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.
.jpg)
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.
.jpg)
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.
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.