天津港第四港埠有限公司 天津 300450
摘要：目前各港口采取了各种防治污染，治理污染的措施，仍不能解决港口基础作业对生态环境的污染问题。能源以及资源危机日益显著的今天，又加之环境存在持续恶化的迹象，更加需要以绿色港口建设理念来实现良性经济循环。如何防范、抑制散货堆场生态环境问题的发生与扩散，是港口企业需要重视的客观问题之一。目前港口主要除尘措施喷洒水、喷洒抑尘剂、覆盖防尘网等具有一定的抑尘效果，但仍不能很好地解决粉尘对环境的污染问题。防风网是一种多孔障碍物，在其背面可形成低风速区，从而减少粉尘运动，对于港口散货粉尘的起尘与扩散具有良好的制约作用，其防尘效果已广泛得到公认。
关键词：港口散货堆场；防尘网防尘技；应用
前言
港口粉尘污染，一般可分为静态污染和动态污染。静态的粉尘污染是指，散货堆场堆存、固体散货颗粒转变为悬扬粉尘污染的具体污染，动态的粉尘污染是指固体散货堆场在装卸和固体颗粒受风力作用随风扩散形成粉尘污染的具体污染。常见的粉尘污染产生源为煤炭、矿石、杂货码头等。
港口散货堆场的常见货物为煤炭、矿石等散料，这些类型的散货往往料细质轻，装卸、仓储和转运过程中，往往会在垛料、堆场、转运皮带落料点等位置产生飘扬的粉尘污染，面临的粉尘污染会更加地突出。
1防风网防尘机理
防风网是指在堆场上风向设置的疏透（多孔）障碍物，其作用是减小网后的风速，从而达到降低堆场起尘的目的。防风网的防尘机理主要与堆料场粉尘的扬尘、扩散、跃移以及尘粒沉降过程有着直接的关系。当来流风速掠过料堆表面，由于堆垛的复杂性，有着各种不同的表面形状和凹凸起伏的堆顶，便在堆场区内形成不均匀的速度梯度场和旋度场，进而形成不同强度、不同大小的旋涡，特别是当风流比较强时，形成的旋涡强度会更大。在风速较大的来流风速的推动和强旋涡场的卷吸作用下，堆垛表面的细微颗粒被大量卷入风流中，进而形成堆场的起尘。
在粉尘进入风流后，随着风流逐渐向下游方向漂移，并且在较强的紊流度风流下，进行着紊流扩散和对流扩散运动。夹杂着粉尘的风流在越过堆垛后，风速逐渐降低，紊流度也下降，但重力作用力相对变大，风流在重力作用下在漂移扩散的同时开始不断沉降，即形成了起尘后粉尘的漂移、扩散和沉降。因此，料堆的起尘，粉尘漂移、扩散、和沉降主要决定于堆场区来流风速的大小及堆场前来流的紊流度。
防风网的防风机理一方面是由于其对来流风的阻碍，以及网状结构本身的摩擦作用，造成了来流风能量损失，在自然条件下使用时，将造成网后的平均风速降低；另一方面防风网的多孔结构，对来流风中的大尺度蜗旋有过滤作用，可以降低网后的紊流度，从而降低脉动风速，有助于抑制扬尘。在较强风流穿过防风网时，有些风流透过防风网后机械能得到衰减，风速降低，变为低速风流。同时，这部分风流在防风网前的大尺度和高强度的旋涡也得到衰减，不断梳理成小尺度、弱强度的旋涡。在防风网后，这些风速低、强度弱的风流掠过堆垛后，形成低梯度、低旋度、弱紊流度的堆场区流场，这使堆场低处起尘量大幅度降低。
从防风网的防尘机理可以看出，防风网的防尘主要是控制堆场区的起尘的最低风速，但当强风通过防风网时，只有一部分风可以透过防风网速度降低，有大部分风量被防风网遮挡，而向上排开，并在防风网顶部与主风流汇成更高速风流，这些高速风流与紧邻下方网后的低速风流速度差很大，即形成较大风速梯度，较高旋涡强度向低处发展的一个条带区。在这个条带区内，高速风流和低速风流之间产生强烈的动量交换和能量交换，使下部低速风流风速提高，很快恢复到来流风速大小，这个过程称作风流再附。显然，如果防风网的设网高度不足，风流再附距离即短，则在堆场区较大时，很多堆垛堆顶可能落入这个条带区。由于堆垛顶部物料的压实程度较低，在这种情况下，堆垛顶部的起尘反而增加，使堆场总的起尘量减小不够理想。所以防风网用来降低来流风速的作用效果与防风网高度、防风网开孔率、开孔工艺等因素有关，实际中需要通过风洞试验科学选择防风网结构和设计参数，从而大幅度降低来流风速，从而使煤堆场起尘量大幅度减小。
2港口散货堆场防风网的应用设计
2.1防风网平面布置
防风网平面设置主要有主导风向上风向设置型和四周设置型，也有三面设置的形式。设网方式主要考虑堆场的大小、形状和当地的风向、风频等气象条件。
防风网设在距堆垛2～3倍堆高的距离处为最佳距离。对于由多个堆垛组成的煤堆场而言，可视堆场周围情况，因地制宜地设置防风网。一般可沿堆场堆垛边上设置防风网。日本的研究表明，防风网与最近堆垛的距离可控制在1.0～1.5倍堆高之内。
在港口堆场进行防风网建设时，不仅要考虑堆场的大小、形状和当地的风向、风频因素，还要考虑堆场的现场设网条件。需对拟设网堆场进行深入的现场调查，主要包括堆场建造物、机械设备、地下管线及其道路等设施，以保证防风网的建设和营运不影响堆场的正常营运和堆场辅助建筑物的相关功能。
2.2设网高度
煤堆场防风网的高度主要取决于煤堆垛高度、煤堆场范围等因素。风洞试验表明：当防风网的高度为堆垛高度的0.6～1.1倍时，网高与抑尘效果成正比；当防风网高度为堆垛高度1.1～1.5倍时，网高与抑尘效果的变化逐渐平缓；当防风网高度为堆垛高度1.5倍以上时，网高与抑尘效果的变化不明显。因此，防风网的高度一般在堆垛高度1.1～1.5倍内选取。防风网高度的确定还应考虑煤堆场范围的大小，使煤堆场在防风网的有效庇护范围之内。风洞试验表明：对网后下风向2～5倍网高的距离内，煤堆垛减尘率可达90%以上；对网后下风向16倍网高距离内，煤堆垛综合减尘效率达到80%以上；在网后25倍网高的距离处有较好的减尘效果；到网后50倍网高的距离处仍有削减风速20%的效果。
实际应用中，大规模的防风网工程高度设计应在防风网抑尘效果较好的高度范围内确定几组方案，通过风洞试验或数值模拟对比分析，最终确定最佳设计高度。
2.3防风网结构设计
在考虑防风网的结构设计时，不仅需按规范计算等效静风压，对防风网应力、位移进行静力分析，在煤堆场规模较大时，如单面长度上千米、高十几米的防风网还须进一步研究防风网的动荷载、阻力系数及振动等结构安全性问题。以某港煤三、四、五期及矿石堆场防风网工程为例，设计时除按规范规定进行了结构计算，还通过风洞试验确定阻力系数，并通过有限元ANSYS软件对防风网进行结构分析。研究表明，该工程防风网结构自振周期远离能量较大的脉动风荷载周期，不会发生共振现象。在脉动风荷载作用下，该工程防风网结构的位移和应力均有明显的动力放大效应，与规范计算方法相比，位移的动力放大系数在1.3左右，立柱和斜支撑应力的动力放大系数分别为1.332和1.433。若在规范方法中考虑1.4的风荷载分项系数，则与动力分析方法的计算结果很接近。同时也证明了对防风网结构进行脉动风荷载作用下的动力分析是十分必要的。
3结束语
目前，我国港口大型散货堆场防风网建设尚属起步阶段，但在洒水抑尘受控情况下是改变散货港口污染现状的各项防尘措施中最为有效的措施。防风网对露天堆场风蚀粒子抑尘控制是一项极其复杂的研究，涉及的问题很多。开展相关理论研究和实验研究，积累较全面的防风网效果的基础数据，将是解决此类问题的关键。
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