Криожелезяки

[tnenergy.livejournal.com]

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.

Comments

[22sobaki.livejournal.com]

Вопрос с подвохом? По затратам на их получение - разные. А так киловатт он и в Африке киловатт.

[arky-titan.livejournal.com]

Да нет никакого подвоха, любой криогенщик сразу понимает контекст. И термодинамику, естественно, тоже понимает.

[general-drozd.livejournal.com]

Криогенщик то понимает, а вот у электрика это вызывает только легкий офигей от того, сколько туда надо подать электричества без внятного материального выхода.

[arky-titan.livejournal.com]

Материальный выход в том, что на создание магнитного поля с помощью сверхпроводящих магнитов не тратится I^2R, если бы кому-то пришло в голову создавать такие поля на таких размерах традиционными медными обмотками, расход энергии был бы в сотни и даже тысячи ращ больше, чем затраты на поддержание рабочих тнмператур сверхпроводящих магнитов. Ну и в принципе из-за ограничений на плотность тока в меди создать большиеполя в заданном объёме проблематично, т.к. железные сердечники выше 1.8-2 Тл насыщаются и уже не помогают в направлении магнитного потока, а из-за низкой плотности тока витки занимают уже такой размер, что без магнитопровода поле в центре перестаёт расти.... ну и конечно бешенные мегаватты и мегаватты джоулева тепла.

[general-drozd.livejournal.com]

Это вроде бы понять можно, спасибо за роспись.

Я о том что в целом вся установка исследовательская, а не электростанция с выходом на сеть. Инициация процесса выработки понятно что может стоить дорого.

То есть фундаментальная наука это хорошо, важно, но мне не осознать конкретику.

[arky-titan.livejournal.com]

А, так это демонстрационный термоядерный реактор с выходом 500 МВт, надеюсь, в обозримом будущем зажгут первую плазму. Это одна из надежд энергетики будущего. К сожалению, сверхпроводники очень дорого стоят на данный момент, а по сути реактор это огромный сверхпроволниковый магнит, на него в бквальром смысле пол мира работало лет 10, чтобы сделать провода, кабели и катушки...