水庫閘門防凍除冰新技術(shù)探討

張 銳

(陜西省水利電力勘測設(shè)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(nèi)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(yōu)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(nèi)的冰凍問題無法解決。電加熱除冰法結(jié)合了他們的優(yōu)點,具有成本適中、除冰效果好、操作簡單的特點。當(dāng)閘門上的冰雪覆蓋厚度達到一定程度時,啟動電加熱系統(tǒng)消除冰雪,使閘門上的冰雪荷載不超過規(guī)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(qū)的氣候及工程情況,有很好的發(fā)展前景。

2 電加熱除冰系統(tǒng)

電加熱除冰裝置采用循環(huán)導(dǎo)熱油的方法解決閘門冬季運用的融冰問題。加熱后的導(dǎo)熱油通過埋設(shè)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(dǎo),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(shè)備主要包括 1套熱油泵站及 1套現(xiàn)地電氣控制屏兩大部分,設(shè)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(xiàn)地控制屏上設(shè)有手動操作按鈕,供閘門、埋件加熱運行及調(diào)試時操作人員對其進行手動控制,控制屏上設(shè)有電量、溫度的采集裝置,自動控制由 PLC獨立完成。

熱油設(shè)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(shè)備設(shè)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(shè)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(dǎo)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(shè)備油箱容積1 m3,熱油設(shè)備工作溫度 80℃±5℃,系統(tǒng)工作壓力 0.3MPa。統(tǒng)設(shè)有保護裝置,當(dāng)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(tǒng)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(shè)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(shè)置在檢修平臺上,使用時采用軟管連接至閘房內(nèi)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(shè)油管并焊接成閉合體,使加熱后的導(dǎo)熱油在埋設(shè)油管里面循環(huán)。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(nèi)套絲,工作結(jié)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(huán)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(nèi)循環(huán),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(jié)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(yè)園區(qū)應(yīng)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(tǒng),即在閘門加工制作時,在門葉的下游面焊上導(dǎo)熱油管,在埋件上也焊接上導(dǎo)熱油管。當(dāng)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(guī)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(shù)簡單、操作簡便、性價比高,綜合了其他除冰法的優(yōu)點,具有其他除冰法所不具備的優(yōu)勢和特點,為工業(yè)園區(qū)的正常供水提供了保證。

3 結(jié)論

我國北方大部份地區(qū)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(qū)這個問題尤為突出。在這些地區(qū)分布著很大數(shù)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(guān)閉,這樣才能發(fā)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(jié)冰造成閘門的嚴重凍害,使閘門門體和門槽被全部凍結(jié),致使閘門無法正常開啟。電加熱除冰系統(tǒng)的應(yīng)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(yè)園區(qū)的正常供水提供了可靠保障,對嚴寒地區(qū)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。