水庫閘門防凍除冰新技術探討

張 銳

(陜西省水利電力勘測設計研究院,陜西 西安 710001)

1 水庫閘門的防凍除冰

在嚴寒的冬季怎樣能有效解決冰凍問題,使閘門能順利啟閉成為一個迫切需要解決的難題。目前國內常用的除冰方法有熱空氣法、熱水法、壓力水射流法、壓縮空氣吹泡法、聚苯乙烯泡沫塑料板保溫法、電加熱除冰法等。這些方法都有各自的優缺點,例如熱空氣法、熱水法、壓力水射流法等除冰方法簡單易行,成本低,但不太適用于低溫嚴寒的氣候,聚苯乙烯泡沫塑料板保溫法適用于門葉防凍保溫,但對門槽內的冰凍問題無法解決。電加熱除冰法結合了他們的優點,具有成本適中、除冰效果好、操作簡單的特點。當閘門上的冰雪覆蓋厚度達到一定程度時,啟動電加熱系統消除冰雪,使閘門上的冰雪荷載不超過規范的要求,免除了人工清除積雪帶來的不便和清除不徹底的問題,適合我國北方地區的氣候及工程情況,有很好的發展前景。

2 電加熱除冰系統

電加熱除冰裝置采用循環導熱油的方法解決閘門冬季運用的融冰問題。加熱后的導熱油通過埋設在閘門門體和門槽埋件里的油管到達門體和埋件,通過熱量的傳導,使閘門與水封間的冰融化,消除門槽里的冰凍物,從而保證了閘門在冬季的正常運行。每套設備主要包括 1套熱油泵站及 1套現地電氣控制屏兩大部分,設備均布置在移動式推車上,加熱時推至門槽附近,工作完后推走。現地控制屏上設有手動操作按鈕,供閘門、埋件加熱運行及調試時操作人員對其進行手動控制,控制屏上設有電量、溫度的采集裝置,自動控制由 PLC獨立完成。

熱油設備包括:油箱、油泵 -電機組、控制閥組和站外管路四大部分。每套熱油設備設置 2套型號相同的油泵 -電機組,其中一套工作,一套備用,備用泵與工作泵輪換工作,自動切換;油箱總成、油泵 -電機組設置在一個公共底架上,油泵 -電機組為臥式旁置在油箱旁,控制閥組布置在油箱上部。

導熱油采用低溫防凍油,要求能抗 -30℃的低溫。電加熱棒加熱,外加套管,單根加熱功率 3KW,表面熱負荷小于7,長度1 000mm～1 100mm,總加熱功率 27 KW。熱油設備油箱容積1 m3,熱油設備工作溫度 80℃±5℃,系統工作壓力 0.3MPa。統設有保護裝置,當油溫、油壓過高時有聲光報警信號并自動停止工作。考慮到閘房大門尺寸,系統寬度不大于 1.2m。因為要給門體和埋件同時加熱,所以在管路上需要采用三通,每臺需要連接供熱設備和門體、埋件的專用連接軟管 6根,每根長 5米,與閘門和埋件的油管口相接,管口為 M 50。埋件上加熱油管的進出口位置仍設置在檢修平臺上,使用時采用軟管連接至閘房內的除冰裝置上,軟管可拆卸、也可保留,操作較為方便。

在閘門門槽的主軌、反軌、門楣、底檻里埋設油管并焊接成閉合體,使加熱后的導熱油在埋設油管里面循環。加熱油管采用 50mm×30mm×3mm的槽鋼,并外包 20mm厚泡沫聚氨酯保溫板,以防止熱量散失及溫度變化對混凝土的影響。門體上焊接的油管位于門葉下游面,材料及尺寸與埋件上的相同,進出口位于頂主梁腹板上 80mm處,開口處焊塊鋼板,板上開 φ50mm的孔,孔內套絲,工作結束后用 M 50的不銹鋼堵頭封閉。門體上的油管縱橫向與主梁平行或穿越,形成一個閉合的循環管路,油管外包 30mm厚的泡沫聚氨酯保溫板,防止熱量散失,使加熱效果更好。加熱時給門體和門槽埋件同時加熱并形成閉合回路,使熱油在管內循環,將熱量充分傳遞至門葉水封及門槽里的埋件,將門槽里的冰融化,并結合人工破冰,閘門就能順利開啟,保證了水利樞紐在冬季的正常運行。

在榆橫工業園區應急供水工程中,硬地梁溝口低壩引水樞紐沖沙閘采用了電加熱除冰系統,即在閘門加工制作時,在門葉的下游面焊上導熱油管,在埋件上也焊接上導熱油管。當閘門需要除冰時,將電加熱除冰裝置用手推車推至閘門檢修平臺,按規定程序操作,達到除冰的目的。從實際使用效果看,電加熱除冰法技術簡單、操作簡便、性價比高,綜合了其他除冰法的優點,具有其他除冰法所不具備的優勢和特點,為工業園區的正常供水提供了保證。

3 結論

我國北方大部份地區冬季寒冷而漫長,冬季需要啟閉的閘門都存在防凍除冰問題,凌汛期啟閉的閘門也存在類似問題,三北地區這個問題尤為突出。在這些地區分布著很大數量的水利工程,在水庫正常運行中,要求每扇閘門都必須隨時靈活可靠的開啟和關閉,這樣才能發揮整個工程的功能和效益,也才能保障樞紐的安全。但在嚴寒的冬季,由于低溫結冰造成閘門的嚴重凍害,使閘門門體和門槽被全部凍結,致使閘門無法正常開啟。電加熱除冰系統的應用,很好的解決了這一問題,使閘門在嚴寒的冬季能夠正常開啟,為榆橫工業園區的正常供水提供了可靠保障,對嚴寒地區嚴重影響水工閘門啟閉的冰凍問題,提供了一種比較好的解決方法。