在低温冷却液循环泵系统中，防止液体冻结导致的泵体/管路堵塞是关键设计要点，需从材料、结构、控制策略及维护机制多维度考虑。以下是具体解决方案及设计要点：

一、防止液体冻结的核心措施

1. 冷却液配方优化

  - 添加防冻剂：选择低冰点冷却液（如乙二醇水溶液、丙二醇溶液），通过调整浓度将冰点控制在运行温度以下（如目标温度-20℃时，冰点需低于-30℃）。

  - 避免纯水介质：纯水在0℃结冰且膨胀率高（约9%），易撑裂泵体和管路，必须使用混合溶液或专用低温流体（如硅油、矿物油）。

  - 监测溶质浓度：定期检测冷却液浓度，避免因蒸发或泄漏导致冰点回升。

2. 结构设计防冻结

  - 放空排液结构：

    - 泵体与管路低点放空阀：在泵体底部、管路最-低处设置手动或自动放空阀，停机时快速排净残留液体，避免静态冻结。例如，采用球阀或针阀，配合短管引流至回收容器。

    - 管路坡度设计：管路向放空点倾斜（坡度≥3‰），确保液体自流排空，避免死角存液。

    - 可拆卸管路段：关键部位（如弯头、阀门）设计为可拆卸结构，便于清理冻结残留。

  - 防膨胀设计：

    - 弹性元件缓冲：在泵体或管路中设置橡胶膨胀节或波纹管，吸收液体冻结时的膨胀应力，防止刚性结构开裂。

    - 泄压装置：安装安全泄压阀，当液体冻结导致压力骤升时自动泄压（需注意低温下阀门密封性）。

3. 主动加热保温

  - 伴热系统：

    - 电伴热：在泵体、管路外侧缠绕电伴热带，通过温控器维持温度在冰点以上（如设定5℃）。需注意伴热功率匹配低温环境，避免局部过热。

    - 夹套加热：泵体设计夹套结构，通入高温流体（如热水、导热油）或蒸汽循环加热，适用于极低温度工况（如-80℃以下）。

  - 保温材料包裹：使用耐低温保温材料（如聚氨酯泡沫、真空绝热板）包裹泵体和管路，减少热量散失，延缓液体降温速度。

4. 运行策略优化

  - 低流量循环防滞止：在非工作状态下，开启小流量循环模式（如间歇运行泵），避免液体长期静止冻结。适用于需维持低温但非连续运行的场景。

  - 预加热启动：开机前通过伴热系统对泵体和管路预热，确保液体处于液态后再启动泵，避免因冻结卡泵损坏叶轮。

二、防结晶设计要点（针对易结晶介质）

若冷却液含易结晶溶质（如盐溶液、某些化学溶剂），需额外考虑：

1. 过滤与冲刷结构

  - 前置过滤器：在泵入口设置精密过滤器（如篮式过滤器），拦截结晶颗粒，防止堵塞叶轮或管路。过滤器需便于拆卸清洗。

  - 大通道叶轮：采用开式或半开式叶轮，增大流道尺寸，减少结晶颗粒卡阻风险；叶轮边缘做倒圆处理，降低流体滞留概率。

2. 排晶与清洗设计

  - 结晶收集腔：在泵体或管路低点设置锥形收集腔，定期打开排放口排出结晶物。

  - 在线清洗功能：设计反冲洗管路，停机时通入溶剂（如酒精）溶解结晶，或使用高压水冲洗（需注意低温下水分残留）。

3. 温度控制防过饱和

  - 精确温控系统：通过温度传感器与控制系统联动，避免温度低于溶质析出点。例如，对于硫酸钠溶液，需维持温度高于其结晶温度（约32.4℃）。

三、关键结构设计验证

1. 材料低温韧性：泵体、阀门等部件采用耐低温材料（如316L不锈钢、哈氏合金、尼龙），避免普通碳钢在低温下冷脆开裂（碳钢脆化温度约-20℃，不锈钢可至-196℃）。

2. 密封可靠性：机械密封需选用低温润滑脂（如硅脂），或采用磁力驱动泵消除轴封泄漏风险，避免冷却液泄漏后冻结卡死。

3. 模拟测试：在设计阶段通过低温环境试验箱模拟极-端工况，测试放空时间、伴热效果、结晶堵塞周期等参数，优化结构设计。

四、维护与操作建议

- 定期排空维护：长期停机前务必排空冷却液，并用干燥氮气吹扫管路，防止水分残留。

- 应急预案：配备备用加热源或应急电源，防止伴热系统故障导致冻结。

- 培训操作规范：操作人员需熟悉放空流程，避免误操作导致液体滞留。

低温冷却液循环泵需通过“材料抗冻+结构排液+主动加热+介质优化"的组合策略防止冻结和结晶。

放空排液结构是基础设计（尤其在停机场景），而防结晶需结合介质特性定制过滤、冲刷方案。

实际应用中需根据最-低运行温度、介质成分及系统停机频率综合设计，必要时通过实验验证关键参数。