海陆空“破冰”行动

南方日报 2021-01-19 06:11

可精准测量线路覆冰厚度的观冰无人机正在巡视。陈海摄

渤海辽东湾采油平台被海冰包围。孙羽摄

上航飞机正在进行除冰。华小龙摄

在刚刚过去的“霸王级”寒潮中，全国降温8℃以上的面积达250万平方公里，降幅12℃以上面积达40万平方公里；北京、河北、山东多地气象观测站最低气温突破或达到建站以来的历史极值。

寒潮一波接一波，在北方，海上的油气开采平台已经变成了“冰雪城堡”，机场上的飞机都覆盖上了一层雪霜；即使在广东，粤北的韶关等地，输电线路也覆盖上了一层冰棱……

千里冰封、万里雪飘，银装素裹的世界固然美丽，但为了保障正常的能源供应和出行，“破冰”，成为当前重要的应急工作。

●南方日报记者刘倩黄叙浩

“冰”临城下危机四伏

1月6日，受强寒潮影响，渤海辽东湾海域最低气温已达到-24℃，出现近5年来同期最严重冰情，而我国最北油气生产中心锦州9-3油田群就位于这里。

“冰”临城下，采油平台被渤海湾浮冰环抱着底座，大风与海水冻成的冰柱成了这些海上“钢铁孤岛”的标配，平台桩腿及导管架周围重叠冰厚达30—40厘米，平台被包裹成了“冰雪城堡”。美则美矣，却危机四伏——如果不及时破除海冰，平台可能被连根拔起。

锦州9-3油田总监杨俊杰告诉记者，以锦州9-3油田为例，辽东湾一带气温陆续下降，目前海冰已覆盖油田八成海域，冰厚约18厘米，平台桩腿及导管架周围的岸冰、重叠冰更是达到最大30—40厘米。“在潮汐和风的作用下，海冰漂移会对平台桩腿产生较大的撞击，引起采油平台强烈振动，对平台上部油气管线及设备以及操作人员安全构成很大的威胁，海上平台甚至有被海冰推倒的风险。”杨俊杰说，辽东湾各油田日产原油超2.6万吨，天然气输向葫芦岛、营口等地，保障近260万人民的用气需求，除冰至关重要。

如何除冰？杨俊杰说，首先是平台在建造阶段就要通过抗冰沉箱设计、在直立桩腿上安装抗冰锥体结构等措施，使得平台海洋结构在冰载荷作用下的振动，由稳态振动转换为随机振动，降低海冰对平台结构带来的直接安全风险。其次是在较严重的冰期启用破冰船挤压破碎平台周边的冰层，避免大块冰层堆积和撞击平台。再有就是利用气爆冲冰装置，在平台井口护管区周围水下水平层布置气喷嘴，由空气管汇连接空压机和水下喷嘴，利用空压机压缩出的高压空气形成周围海水的高速扰动的流场，借助海水动能及压缩空气的压力来防止隔水套管处的海冰结成堆积，以及达到加速疏散破冰的目的。平台上也安装了地热水自动冲冰设备，将若干冲冰喷嘴分布在平台下方，通过地热水的冲击去除堆叠在导管架等结构附近的海冰。

对于在平台带缆通道、护栏上凝结或聚集的海冰，则需平台人员通过蒸汽及榔头、十字镐等工具手动除冰。

南方比北方更需“抗冰保电”

对电网来说，“只有严寒的地区才需要抗冰”或者“越冷的地方越需要抗冰”绝对是误解，我国需要“抗冰保电”的地区恰恰是比北方更温暖的南方。

在持续低温阴雨天气下，空气中的过冷水滴（雨滴、雾滴）碰撞到近地面温度低于0℃的物体表面而迅速冻结，冰逐渐形成覆盖物体表面的具有不透明或半透明分层结构的冰壳。贵州当地称这种现象为“凝冻”。

对于电网来说，凝冻会导致线路和设备覆冰。导致凝冻的气象条件包括：冷——气温维持在0℃附近或低于0℃；湿——持续的冻雨、毛毛雨或浓雾，有时候还有雨夹雪；风——适当的风速。凝冻灾害主要发生在冬季我国南方山区特别是云贵高原，西南地区其他省份也时有出现，最近甚至出现在广东的韶关、清远等地，所以这些区域的电网都需要“抗冰保电”。

输电线路覆冰会导致冰闪、短路、断线、甚至倒塔等问题，进而引发电力系统故障，必须及时去除线路覆冰。好在技术一直在进步，年年都干的“抗冰保电”工作已经实现了从人工到高科技的跨越式飞跃。自2008年冰灾以来，南方电网通过大力实施线路抗冰加固工程、使用直流融冰技术、建设覆冰监测预警系统等措施，已经大幅提高了电网防冰抗冰能力。

现在最常用的就是直流融冰技术，即通过对输电线路施加直流电压并在输电线路末端制造短路，使导线发热对输电线路融冰。此外，电网会通过无人机自动巡视，精淮测量线路覆冰厚度，发现后启用融冰。融冰装置现在还有了车载式、便携式等，“应用便携式直流融冰装置，使得融冰点的选取不再受制于融冰刀闸的布点，也不需要对线路进行任何改造，可以从容应付多变的天气。”广东电网电科院高压所技术人员陈鹏介绍。

“洗热水澡”的大飞机

最近几次寒潮给航班的正常运行带来了巨大挑战，南航在多地启动了恶劣天气下的航班运行保障预案。“新疆这边气候条件较差，一般每天都要在除冰坪值守18个小时为飞机除冰，遇上大雾、大雪天气，这个时间可能还要更长。”南航新疆分公司飞机维修基地机务李纯告诉记者。

飞机在什么情况下会结冰？东航技术北京分公司安全质量培训部资深教员陈聚群告诉记者，当温度降到冰点以下，相对湿度较高的时候，飞机表面就会结冰。此外，飞机从巡航高度下降、着陆，机身和机翼也可能会结霜，“也就是说，不仅是在地面，飞机飞行过程中也可能出现结冰情况”。

飞机结冰会带来巨大安全隐患。机身和机翼结冰会对飞机的气动外形造成很大影响，严重影响飞行安全；特别是结冰会导致升力不足，飞机将无法起飞爬升，甚至无法保持飞行姿态。

2012年4月2日，俄罗斯一架ATR-72在飞行途中坠毁，调查报告称“未对飞机进行除冰导致空难是可信的说法”。为防止发生空难悲剧，在飞机起飞前除冰是保障飞行安全的重要流程。

要给飞机这么一个庞然大物除冰并不容易。陈聚群介绍，飞机除防冰流程可以概括为：从上往下（垂直尾翼和机身），从前往后（大翼和水平尾翼），从外往里（大翼和水平尾翼），“需要用到除防冰液，这个比高档橄榄油都贵，还有除冰车，这个比高档跑车的价格贵”。

李纯介绍，除冰作业像是给飞机“洗热水澡”，要使用除冰车往机身喷洒大量除冰液，“除冰液主要含有乙二醇和丙二醇，除冰时的温度一般在60℃—70℃。”

“除冰后还要再进行二次防结冰作业。”李纯介绍，防冰时使用黏度较高的醇类纯液体，也是通过相似原理，保持飞机表面液体冰点低于水的冰点。一架飞机的除冰时间要控制在3分钟之内，防冰工作要控制在5分钟之内，避免影响航班正常运行。

记者了解到，除冰车式方案是使用最早、最为普遍的除冰方式，其优点是灵活方便，可以在指定场地进行除冰，但废液回收处理也比较麻烦。

除了这种方法，还可以采用蚌壳式结构除冰方案——利用高强度金属板建造蚌壳式构筑物，利用红外线产生设备使飞机表面的冰体溶解、蒸发。业界普遍认为这种方法自动化程度高，可节省人力，但投资成本高，需要专门场地。这种除冰方案在北欧、北美地区机场更常见。目前，在航空业界，除了化学液体防冰，还有气热防冰、电热防冰和机械防冰等几种常用的防除冰方式。

此外，起降跑道和滑行道路面也不能有冰霜雪，会减小摩擦力，造成飞机无法起降和滑行，甚至飞机发动机可能吸入碎冰导致叶片损伤。起降跑道和滑行道需要用吹雪车来清除路面冰雪。

本版策划：张志超

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