(甘肅省水利廳討賴河流域水資源管理局，甘肅 酒泉 735000)

科學(xué)研究及工程設(shè)計(jì)

討賴河渠首閘門冬季電加熱融冰措施的初步探究

張新林趙楊王云澤

(甘肅省水利廳討賴河流域水資源管理局，甘肅 酒泉 735000)

討賴河渠首地處冬季嚴(yán)寒地區(qū)，閘門結(jié)冰嚴(yán)重。沖沙閘在冬季需要啟門沖沙、排冰，為了保證閘門正常啟閉，不影響正常供水，需要采取除冰措施。本文從技術(shù)參數(shù)、施工工藝等方面對閘門冬季措施進(jìn)行了探討，供類似工程參考。

冬季閘門；電加熱融冰；探究

討賴河渠首工程，是酒泉市肅州區(qū)、金塔縣、嘉峪關(guān)市、農(nóng)墾邊灣農(nóng)場灌溉用水以及酒鋼工業(yè)用水的主要水資源調(diào)控工程。由于工程設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)低，加之運(yùn)行時(shí)間長，工程質(zhì)量不能滿足灌溉需求。1993年，討賴河流域水資源管理局委托甘肅省水利水電勘測設(shè)計(jì)院完成了《甘肅省討賴河渠首改建工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》，2000年12月省水利廳批復(fù)了初步設(shè)計(jì)，改建工程于2002年由討賴河流域水資源管理局負(fù)責(zé)組織開始施工，工期1年。

1 工程概況

改建后的渠首工程，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，洪峰流量720m3/s；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇，洪峰流量1340m3/s。主要由溢流壩、泄沖閘、南北干渠進(jìn)水閘、南北岸防護(hù)堤、北干渠引水廊道、導(dǎo)水墻等部分組成，引水方式為一岸兩側(cè)引水，泄沖閘與進(jìn)水閘構(gòu)成“正排側(cè)引”的布置形式。溢流壩設(shè)計(jì)最大單寬流量為5.12m3/(s·m)，下游消能設(shè)施為短護(hù)坦加長鋪蓋式消能工。泄沖閘為泄洪和沖沙使用，共3孔，閘門尺寸6m×4.80m(寬×高)，閘門型式為平面定輪鋼閘門，啟閉機(jī)型為固定卷揚(yáng)式平面閘門啟閉機(jī)。討賴河渠首控制下游灌溉面積近58萬畝。工程等級為Ⅱ等，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級。

2 閘門冬季運(yùn)行存在的問題

討賴河渠首樞紐地處嚴(yán)寒地區(qū)。近年來，由于冬季氣溫較低，閘門結(jié)冰嚴(yán)重，泄沖閘在冬季需要啟門沖沙、排冰，為了保證閘門正常啟閉，不影響正常供水，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，而且在渠道引水期間經(jīng)常要采取不定期活動閘門的方式防止閘門凍結(jié)，但是這種強(qiáng)行開啟閘門方式對閘室地板剛性及啟閉設(shè)備破壞較大，啟閉過程中閘室地板整體晃動，存在嚴(yán)重安全隱患，并對止水產(chǎn)生剪力破壞，造成止水撕裂，因此，迫切需要對在冰凍期運(yùn)行和操作的閘門采取保溫加熱措施，以防止閘門止水橡皮與門槽埋件凍結(jié)，達(dá)到冬季閘門正常啟閉的目的。

3 除冰方案

目前，國內(nèi)常用的除冰措施主要有人工除冰、高壓噴射除冰、電加熱除冰等?，F(xiàn)渠首泄沖閘在設(shè)計(jì)之初沒有防凍除冰裝置，因此只能在原閘門基礎(chǔ)上進(jìn)行改建。由于閘門為鋼鐵材料，是熱的良導(dǎo)體，因此設(shè)計(jì)采用電加熱融冰裝置。電加熱融冰系統(tǒng)采用加熱導(dǎo)熱油的方法，在閘門上安裝加熱裝置融冰除冰。

利用閘門框“工”字鋼的“]”形空間，加蓋5mm厚鋼板在閘門兩側(cè)端封裝閉，形成長4.5m的60mm×340mm矩形油道，利用閘門底部結(jié)構(gòu)空間加蓋6mm鋼板形成長6m的100mm×100mm矩形油道，在油道內(nèi)布設(shè)兩條硅橡膠加熱帶，注油進(jìn)行加熱，通過熱量的傳導(dǎo)，在一定時(shí)間內(nèi)使鋼閘門與閘槽間的冰形成水膜，使閘門可以啟閉。

此方案優(yōu)點(diǎn)是：傳熱面積大，傳熱效果好。缺點(diǎn)是：原閘門制作過程中，在焊縫及定輪的安裝等多個部位的密封上要求不高，且油的滲透性很強(qiáng)，因此，如果對閘門的密封性進(jìn)行改造，需將閘門完全起吊，進(jìn)行大面積焊接和使用其他材料密封。

4 主要技術(shù)參數(shù)計(jì)算

4.1 材料選型

a. 鋼材：Q235B型鋼材，密度7.85g/cm3，使用體積V鋼=5m2×0.006m=0.03m3。

b. 導(dǎo)熱油：25號變壓器油，密度0.89g/cm3，使用體積V=6cm×34cm×450cm×2+10cm×10cm×600cm=243600cm3。

c. 加熱原件：SBR型電加熱元件，額定工功率3kW。

4.2 荷載計(jì)算

a. 渠首啟閉機(jī)額定荷載重量：2×100kN。

b. 當(dāng)前閘門自重：6.60t。

c. 加裝鋼板的質(zhì)量M鋼=V鋼ρ鋼=0.03m3×7.85g/cm3=235.50kg。

d. 導(dǎo)熱油質(zhì)量M油=Vρ油=243600cm3×895kg/m3=218.02kg

e. 加熱原件重量忽略不計(jì)。

f. 熱量計(jì)算：加熱元件功率為3kW，預(yù)計(jì)加熱時(shí)間為2h，熱量散失計(jì)算公式為

Q=k(Tw-T0)F

式中Q——散熱量，W；

Tw——散熱面表面溫度，℃；

T0——環(huán)境溫度，℃；

F——散熱面面積，m2；

k——綜合傳熱系數(shù)，W/(℃·m2)。

代入數(shù)據(jù)，散熱面表面積F=(34+2×6)cm×450cm+30cm×600cm=38700cm=3.87m2，取熱散失系數(shù)k為200W/(℃·m2)，則Tw=7.75℃。

5 施工工藝

采用打磨方式將閘門槽內(nèi)的銹跡除去。將閘門底部鋼板挖出一個10cm×10cm的空間，加入鋼板密封焊接，預(yù)留兩邊空隙以便于傳入加熱帶。穿入鋼絲，以便于加熱帶進(jìn)入，密封閘底預(yù)留空隙。加水加壓測試密封性。安裝加熱帶，接入配電箱，配電箱內(nèi)安裝漏電保護(hù)裝置。3號泄沖閘油道情況見下表。

3號泄沖閘油道圖

6 導(dǎo)熱油的選擇

考慮到油品使用溫度要與當(dāng)?shù)囟经h(huán)境氣溫相適應(yīng)，保證最低氣溫在-20℃左右時(shí)能正常運(yùn)行以及經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化等方面的因素，對不同廠家的油品性能進(jìn)行對比(見下表)，選用斯卡蘭320-46號導(dǎo)熱油。

導(dǎo)熱油參數(shù)表

根據(jù)發(fā)熱元件不同的溫度和本項(xiàng)目要求，選擇與之對應(yīng)的傳熱系數(shù)在100～600之間進(jìn)行計(jì)算，考慮到渠首輸電線路負(fù)荷及加熱時(shí)間，設(shè)定槽鋼油盒內(nèi)加熱后最高油溫為60℃。通過計(jì)算，加熱達(dá)到此溫度所需功率為88kW，加熱用時(shí)2h，所以選用3kW的加熱元件。

7 結(jié) 語

渠首引水樞紐位于高緯度北方地區(qū)，北方地區(qū)冬季寒冷且漫長，在冬季水閘運(yùn)行過程中，要求閘門能夠正常啟閉，保障冬季引水，本方案在閘門冬季運(yùn)行期，閘門開啟前打開電加熱融冰系統(tǒng)，預(yù)熱2h后可保證閘門正常啟閉。本方案使用材料簡單，質(zhì)量較輕，安裝施工工藝簡單，通過導(dǎo)熱性能好的鋼板，融冰破冰。對嚴(yán)寒地區(qū)影響水工閘門啟閉的冰凍問題，提供了一個較好的解決方法。

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