9月10日,中俄东线(黑河—长岭段)管道施工如火如荼,沿线两侧绿意盎然、生机勃勃,与冬季时白雪皑皑的景色截然不同。然而,对于负责中俄东线监控系统设计的卜志军来说,更关注的是漫长而寒冷的冬季,极寒天气给设计带来的一系列难题。

  站场和阀室的监控系统好似管道的神经元,对管道的智能运行极为重要。然而中俄东线监视阀室所处地区冬季最低温度达到零下45摄氏度,且无外电依托,市场上监控系统产品的最低运行温度只能达到零下40摄氏度,如果采取以往的设计方案,将监控系统室外露天安装,那么系统设备根本无法运行。为解决这个难题,管道设计院于2017年1月成立课题组,卜志军任课题长。

  按照集成化设计理念,课题小组认为采用橇装化小屋设计方案无疑是一个好的思路,即将监控系统设备、供电系统设备及检测仪表等安装在一个小屋内,能够提高设备集中程度和工厂预制率,既便于移动和安装,又能减少占地面积,降低工程投资。然而,市面上没有这样的设备,需要从头开始研究。

  如何克服高寒天气,是小屋设计的第一关。为保证设备在极寒天气正常工作,对小屋本身的保温性、密封性提出了极高要求。

  什么样的材料符合要求?课题小组根据室外环境温度、室内设计温度及围护结构传热系数等主要参数,通过负荷计算软件计算出橇装小屋设计热传导系数。根据这一指标,从岩棉、玻璃棉等众多材料中,选取了GBS保温装饰一体板作为外围护板(小屋面、四壁、地面)主体材料。同时,通过热负荷的量调整模型及参数,确定达到建筑结构方案与负荷的优化匹配方案,首次通过冷热极端环境下小屋内热负荷模拟计算的方式指导橇装化小屋本体建筑设计、保温通风设计,经保温性能测试,满足了高寒地区对小屋的温度要求。

  接下来,就是解决无外电的问题。橇装小屋内仪表及监控设备、通信设备(含摄像头)、照明设备、伴热设备等都需要供电,但是管道建设的偏远地区没有外电,若引入外电,那么必然带来高额投资;若采用太阳能供电,需考虑冬季东北地区太阳能效率低和大雪覆盖的问题。

  经调研,结合现场环境条件,小组成员于永志提出了风光互补发电方案:白天太阳光最强时,风小,晚上太阳落山后,风能和太阳能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性。

  在这个供电系统中,蓄电池的选择是制约整个方案的瓶颈。由于低温环境对蓄电池的使用造成非常大的影响,小组成员丁媛媛对传统电池和新能源电池进行调研和比选,根据蓄电池的耐低温性能开展两条技术路线的研究,针对电池的主要技术性能及指标进行了专项研究,完成了《高寒无外电地区橇装化供蓄电池技术要求》。经现场测试,蓄电池设计连续阴雨天后备时间达到17天。

  解决了高寒、无外电两个关键条件制约,最后要解决的问题就是橇装化小屋及其相关设备的排布问题。课题小组通过对光伏板原理、安装方式、采光要求等方面的研究,设计出了类似“上下铺”的安装方式,橇体在下面,光伏板在上面,最大程度节约了占地面积。

  经过长达一年的研究,课题组完成了高寒无外电地区监控系统橇装化应用研究,设计出了一套智能化、低功耗的控制系统,在满足工艺流程远程监控的基本需求之外,还可实现对蓄电池电量的计算、室内温度的调节、室内外温度监视、小屋门禁监视、站场视频安防监控、各用电负载的自动切断与供电、远程诊断与维护等功能,充分考虑了运行单位的维护和维修要求。

  经测算,该成果可大幅节省投资,缩短施工周期,提高了工程质量。太阳能光伏板与小屋结合安装,一定程度上减少了征地面积,节省了征地投资。

  目前,管道设计院设计试制的橇装化小屋通过了在西二线5号阀的现场试验。技术规定已用于指导中俄东线监视阀室橇装化小屋的设备,并将指导施工图设计及工程实施。

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