张超伟;杨雷鹏
（南水北调中线干线工程建设管理局天津分局，天津 300134） （南水北调中线干线工程建设管理局河北分局，石家庄 050021）
【摘要】黑山节制闸采用压缩空气吹泡法防冰冻,该方法通过压缩空气对水面扰动实现防冰有运行安全、操作简单、扰动效果好、平稳可靠等优点，实现了节制闸前无结冰，确保了南水北调冰期输水安全。
1引言
南水北调中线工程西黑山枢纽座落在徐水县大王店乡西黑山村西北，位于总干渠桩号388+210～388+298处，包括总干渠西黑山节制闸和天津干渠西黑山分水口。总干渠节制闸设计流量100m3/s，加大流量120m3/s，相应进口设计水位65.283m，加大水位65.791m；出口设计水位65.179m，加大水位65.623m。天津干渠分水口闸设计流量50m3/s，加大流量60m3/s，相应进口设计水位65.289m，加大水位65.808m；出口设计水位63.340m，加大水位63.760m。节制闸前原有防冰冻系统采用压力水射流法，此方法存在安装复杂，扰动范围小。为提高总干渠冰期输水安全保障，对节制闸前防冰冻系统进行改造，改造后的扰动装置采用采用压缩空气吹泡法防冰冻,该方法通过压缩空气对水面扰动实现防冰具有运行安全、操作简单、扰动效果好、平稳可靠等优点，本文以工程实例介绍了西黑山节制闸压缩空气吹泡防冰冻以供类似工程参考。
2改造原因
天津干线西黑山节制闸位于海河流域中东部，属于温带大陆性季风气候区，该段多年平均气温11.8℃。全年1月份气温最低，多年月平均 -4.9℃，极端最低气温-26.7℃。封冻期由11月至2月，冰厚0.2～0.4m，最大冻土深度70cm。2016年度工程所在地遭遇30年一遇低气温天气，气象资料显示徐水区气温达-25℃,总干渠水明结冰最厚达45cm，原压力水射流装置需要根据水位变化适时调整射流装置高度，无法保证最佳效果，给安全通水运行带来一定的隐患，2017年度根据现场实际需求对节制闸曝气装置进行了升级改造。
3系统组成和布置
压缩空气吹泡法防冰冻系统由空压机、储气罐、过滤器、控制系统和不锈钢管道等组成，采用集中控制方式。
防冰冻系统设置2台空压机。节制闸前设置4排供气管路，其中每排供气单元设置左右两个小供气单元（共计8个小供气单元），每排间距为2.5m。首排充气单元距离节制闸敦2m。每排供气管路长16m。供气单元喷嘴距离由0.8m到1.2m不等（两侧密集）。喷嘴开孔直径大小由1.8mm到2.5mm。（从充气单元进气侧逐渐增大）每排充气管前设置两个不锈钢止回阀和一个不锈钢球阀阀，根据运行工况确定开启排数。所有供气单元固定于I20槽钢钢架上，整个钢架放置在干渠底部。
4主要技术参数
4.1空压机及后处理设备工作环境：
平均海拔1600米及以上，年平均湿度60%，环境温度：-25℃~40℃。
4.2空压机技术要求：
达到国家二级能耗水平，设备电源：380V/50HZ，额定排气压力0.8Mpa，排气温度≤40℃，设备运行噪声小于66dB。（距设备1米处），压缩机进口过滤装置精度≦3um，环境温度：温度-10℃~40℃，具有可靠的安全保护系统及报警系统，能够显示空压机主要运行参数及故障主要原因，设备平均无故障运行周期＞3000小时，平均维修保养周期≥4000小时，空压机运行负荷可随空气需要自动调整，配置永磁式电机，设备安装调试运行后，残油含量≤0.01um。
4.3微油螺杆变频空压机主要技术参数
5设备选择
根据工程布置和《水工建筑物抗冰冻设计规范》（SL211-2006），压缩空气吹泡法防冰冻系统按单位长度压缩空气消耗量计算，并参照下黑山分水口闸前防冰冻系统，选择2台排气量为7m3/min，压力为0.8MPa，电机功率为45kW的螺杆式空压机。为调节供气压力和稳定储存选择2个容积为1m3，压力为0.8MPa的储气罐，储气罐上设有压力表，出口设置球阀。本工程中选用上海欧佩克机械设备有限公司制造的ESD45型螺杆式空气压缩机，采用永磁变频控制系统，综合节能39.7%，主机电机一体化设计，免维护型，使用寿命长达15年，保养简单、便捷、经济，只有传统螺杆压缩机的50%。
6实施方案
电缆选用0.4kV YJV-0.6/1kV型聚氯乙烯绝缘电力电缆，利用节制闸原有电缆沟进行敷设，无电缆沟区域应采用穿管暗敷形式。防冰冻设备金属部分与原有建筑物接地系统可靠焊接为一个整体接地系统，分支线采用-40×4镀锌扁钢。接地线应与设备的金属外壳、混凝土构件的钢筋、穿线钢管和电缆的金属外皮等牢固焊接。过电压保护、防雷接地主干线采用-60×6镀锌扁钢，分支线采用-40×4镀锌扁钢。接地线应与电气设备的金属外壳、混凝土构件的钢筋、穿线钢管和电缆的金属外皮等牢固焊接。不锈钢槽钢桁架现场制作，采用两台25T吊车配合作业放入水中，四周采用φ12钢丝绳与岸边进行固定。
7实施效果
以上技术在南水北调总干渠西黑山节制闸冬季运行中的到了良好的应用，消除冰冻灾害对输水调度的安全影响，2017年整个冰期输水量达14亿立方米，确保了沿线6000万受水区群众用水安全。
8、结语
以上施工方法具有因地制宜、安全可靠、操作性强、质量有保证、施工速度快、经济实用的特点，保证里冰期输水的安全。该施工方案经在南水北调总干渠冰期输水中得到了推广应用，对类似工程有一定的参考价值。
参考文献：
（1）压力水吹泡法防冰冻研究与设计[C]. 中国水力发电工程学；
（2）《水工建筑物抗冰冻设计规范》（SL211-2006）；
（3）《电力工程电缆设计规范》(GB50217-2007)；
（4）《交流电气装置的接地设计规范》（GB50065-2011）；
作者简介：
张超伟（1979-），男，河北省藁城市人，高级工程师，主要从事南水北调工程管理工作.
地址：天津市西青区中北工业园金霞路24号
邮编：300393
杨雷鹏 ，（1971-），男，河北省晋州市人，高级工程师，主要从事南水北调工程管理工作。
地址：河北省邢台市滨江北路南水北调邢台管理处
邮编：054000