?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Криожелезяки

В составе ИТЭР есть криокомбинат - вторая в мире по мощности холодильная установка (для температуры жидкого гелия. Первая по мощности находится на Большом Адронном Коллайдере). Его задача - поддерживать рабочую температуру сверхпроводящих магнитов, криоэкранов и криосорбционных вакуумных насососов - подробнее в соотвествующей статье. Основная холодильная установка - немаленький цех (140х50 метров) с основными холодильными машинами. Интересно, что все эти машины подходят к готовности на фабриках-изготовителях и массово стартую в сторону Кадараша, где в январе 2017 года на площадке стартует монтаж оборудования криокомбината. Впрочем, месяц назад здание этого холодильного завода выглядело так:



Т.е. до готовности еще далеко. Тем не менее есть много готового железа, на которое интересно посмотреть (ну как минимум мне интересно). Итак:


Рендер с обратного ракуса. Площадка под большие баллоны на первый фотографии - справа.

Криокомбинат можно поделить на 3 части - внешняя площадка, цех гелиевых и азотных компрессоров, цех холодных объемов гелиевых ожижителей. Работа что гелиевой, что азотной части довольно проста - компрессоры сжимают газ, выделившееся тепло отводится в охлаждающую воду, затем газ проходит рекуперационный теплообменник и охлаждается, потом попадает в турбодетандер, где срабатывается давление и температура падает до точки конденсации. Часть газа конденсируется, остальное возвращается через теплообменник в компрессор, попутно охлаждая встречный поток из компрессора. Гоняя газ по кругу можно сконденсировать его практически весь.


Внутри здания расположены компрессоры гелия (18 штук, желтая часть посередине), компрессоры и турбодетандоры азота (синяя часть слева) и "холодные объемы" с турбодетандорами и теплообменниками гелия.

Для гелия вопрос осложняется тем, что "холодную" часть системы (теплообменники, турбодетандеры, насосы жидкого гелия и т.п.) необходимо хорошо теплоизолировать от атмосферы. Делается это путем погружения всего оборудования в ваккуумируемые бочки, в которых расположены криоэкраны, охлаждаемые жидким азотом. Это позволяет снизить теплоприток в холодные части гелиевого контура до приемлимого. Напомню, что ровно таким же принципом экранируются и сверхпроводящие магниты ИТЭР. Так же в жидкий азот отдает и часть тепла компремированного гелия.


Проектное изображение "холодного объема" с ожижителем гелия.



Один из трех "холодных объемов" для выработки жидкого гелия. На переднем плане тестовая "нагрузка" криосистемы, с помощью которой будет вестись ее приемка. Размеры холодного объема в собранном виде 22х4 метра и вес 137 тонн.



Запуск гелиевой части криокомбината произойдет в 2018 году - причем одной из сложностей является параллельная рабора трех установок на одну нагрузку, до этого в мире никто не делал гелиевых ожижителей такой мощности, работающих по такой схеме.



Так называемая "теплая панель холодного объема" - набор управляющих клапанов для потоков теплого газа через "холодный объем. Холодильная мощность трех параллельных линий ожижения гелия - 75 киловатт тепла при температуре 4,2К, при этом затрачиваемая мощность - порядка 24 мегаватт.


Электрокомпрессоры для гелия тоже активно собираются на заводе с задачей поставки в декабре 2016 года. Мощность каждого - чуть больше 1 мегаватта.


Теплообменники, остужающие гелий (кажется маслом, тут не уверен) после компрессора

После захолаживания гелия на теплообменниках он попадает на турбодетандер, который при скромной внешности и размерах отбирает из газа мощность в несколько мегаватт.



Здесь три основных турбодетандера для трех холодных объемов и один вспомогательный.



Турбодетандер азотной петли на стенде. Сам турбодетандер - маленькая серая цилиндрическая деталька посередине конструкции. Два таких турбодетандера будут иметь холодильную мощность в 1300 киловатт при уровне температуры 80К, обеспечивая холодом прежде всего гелиевые ожижители и криоэкраны всех гелиевых систем, а так же потребителей ИТЭР, которым нужно охлаждение до такой температуры.



Наконец, важная часть всей системы - емкостное оборудование. Например жидкий гелий будет храниться в дюаре объемом 190 кубометров. Внутренний бак этого дюара - на фото выше, он будет так же укутан в охлаждаемый жидким азотом экран и помещен в вакуумный сосуд.



А это аварийные сбросные баки 2х360 кубоментров (Quench tanks) для вскипающего гелия. Вскипеть он может, если один из грандиознейших магнитов ИТЭР по каким-то причинам потеряет сверхпроводимость, и часть магнитной энергии начнет его разогревать (основная часть должна быть сброшена на гасящие резисторы). Поскольку речь идет о гигаджоулях, а то и десятках гигаджоулей, то "расширительные" баки тоже получаются немаленькими.

Comments

( 27 comments — Leave a comment )
greymage
Sep. 30th, 2016 08:13 pm (UTC)
Вот честно, смотрю на всё и понимаю, насколько далеки разные токамаки-движки или генераторы для фантастических транспортов от реальности.

Сложность ТЯ-машин пока запредельная.
tnenergy
Sep. 30th, 2016 08:26 pm (UTC)
Да, охлаждение всяких сортов очевидно как-то упускается из вида фантастов.
greymage
Sep. 30th, 2016 08:29 pm (UTC)
Может там какое-то особенное охлаждение придумают. Помню, когда имел отношение к ФТЦ в Липецке, там как раз разрабатывали электронное охлаждение пучков для ЦЕРНа.

Хотя, конечно, это всё совершенно разного уровня вещи.
antontsau
Sep. 30th, 2016 08:32 pm (UTC)
да ну ладно. Ничего фантастического, просто БОЛЬШОЕ. Эта самая айр ликвиде - крупнейшая мировая лавка по подобной криотехнике, разделению воздуха, снабжению промышленности криогазами и тп и тд. Сто лет уже технология существует, эти самые турбодетандеры еще Капица до войны внедрял (не изобретал, а в сесесере ставил!).

Широкой публике это все не видно, конечно, потому что всегда сидит где-то в недрах заводов и заводиков, куда никаких левых посетителей не пускают, так как опасно и вообще нефиг им там делать. А так - ну да, ну криотехника, хоть и редкая потому что гелиевых температур (которые так вообще мало кому нужны) и тем более потому что на такие обьемы, но уж азотный криозавод вообще самый что ни есть стандартный, на любом уважающем себя химпроизводстве удобрений/взрывчатки (прямого синтеза аммиака из атмосферного азота) примерно то же самое стоит, и даже поболе по размеру. А уж всякие СПГ установки так это вообще заводы на миллионы тонн и с отправкой криометана параходами по 160000 (прописью - сто шестьдесят тысяч!) тонн.


seatrump
Sep. 30th, 2016 08:25 pm (UTC)
Загадка. Найдите на 6 фотографии сверху человека.(он там есть). Засеките сколько у вас ушло на это времени.
de__novo
Sep. 30th, 2016 10:25 pm (UTC)
Правый край фотографии. Лезет вверх по трапу на уровне верхней галереи. Примерно 10 секунд.
Подсказка: сначала нужно определить размер искомого объекта, для этого хорошо подходит лестница на переднем плане, после этого отбрасываешь все что меньше или больше заданного габарита.
dmitry_ilukhin
Dec. 2nd, 2016 01:23 pm (UTC)
Секунд 20 примерно. Хорошая загадка из категории "найди кота", люблю такие :)
cn_mangetsu
Sep. 30th, 2016 08:48 pm (UTC)
А азотная петля — это что?
tnenergy
Sep. 30th, 2016 08:56 pm (UTC)
Ну, этот криокомбинат производит жидкий гелий и жидкий азот. Поэтому у него есть несколько гелиевых петель, которые готовят гелий на разных температурах, и две азотные петли, которые производят жидкий азот.
zel_dol
Oct. 1st, 2016 06:38 pm (UTC)
Это просто холодильная установка, работающая на азоте.
atrus_at_lj
Sep. 30th, 2016 08:50 pm (UTC)
Будем надеятся, что ко времени DEMO народ продвинется в понимании сверхпроводимости и удастся хотя бы азотом обойтись.
tnenergy
Sep. 30th, 2016 08:59 pm (UTC)
Пока не похоже на то. Термоядерщики хотят выжимать все что можно из сверхпроводников, жертвуя рабочей температурой. Хотя для коммерческих систем возможно все же подъем рабочих температур сверхпроводников с нынешних 4-5 К до 30 К с захолаживанием жидким водородом или неоном. Такой вроде незначительный подъем сильно упрощает криогенику.

Ну а при температуре жидкого азота критическое поле и ток в сверхпроводниках настолько ослабевает, что на них практически невозможно достичь полей, нужных термоядерщикам.
nimroder
Sep. 30th, 2016 10:43 pm (UTC)
На 20-30 Кельвинах не только криогеника проще, но и сверхпроводник стабильнее. А при 4К теплоёмкость ну уж совсем низкая, чуть что и сразу перегрев.
А на неоне - это да, это было бы круто. Но, боюсь, экономически эффективнее охлаждать хоть и сверхтекучим гелием, но иметь зато меньше сверхпроводящего материала. ReBCO при 30К дают неплохие результаты, но для тех же сферических токамаков желательно бы получше. Меньше сверхпроводника - больше силового материала - сильнее в итоге поле. А сверхтекучему гелию большая труба не нужна, он и через маленькую отведёт сколько нужно.
tnenergy
Oct. 1st, 2016 02:20 pm (UTC)
Дело даже не в экономике. При повышении температуры в заданном поле очень быстро деградирует допустимая плотность тока. А значит магнит раздувается, растут проблемы с его прочностью. Кроме того растет индуктивность магнита, а значит при потере сверхпповодимость - развиваемое напряжение, которое должна выдерживать межвитковая изоляция. Так что проблемы нарастают очень быстро.
_hellmaus_
Sep. 30th, 2016 11:14 pm (UTC)
Первая в мире криогенная установка - на большом адронном коллайдере?
molchun22ru
Oct. 1st, 2016 06:18 am (UTC)
присоединяюсь к вопросу.
tnenergy
Oct. 1st, 2016 07:59 am (UTC)
Да, на LHC 140 киловатт холодильной мощности на 4,2 К и 6 киловатт на 1,8К. Но она распределенная, хотя ИТЭРовскую при желании тоже можно поделить на 3.

Edited at 2016-10-01 08:00 am (UTC)
molchun22ru
Oct. 1st, 2016 06:14 am (UTC)
турбодетандер - возможно раньше писали, пока не попадалось. оставлю здесь.

Что такое турбодетандер
http://www.kakprosto.ru/kak-846822-chto-takoe-turbodetander
Как работает турбодетандер
Утилизация энергии, возникающей при избыточном давлении в газотранспортной системе, представляет собой одну из важных задач, решаемых в газовой промышленности. Для этих целей применяются особые расширительные турбины, которые механическим способом связываются с потребителем мощности – компрессором или электрическим генератором. Такое утилизирующее энергию устройство, не потребляющее топлива, называется турбодетандером.
По своей конструкции турбодетандер – это газовая турбина, которая работает при перепадах давления газа. К самой расширительной турбине подсоединяются генераторы, компрессоры и насосы. В этой сложной системе турбодетандер выполняет центральную функцию, являясь ее «сердцем».
egh0st
Oct. 1st, 2016 01:38 pm (UTC)
получается тогда можно будет потом торговать жидким азотом и гелием, дабы расходы хоть чутка отбить :)

как кстати этот самый гелий поставляется на предприятие?
tnenergy
Oct. 1st, 2016 02:15 pm (UTC)
На площадку ИТЭР в сжатом виде автомобилями - газгольдерами, а от криокомбината до магнитов - по трубам, за эту часть "передача криогенных жидкостей" отвечает Индия, они уже наделали макетов и испытывают.

Всего в системе будет 27 тонн гелия и потери до 800 кг в год.
egh0st
Oct. 1st, 2016 03:02 pm (UTC)
сколько автомобилей занимает 27 тонн нежидкого гелия?


Edited at 2016-10-01 03:03 pm (UTC)
gdidin
Oct. 29th, 2016 01:06 pm (UTC)
При атмосферном давлении 4 грамма на кубометр. Средняя школа 7 класс. При 100 атмосферах 400 грамм.
egh0st
Oct. 29th, 2016 04:01 pm (UTC)
дык вопрос был именно практический -- как всё это дело нежидкое возят? в каких цистернах и сколько это занимает?
gdidin
Oct. 30th, 2016 09:16 am (UTC)
Года полтора назад Сделаноунас хвалилось железнодорожными цистернами для перевозок именно жидкого гелия. якобы они были лучшими в мире. Но с другой стороны у нас и месторождение под Саратовом из крупнейших в мире. Есть логика.
gdidin
Oct. 29th, 2016 01:02 pm (UTC)
Почему гелий-то? Высокотемпературная сверхпроводимость здесь не используется?
tnenergy
Oct. 29th, 2016 02:13 pm (UTC)
Не используется (кроме как в фидерах, к которым подключены СП линии с одной стороны и алюминиевые при комнатной с другой). В любом случае ВТСП потребовали бы в ИТЭР температур, близких к жидкому гелию из-за высоких полей, ну и на момент проектирования ИТЭР ВТСП еще были далеки от готовности - до сих пор есть вопросы по деградации параметров при циклировании поля.
( 27 comments — Leave a comment )

Profile

tnenergy
Ядерная энергия

Latest Month

November 2017
S M T W T F S
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930  
Powered by LiveJournal.com