水工金属结构融冰装置施工工艺探讨

张鹏飞，刘月林，王 斌

（山东临沂水利工程总公司，山东 临沂 276006）

国内水利行业融冰装置经历了几次产品换代，一代产品是在闸门面板表面布置水管，通过循环加热水进行融冰，此类产品操作比较繁琐，需要不断的将热水导入流管，以保证循环使用，产品耐久性较差，多次运行后面板设置的管路极易损坏或出现漏点。二代产品是管内用油路代替，加热效果和保温效果有所提升，但导热油需要在规定的时间进行更换，且油对环境危害较大，成本较高，油路滤芯需定期清理。

还有一类产品是在预埋件内采用液压传导方式升高油温，通过热传导方式导向埋件表面，虽然避免了装置外漏，使用寿命增加，但液压件对油品的要求极高，各种控制阀件易出现问题，传导过程中热量损失严重且成本较高。

当前，应用较多的是用发热电缆代替以前的水管、油管及液压管道，但同样存在电缆易损、维修不方便、导热性差、电缆选型难等问题。本文结合案例，介绍了一种德国进口加热电缆加装固定装置，该装置带有检修口和止水水封的密闭空间融冰装置，具备经济、实用、稳定性好的优点。

1 工艺措施

1.1 融冰装置

发热电缆安装在闸门门槽埋件内。发热电缆紧贴门槽埋件，电缆过腹板时，需平行打孔穿过，孔洞需用铝箔胶带黏住，防止电缆划伤。保温层外增设防护层。发热电缆安装时避免用力拉扯、脚踏或重物碾压。冷热线接头不得进入穿线管内。发热电缆需检测4次，其中，电缆安装前后各一次，铺装保温层后各调试一次。融冰装置腔体整体热镀锌，锌层厚度不小于0.06 mm；腔体与加热装置、传感器等先进行预组装并进行压力试验，合格后焊接在闸门门槽埋件箱体内。

融冰装置腔体压力试验要求：试验压力P=1.5 MPa；保压时间T=2 h，应分别进行空气打压、水打压试验，均不得有泄漏现象和永久变形。空气打压试验：P=1.0 MPa，保压24 h，不得有泄漏现象；水打压试验：P=2.0 MPa，保压24 h，不得有泄漏现象，空腔不得有永久变形。压力试验结束后，空腔内应排水干燥。

1.2 融冰装置电气及控制系统

发热电缆融冰装置的电控系统可通过人机对话界面对控制温度和加热时间进行选择调整。冬季需要融冰时，打开控制电源，控制系统自动检测环境温度，自动选择需要加热的发热电缆模块单元进行通电加热，并分别检测电缆温度和闸门门槽埋件温度，达到融冰所需温度时，自动进入保温运行程序，既能保证电热系统的有效融冰，又能做到节能按需调节使用。

控制系统电气元件采用进口产品，每回路设断路开关，并有效接地。控制屏面板显示环境温度、发热电缆温度和融冰时闸门门槽埋件温度。融冰装置的电气控制为现地控制，现地控制单元由融冰装置控制系统、温度传感器及其信号电缆、加热器动力电缆等组成。每孔闸设一套融冰装置控制系统，控制系统集成在启闭机电气总控制柜中，可独立控制融冰装置，根据电气控制柜总体布置安装在机房内，安装型式可根据实际情况适当调整。融冰装置控制系统设有显示装置、控制和调节装置、漏电保护、过载保护、过压保护等，由处理器处理传感信号和控制信息，显示装置实时显示传感器传来的温度等信息。回路电源电压为单相220 V，融冰装置控制系统均配置漏电保护断路器（漏电断路电流不大于30 mA）。融冰装置主要采用自动控制，设有手动操作按钮，供每孔闸门埋件单独融冰运行及调试时操作人员进行手动控制。

2 融冰装置材料选型

2.1 融冰装置与功能

1）闸门门槽发热电缆融冰装置主要由：加热装置、腔体、温度传感器、固定装置、控制柜、控制柜线缆、保温材料和密封材料等组成。并具有融冰和防冰冻两种工作状态。融冰装置其主要功能为通过手动或自动控制加热，发热电缆通电后，电缆通过自身发热直接传导到金属导热体，利用发热电缆输出的热量来补偿闸门门槽预埋件处所耗散的热量，使与闸门门槽预埋件接触的止水橡皮处的冰融化、脱落，形成缝隙，确保闸门水封和防腐层不被撕裂破坏。本融冰装置保证热量可靠的传递至闸门门槽预埋件与水体接触处，并避免热量损失。

2．2 发热电缆技术指标与性能

2）选用德国CROWNING发热电缆，工作电压为220 V，双导多股合金电阻线，发热稳定，抗拉强度大，电缆绝缘材料为硅橡胶，绝缘好，耐温≥180℃。保护层采用PVC1.0 mm，耐温≥105℃和铝箔屏蔽层，达到保护防潮、增加绝缘功能。内置镀锡铜线金属屏蔽网。

3 关键工艺

3.1 腔体检修口和止水水封设计

传统的融冰装置存在检修困难、使用寿命短、关键部件腐蚀严重等缺陷，本文通过改进加工工艺解决了以上问题。具体加工方法如下：对闸门门槽顶进行机加工，铣平面，对加工后的盖板钻孔攻丝，设置沉头螺栓，盖板与腔体间采用橡胶止水密封，当电缆更换或传感器调整时更加方便操作。

3.2 腔内电缆固定和安装

采用7．0 mm双导多股合金电阻线，为保证发热量和加热温度，每套电缆总功率需达到1 kW，需要设置50 m左右的发热电缆，而电缆之间需要避免接触缠绕，转弯半径应大于6倍电缆直径，根据预埋件腔体内部空间，采用螺旋缠绕固定方式进行安装。一方面，能最大程度的利用发热腔体体积；另一方面，此种方式便于装置固定和后期维修。电缆外部采用镀锌钢丝网保护，加大了与腔壁的接触面积，固定点采用骨架连接，大大提高了稳定性。

3.3 穿线管安装方法

融冰装置腔内部分包括发热电缆及附件、温度传感器（一备一用）、发热继电器、接线端子和信号电缆。预埋件腔体外接电缆盒，安装前用密封丝帽连接，防止浇筑时杂物进入，安装现场采用PVR管软接，控制电缆和动力电缆分别设置出口避免信号干扰，此方法能够防止运输过程中线口损坏，布线分明，成本较低且具有防潮防水效果，施工质量容易保证。

4 结语

冬季闸门运行调控在水利工程运营中越来越频繁，特别在冬季严寒的北方地区，出现多处破冰启闭闸门困难或造成质量问题，本文结合实际工程案例，总结出了一套稳定且维修方便的融冰装置制造工艺和措施，为今后同类工况下的融冰施工奠定了良好的基础，具有较大的推广应用前景。