Научный подход: как работает система пылеподавления в морском порту

Задачи

• Оценить эффективность существующих систем пылеподавления в порту.
• Разработать методы снижения пылевой нагрузки.
• Внедрить новые технологии обработки грузов, минимизирующие разнос угольных частиц.
• Модернизировать имеющееся оборудование и установить новые системы пылеподавления.
• Повысить экологическую безопасность порта и улучшить качество воздуха в Мурманске.

Предпосылки и мотивация

Мурманский морской торговый порт специализируется на круглогодичной перевалке сыпучих грузов. Их транспортируют по всем направлениям, в том числе по Северному морскому пути. В структуре грузооборота наибольшую долю занимает уголь (около 80%).

Все навалочные грузы, обрабатываемые в порту, обладают повышенным пылением. Эта проблема обостряется в морозы: из-за низкой влажности воздуха высушенный материал начинает пылить сильнее. Негативно влияют на ситуацию и сильные порывы ветра, которые разносят частицы.

Угольная пыль может увеличивать негативное воздействие на экологию Мурманска. В целом состояние окружающей среды в городе оценивается положительно, но в зимние периоды ситуация ухудшается из-за множества автомобилей и использования мазута для отопления.

Зеленая экономика Только 7 стран соответствуют рекомендациям ВОЗ по чистоте воздуха

Для борьбы с пылением ММТП с 2018 года реализует комплекс стандартных для морских портов мероприятий, в том числе:

• Орошение поверхностей угольных штабелей, дорог, складских площадок. Комплексная система пылеподавления состоит из 17 туманообразующих пушек — 14 стационарных и трех мобильных. Принцип их работы таков: оборудование выделяет мелкие капли воды, которые формируют туман, налипают на частицы пыли, утяжеляют их и заставляют оседать на землю.

Работа туманообразующей пушки

(Видео: ММТП)

Кроме того, работают пять систем орошения на телескопических конвейерах (такой конвейер предназначен для перемещения и складирования грузов, его длину и угол наклона легко регулировать, за счет чего уголь при формировании штабеля меньше выветривается. — «РБК Тренды») и 11 систем орошения в сортировочных комплексах. При этом устройства используют очищенные ливневые воды.

Работа системы орошения на телескопическом конвейере

(Видео: ММТП)

Работа системы орошения на телескопическом конвейере

(Видео: ММТП)

• Озеленение территории. В порту и самом городе высажено более 21 тыс. растений. Эти зеленые насаждения помогают задерживать пыль и очищать воздух.

• Применение ветрозащитных конструкций. Вокруг складов установлены высокие стены — до 6 м, а по периметру порта построен специальный экран протяженностью более 1,5 км и высотой 20 м.
  

  Ветрозащитный экран терминала (Фото: ММТП)
  Эти конструкции помогают снизить скорость ветра, из-за чего пыль меньше разносится по территории.

Возведение ветрозащитного экрана

(Видео: ММТП)

• Регулярная уборка территории с помощью специальной техники. Порт использует два вакуумных погрузчика и пять поливочно-уборочных машин для очистки дорог и площадок.

Уборка пыли с помощью специальной машины

(Видео: ММТП)

• Обновление погрузочного оборудования. С 2011 года порт приобрел 16 новых кранов и 57 грейферов (захватов для сыпучих грузов. — «РБК Тренды») увеличенного объема. Это оборудование позволяет быстрее обрабатывать грузы, а значит, сокращается время, когда пыль может подниматься в воздух.

• Прогнозирование экологической ситуации. В порту работает экодиспетчерская, которая анализирует метеоусловия, сопоставляет их с фронтами погрузки, видами грузов, а затем дает прогнозы по рискам для окружающей среды.

С 2021 года ММТП начал регулярно анализировать отечественный и зарубежный опыт, чтобы выявить более эффективные способы борьбы с пылью. Специалисты тесно сотрудничали с ведущими конструкторскими бюро, чтобы проработать возможности улучшения оборудования. В ходе работы стало ясно, что систему пылеподавления нужно адаптировать под особенности порта: учесть рельеф местности, изменения погоды, а также характер оборудования и особенности грузов.

Для решения этой задачи весной 2024 года к проекту подключили лабораторию цифрового моделирования технических систем Института системного программирования (ИСП) РАН.

В то же время решением губернатора Мурманской области Андрея Чибиса была создана рабочая группа по борьбе с угольной пылью. В ее состав вошли специалисты ММТП, надзорные органы и министерство природных ресурсов, экологии и рыбного хозяйства МО. Задачей группы стало обсуждение вариантов действий и контроль принятых решений по повышению эффективности пылеподавления.

Визит рабочей группы по усилению мер борьбы с угольной пылью (Фото: ММТП)

Решение

Провести цифровое моделирование пылеподавления с учетом рельефа местности, погодных условий Мурманска и марок обрабатываемых грузов.

На основе полученных результатов улучшить работу имеющегося оборудования и выбрать новые установки для наиболее эффективной борьбы с пылением.

Реализация

Ученые из ИСП РАН разработали подробную цифровую модель работы системы пылеподавления. Благодаря этому специалисты ММТП получили точные рекомендации по модернизации оборудования.

• У стационарных пушек пылеподавления должны быть форсунки большего размера. Исследования показали, что вырабатываемые капли воды должны быть размером 220–250 мкм. Тогда частицы угля будут лучше улавливаться и смачиваться. Поэтому пушки нужно оснастить форсунками большего диаметра. Предполагается, что это сделает систему пылеподавления на 50% эффективнее действующей.
• На пушки пылеподавления нужно установить подъемные механизмы. Моделирование показало, что турбина, вырабатывающая туман, должна находиться на высоте 60–70% от высоты угольного штабеля. Для этого пушки нужно оборудовать специальными подъемными устройствами. Они позволяют менять высоту турбины в диапазоне от 8 до 12 м в зависимости от размера насыпи. Это повысит эффективность пылеподавления на 40%.
• Необходимо дополнительно закупить телескопические конвейеры, а также установки для транспортировки и сортировки угля. Каждая точка, где груз переваливают с одного места на другое, становится источником пыли. Новое оборудование для сортировки и транспортировки угля позволит сократить количество пересыпов на технологической линии.
  

  Испытание конвейера-штабелеукладчика для внутрискладского перемещения навалочных грузов (Фото: ММТП)

• Устройства пылеподавления должны быть установлены на закупаемых сортировочных комплексах. Стандартное оборудование для очистки и перевалки угля не оснащено системами для борьбы с пылью. На приобретаемых сортировочных комплексах нужно установить форсуночные устройства для распыления воды в местах пересыпа грузов. Эта мера потенциально увеличит эффективность пылеподавления на 65%.

Зеленая экономика Пыльные бури — новая экологическая угроза

Этапы реализации

1. В марте 2024 года началось сотрудничество Мурманского морского торгового порта с ИСП РАН. Ученые приступили к созданию цифровой модели для оценки эффективности оборудования, которое уже имелось в порту.

2. Летом 2024 года исследователи из ИСП РАН описали основные процессы: как движется воздух с учетом рельефа, как пыль распространяется и взаимодействует с водой. После этого они предложили руководству порта перечень способов пылеподавления с оценкой эффективности каждого метода.

3. Специалисты предприятия оперативно изучили рекомендации ученых и с лета 2024 года стали отрабатывать новые технологии обработки грузов с учетом результатов моделирования.

4. В начале 2025 года началась установка нового оборудования:

• все 14 турбин стационарных пушек пылеподавления оснастили форсунками большего диаметра;

• на двух сортировочных комплексах причала № 2 внедрили системы для борьбы с пылью. Сейчас тестируют их работу.

5. К марту 2025 года специалисты порта разработали технические документы и смету для установки подъемных механизмов на пушки пылеподавления.

6. В 2024 году ряд важных мероприятий провели также грузоотправители (клиенты) порта:

• модернизировали погрузочный пункт, ввели в эксплуатацию комплекс для дробления и сортировки угля, чтобы тот не пришлось обрабатывать в порту;
• реконструировали здание погрузочного участка: теперь смесью против пыления орошают угольный штабель при погрузке.

Результаты

Институт системного программирования РАН провел расчеты в рекордно короткие сроки — это уникальная практика для крупных инфраструктурных предприятий.

На основе проведенного математического моделирования в ММТП внедрили имитационную модель порта. Это компьютерная программа, которая выстраивает производственный процесс — перевалку грузов с учетом расположения, техники и расписания железнодорожного движения. Система отличается высокой детализацией: она включает около 200 объектов (портальные краны, вагоны, склады).

Подход к минимизации разлета частиц, сочетающий новые решения и оптимизацию текущих методов, показал свою эффективность. Эксперты и контролирующие органы отметили, что благодаря уже установленному оборудованию пыление снизилось примерно на 80%. Новые решения, согласно математическим расчетам, повысят эффективность еще на 40% от текущего уровня.

Зеленая экономика Загрязнение атмосферного воздуха: чем опасно и как влияет на здоровье

Планы и перспективы

Руководство порта планирует полностью завершить программу модернизации до конца 2025 года.

• В июне-июле порт ожидает поставку двух телескопических конвейеров, а также новой установки для транспортирования и сортировки угля.
• В июне поступят и системы пылеподавления для сортировочных комплексов причалов № 9 и № 10.
• Для стационарных пушек пылеподавления ММТП заказал подъемные устройства. Порт также ведет поиск подрядчика для монтажных работ.
• Емкости, из которых системы пылеподавления на сортировочных комплексах и телескопических конвейерах подают жидкость, оснастят датчиками уровня со светозвуковой сигнализацией.

После установки оборудования специалисты будут внимательно наблюдать за работой обновленной системы и регулярно проверять ее эффективность.

В ММТП сотрудничество с академическим институтом признали однозначно успешным. Поэтому порт будет продолжать привлекать ученых не только для решения задач по экологии, но и для повышения эффективности производства. Скорость и безопасность обработки грузов имеют ключевое значение для клиентов ММТП — крупнейших российских компаний-экспортеров.