复杂工况减温减压装置关键技术及工程应用

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1、国家科技进步奖推荐公示材料一、项目名称：复杂工况减温减压装置关键技术及工程应用二、推荐单位（专家）意见：该项目针对国家重点工程和国防现代化海军装备中的复杂工况减温减压装 置重大需求，围绕“调节技术、减振降噪技术、过程节能与安全技术等关键技 术，通过自主创新，取得了重大技术突破：（1）从设计理论上，创建了高温高压（P1 10MPa、t1540C）、大流量（Q400t/h）可压缩气体能级匹配与能量系统优 化节能理论及非稳态湍流模型 ，为多级减压能级分布、减振降噪优化设计、减温 减压工艺优化奠定了重要的理论基础。（2）基于能级匹配优化理论，提出了大流量 高压蒸汽快速多级减压及其变工况组合式温度调节技

2、术，提高了大流量瞬态工况 下的压力和温度调节精度、扩大了流量调节范围。（3）基于非稳态湍流模型，建 立了气动噪音分析方法及自平衡组合式减振降噪技术，降低了装置在振动颠簸工 况下的振动烈度、加速度及噪声值。（4）基于能量系统优化节能理论，提出了先 减压后减温的分体式减温减压工艺优化技术及安全保护与集成控制系统 ，降低了 过程能耗，确保了减温减压装置的安全运行，提高了使用寿命。该项目关键技术及成套装置目前已成功应用于“第一艘某大型水面舰艇、 002 型水面舰艇、大型先进压水堆核电站、百万吨级乙烯工程、超超临界发电机组” 等国家重点工程上，一致反映所有技术指标全面达到或部分领先国外著名公司的 产品，

3、打破了国外垄断，填补了国内空白，处国际领先水平，并得到国内外学术界以 及中国通用机械工业协会阀门分会、全国锅炉压力容器标准化技术委员会锅炉分 技术委员会、全国阀门标准化技术委员会的高度评价，对提升我国重大装备的自 主创新能力做出了重大贡献。推荐该项目为国家科学技术进步奖二等奖。三、项目简介： 减温减压装置是超超临界发电机组、百万吨级乙烯工程、大型先进压水堆核 电站、大型船舶、航空母舰等国家重点工程和国防现代化装备中的大型蒸汽热能 参数（温度、压力、流量）调节装置，是实现能源合理分配、余热余压回收（节 能）、保护系统设备与管路安全的核心装备。随着装置的高参数化和大型化，各 种高温高压（PllOM

4、Pa、t1540C）、大流量（Q400t/h）、瞬态（35s）、 振动颠簸（如大型船舶的振动颠簸）等复杂工况不断出现，而目前我国减温减压 装置的设计依据是小流量不可压缩流体理论和稳态湍流模型，采用一次能级分布 结构形式，其进口蒸汽仅局限于小流量（QW200t/h）、中低压（P1W6。4MPa） 和中温（t1W450C）工况，导致“调节技术、减振降噪技术、过程节能与安全技 术”等关键技术性能不能满足复杂工况要求，目前完全依赖进口且受技术封锁 ， 严重制约了我国重点工程和国防现代化建设的科技进步.为此国家重大技术装 备自主创新指导目录明确指出减温减压装置是我国亟须重点突破并国产化的关 键装备。本项

5、目针对复杂工况减温减压装置关键技术,通过自主研发，取得如下创新 成果：（1）从设计理论上，创建了高温高压（PllOMPa、tl540C）、大流量 （Q400t/h）可压缩气体能级匹配与能量系统优化节能理论及非稳态湍流模型， 为多级减压能级分布、减振降噪优化设计、减温减压工艺优化奠定了重要的理论 基础.（2）基于能级匹配优化理论，提出了大流量高压蒸汽快速多级减压及其变工 况组合式温度调节技术，提高了大流量瞬态工况下（35s）的压力和温度调节精 度（P20。04MPa、t23C）、扩大了流量调节范围（10-100%Q） . （3）基于非 稳态湍流模型，建立了气动噪音分析方法及自平衡组合式减振降噪技

6、术，降低了 装置在振动颠簸工况下（最大倾斜颠簸角度：150）的振动烈度（W4。5mm/s）、 加速度（W150dB）及噪声值（W84.5dBA）。（4）基于能量系统优化节能理论， 提出了先减压后减温的分体式减温减压工艺优化技术及安全保护与集成控制系 统，降低了过程能耗（W8%）,确保了减温减压装置的安全运行,提高了使用寿 命（30年）。本项目关键技术及成套装置目前已成功应用于我国中船集团、国家核电技术 公司上海核工院、中石化等大型企业的“第一艘某大型水面舰艇、 002型水面舰 艇、大型先进压水堆核电站、百万吨级乙烯工程、超超临界发电机组”等国家重 点工程上,一致反映所有技术指标全面达到或部分领

7、先国外著名公司的产品，打 破了国外垄断，填补了国内空白，处国际领先水平,并得到国内外学术界以及中 国通用机械工业协会阀门分会、全国锅炉压力容器标准化技术委员会锅炉分技术 委员会、全国阀门标准化技术委员会的高度评价，对提升我国重大装备的自主创 新能力做出了重要贡献。通过本项目研究，主持制定国家标准 3 部、行业标准 3 部，另参与制定国家 标准5部、行业标准5部；获国家发明专利22项；编著过程节能技术与装备 1部;发表SCI/EI论文25篇.近三年累计新增产值100多亿元、新增利润10多亿 元,取得了显著的经济和社会效益，推广应用前景广阔。四、客观评价：1、学术评价：意大利 Polytechni

8、c University of Bari 的 Amirante Riccardo 教 授等对本项目提出的高温高压、大流量可压缩气体流动理论研究进行了引用 ,并 给出了肯定性评价,指出该理论对研究其流动特性有一定的理论指导意义。英国 布里斯托尔大学 A。 R。 Champneys 教授等对本项目提出的基于非稳态湍流模 型的气动噪音分析方法给予了充分的肯定,指出该方法为大型流体装备的减振降 噪提供了一定的理论基础。塞尔维亚贝尔格莱德大学Marko Rakin教授、哈尔滨 工业大学何玉荣教授等对本项目提出的高压蒸汽管道安全评定方法进行了高度 评价，并直接采用本项目提出的等效应力计算公式用于结构的可靠

9、性分析.2、技术评价（1）全国锅炉压力容器标准化技术委员会锅炉分技术委员会、全国阀门标 准化技术委员会、中国通用机械工业协会阀门分会联合评价意见：浙江大学、杭 州华惠阀门有限公司等单位针对高温高压（P110MPa、t1540C）、大流量（Q200t/h）、瞬态、振动颠簸等复杂工况，围绕减温减压装置的调节技术、减振降 噪技术、节能与安全技术等关键技术，通过创建高温高压、大流量可压缩气体能 级匹配与能量系统优化节能理论及非稳态湍流模型 ，提出了高压蒸汽快速多级减 压及其变工况组合式温度调节技术、大流量非稳态蒸汽气动噪音分析方法及自平 衡组合式减振降噪技术、先减压后减温优化工艺技术及其系统安全保护与

10、集成控 制技术等一系列具有国际先进水平的原创新技术，开发成功了具有完全自主知识 产权的复杂工况减温减压装置系列产品，填补了国内空白，打破了国外技术封锁 和价格垄断。经第一艘某大型水面舰艇、 002型水面舰艇、大型先进压水堆核电 站、百万吨级乙烯工程、超超临界发电机组等国家重点工程上应用，其关键技术 指标完全满足复杂工况要求，且达到或部分领先美国CCI、FISHER、德国ARCA 以及瑞典BTG等国外著名公司产品的水平，处国际领先水平，标志着我国已具 备独立设计、制造各种高参数、高性能减温减压装置的能力，跻身国际先进行列。 该研究成果对推动国家重点工程和国防现代化建设的科技进步、提升自主创新能

11、力具有重要的科学意义和工程价值。2）国家和行业标准:国家标准序号标准号标准名称单位排名1GB/T108682005电站减温减压阀12GB/T22652-2008阀门密封面堆焊工艺评定13GB/T24921.2 2010释放阀的尺寸确定、选型和安装 第2部分：安装14GB/T24920-2010石化工业用钢制压力释放阀25GB/T24921.1-2010释放阀的尺寸确定、选型和安装 第1部分：尺寸 确定与选型26GB/T294622012电站堵阀27GB/T21465-2008阀门术语68GB/T287782012先导式安全阀6行业标准序号标准号标准名称制定单位排名1NB/T470332013减

12、温减压装置12JB/T11489-2013放料用截止阀13JB/T12955-2016氧气用阀门技术条件14JB/T105302005氧气用截止阀25NB/T470372013电站阀门型号编制方法46NB/T47044-2014电站阀门57JB/T12000-2014火电超临界及超超临界参数阀门用承压锻钢 件技术条件58JB/T12001-2014火电超临界及超超临界参数阀门一般要求4（3）技术检测报告：受检产品在高参数（Pl=25。5MPa、tl=576C）、大流量 （Q=410t/h）、高减压比、振动颠簸度等复杂工况下，所检调节速度、精度、范 围，振动速度烈度、振动加速度总级、噪音，过程能

13、耗等关键技术指标均符合本 项目要求，且远高于国家标准规定值。（ 4）专家鉴定意见：浙江省技术经纪人协会组织的专家委员会鉴定意见认 为：产品具有泄漏量小、噪声低、快速调节和安全可靠等特点，满足高温高压和 变工况条件，技术处国际先进水平.（5）重要科技奖励：（A）浙江省科技进步一等奖：复杂工况减温减压关键 技术及应用，获奖人员：金志江、陈立龙、张明、刘宝庆、陈荣斌、魏琳、刘儒 亚、钱锦远、王生根、陈卫平获奖时间：2014年。（B）浙江省科技进步二等奖： 高性能高参数减温减压装置，获奖人员：陈立龙、金志江、张明、张志新、陈荣 斌、王生根、许忠斌，获奖时间：2011 年.五、推广应用情况:项目关键技术

14、及成套装置已成功应用于我国中船集团公司、中石化、国家核 电技术公司上海核工院等国家大型企业的“第一艘某大型水面舰艇、 002型水面 舰艇、大型先进压水堆核电站、百万吨级乙烯工程、超超临界发电机组”等国家 重点工程上,一致反映所有技术指标全面达到或部分领先国外著名公司的产品，打破了国外垄断，填补了国内空白,处国际领先水平。六、主要知识产权证明目录（不超过 10件）：知识产权类别知识产权具体名称国家（地 区）授权 号授权日期证书编 号权利 人发明人发明专利 有效状态发明 专利受内弯扭 复杂载荷 的含未焊 透缺陷压 力管道安 全控制法中国ZL20 10101 30569。12012 。07。1199

15、9376浙江 大学金志 江、蒋成航有效发明 专利一种立式 减温系统中国ZL20 12100 58309。72013。08。071250037杭州 华惠1丿亠、 阀门 有限 公司陈立 龙、陈 荣斌、 张明、 刘儒 亚、王 晖、杨有效贺杭州ZL202016华惠1丿亠、 阀门 有限发明 专利一种蒸汽 减温系统中国1410782171。4O08.172188500陈立 龙有效公司金志自平衡活ZL202011 .09。28江、王发明 专利塞式阀芯 暗杆截止中国0910155464847876浙江 大学建凯、 张含、有效阀。9钱锦远发明适于快速中国ZL2020162016101浙江刘宝有效启闭的咼1410

16、2。8103656大学庆、郑压容器开2104310.164毅骏、孔接管结。28王曼构曼、金志江、张义堃发明一种钢管 自动下料 设备中国ZL20 11103 23005.42013.4.101182887浙江 金洲 管道 科技 股份 有限张学 平、顾 苏民、 杨伟 芳、熊 俊波、陈云 明有效公司发明一种焊管中国ZL2020151787133浙江沈淦有效挤压辊座13104。金洲荣、费的改进结751889.16管道建芳、构。0科技沈百股份方、徐有限志如、公司王爱平、郝茂德、李同明发明一种钢塑中国ZL202012908366浙江徐志有效复合管材10101。2.8金洲茹、沈加工用中23053管道阳、魏频

17、加热装。4科技安家、置的行走 机构股份 有限 公司李同 明、董 国华、 沈柏 荣发明一种钢管中国ZL2020131139966浙江魏安有效内衬塑加10101.2。金洲家、沈工用中频2288320管道阳、陈加热装置。5科技赢明、的封头结股份李同构有限明、费公司建芳发明便携式钢中国ZL2020162241823浙江杨伟有效塑管管端14102。09。金洲芳、陈保护环涨1360621管道云明、合装置。3科技钱银股份华、魏有限安家、公司史根法、李同明、范永林七、主要完成人情况：（1）金志江，教授，浙江大学（2）陈立龙,教授级高工，杭州华惠阀门有限公司（3）张 明，高级工程师，杭州华惠阀门有限公司（4）沈

18、淦荣，高级经济师，浙江金洲管道科技股份有限公司（5）陈晓华,高级工程师，中国船舶重工集团公司 711研究所（6）王赤虎，高级工程师，上海核工程研究设计院（7）刘宝庆，副教授,浙江大学（8）杨伟芳,高级工程师，浙江金洲管道科技股份有限公司（9）张志新,副教授，浙江大学（10）王生根,高级经济师，杭州华惠阀门有限公司 八、主要完成单位及创新推广贡献：（1）浙江大学：项目总体研究思路、方法和技术路线制定,复杂工况减温减 压装置设计理论和技术创新。（2）杭州华惠阀门有限公司:复杂工况减温减压装置结构设计、制造与应用 推广。（3）浙江金洲管道科技股份有限公司：复杂工况减温减压装置高参数元件（管 件、管道

19、）研制。（4）中国船舶重工集团公司 711研究所:复杂工况减温减压装置设计计算及 在军用船舶上的应用推广.（5）上海核工程研究设计院：复杂工况减温减压装置振动与抗震技术研究。 九、完成人合作关系说明：（1）浙江大学杭州华惠阀门有限公司:技术开发合作复杂工况减温减压 关键技术研究、共同承担浙江省重大科技专项重大工业项目极端工况下高效 节能减温减压技术及装置的研制与应用，共同发表SCI论文5篇、EI论文2篇， 共同获得浙江省科技进步一等奖1项、二等奖2项，共同取得鉴定成果3项。（2）浙江大学浙江金洲管道科技股份有限公司：技术开发合作复杂工况 减温减压装置高参数元件研制 .（3）浙江大学-上海核工程研究设计院：2014 年双方共同签订“大型先进压 水堆核电站国家重大科技专项”科研外协合同核电厂金属保温层振动与抗震试 验，并与 2016 年通过验收.（4）浙江大学-杭州华惠阀门有限公司中国船舶重工集团公司第七一一研究 所:共同承担国内某大型水面舰艇减温减压装置的研制，成功应用于“辽宁舰” 航母上。