闸门热管融冰设备的运行维护分析

邢志友，马金全，苏义明

（南水北调中线干线工程建设管理局天津分局徐水管理处，河北 保定072550）

南水北调中线天津干线采用的是热管防冰冻设备，在近3年的冰期输水过程中，防冰冻设备对工程的稳定运行发挥了巨大作用，但运行过程中也暴露出了一些问题，影响了设备的稳定运行，需要运行管理人员及时发现和解决问题，根据工程特点对容易引发安全问题的部位通过科学的方法进行改造并加以完善。

1 热管融冰设备现状

1.1 设备结构

南水北调中线工程闸门热管融冰设备中热管容器与门槽中设有水封止水板的埋件焊接成一个整体，使发热的容器外壁与埋件的止水板面紧密贴合，容器非贴合面由保温层包围，从而确保设备的热量只能向止水面板传递，这样既增加传热效果又起到节能作用。当钢闸门在冰冻期时，设定融冰温度并启动设备进入融冰程序，通过加热装置对容器内导热介质进行加热，使导热介质迅速蒸发汽化，蒸发的气体从底部上升到顶部，不断将热量传递给门槽埋件止水板面，气体温度下降后又变成液态，沿热管内壁回流到底部。容器内的导热介质就这样周而复始的发生液态和气态的相互转换，从而不断将热量快速地传递给门槽埋件止水板（见图1），使止水板与钢闸门水封之间高于水变冰的凝结温度，达到钢闸门门槽埋件止水面融冰的目的，防止冰冻期水封与门槽止水板间冻结引起的设备损坏。

1.2 控制原理

图1 闸门埋件和加热设备示意图

电气控制柜内可编程控制器（PLC）作为主控制器，人机界面监控由传感器输送的温度、电流、压力等信号通过PLC对加热器输出功率进行调节。当闸门埋件温度较低时，增大加热量，使埋件快速升温；当闸门埋件温度较高时，减少加热量，使埋件处于适温状态，从而在闸门水封处维持恒定温度，防止闸门被冰冻。PLC还设置了安全保护控制程序，当设备热管容器内导热介质温度超过设定值时，电控系统将自动切断电加热器并有高温报警显示。

1.3 工作特性

热管融冰设备具有以下工作特性：手、自动控制自由切换；加热装置安全可靠；传热速率快、受热均匀；使用寿命长，维护简单；节能环保，设备在加热工作时，会根据环境温度与设定温度的关系自动调整加热电流，以达到节能降耗的目的。热管融冰设备加热状态趋势图如图2所示。

图2 热管加热状态趋势图

2 工程运行情况

2.1 运行环境

热管融冰设备分布在无压箱涵段，为露天安装方式，其中陡坡进口检修闸与闸后输水明槽坡比分别为 1：20与 1：7（闸后渐变段至消力池），冬季最低流速仍大于3 m/s，水深0.6 m，水温0.8～2℃；陡坡出口检修闸埋深约6 m。

2.2 运行现状

南水北调中线工程自2014年通水以来，由于热管融冰设备未在冬季检修，在日常测试时原装加热棒由于设计制造缺陷，不具备防水防潮功能，基本每次投入运行前需烘干加热后才能正常运行；由于超导液加注口设计位置不合理，造成操作困难；超导液加注环境温度要求高，导热液仅能在冬季低于10℃时才能工作。入冬前，由于渠道水温较高不便于设备维护检查工作；由于导热液腔体焊接缝较多，与闸门埋件焊为一体，发生损坏后由于修补费用过高基本无修复价值；仪控系统不稳定，温度控制及显示准确性差等问题较为突出。

2.3 改进措施

改进加热棒结构，根据工程特点选用更加坚固的双套管棒形结构，增加防水防潮功能，2年来近百次投运测试成功率100%；对超导液缺失后严重影响功能的热管，由重型热管更换为使用防冻液常压型热管，可以解决重型热管腔体由于压力大易发生超导液泄漏等难题，更换设备成本仅为导热液的1/20，稳定性更优于超导液；改进仪控系统，加强仪控设备校验，淘汰误差较大的传感器或变送器，使其测量准确可靠，改进控制参数，将控制温度范围缩小至1～2℃，使控制更准确，达到耗电量低且节能环保的目的。

3 结论

南水北调中线工程通过几年来的不断探索，运行管理工作日趋完善。闸门热管融冰设备以稳定、简便、高效为主要目标，同时根据不同需求，保留人工快捷破冰等方式，为确保冰冻期工程输水工作的安全不懈努力。