今年的冬天好像特别寒冷。
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凌……
千里冰封、万里雪飘，银装素裹的世界固然很美丽，但为了保障正常的能源供应和出行，“破冰”，成了当前重要的应急工作。
1月6日，受强寒潮影响，渤海辽东湾海域最低气温已达到零下24摄氏度，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，寒风拂面，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”。虽然看起来美不胜收，但其实严重的海冰会带来巨大的安全隐患，不及时破除海冰甚至会导致油田的关停，好比拔萝卜，甚至有把平台连根拔起的风险。
冰情每年不同，以锦州9-3油田为例，每年冬季在观测到零星碎冰漂过后，辽东湾或陆续有大风、寒潮气象，温度持续降低，碎冰、初生冰横生，海冰边缘线开始逐步包围油田附近海域，初生冰、冰皮开始大量形成。随着温度的持续走低，冰型逐渐从初生冰、冰皮转为以尼罗冰为主并夹杂少量岸冰，冰厚不大于10cm。随后，一般在1月中下旬（不固定），油田进入盛冰期，主要为灰冰、灰白冰为主，一般冰厚在15cm左右，最大可达40-50cm。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，一般会造成平台振动（振动强度不等）。且岸冰随着大潮和北风的共同作用下向锦州9-3油田海域漂浮。此后一段时间冰情发展趋势一般较为平稳，主要以灰冰、灰白冰为主，冰厚15-30cm。随着寒潮频率下降，温度缓慢回升，冰情开始有所减弱，每年的2月中下旬随着气温进一步回升，偏南、偏北向风交替频繁，开始进入融冰期，冰边缘线收缩，海上浮冰融化变薄，岸冰失去依托，厚度在5-40cm之间。之后温度持续回升，2月底、3月初海面浮冰进一步消融直至消失。
锦州9-3油田于2020年12月14日首次见冰（初冰日）。12月29日发生了第一次较大程度结冰现象，那天风浪比较大加之气温低，海风裹挟着海浪撞击船体形成的巨大浪花溅在船体上，没一会就形成了严重的冰层。
按照国家海洋局的预测，目前已进入盛冰期。气象卫星渤海海冰监测对比图显示，渤海海冰面积正迅速扩大。国家卫星海洋应用中心数据显示截至5日，渤海海冰面积共计1.45万平方公里，其中重冰区辽东湾海冰面积占比28.94%，与1日相比，4天之间分别扩大约3377平方公里和3051平方公里。根据5日光学卫星遥感渤海海冰图显示，目前渤海海冰面积已覆盖四成海域，远超去年历史同期。
预计，渤海辽东湾冰情将在1月中旬至2月上旬达到高峰，最大冰厚可达30-50厘米。随着寒潮和海冰的加剧，包括锦州9-3油田在内，辽东湾59座海上平台都将被海冰包围，据锦州9-3油田总监杨俊杰介绍，目前海冰已覆盖该油田八成海域，以尼罗冰、灰冰、灰白冰为主，最大冰厚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，海冰冲击平台产生的瞬间振动值最大达到65gal（gal＝10mm/s）。“与往年同期相比，今年的冰情无论在冰厚、冰量上都更为严重，给海上平台的安全生产带来极大的挑战和考验。”
严重的海冰是很大的安全隐患，最大的影响莫过于给船舶、平台的结构安全带来风险。海冰漂移时能产生推力和撞击力、可以使冰中的船只变形而受损的海冰胀压力，以及在潮汐的影响下还能产生一种竖向力，这几种力量混合在一起具有很大的破坏作用。它能直接封锁港口和航道，阻断海上运输，毁坏海洋工程设施和船只。而辽东湾各油田日产原油超2.6万吨，天然气向葫芦岛、营口等地，日保供240余万立方米，保障近260万人民生的用气需求，除冰至关重要。
那么，如何破冰？
杨俊杰介绍，首先，平台在建造阶段通过抗冰沉箱设计、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。
同时，在较严重的冰期，启用破冰船，通过前进的动力，由船体挤压破碎平台周边的冰层，避免大块冰层堆积或撞击平台。再有，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能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。
此外，员工可通过冲冰炮、冲冰管进行手动冲冰除冰。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。此外，在平台上构建了海冰监测系统，利用视频测冰技术、冰速测量技术及中国气象局国家卫星气象中心监测支持多重手段，24小时实时监测冰情，并准确预测海冰运行趋势。
截至目前，冰情未对海上平台安全生产造成实际影响。
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”这绝对是误解，我国需要“抗冰保电”的地区恰恰是较北方更“温暖”的南方。
这和南方地理位置、地形环境和特殊的天气气候有关。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。这种现象，贵州当地形象地称为“凝冻”。
对于电网来说，凝冻会导致线路和设备覆冰。凝冻灾害主要发生在冬季我国南方山区特别是云贵高原，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。
凝冻不仅仅是一个地方现象，在西南地区以及云贵高原周边的四川、重庆、云南、湖南、广西等省区的山区也常常出现，甚至在湖北、江西、安徽、浙江及福建等省的山区都时有出现，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，必须要启动抗冰保电，及时去除线路覆冰，保障电网安全运行和电力稳定供应。
好在，技术一直在进步，年年都*“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，就是通过对输电线路施加直流电压并在输电线路末端进行短路，使导线发热对输电线路进行融冰。原理简单，但考虑到电网的实际情况，输电线路非常长，大电网运行非常复杂，运用到了很多高科技设备，比如现在应用了的覆冰监测装置系统，该监测系统犹如 " 千里眼 "，利用覆冰预测模块的数值气象预报模型，可开展未来三天逐小时的 "1 千米 ×1千米 " 网格化低温预报，能够实现线路覆冰厚度的准确预测，为防冰决策提供有效参考。
此外，电网会通过无人机自动巡视，观冰无人机可以精淮测量线路覆冰厚度，发现融冰后启用融冰装置，给覆冰线路融冰。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。
零下22摄氏度！在最近的几次寒潮中，我国北方吉林长春、辽宁大连、新疆乌鲁木齐等地机场的低温，给航班运行带来了不小的挑战。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，温度和湿度是两大主要诱因。当温度降到冰点或冰点以下，相对湿度较高的时候，飞机表面就会结冰。“北方机场结霜结冰几率较大，一般每年10月下旬以后，气温低于5摄氏度，有可能会结霜结冰。”此外，飞机从巡航高度下降、着陆或停场过夜，飞机表面温度降到冰点以下后，机身和机翼也可能会结上冰霜。也就是说，不仅是在地面，飞机在飞行过程中也可能出现结冰的情况。
飞机结冰会给飞行安全带来巨大隐患。比如，机身和机翼结冰就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，导致多人伤亡，调查报告声称“未对飞机进行除冰导致空难是可信的说法”。近20年来，国内外已经发生了多起类似空难。“结冰可能会造成飞机失去升力，倾覆，失速，坠毁。”陈聚群说。因此，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，这个比跑车的价格都贵。”
“除冰的工序一般是先进行一次除冰，把飞机关键部位表面的冰雪、结霜清除干净后，再进行二次防结冰作业。”李纯介绍：“防结冰的作用是在等待起飞的时间里，保持飞机表面不再结冰。”
给飞机除冰的方式，更像是给飞机“洗热水澡”，要使用除冰车往机身喷洒大量液体。李纯告诉记者：“喷洒的飞机除冰液主要含有乙二醇和丙二醇，除冰时的温度一般在60摄氏度至70摄氏度之间。”
除冰液可以降低液体冰点，从而使飞机表面的冰、霜、雪快速融化，保持飞机表面和机翼干净整洁。而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，从而防止结冰。采取这种方法，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，但其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，会失去摩擦力，造成飞机无法起降和滑行，甚至飞机发动机会吸入冰块有可能造成发动机叶片损伤。起降跑道和滑行道需要用吹雪车来清除路面上的冰雪。
【记者】刘倩 黄叙浩
【作者】 刘倩；黄叙浩
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