Оценка негативного воздействия открытых складов сыпучих грузов на окружающую среду

УДК 628.511.001.57:656.62.073.28:689.46 Д. Н. Костюничев,

канд. техн. наук, доцент, ФБОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта»;

С. Н. Кузьменко,

аспирант,

ФБОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта»

ОЦЕНКА НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СКЛАДОВ СЫПУЧИХ

ГРУЗОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

ESTIMATION OF NEGATIVE EFFECT OF OPEN STORAGES FOR BULK CARGO

FOR THE ENVIRONMENT

Статья посвящена обоснованию параметров портовых открытых складов с учетом экологических ограничений по запыленности воздуха и размеров потерь груза от пылеуноса.

The article is devoted to the justification of the parameters of the port open storages, taking into account environmental constraints for the dust level and loss of cargo from flue dust escape.

Ключевые слова: порт, открытый склад, потери груза, сыпучий груз, пылеунос.

Key words: port, open warehouse, the loss of cargo, bulk cargo, flue dust escape.

ОЗДАНИЕ и эксплуатация любого технологического объекта, в том числе порта или грузового причала, предусматривает проведение оценки их воздействия на окружающую среду и развития объекта в пределах условного (оптимального) уровня загрязнения.

Опыт эксплуатации морских и речных портов показывает, как много возникает проблем, связанных с пылеобразованием и пылеуносом, при перегрузке навалом и хранении сыпучих грузов на открытых складах. На (рис. 1) представлены очаги пылеобразования грузового причала порта при перегрузке и хранении сыпучего груза.

Рис. 1. Очаги пылеобразования грузового причала порта при перегрузке и хранении сыпучего груза:

1 — перегрузочное оборудование; 2 — транспортные средства; 3 — открытые склады

Выпуск 3

Величины запыленности и потерь груза при применении различных типов перегрузочного оборудования и открытом хранении сыпучих грузов представлены в табл. 1.

Таблица 1

Величины запыленности воздуха и потерь груза при различных способах перегрузки и открытом хранения сыпучих грузов

Способ перегрузки и хранения Запыленность воздуха, мг/м3 Превышение предельно допустимых концентраций, раз Потери груза, %

Грейферными кранами и перегружателями 420...9000 70.1500 1.3

Конвейерными установками до 2000 до 330 0,1 0,5

Пневмоустановками 150.2000 25.330 0,1...0,3

Открытый трюм судна 75.300 0 5 О —

Полувагон до 18 000 до 3000 —

Открытые склады до 500 до 90 1.7

<ч

Ш

Из данных табл. 1 следует, что самую значимую долю в величину запыленности воздуха и размера потерь груза от пылеуноса вносят открытые портовые склады.

В настоящее время традиционно используемое понятие «экономическая эффективность» хозяйственного решения, основанное на критерии приведенных затрат, трансформировалось в понятие «эколого-экономическая эффективность». Критерий эколого-экономической эффективности определяется отношением суммарного эколого-экономического эффекта к затратам живого и овеществленного труда и природы, тогда как критерий экономической эффективности общественного производства определяется отношением суммарного эффекта только к затратам живого и овеществленного труда [1; 2].

В предлагаемой методике обоснования параметров открытых складов для сыпучих грузов учитываются как экологические требования, а именно соблюдение установленных предельно допустимых концентраций (ПДК) пыли груза, хранящегося на открытом складе, так и экономические затраты на потери сыпучих грузов в результате их пылеуноса при ветровом воздействии на штабель открытого склада.

Условие выполнения экологических ограничений по качеству воздушной среды для грузового причала порта, на котором перегружается и хранится сыпучий пылящий груз, можно представить в следующем виде:

Яс, ^

где qск — запыленность воздуха в результате пылеуноса груза при воздействии ветровых потоков на штабель открытого склада на границе санитарно-защитной зоны, мг/м3;

ПДК — максимально разовая предельно допустимая концентрация пыли на границе санитарно-защитной зоны, мг/м3;

Сф — фоновая концентрация пыли на границе санитарно-защитной зоны, мг/м3;

qпероб — запыленность воздуха на границе санитарно-защитной зоны при работе перегрузочного оборудования, мг/м3;

qтрср — запыленность воздуха на границе санитарно-защитной зоны в результате пылеуноса груза при открытых трюмах судов и полувагонах, мг/м3.

Если условие (1) не выполняется, то необходимо:

1) исключить открытый склад из технологической схемы перегрузки сыпучего пылящего груза, перегружая его по прямому варианту;

2) применить закрытый склад;

3) уменьшить вместимость и линейные размеры открытого склада до значений, при которых величина запыленности позволит выполнить условие (1);

4) не изменяя вместимости и линейных размеров открытого склада, применить технические средства борьбы с пылеуносом, обеспечивающие снижение запыленности воздуха до значений, при которых будет выполняться условие (1);

5) уменьшить вместимость и линейные размеры открытого склада с применением технических средств борьбы с пылеуносом, что позволит выполнить условие (1).

Так как в задачи настоящих исследований входит только обоснование параметров открытых складов, то первые два варианта не рассматривались.

Спрогнозировать запыленность воздуха от пылеуноса груза при воздействии ветровых потоков на штабель открытого склада и соответствующие величины потерь от пылеуноса позволяет разработанный авторами метод оценки на моделях процессов пылеуноса и пылеобразования при перегрузке и хранении сыпучих грузов в портах [3, с. 128-132; 4, с. 30-33; 5, с. 90-91]. На основе указанного метода оценки разработана методика обоснования параметров открытых складов для сыпучих грузов, которая включает:

— анализ разрабатываемой технологии перегрузочного процесса и открытого способа хранения сыпучего материала;

— построение моделей открытых складов;

— построение физических моделей процессов пылеобразования и пылеуноса сыпучего груза при его хранения на открытых складах;

— модельные исследования процессов пылеобразования и пылеуноса с учетом реальных значений скоростей и направлений ветровых потоков, которые имеют место на территории порта или причала, где осуществляется хранение сыпучего груза;

— определение потерь сыпучих грузов и состояния воздушной среды (запыленности воздуха) по результатам модельных исследований для натурного открытого склада.

При анализе разрабатываемой технологии перегрузочного процесса и хранения сыпучего груза определяются:

— физико-механические и эксплуатационные характеристики груза;

— величины грузооборотов по прибытию и отправлению, значения коэффициента прохождения груза через склад;

— тип перегрузочных машин, включенных в перегрузочную линию, их производительности и характеристики, тип грузозахватных устройств;

— функции открытых складов (оперативный или накопительный склад), предварительные вместимость и размеры (длина, ширина, высота) штабелей открытых складов по месяцам навигационного и межнавигационного периодов и форма поперечного сечения штабеля (призма, обелиск);

— величины преобладающих скоростей и направлений ветровых потоков по месяцам навигационного и межнавигационного периодов, где планируется расположить или располагается порт или грузовой причал.

Построение моделей открытых складов и модельные исследования процессов пылеобразо-вания и пылеуноса осуществляются в следующей последовательности:

— сначала строится модель склада желаемой вместимости, определенной при анализе разрабатываемой технологии перегрузочного процесса и хранения сыпучего груза, и проводятся модельные исследования запыленности воздуха с целью определения выполнения условия (1);

— если для данной модели склада условие (1) не выполняется, то проводятся исследования по запыленности воздуха для данной модели с применением технических средств борьбы с пыле-уносом или подбираются такие параметры модели открытого склада, при которых вышеуказанное условие выполняется. Далее определяется размер потерь от пылеуноса груза.

Потери груза Мск (т) в результате пылеуноса при их хранении на открытых складах следует определять по формуле

Выпуск 3

п 12-п

Мок = Е Мск,. • ^ • *хр, + Е Мскг • ^

(=1 £=1

где Мск — количество груза, унесенного с одного квадратного метра поверхности штабеля за 7-й месяц навигационного периода (7 = 1, 2, 3, ., п), т/м2сут;

З' — площадь поверхности штабеля склада в 7-й месяц навигационного периода, м2;

ї , ї — время хранения груза на складе соответственно в 7-й месяц навигационного и g-й месяц межнавигационного периодов, сут;

Мск — количество груза, унесенного с одного квадратного метра поверхности штабеля за g-й месяц межнавигационного периода ^ = 1, 2, 3, ., 12 - п), т/м2сут.

Площадь поверхности штабеля натурного открытого склада будет зависеть от количества груза, находящегося на складе. При этом очень важно знать, какую функцию выполняет склад в порту или на причале.

Для определения функции склада необходимо знать соотношение количества GCк м (т) завозимого груза на склад и количества 0В (т) вывозимого груза со склада по месяцам, то есть

0і < О

ск.м;- —

О3 > О

в

ск.м/

в

ск.м,

Если выполняется условие (3), то склад выполняет оперативную функцию (оперативный склад) и служит только для исключения простоя различных видов транспортных средств из-за несоответствия поступления их в порт.

При выполнении условия (4) склад будет выполнять как оперативную, так и накопительную функцию (накопительный склад).

Определение площади поверхности штабеля оперативного склада.

Схема формирования штабеля оперативного склада представлена на рис. 2.

Количество 03скм (т) груза, завезенное на склад в 7-й месяц навигационного периода, определяется по формуле

30 а- (2ИП

в3 =

СО

£

а

л

са

где а — коэффициент прохождения груза через склад;

Qнп — навигационный грузооборот, т;

Тн — продолжительность навигационного периода, сут.

Вывоз груза сухопутный транспортом

___________/V__________

//////

АДАДДА

¡=1 ¡=2 ¡=3

!=П

/ / / / / /

Завоз груза Навигационный период

Рис. 2. Схема формирования штабеля оперативного склада

Согласно выражению (5) количество GBк м груза, вывозимое с оперативного склада в 7-й месяц навигационного периода, равно 03скм.

университета в о д н ы х _____________________коммуникаций

Очевидно, что количество груза на оперативном складе в течение месяца будет изменяться от 0 до О" м. Поэтому при определении потерь груза в результате пылеуноса из штабеля склада принимаем среднюю величину Оск м количества груза на складе в /-й месяц навигационного периода, то есть

О = 0,5 • О" .

ск.м ’ ск.м. V /

Кроме этого, считаем, что количества груза на оперативном складе по месяцам навигационного периода будут равны между собой:

О — О — О — = О

ск.мі ск.М2 ск.мз ••• с

Зная количество груза, находящееся на оперативном складе по месяцам, определяются геометрические характеристики штабеля открытого склада с учетом технических характеристик перегрузочных машин (величина максимального вылета крана или отвалообразователя и т. д.) и характеристик причала (длина, ширина, допустимая нагрузка на 1 м2 площади).

Определение площади поверхности штабеля накопительного открытого склада.

Накопительные склады могут формироваться при освоении портом или причалом грузооборотов по прибытию или отправлению грузов.

Под грузооборотом по прибытию понимается количество груза в тоннах, поступающее в порт или на причал в судах, а под грузооборотом по отправлению — количество груза в тоннах, отправленное портом или причалом в судах.

На рис. з представлена схема формирования накопительного склада при освоении грузооборота по прибытию.

Накопление и бывоз груза сухопутным транспортом

Вывоз груза

сухопутным транспортом

¡=1 ¡=2 ¡=3

111!!

>____________;

Забоз груза судами Навигационный период

¡=пд=1 д=2 д=3 д=12-п

Межнабигационный период

Рис. 3. Схема формирования накопительного склада при освоении грузопотока по прибытию

п

При освоении грузопотока QПJ>n по прибытию количество Оск м (т) груза на накопительном складе в /-й месяц навигационного периода определяется по формуле

си =*'•&!

^365-Г, л 12 Т

V 1я у

Количество О (т) груза на накопительном складе в g-й месяц межнавигационного перио-

да определяется по формуле

Є = п  Оир

ск.иа

365 -Г,

V 12-Гн у

я-21. 12

где g — порядковый номер месяца межнавигационного периода, g — 1, 2, 3, ..., (12 - п).

Выпуск 3

На рис. 4 представлена схема формирования накопительного склада при освоении грузопотока по отправлению.

Рис. 4. Схема формирования накопительного склада при освоении грузопотока по отправлению

При освоении грузопотока по отправлению количество Оск м (т) груза на накопительном складе в g-й месяц межнавигационного периода определяется по формуле

G =z-Qom

СК.М О ZZsH.n.

Ґ365-ТІ Л 12-Т

Количество Оскм (т) груза на наполнительном складе в /-й месяц навигационного периода определяется по формуле

Ґ365-Т, Л

12 Т,

П  gn. 12

где і — порядковый номер месяца навигационного периода, і = 1, 2, 3, ..., п.

Зная количество груза, находящегося на накопительном складе по месяцам, определяются геометрические параметры штабеля открытого склада с учетом технических характеристик перегрузочных машин и характеристик причала.

Величины М , Єск определяются по результатам модельных исследований, для натурных открытых складов из выражений:

М

где — линейный масштабный коэффициент (величина этого коэффициента, как показали исследования, не должна превышать к1 < 100) [3].

Необходимо отметить, что применение технических средств борьбы с пылью позволяет не только снижать запыленность воздуха, но и уменьшать размер потерь сыпучего груза как при его хранении на открытом складе, так и при работе перегрузочного оборудования при формировании склада и выдаче со склада груза.

ш

Список литературы

1. Аксенов И. Я. Транспорт и охрана окружающей среды / И. Я. Аксенов, В. И. Аксенов. — М.: Транспорт, 1986. — 175 с.

2. Зубрева Н. И. Охрана окружающей среды и экологическая безопасность на железнодорожном транспорте / Н. И. Зубрева [ и др.]. — М.: УМК МПС России, 1999. — 592 с.

3. Отделкин Н. С. Определение потерь и отрицательного воздействия на окружающую среду в результате пылеуноса при хранении навалочных грузов на открытых складах / Н. С. Отделкин,

Д. Н. Костюничев // Транспортные и технологические машины: материалы Междунар. науч.-техн. конф. / НГТУ — Н. Новгород, 2004.

4. Отделкин Н. С. Эколого-экономическое обоснование параметров открытых складов навалочных грузов путем прогнозирования процесса пылеуноса / Н. С. Отделкин, Д. Н. Костюничев // Экологические системы и приборы. — 2005. — № 1.

5. Отделкин Н. С. Анализ современных методов нормирования потерь пылящих грузов при их перегрузке и хранении / Н. С. Отделкин, Д. Н. Костюничев // Транспорт — XXI век: тез. докл. науч.-техн. конф. — Н. Новгород, 2003.

[1951

Выпуск 3