[01162705]盐类溶液流动理论及输送装备关键技术研究

盐类溶液是化学工程和新能源领域中的关键载体,为次级流程的运行提供了必要的前提。盐类溶液的输送过程中出现的一些突出问题成为制约相关行业领域技术进步的关键因素,同时造成每年数十亿元的经济损失。本项目着眼于其中的两大瓶颈问题：盐类溶液输送泵阀内的盐层沉积和盐类溶液输送泵运行失稳这两大突出问题进行机理研究与关键技术攻关,以形成自主知识产权和替代进口产品为阶段目标,研发系列化的盐类溶液输送装备并实施产业化。 本项目的科学技术内容体现在：（1）探究了基于分子动理学的盐类溶液流动理论,补充了现有的液固两相流动理论;（2）从固壁边界条件对流动的影响出发提出盐类溶液输送泵阀的专门设计理论,在此基础上,完善了盐类溶液输送泵的三维设计方法;（3）在工程实践中,从壁面粗糙度和材质特性对盐类溶液相变过程的影响出发,研究了盐类溶液在不同结盐状态下的流动规律及溶液浓度、温度、速度对结盐的影响;（4）将先进的计算流体动力学（CFD）手段与传统设计方法相结合,在流－热－固三者之间建立耦合关系,有效解决了目前泵内复杂流动过程中的单向耦合问题;（5）分别采用相位多普勒粒子分析仪（PDPA）和粒子图像速度场仪（PIV）,在盐类溶液流动特征与泵的宏观性能之间建立了可描述的物理关联;（6）结合CFD技术,探索了高效盐类溶液输送泵的水力设计和结构设计方法,以提高泵效率、提高泵运行稳定性为目标,研发冲洗、热对称、润滑冷却等新型结构;（7）在突破关键技术问题、提高技术指标的同时,形成了高效、稳定的盐类溶液输送泵阀系列产品,产品的实际应用获得了用户的高度认可,实现了替代进口产品的目标 通过本项目的研究,形成了两大系列、35种规格的盐类溶液输送产品,用于输送常温盐溶液的泵型,流量为300～1000m3/h,泵效率均高于69%;流量为4000～6000m3/h,泵效率均高于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,泵效率均高于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。 项目研究为盐类溶液输送泵的全面国产化奠定了坚实的基础,也为泵阀用户带来了可观的经济效益,在包括青海盐湖采矿公司、中国铝业等大型企业中的实际应用效果良好,年均节电和节水的效益近亿元。本项目的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29亿元,产生的经济效益超过9亿元,近三年新增产值超过10亿元,新增经济效益超过5亿元。从技术指标来看,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）。 根据2007年以来的统计结果,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。本项目的成果在上海凯泉泵业（集团）有限公司等国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。 在本项目实施期间,获授权国家发明专利7项、国家实用新型专利23项;通过省部级科技成果鉴定4项;出版学术专著1部,教材2部;发表学术论文58篇,其中三大检索34篇;培养博士3人,硕士7人,获江苏省优秀研究生学位论文2篇。 在本项目的研究过程中,首次提出了针对盐类溶液的多相流动理论,在此基础上提出了符合物理规律、可描述、可借鉴的泵内盐类溶液输送模型;成功地解决了制约盐类溶液输送泵阀制造技术进步的难题,形成了成熟的盐类溶液输送泵阀设计方法和工艺路线,有效推动了我国盐类溶液输送装备的技术进步。