Ядерная энергия (tnenergy) wrote in engineering_ru,
Ядерная энергия
tnenergy
engineering_ru

Криожелезяки

Оригинал взят у tnenergy в Криожелезяки
В составе ИТЭР есть криокомбинат - вторая в мире холодильная установка (для температуры жидкого гелия). 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.
Tags: теплоизоляция, холод, ядерная энергетика
Subscribe
promo engineering_ru march 2, 2015 08:17 174
Buy for 200 tokens
Помните байку о разработке космической ручки? Да, она не основана на реальных событиях, но очень наглядно иллюстрирует идею, что простое решение может оказаться лучше сложного. Ракета, построенная по принципу "большого глупого носителя" ("Big Dumb Booster") находится не в диапазоне…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 27 comments