水库闸门防冻除冰新技术探讨

张 锐

(陕西省水利电力勘测设计研究院,陕西 西安 710001)

1 水库闸门的防冻除冰

在严寒的冬季怎样能有效解决冰冻问题,使闸门能顺利启闭成为一个迫切需要解决的难题。目前国内常用的除冰方法有热空气法、热水法、压力水射流法、压缩空气吹泡法、聚苯乙烯泡沫塑料板保温法、电加热除冰法等。这些方法都有各自的优缺点,例如热空气法、热水法、压力水射流法等除冰方法简单易行,成本低,但不太适用于低温严寒的气候,聚苯乙烯泡沫塑料板保温法适用于门叶防冻保温,但对门槽内的冰冻问题无法解决。电加热除冰法结合了他们的优点,具有成本适中、除冰效果好、操作简单的特点。当闸门上的冰雪覆盖厚度达到一定程度时,启动电加热系统消除冰雪,使闸门上的冰雪荷载不超过规范的要求,免除了人工清除积雪带来的不便和清除不彻底的问题,适合我国北方地区的气候及工程情况,有很好的发展前景。

2 电加热除冰系统

电加热除冰装置采用循环导热油的方法解决闸门冬季运用的融冰问题。加热后的导热油通过埋设在闸门门体和门槽埋件里的油管到达门体和埋件,通过热量的传导,使闸门与水封间的冰融化,消除门槽里的冰冻物,从而保证了闸门在冬季的正常运行。每套设备主要包括 1套热油泵站及 1套现地电气控制屏两大部分,设备均布置在移动式推车上,加热时推至门槽附近,工作完后推走。现地控制屏上设有手动操作按钮,供闸门、埋件加热运行及调试时操作人员对其进行手动控制,控制屏上设有电量、温度的采集装置,自动控制由 PLC独立完成。

热油设备包括:油箱、油泵 -电机组、控制阀组和站外管路四大部分。每套热油设备设置 2套型号相同的油泵 -电机组,其中一套工作,一套备用,备用泵与工作泵轮换工作,自动切换;油箱总成、油泵 -电机组设置在一个公共底架上,油泵 -电机组为卧式旁置在油箱旁,控制阀组布置在油箱上部。

导热油采用低温防冻油,要求能抗 -30℃的低温。电加热棒加热,外加套管,单根加热功率 3KW,表面热负荷小于7,长度1 000mm～1 100mm,总加热功率 27 KW。热油设备油箱容积1 m3,热油设备工作温度 80℃±5℃,系统工作压力 0.3MPa。统设有保护装置,当油温、油压过高时有声光报警信号并自动停止工作。考虑到闸房大门尺寸,系统宽度不大于 1.2m。因为要给门体和埋件同时加热,所以在管路上需要采用三通,每台需要连接供热设备和门体、埋件的专用连接软管 6根,每根长 5米,与闸门和埋件的油管口相接,管口为 M 50。埋件上加热油管的进出口位置仍设置在检修平台上,使用时采用软管连接至闸房内的除冰装置上,软管可拆卸、也可保留,操作较为方便。

在闸门门槽的主轨、反轨、门楣、底槛里埋设油管并焊接成闭合体,使加热后的导热油在埋设油管里面循环。加热油管采用 50mm×30mm×3mm的槽钢,并外包 20mm厚泡沫聚氨酯保温板,以防止热量散失及温度变化对混凝土的影响。门体上焊接的油管位于门叶下游面,材料及尺寸与埋件上的相同,进出口位于顶主梁腹板上 80mm处,开口处焊块钢板,板上开 φ50mm的孔,孔内套丝,工作结束后用 M 50的不锈钢堵头封闭。门体上的油管纵横向与主梁平行或穿越,形成一个闭合的循环管路,油管外包 30mm厚的泡沫聚氨酯保温板,防止热量散失,使加热效果更好。加热时给门体和门槽埋件同时加热并形成闭合回路,使热油在管内循环,将热量充分传递至门叶水封及门槽里的埋件,将门槽里的冰融化,并结合人工破冰,闸门就能顺利开启,保证了水利枢纽在冬季的正常运行。

在榆横工业园区应急供水工程中,硬地梁沟口低坝引水枢纽冲沙闸采用了电加热除冰系统,即在闸门加工制作时,在门叶的下游面焊上导热油管,在埋件上也焊接上导热油管。当闸门需要除冰时,将电加热除冰装置用手推车推至闸门检修平台,按规定程序操作,达到除冰的目的。从实际使用效果看,电加热除冰法技术简单、操作简便、性价比高,综合了其他除冰法的优点,具有其他除冰法所不具备的优势和特点,为工业园区的正常供水提供了保证。

3 结论

我国北方大部份地区冬季寒冷而漫长,冬季需要启闭的闸门都存在防冻除冰问题,凌汛期启闭的闸门也存在类似问题,三北地区这个问题尤为突出。在这些地区分布着很大数量的水利工程,在水库正常运行中,要求每扇闸门都必须随时灵活可靠的开启和关闭,这样才能发挥整个工程的功能和效益,也才能保障枢纽的安全。但在严寒的冬季,由于低温结冰造成闸门的严重冻害,使闸门门体和门槽被全部冻结,致使闸门无法正常开启。电加热除冰系统的应用,很好的解决了这一问题,使闸门在严寒的冬季能够正常开启,为榆横工业园区的正常供水提供了可靠保障,对严寒地区严重影响水工闸门启闭的冰冻问题,提供了一种比较好的解决方法。