在低溫冷卻液循環(huán)泵系統(tǒng)中，防止液體凍結(jié)導致的泵體/管路堵塞是關(guān)鍵設(shè)計要點，需從材料、結(jié)構(gòu)、控制策略及維護機制多維度考慮。以下是具體解決方案及設(shè)計要點：

一、防止液體凍結(jié)的核心措施

1. 冷卻液配方優(yōu)化

  - 添加防凍劑：選擇低冰點冷卻液（如乙二醇水溶液、丙二醇溶液），通過調(diào)整濃度將冰點控制在運行溫度以下（如目標溫度-20℃時，冰點需低于-30℃）。

  - 避免純水介質(zhì)：純水在0℃結(jié)冰且膨脹率高（約9%），易撐裂泵體和管路，必須使用混合溶液或?qū)Ｓ玫蜏亓黧w（如硅油、礦物油）。

  - 監(jiān)測溶質(zhì)濃度：定期檢測冷卻液濃度，避免因蒸發(fā)或泄漏導致冰點回升。

2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計防凍結(jié)

  - 放空排液結(jié)構(gòu)：

    - 泵體與管路低點放空閥：在泵體底部、管路最-低處設(shè)置手動或自動放空閥，停機時快速排凈殘留液體，避免靜態(tài)凍結(jié)。例如，采用球閥或針閥，配合短管引流至回收容器。

    - 管路坡度設(shè)計：管路向放空點傾斜（坡度≥3‰），確保液體自流排空，避免死角存液。

    - 可拆卸管路段：關(guān)鍵部位（如彎頭、閥門）設(shè)計為可拆卸結(jié)構(gòu)，便于清理凍結(jié)殘留。

  - 防膨脹設(shè)計：

    - 彈性元件緩沖：在泵體或管路中設(shè)置橡膠膨脹節(jié)或波紋管，吸收液體凍結(jié)時的膨脹應(yīng)力，防止剛性結(jié)構(gòu)開裂。

    - 泄壓裝置：安裝安全泄壓閥，當液體凍結(jié)導致壓力驟升時自動泄壓（需注意低溫下閥門密封性）。

3. 主動加熱保溫

  - 伴熱系統(tǒng)：

    - 電伴熱：在泵體、管路外側(cè)纏繞電伴熱帶，通過溫控器維持溫度在冰點以上（如設(shè)定5℃）。需注意伴熱功率匹配低溫環(huán)境，避免局部過熱。

    - 夾套加熱：泵體設(shè)計夾套結(jié)構(gòu)，通入高溫流體（如熱水、導熱油）或蒸汽循環(huán)加熱，適用于極低溫度工況（如-80℃以下）。

  - 保溫材料包裹：使用耐低溫保溫材料（如聚氨酯泡沫、真空絕熱板）包裹泵體和管路，減少熱量散失，延緩液體降溫速度。

4. 運行策略優(yōu)化

  - 低流量循環(huán)防滯止：在非工作狀態(tài)下，開啟小流量循環(huán)模式（如間歇運行泵），避免液體長期靜止凍結(jié)。適用于需維持低溫但非連續(xù)運行的場景。

  - 預(yù)加熱啟動：開機前通過伴熱系統(tǒng)對泵體和管路預(yù)熱，確保液體處于液態(tài)后再啟動泵，避免因凍結(jié)卡泵損壞葉輪。

二、防結(jié)晶設(shè)計要點（針對易結(jié)晶介質(zhì)）

若冷卻液含易結(jié)晶溶質(zhì)（如鹽溶液、某些化學溶劑），需額外考慮：

1. 過濾與沖刷結(jié)構(gòu)

  - 前置過濾器：在泵入口設(shè)置精密過濾器（如籃式過濾器），攔截結(jié)晶顆粒，防止堵塞葉輪或管路。過濾器需便于拆卸清洗。

  - 大通道葉輪：采用開式或半開式葉輪，增大流道尺寸，減少結(jié)晶顆粒卡阻風險；葉輪邊緣做倒圓處理，降低流體滯留概率。

2. 排晶與清洗設(shè)計

  - 結(jié)晶收集腔：在泵體或管路低點設(shè)置錐形收集腔，定期打開排放口排出結(jié)晶物。

  - 在線清洗功能：設(shè)計反沖洗管路，停機時通入溶劑（如酒精）溶解結(jié)晶，或使用高壓水沖洗（需注意低溫下水分殘留）。

3. 溫度控制防過飽和

  - 精確溫控系統(tǒng)：通過溫度傳感器與控制系統(tǒng)聯(lián)動，避免溫度低于溶質(zhì)析出點。例如，對于硫酸鈉溶液，需維持溫度高于其結(jié)晶溫度（約32.4℃）。

三、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計驗證

1. 材料低溫韌性：泵體、閥門等部件采用耐低溫材料（如316L不銹鋼、哈氏合金、尼龍），避免普通碳鋼在低溫下冷脆開裂（碳鋼脆化溫度約-20℃，不銹鋼可至-196℃）。

2. 密封可靠性：機械密封需選用低溫潤滑脂（如硅脂），或采用磁力驅(qū)動泵消除軸封泄漏風險，避免冷卻液泄漏后凍結(jié)卡死。

3. 模擬測試：在設(shè)計階段通過低溫環(huán)境試驗箱模擬極-端工況，測試放空時間、伴熱效果、結(jié)晶堵塞周期等參數(shù)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。

四、維護與操作建議

- 定期排空維護：長期停機前務(wù)必排空冷卻液，并用干燥氮氣吹掃管路，防止水分殘留。

- 應(yīng)急預(yù)案：配備備用加熱源或應(yīng)急電源，防止伴熱系統(tǒng)故障導致凍結(jié)。

- 培訓操作規(guī)范：操作人員需熟悉放空流程，避免誤操作導致液體滯留。

低溫冷卻液循環(huán)泵需通過“材料抗凍+結(jié)構(gòu)排液+主動加熱+介質(zhì)優(yōu)化"的組合策略防止凍結(jié)和結(jié)晶。

放空排液結(jié)構(gòu)是基礎(chǔ)設(shè)計（尤其在停機場景），而防結(jié)晶需結(jié)合介質(zhì)特性定制過濾、沖刷方案。

實際應(yīng)用中需根據(jù)最-低運行溫度、介質(zhì)成分及系統(tǒng)停機頻率綜合設(shè)計，必要時通過實驗驗證關(guān)鍵參數(shù)。