港口工程中防風抑塵網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工程為實例，通過數 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。“口”字型平面布置方案更為合理，防風抑塵效果好，對工程適應性強;網高宜取1.1～1.5倍堆垛高度，超過1.5倍堆垛高度后，再提升網高，防風抑塵效果提升不明顯;并建議采用防風網與抑塵網相結合的布置型式，達到最好的防風抑塵效果。

關鍵詞：粉塵污染;防風抑塵網;數值模擬;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、轉運等作業過程中，在風力的作用下會產生大量細微粉塵顆粒，對大氣造成嚴重污染[1]。布置防風抑塵網可有效抑制露天堆場的粉塵污染問題，也是現階段比較常用的解決方法。防風抑塵網的開孔率、網板形狀、平面布置型式、網高均為關鍵的技術參數，其中關于網板形狀與開孔率的研究已較為深入，可根據以往研究成果確定合理的設計參數[2]。而針對特定工程，防風抑塵網的平面布置型式及網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工程為實例，對防風抑塵網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;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。現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。

2工程布置方案

2.1平面布置型式

防風抑塵網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。結合港區風向及堆場現狀，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設網高度

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

2.3網板參數

網板參數選擇上，根據以往研究成果，防風抑塵網防塵機理分為防風和捕捉粉塵兩種功能，故根據使用功能可以分為防風網和抑塵網兩種，防風網減風效果好，開孔率為40%，抑塵網抑塵效果好，開孔率為33%[4]。蝶形網板的降風和紊流效果相比平行板更為突出，且應用廣泛。考慮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%的蝶形抑塵網板。

結合平面布置型式及網高，共布置9組設計方案，如表1所示：

3數值模擬計算

3.1計算模型

通過數值模擬，對9組方案的抑塵效果進行分析，以選取最優方案。數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。防風抑塵網三維建模采用結構網格與非結構網格相結合的剖分方式，堆場區域采用非結構化網格，外部邊界層區域采用結構化網格。

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。可以看出，防風抑塵網降低了來流風速，在堆場內部形成了低風速區。16m 網高時減風效果最好，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化

抑塵計算結果如表3所示。從堆場起塵方面看，網高一定時，“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。

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

通過以上分析，結合工程經濟性，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管理，故將方案一 B，即“口”字型布置、14m 網高作為工程推薦方案。同時在試驗中發現，增加南側防風抑塵網的開孔率可加強對門機裝卸區域的減風抑塵效果，故采用防風網與抑塵網相結合的布置型式，即南側采用開孔率40%的防風網，其余三側采用孔率約33%的抑塵網，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。通過數值模擬計算，某碼頭建設防風抑塵網后的貢獻值為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）防風抑塵網設計高度宜取1.1～1.5倍堆垛高度，網高超過1.5倍堆垛高度后，再提升網高，防風抑塵效果提升不明顯;

（3）建議根據數值模擬結果調整防風抑塵網布置，并采用防風網與抑塵網相結合的布置型式，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，關于散貨堆場網研究進展[J].環境與可持續發展，2015（3）：84-87.

[3] JTS 156—2015《煤炭礦石碼頭粉塵控制設計規范》.

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

[5] GB 3095-2012《大氣環境質量標準》.