場及各個堆垛進行三維建模，模擬各工況在16個風向下的減風抑塵效果。

模型計算域的確定與流體流動復雜程度和求解的變量流動特征有關，本次計算選用實際場地的全尺度計算域。流體計算基于時均雷諾方程，采用 RNG k-ε湍流模型。計算域的邊界條件設定見表2所示。防風抑塵網(wǎng)三維建模采用結構網(wǎng)格與非結構網(wǎng)格相結合的剖分方式，堆場區(qū)域采用非結構化網(wǎng)格，外部邊界層區(qū)域采用結構化網(wǎng)格。

3.2流場分析

方案一 A、方案一 B、方案一 C 三組方案的近地面風速云圖如圖2所示?？梢钥闯觯里L抑塵網(wǎng)降低了來流風速，在堆場內(nèi)部形成了低風速區(qū)。16m 網(wǎng)高時減風效果最好，14m 次之，12m 最差。方案一 B、方案二 B、方案三 B 三組方案的近地面風速顯示，“口”字型南側網(wǎng)近似垂直于 S 風向，減風效果最好，“山”字型次之，“U”字型最差。

3.3抑塵效果分析及方案優(yōu)化

抑塵計算結果如表3所示。從堆場起塵方面看，網(wǎng)高一定時，“口”字型方案與“山”字型方案的抑塵效果接近，且均明顯好于“U”字型方案。從敏感點的降塵方面分析，“口”字型方案與“山”字型方案的抑塵效果也要好于“U”字型方案。“口”字型方案對南側敏感點（3#）的抑塵效果更好，而“山”字型方案對北側敏感點（1#、2#）的抑塵效果更好，且均達到了99%以上。

網(wǎng)高方面，抑塵率隨著網(wǎng)高的增加而提高。14m 網(wǎng)高相比于12m 網(wǎng)高抑塵率提高2.1%左右，而16m 網(wǎng)高相比14m 網(wǎng)高抑塵率僅提升0.3%。可見，網(wǎng)高超過一定值后（1.5倍堆垛高度），再提升網(wǎng)高，抑塵率提高效果不明顯。

通過以上分析，結合工程經(jīng)濟性，并考慮到“山”字型布置方案將堆場分割，不利于行車組織及生產(chǎn)管理，故將方案一 B，即“口”字型布置、14m 網(wǎng)高作為工程推薦方案。同時在試驗中發(fā)現(xiàn)，增加南側防風抑塵網(wǎng)的開孔率可加強對門機裝卸區(qū)域的減風抑塵效果，故采用防風網(wǎng)與抑塵網(wǎng)相結合的布置型式，即南側采用開孔率40%的防風網(wǎng)，其余三側采用孔率約33%的抑塵網(wǎng)，已達到更好的防風抑塵效果。

3.4 TSP 濃度影響

TSP 濃度計算采用日本零部件中心軟件。2#敏感點距離工程最近，某碼頭建設前， TSP 日平均濃度為0.108～0.127mg/m3，即本底值。通過數(shù)值模擬計算，某碼頭建設防風抑塵網(wǎng)后的貢獻值為0.08mg/m3，疊加后為0.21mg/m3，滿足大氣二級標準，即總懸浮顆粒物（TSP）濃度限值為日平均值〈0.3mg/m3。

4結語

（1）平面布置型式上，“口”字型方案布局合理，防風抑塵效果好，對工程適應性強;

（2）防風抑塵網(wǎng)設計高度宜取1.1～1.5倍堆垛高度，網(wǎng)高超過1.5倍堆垛高度后，再提升網(wǎng)高，防風抑塵效果提升不明顯;

（3）建議根據(jù)數(shù)值模擬結果調(diào)整防風抑塵網(wǎng)布置，并采用防風網(wǎng)與抑塵網(wǎng)相結合的布置型式，以達到最好的防風抑塵效果。

參考文獻：

[1] 陳尚倫，防風抑塵網(wǎng)的類型及應用[J].起重運輸機械，2013（2）：107-109.

[2]趙杰，姬亞琴，李樹立等，關于散貨堆場網(wǎng)研究進展[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2015（3）：84-87.

[3] JTS 156—2015《煤炭礦石碼頭粉塵控制設計規(guī)范》.

[4] 陶鵬，王丹.露天煤炭堆場的防風抑塵網(wǎng)集成技術研究[D].水運工程 ，2011（9）：159-164.

[5] GB 3095-2012《大氣環(huán)境質(zhì)量標準》.