[01131043]盐溶液输送装备的关键技术研究及产业化

在化学工程和新能源领域内,通过采集（如盐湖开采的卤水）或反应制备的盐类溶液（如硝酸盐、亚硝酸盐溶液等）具有极高的利用价值。在盐溶液的输送流程中,输送泵阀是核心设备,而这些设备的低效运行、结盐问题和热不对称问题,导致的过度能耗和水资源成本价值为每年数亿元。这些技术瓶颈问题长期以来得不到合理解决,阻碍了相关行业的发展。本项目针对盐溶液输送过程中的关键问题进行技术攻关,形成自主知识产权,研发系列化的泵阀装备并实施产业化,替代进口产品。 本项目探究了基于分子动理学的盐类溶液流动理论及从流场－固壁相互作用出发的输送泵阀设计理论,打破了盐溶液输送长期缺乏理论指导的局面,形成了一套多相流泵的三维设计方法;以工程应用为背景,探索盐溶液在不同结盐状态下的流动规律对结盐的影响,描述了壁面粗糙度和材质特性对盐溶液相变过程的影响;将计算流体动力学（CFD）与传统设计方法相结合,在流－热－固三者之间建立耦合关系,解决了目前泵内复杂流动过程中的单向耦合问题;借助相位多普勒粒子分析仪（PDPA）和粒子图像速度场仪（PIV）内流测试技术,建立了盐溶液输送泵内部流动与泵宏观特征之间的物理关联;结合CFD 技术,探索了高效盐溶液输送泵的水力设计和结构设计方法,研发冲洗、热对称、润滑冷却等新型结构,提高了泵运行效率,有效解决了该类泵运行可靠性差的难题;进行样机试验与性能优化,结合工艺技术的研究,最终形成高效、稳定的盐溶液输送泵阀系列产品。 通过本项目的研究,形成了两大系列、35 种规格的盐溶液输送产品,用于输送常温盐溶液的泵型,流量为300-1000 m3/h,泵效率均大于69％;流量为4000-6000m3/h,泵效率均大于76％,高效运行时间6 个月以上。防结盐阀门正常运行时间8 个月,该指标远高于国内同类产品的性能指标。用于输送高温盐溶液的泵型,流量为80-600m3/h,泵效率均大于70％,轴承使用寿命5000到25000 小时。其中600RY-72 型泵的轴承寿命超过25000 小时,为国际领先水平。项目成果自被推广应用以来,已为各泵阀企业增加产值累计超过19 亿元,产生的经济效益超过5 亿元。项目的研发和实施为泵阀用户带来的年均节电和节水的效益近亿元,且其中输送高温盐溶液的泵完全可替代进口同类产品（价格为国内同类产品的4－5 倍）。近年的统计结果表明,对盐溶液输送泵的需求以年均约2700 台的幅度增长,市场的扩大也增加了泵阀企业年均约600 余人的就业岗位。本项目的成果在无锡锡泵制造有限公司等省内泵龙头企业得到了很好的推广,为具有自主知识产权的盐溶液输送泵产品完全替代进口同类产品打下了坚实的基础。项目实施期间,授权国家发明专利3 项、国家实用新型专利15 项;通过省部级科技成果鉴定4 项;出版学术专著1 部;发表学术论文46 篇,其中三大检索27 篇。 项目研究中提出了符合物理规律的泵内盐溶液输送模型,形成了高效盐溶液输送泵的设计方法,成功地解决了制约盐溶液输送泵制造水平提高的难题,为盐溶液输送泵的全面国产化打下了坚实的基础,有效推动了化学工程中盐类溶液输送泵的设计技术进步。