讨赖河渠首闸门冬季电加热融冰措施的初步探究

(甘肃省水利厅讨赖河流域水资源管理局，甘肃 酒泉 735000)

科学研究及工程设计

讨赖河渠首闸门冬季电加热融冰措施的初步探究

张新林赵杨王云泽

(甘肃省水利厅讨赖河流域水资源管理局，甘肃 酒泉 735000)

讨赖河渠首地处冬季严寒地区，闸门结冰严重。冲沙闸在冬季需要启门冲沙、排冰，为了保证闸门正常启闭，不影响正常供水，需要采取除冰措施。本文从技术参数、施工工艺等方面对闸门冬季措施进行了探讨，供类似工程参考。

冬季闸门；电加热融冰；探究

讨赖河渠首工程，是酒泉市肃州区、金塔县、嘉峪关市、农垦边湾农场灌溉用水以及酒钢工业用水的主要水资源调控工程。由于工程设防标准低，加之运行时间长，工程质量不能满足灌溉需求。1993年，讨赖河流域水资源管理局委托甘肃省水利水电勘测设计院完成了《甘肃省讨赖河渠首改建工程初步设计报告》，2000年12月省水利厅批复了初步设计，改建工程于2002年由讨赖河流域水资源管理局负责组织开始施工，工期1年。

1 工程概况

改建后的渠首工程，设计洪水标准为30年一遇，洪峰流量720m3/s；校核洪水标准为200年一遇，洪峰流量1340m3/s。主要由溢流坝、泄冲闸、南北干渠进水闸、南北岸防护堤、北干渠引水廊道、导水墙等部分组成，引水方式为一岸两侧引水，泄冲闸与进水闸构成“正排侧引”的布置形式。溢流坝设计最大单宽流量为5.12m3/(s·m)，下游消能设施为短护坦加长铺盖式消能工。泄冲闸为泄洪和冲沙使用，共3孔，闸门尺寸6m×4.80m(宽×高)，闸门型式为平面定轮钢闸门，启闭机型为固定卷扬式平面闸门启闭机。讨赖河渠首控制下游灌溉面积近58万亩。工程等级为Ⅱ等，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级。

2 闸门冬季运行存在的问题

讨赖河渠首枢纽地处严寒地区。近年来，由于冬季气温较低，闸门结冰严重，泄冲闸在冬季需要启门冲沙、排冰，为了保证闸门正常启闭，不影响正常供水，需要采取除冰措施。

目前，在干渠停水期一直采取的是人工除冰方法；人工除冰工作量大，而且在渠道引水期间经常要采取不定期活动闸门的方式防止闸门冻结，但是这种强行开启闸门方式对闸室地板刚性及启闭设备破坏较大，启闭过程中闸室地板整体晃动，存在严重安全隐患，并对止水产生剪力破坏，造成止水撕裂，因此，迫切需要对在冰冻期运行和操作的闸门采取保温加热措施，以防止闸门止水橡皮与门槽埋件冻结，达到冬季闸门正常启闭的目的。

3 除冰方案

目前，国内常用的除冰措施主要有人工除冰、高压喷射除冰、电加热除冰等。现渠首泄冲闸在设计之初没有防冻除冰装置，因此只能在原闸门基础上进行改建。由于闸门为钢铁材料，是热的良导体，因此设计采用电加热融冰装置。电加热融冰系统采用加热导热油的方法，在闸门上安装加热装置融冰除冰。

利用闸门框“工”字钢的“]”形空间，加盖5mm厚钢板在闸门两侧端封装闭，形成长4.5m的60mm×340mm矩形油道，利用闸门底部结构空间加盖6mm钢板形成长6m的100mm×100mm矩形油道，在油道内布设两条硅橡胶加热带，注油进行加热，通过热量的传导，在一定时间内使钢闸门与闸槽间的冰形成水膜，使闸门可以启闭。

此方案优点是：传热面积大，传热效果好。缺点是：原闸门制作过程中，在焊缝及定轮的安装等多个部位的密封上要求不高，且油的渗透性很强，因此，如果对闸门的密封性进行改造，需将闸门完全起吊，进行大面积焊接和使用其他材料密封。

4 主要技术参数计算

4.1 材料选型

a. 钢材：Q235B型钢材，密度7.85g/cm3，使用体积V钢=5m2×0.006m=0.03m3。

b. 导热油：25号变压器油，密度0.89g/cm3，使用体积V=6cm×34cm×450cm×2+10cm×10cm×600cm=243600cm3。

c. 加热原件：SBR型电加热元件，额定工功率3kW。

4.2 荷载计算

a. 渠首启闭机额定荷载重量：2×100kN。

b. 当前闸门自重：6.60t。

c. 加装钢板的质量M钢=V钢ρ钢=0.03m3×7.85g/cm3=235.50kg。

d. 导热油质量M油=Vρ油=243600cm3×895kg/m3=218.02kg

e. 加热原件重量忽略不计。

f. 热量计算：加热元件功率为3kW，预计加热时间为2h，热量散失计算公式为

Q=k(Tw-T0)F

式中Q——散热量，W；

Tw——散热面表面温度，℃；

T0——环境温度，℃；

F——散热面面积，m2；

k——综合传热系数，W/(℃·m2)。

代入数据，散热面表面积F=(34+2×6)cm×450cm+30cm×600cm=38700cm=3.87m2，取热散失系数k为200W/(℃·m2)，则Tw=7.75℃。

5 施工工艺

采用打磨方式将闸门槽内的锈迹除去。将闸门底部钢板挖出一个10cm×10cm的空间，加入钢板密封焊接，预留两边空隙以便于传入加热带。穿入钢丝，以便于加热带进入，密封闸底预留空隙。加水加压测试密封性。安装加热带，接入配电箱，配电箱内安装漏电保护装置。3号泄冲闸油道情况见下表。

3号泄冲闸油道图

6 导热油的选择

考虑到油品使用温度要与当地冬季环境气温相适应，保证最低气温在-20℃左右时能正常运行以及经济最优化等方面的因素，对不同厂家的油品性能进行对比(见下表)，选用斯卡兰320-46号导热油。

导热油参数表

根据发热元件不同的温度和本项目要求，选择与之对应的传热系数在100～600之间进行计算，考虑到渠首输电线路负荷及加热时间，设定槽钢油盒内加热后最高油温为60℃。通过计算，加热达到此温度所需功率为88kW，加热用时2h，所以选用3kW的加热元件。

7 结 语

渠首引水枢纽位于高纬度北方地区，北方地区冬季寒冷且漫长，在冬季水闸运行过程中，要求闸门能够正常启闭，保障冬季引水，本方案在闸门冬季运行期，闸门开启前打开电加热融冰系统，预热2h后可保证闸门正常启闭。本方案使用材料简单，质量较轻，安装施工工艺简单，通过导热性能好的钢板，融冰破冰。对严寒地区影响水工闸门启闭的冰冻问题，提供了一个较好的解决方法。

PreliminaryStudyonWinterElectricalHeatingandIce-meltingMeasuresinTaolaiheRiverHeadGate

ZHANG Xinlin, ZHAO Yang, WANG Yunze

(GansuWaterConservancyDepartmentTaolaiheRiverBasinWaterResourcesAdministration,Jiuquan735000,China)

Taolaihe River Head Gate is located in winter severe cold area, and the gate is iced severely. The scouring sluice needs to open for sand sluicing and ice draining. Ice removal measures should be adopted in order to ensure the normal opening and closing of the gate and avoid influence on normal water supply. In the paper, gate winter measures are discussed in the aspects of technical parameters, construction technology, etc., thereby providing reference for similar projects.

winter gate; electric heating and ice melting; exploration

TV663

A

1673-8241(2017)09-0030-03

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.09.009