閘門熱管融冰設備的運行維護分析

邢志友，馬金全，蘇義明

（南水北調中線干線工程建設管理局天津分局徐水管理處，河北 保定072550）

南水北調中線天津干線采用的是熱管防冰凍設備，在近3年的冰期輸水過程中，防冰凍設備對工程的穩定運行發揮了巨大作用，但運行過程中也暴露出了一些問題，影響了設備的穩定運行，需要運行管理人員及時發現和解決問題，根據工程特點對容易引發安全問題的部位通過科學的方法進行改造并加以完善。

1 熱管融冰設備現狀

1.1 設備結構

南水北調中線工程閘門熱管融冰設備中熱管容器與門槽中設有水封止水板的埋件焊接成一個整體，使發熱的容器外壁與埋件的止水板面緊密貼合，容器非貼合面由保溫層包圍，從而確保設備的熱量只能向止水面板傳遞，這樣既增加傳熱效果又起到節能作用。當鋼閘門在冰凍期時，設定融冰溫度并啟動設備進入融冰程序，通過加熱裝置對容器內導熱介質進行加熱，使導熱介質迅速蒸發汽化，蒸發的氣體從底部上升到頂部，不斷將熱量傳遞給門槽埋件止水板面，氣體溫度下降后又變成液態，沿熱管內壁回流到底部。容器內的導熱介質就這樣周而復始的發生液態和氣態的相互轉換，從而不斷將熱量快速地傳遞給門槽埋件止水板（見圖1），使止水板與鋼閘門水封之間高于水變冰的凝結溫度，達到鋼閘門門槽埋件止水面融冰的目的，防止冰凍期水封與門槽止水板間凍結引起的設備損壞。

1.2 控制原理

圖1 閘門埋件和加熱設備示意圖

電氣控制柜內可編程控制器（PLC）作為主控制器，人機界面監控由傳感器輸送的溫度、電流、壓力等信號通過PLC對加熱器輸出功率進行調節。當閘門埋件溫度較低時，增大加熱量，使埋件快速升溫；當閘門埋件溫度較高時，減少加熱量，使埋件處于適溫狀態，從而在閘門水封處維持恒定溫度，防止閘門被冰凍。PLC還設置了安全保護控制程序，當設備熱管容器內導熱介質溫度超過設定值時，電控系統將自動切斷電加熱器并有高溫報警顯示。

1.3 工作特性

熱管融冰設備具有以下工作特性：手、自動控制自由切換；加熱裝置安全可靠；傳熱速率快、受熱均勻；使用壽命長，維護簡單；節能環保，設備在加熱工作時，會根據環境溫度與設定溫度的關系自動調整加熱電流，以達到節能降耗的目的。熱管融冰設備加熱狀態趨勢圖如圖2所示。

圖2 熱管加熱狀態趨勢圖

2 工程運行情況

2.1 運行環境

熱管融冰設備分布在無壓箱涵段，為露天安裝方式，其中陡坡進口檢修閘與閘后輸水明槽坡比分別為 1：20與 1：7（閘后漸變段至消力池），冬季最低流速仍大于3 m/s，水深0.6 m，水溫0.8～2℃；陡坡出口檢修閘埋深約6 m。

2.2 運行現狀

南水北調中線工程自2014年通水以來，由于熱管融冰設備未在冬季檢修，在日常測試時原裝加熱棒由于設計制造缺陷，不具備防水防潮功能，基本每次投入運行前需烘干加熱后才能正常運行；由于超導液加注口設計位置不合理，造成操作困難；超導液加注環境溫度要求高，導熱液僅能在冬季低于10℃時才能工作。入冬前，由于渠道水溫較高不便于設備維護檢查工作；由于導熱液腔體焊接縫較多，與閘門埋件焊為一體，發生損壞后由于修補費用過高基本無修復價值；儀控系統不穩定，溫度控制及顯示準確性差等問題較為突出。

2.3 改進措施

改進加熱棒結構，根據工程特點選用更加堅固的雙套管棒形結構，增加防水防潮功能，2年來近百次投運測試成功率100%；對超導液缺失后嚴重影響功能的熱管，由重型熱管更換為使用防凍液常壓型熱管，可以解決重型熱管腔體由于壓力大易發生超導液泄漏等難題，更換設備成本僅為導熱液的1/20，穩定性更優于超導液；改進儀控系統，加強儀控設備校驗，淘汰誤差較大的傳感器或變送器，使其測量準確可靠，改進控制參數，將控制溫度范圍縮小至1～2℃，使控制更準確，達到耗電量低且節能環保的目的。

3 結論

南水北調中線工程通過幾年來的不斷探索，運行管理工作日趨完善。閘門熱管融冰設備以穩定、簡便、高效為主要目標，同時根據不同需求，保留人工快捷破冰等方式，為確保冰凍期工程輸水工作的安全不懈努力。