閘門熱管融冰設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)分析

邢志友，馬金全，蘇義明

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

南水北調(diào)中線天津干線采用的是熱管防冰凍設(shè)備，在近3年的冰期輸水過程中，防冰凍設(shè)備對工程的穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮了巨大作用，但運(yùn)行過程中也暴露出了一些問題，影響了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，需要運(yùn)行管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，根據(jù)工程特點(diǎn)對容易引發(fā)安全問題的部位通過科學(xué)的方法進(jìn)行改造并加以完善。

1 熱管融冰設(shè)備現(xiàn)狀

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

南水北調(diào)中線工程閘門熱管融冰設(shè)備中熱管容器與門槽中設(shè)有水封止水板的埋件焊接成一個(gè)整體，使發(fā)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(shè)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(jié)能作用。當(dāng)鋼閘門在冰凍期時(shí)，設(shè)定融冰溫度并啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)入融冰程序，通過加熱裝置對容器內(nèi)導(dǎo)熱介質(zhì)進(jìn)行加熱，使導(dǎo)熱介質(zhì)迅速蒸發(fā)汽化，蒸發(fā)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(tài)，沿?zé)峁軆?nèi)壁回流到底部。容器內(nèi)的導(dǎo)熱介質(zhì)就這樣周而復(fù)始的發(fā)生液態(tài)和氣態(tài)的相互轉(zhuǎn)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(jié)溫度，達(dá)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(jié)引起的設(shè)備損壞。

1.2 控制原理

圖1 閘門埋件和加熱設(shè)備示意圖

電氣控制柜內(nèi)可編程控制器（PLC）作為主控制器，人機(jī)界面監(jiān)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(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)閘門埋件溫度較低時(shí)，增大加熱量，使埋件快速升溫；當(dāng)閘門埋件溫度較高時(shí)，減少加熱量，使埋件處于適溫狀態(tài)，從而在閘門水封處維持恒定溫度，防止閘門被冰凍。PLC還設(shè)置了安全保護(hù)控制程序，當(dāng)設(shè)備熱管容器內(nèi)導(dǎo)熱介質(zhì)溫度超過設(shè)定值時(shí)，電控系統(tǒng)將自動(dòng)切斷電加熱器并有高溫報(bào)警顯示。

1.3 工作特性

熱管融冰設(shè)備具有以下工作特性：手、自動(dòng)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(hù)簡單；節(jié)能環(huán)保，設(shè)備在加熱工作時(shí)，會(huì)根據(jù)環(huán)境溫度與設(shè)定溫度的關(guān)系自動(dòng)調(diào)整加熱電流，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。熱管融冰設(shè)備加熱狀態(tài)趨勢圖如圖2所示。

圖2 熱管加熱狀態(tài)趨勢圖

2 工程運(yùn)行情況

2.1 運(yùn)行環(huán)境

熱管融冰設(shè)備分布在無壓箱涵段，為露天安裝方式，其中陡坡進(jìn)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(yùn)行現(xiàn)狀

南水北調(diào)中線工程自2014年通水以來，由于熱管融冰設(shè)備未在冬季檢修，在日常測試時(shí)原裝加熱棒由于設(shè)計(jì)制造缺陷，不具備防水防潮功能，基本每次投入運(yùn)行前需烘干加熱后才能正常運(yùn)行；由于超導(dǎo)液加注口設(shè)計(jì)位置不合理，造成操作困難；超導(dǎo)液加注環(huán)境溫度要求高，導(dǎo)熱液僅能在冬季低于10℃時(shí)才能工作。入冬前，由于渠道水溫較高不便于設(shè)備維護(hù)檢查工作；由于導(dǎo)熱液腔體焊接縫較多，與閘門埋件焊為一體，發(fā)生損壞后由于修補(bǔ)費(fèi)用過高基本無修復(fù)價(jià)值；儀控系統(tǒng)不穩(wěn)定，溫度控制及顯示準(zhǔn)確性差等問題較為突出。

2.3 改進(jìn)措施

改進(jìn)加熱棒結(jié)構(gòu)，根據(jù)工程特點(diǎn)選用更加堅(jiān)固的雙套管棒形結(jié)構(gòu)，增加防水防潮功能，2年來近百次投運(yùn)測試成功率100%；對超導(dǎo)液缺失后嚴(yán)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(fā)生超導(dǎo)液泄漏等難題，更換設(shè)備成本僅為導(dǎo)熱液的1/20，穩(wěn)定性更優(yōu)于超導(dǎo)液；改進(jìn)儀控系統(tǒng)，加強(qiáng)儀控設(shè)備校驗(yàn)，淘汰誤差較大的傳感器或變送器，使其測量準(zhǔn)確可靠，改進(jìn)控制參數(shù)，將控制溫度范圍縮小至1～2℃，使控制更準(zhǔn)確，達(dá)到耗電量低且節(jié)能環(huán)保的目的。

3 結(jié)論

南水北調(diào)中線工程通過幾年來的不斷探索，運(yùn)行管理工作日趨完善。閘門熱管融冰設(shè)備以穩(wěn)定、簡便、高效為主要目標(biāo)，同時(shí)根據(jù)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。