天津南港工业区港务有限公司 天津 300028
摘要：为了满足环保要求，介绍了三种散货堆场降尘抑尘措施，并分析了三种措施的优点和缺点。参考已有项目建设经验，对项目建设成本进行了初步估算。综合对比三种措施优缺点和建设成本后，推荐南港工业区散货铁路堆场采用罩棚配防风网全封闭结构的环保措施。
关键词：防风网，气膜结构，罩棚
引言
南港工业区是天津市“双城双港”城市空间发展战略规划的重要组成部分，规划岸线32.1公里，主要规划岸线包括石化产业、大宗干散货、LNG等。随着南港工业区10万吨级航道疏浚完成，港口运输能力大幅提升，与此同时港口集疏港中出现的大气环保问题、交通拥堵问题、港城矛盾等问题日益凸显，“公转铁”成为必然选择。天津南港工业区港务公司专用铁路线的建设将提高天津港铁路集输运比例，对支撑打赢蓝天保卫战，改善京津冀环境污染有重要意义。天津南港工业区港务有限公司专用线工程线路从南港铁路专用线接轨站至港务公司固体专用线工程终点，长度3.13公里。其到达运量主要为煤炭及制品，发送运量主要为铁矿粉。近期到发送运量为500万吨/年；远期到发送运量为800万吨/年，等级为国铁Ⅲ级。本工程牵引质量为5000t，固体装卸线长1050m。由于场地条件限制，难以直接布置皮带机管廊直联码头，需要由汽车配合短距离倒运进入码头堆场，而铁路两侧的散货堆存成易产生环保问题的主要环节。随着国家经济的不断发展，环保要求越来越严格。大气污染治理是环境保护的重中之重，而颗粒物污染则是多数城市空气污染的首要因素。煤炭和铁矿粉在铁路装卸和堆存过程中会因大风吹扬造成严重的扬尘污染。因此如何解决环保、安全以及操作人员作业环境、降低煤炭、矿粉的扬尘量，做到零污染，零排放，同时工程建设成本与维护成本低的方案堆场建设需要解决的重要问题。
二、方案
南港工业区散货铁路堆场布局如图所示。
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图1南港工业区散货铁路堆场布局示意图
共三条铁路线南北两侧为2条装卸线，中间为1条机走线，东侧为机待线1条。为了保证铁路可以整条作业，整条C70铁路的有效长度为1050米，装卸线两侧25米区域为装卸作业区。堆场主要存储货物为煤炭和铁矿粉，设计堆垛高度6米左右。
现阶段煤炭矿石装卸防污染措施主要分为四种：翻车机房配皮带机模式、防风网四周封闭结构、特殊充气膜结构和罩棚配防风网全封闭结构。由于翻车机房配皮带机模式只能进行卸货作业，不能进行装货作业，因此本文只对后三种措施进行分析研究。后三种措施主要依靠铲车、自卸车和抓斗车配合进行装卸作业。作业过程中产生的扬尘是粉尘的主要来源之一。为了更好的防尘抑尘效果，所以对装卸作业过程和堆场进行整体防护，防护区域为散货作业区配铁路线范围，长度1100米，宽度70米。对三种防护模式进行简要介绍如下。
1）防风网四周封闭结构
防风网20世纪70年代开始在日本应用于控制港口露天煤堆场的粉尘污染，80年代在国内开始应用，现在已经是非常成熟的环保技术。防风网由挡风板、钢结构支撑和混凝土基础组成。挡风板上有一定数量的开孔，挡风板的材质可分为金属和非金属。钢结构支撑主要可以分为桁架结构和螺旋球网结构。桁架结构又可分为空间桁架和平面桁架，其连接方式有焊接和螺栓连接。螺旋球网结构的连接方式为螺旋球连接。基础为钢筋混凝土基础。防风网是利用空气动力学原理，在实施现场周围安装具有一定几何形状、开孔率和不同孔形组合的挡风抑尘墙，使流通的空气（强风）从外通过墙体时，在墙体内侧形成上、下干扰的气流，减小堆场区的风速、减小堆场区风流场的紊流度，从而对防风网后方堆场起到防尘抑尘作用。
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图2 防风网结构示例
2）特殊充气膜结构
气模结构是21世纪的新型环保建材，在国外有大量应用，主要应用于体育场馆、展览馆、候机楼等建筑中。随着国内环保要求的日益严格，膜结构逐渐应用于全封闭的储煤场。神巴选煤厂全封闭气膜式储煤棚采用了封闭式气膜结构。气膜采用高分子材料，利用其轻质大跨特点实现煤储煤场覆盖，保护储煤免受自然环境变化的影响，起到降尘节能等环保作用。需要配备单独的控压系统、通风系统，照明控制系统及水炮消防系统等。气膜结构设有室内外监控系统：室外监控系统可以监测室外温度、湿度、风力、降水量、车辆进出、室外安全等；室内监控系统可以检测室内温度、湿度、出风量、光线照度、煤炭的表面温度及内部温度等。同时，针对煤炭储运相关特点需要，还专门加装了瓦斯监控体系、煤炭粉尘浓度监控体系。在结构抗力方面，采用具有斜向网格钢缆传力系统，使膜材受力均匀的传递并分摊到基础上，最高可以抵御高达67m/s的飓风和超过250kg/㎡的积雪。
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图3 全封闭式气膜结构示例
3）罩棚配防风网全封闭结构
罩棚配防风网全封闭结构，四周采用防风网而顶端采用膜结构罩棚方式。四周采用防风网可以有效降低风速，直接减少粉尘的扩散，另一方面顶部采用膜结构可以最大限度减少强风通过防风网后再次在中央地带形成漩涡风场，同时顶部采用轻质膜结构，节约结构降低投资。同时后期使用过程中不需要不间断通风系统降低使用成本。京能土右旗封闭式罩棚煤炭发运货场、神华转龙湾煤炭集运有限公司封闭式罩棚产品仓、明华土右旗封闭式罩棚煤炭发运货场和神华土右旗封闭式罩棚煤炭发运货场采用了罩棚配防风网全封闭结构。
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图4 罩棚配防风网全封闭结构示例
3方案对比分析
三个方案各有优缺点，建造成本也有显著差异，需要结合南港工业区散货铁路堆场的特点和环保要求进行对比分析。
1）防风网四周封闭结构
防风网降尘抑尘效果与挡风板形状和高度显著相关，抑尘效率达到约50~90%[1，2]。挡风板开孔大小和开孔率决定了挡风板后方气流速度大小和紊流度，从而影响了扬尘效果。若防风网高度不足，则堆场很多堆顶部可能落入风速梯度很大，旋涡强度很高的条带区。由于煤堆顶部的压实程度很低，所以此种情况煤堆顶部的起尘量反而增大，使煤堆场的总起尘量减小不理想。为了防止防风网后方堆场顶部重新产生漩涡，影响降尘效果，需要严格限制货物堆高以及货物的堆垛位置，因此使用灵活性较低。由于防风网无大跨度和强受力结构，因而扩展性好，具有防护面积大、适用范围广的优点。
2）特殊充气膜结构
特殊充气膜结构利用其轻质大跨特点实现堆场覆盖，降尘抑尘效果好，做到了零污染，零排放。气模结构施工速度快、跨度大、重量轻，对基础要求低[3，4]。为了维持气膜结构的正常运行，需要配备单独的控压系统、通风系统，照明控制系统及水炮消防系统等。为了保证安全，在全封闭系统内存储煤炭时，需要配备瓦斯监控体系和煤炭粉尘浓度监控体系。因此气膜结构系统复杂，维护难度大，运行成本高。此外，气膜结构采用负压运行，不利于劳务人员长期作业。
南港工业区位于位于海边，受风荷载影响较大，需要考虑风作用对气膜结构的影响。同时，渤海区域四季温差大，温度作用对大跨度钢结构也会有较大的影响，需进一步考虑温度场度结构性能的影响。因此，采用全封闭期末结构对南港工业区散货铁路堆场进行防护，存在较大的困难，技术还不成熟。
3）罩棚配防风网全封闭结构
罩棚配防风网封闭结构综合了罩棚和防风网的优点。使用罩棚封闭堆场顶部，解决了堆垛顶部扬尘问题。防风网不是全封闭结构，不需要气膜结构中复杂的压系统、通风系统、瓦斯监控体系和煤炭粉尘浓度监控体系，大大降低了建设成本和运行维护成本。增加罩棚以后，为了保障装卸设备有足够的操作空降，需要将防风网加高，使得建设成本有所上升。但是防风网建设成本占总成本比例较小，因而对总成本影响不大。南港工业区属于围填海造陆区域，地基承载力较差，需要桩基础才能满足罩棚承重要求。这也会造成建设成本增加。
4建设成本分析
1）防风网四周封闭结构
南港工业区散货铁路堆场设计堆垛高度为6米左右。为了保证抑尘效果，防风网高度需要达到堆垛高度1.5倍以上[5]，即9米左右。由于采用四周封闭结构，因此防风网长度约为2340米。高度9米的防风网建设成本约为3000元/米。因此，南港工业区散货铁路堆场防风网总建设成本约为702万元。
2）特殊充气膜结构
参考神巴选煤厂全封闭气膜式储煤棚建设经验，按投影面积计算，建设成本约2000元/平方米。南港工业区散货铁路堆场总防护面积约为77000平方米，因而总建设成本约15400万元。
3）罩棚配防风网全封闭结构
参考明华土右旗封闭式罩棚煤炭发运货场和神华土右旗封闭式罩棚煤炭发运货场建设经验，按投影面积计算，建设成本分别为600元/平方米和1000元/平方米左右。南港工业区由于地基基础建设成本较高，因此取较高的建设成本1000元/平方米。根据堆场总防护面积计算得到总建设成本约7700万元。
5结语
依据上述分析结果，防风网建设成本低，降尘抑尘效果相对较差，气膜结构降尘抑尘效果好，建设成本和运行成本高。罩棚配防风网全封闭结构降尘抑尘效果好，满足环保要求，建设成本适中，并已在多个煤炭堆场得到应用，技术可行性高，适合用于南港工业区散货铁路堆场环保措施建设。
参考文献：
1马兰.港口散货堆场防风网板工艺及建设方案优化研究[D].天津大学，2009.
2常红，李广茹，杜蕴慧等.港口起尘影响因素分析及粉尘污染控制措施与建议[J].北方环境，2013（06）：112-116.
3周彦军，李元昊，司小飞等.气膜式封闭煤场在某火电厂的应用及投资分析[J].山东工业技术，2019，293（15）：212-213+227.
4孙树群，王宁.全封闭气膜罩式环保设施在煤堆场的应用[J].港工技术，2019，56（02）：100-103.
5沈熹.防风网防尘技术在露煤堆场的应用研究现状及对发展我国防风网防尘技术的…[J].交通环保：水运版，1995，16（3）：22-25.